CONSEJO DIVISIONAL DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAOCTUBRE DE 2010-SEPTIEMBRE 2011

FORMATO PARA LA PRESENTACIÓN DE PROPUESTAS DE NUEVOS PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN.

Fecha:__________ Departamento:______Materiales___________Área de Investigación:_____Estructuras___________________________________________________ NOMBRE DEL PROYECTO:__________Coordinación, Diseño y Operación de Infraestructura Crítica_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________¿Este proyecto sustituye a otro? (especificar):_____No__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Nombre del responsable:_Dr. Hugón Juárez García_______No. Empleado:__14966___________Categoría:____Tit_______Nivel:__C___Tiempo de Dedicación:__TC___Firma:________________PARTICIPANTES: Nombre Categoría y nivel No. Empleado. Adscripción

Firma (*)1________________________________Dr. Alonso Gómez Bernal_____________________________

2________________________________Dr. José R. Martí (UBC)______________________________

3______________________________________________________________________________

4______________________________________________________________________________

5______________________________________________________________________________

Vo. Bo. Del Jefe del Departamento___________________________________________________Agregar otra hoja de ser necesario

Vo. Bo. Del Jefe del Área o Responsable de Grupo de Investigación__________________________

Cuando aplique

(*) Se requiere la firma del responsable y de todos los participantes. En el caso de que haya profesores en periodo sabático, licencia o externos, podrán acreditar su participación a través de medios electrónicos, pero deberán incluir el aval del responsable del proyecto.

CONSEJO DIVISIONAL DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍAINSTRUCTIVO PARA LA PRESENTACIÓN DE LA PROPUESTA IN EXTENSO

Antecedentes

La falta de coordinación de las autoridades durante desastres naturales, como en el sismo de 1985 de la Ciudad de México, las inundaciones durante la temporada de huracanes de 2010 en la República Mexicana (Nuevo León, Chiapas, Oaxaca, Veracruz, Tabasco, entre otros), el Tsunami de 2004 en el sureste de Asia o el Huracán Katrina en Nuevo Orleans, ilustra la necesidad de integrar y coordinar las actividades de las autoridades locales con la ”comunidad de expertos”, para poder evaluar la situación de manera global, y así sistematizar la toma de decisiones durante desastres.

Es posible Coordinar los sistemas de infraestructura en una localidad (Infraestructura Crítica), para que estos puedan operar de manera eficaz, y que cuando ocurran imprevistos puedan dirigirse los recursos disponibles hacia las zonas que requieren de atención inmediata. Esta coordinación permite también diseñar y redefinir nuevos sistemas de infraestructura en las comunidades.

Algunas comunidades tienen como objetivo el optimizar los recursos, de tal forma que puedan evolucionar en comunidades auto-suficientes y robustas, que preserven los recursos naturales y las condiciones ambientales locales. La acción simultánea de diversos sistemas de infraestructura (agua, gas, transportación, etc.) puede modelarse con i2Sim (un simulador de infraestructura), que también puede utilizarse para la coordinación de infraestructura crítica.

El simulador (i2Sim) y la metodología que se usarán en este proyecto han sido utilizados en cuatro proyectos de coordinación de infraestructura durante desastres, en condiciones de operación normal y en el diseño de una comunidad auto-suficiente y capaz de recobrar su operación después de ocurrido un desastre:

Programa de investigación de interdependencias en infraestructura: Joint Infrastructures Interdependencies Research Program (JIIRP) (2004-2009) Public

Safety Canada/NSERC Juegos Olímpicos de Invierno en Vancouver, Canadá (2009) Defence Research and

Development Canada (DRDC) Laboratorio de simulación y visualización disponible en red: Network Enabled

Visualization and Simulation Laboratory (2010-2013) Canadian Foundation for Innovation (CFI)

Análisis y simulación a distancia disponible en red: Network-Enabled Distributed Analysis and Simulation for Disaster Response (2010-2012) Canada’s Advanced Research and Innovation Network (CANARIE)

Proyecto la UBC como un laboratorio ecológico: UBC Living Lab Project (2010-2012)

Justificación

Los desastres pueden ocurrir en cualquier parte de la República Mexicana, y en cualquier parte del mundo. Sin embargo, los “expertos” que pudieran evaluar la información que se genera en las zonas afectadas están localizados, algunas veces, en centros de investigación y análisis alejados de los lugares afectados. La naturaleza de los desastres (terremotos, huracanes, tsunamis, inundaciones, incendios forestales, ataques terroristas, y otros) requiere de especialistas y conocimientos muy diversos. Uno de los propósitos de este proyecto es formar parte de una comunidad de Centros de Expertos (EXC), estos centros estarían trabajando dentro de una comunidad virtual cuyas actividades serían el estar preparadas para responder de manera eficaz ante situaciones de desastre.

Para responder bien ante estos desastres se requiere combinar dos aspectos: 1) las acciones de las autoridades, administradores y los rescatistas que están directamente relacionados con las particularidades del evento; y, 2) la capacidad de la comunidad de expertos de evaluar y analizar los efectos de las interacciones entre los sistemas de infraestructura crítica (agua, electricidad, transporte, etc.) que servirán para la acciones que se deban tomar en la preparación, la respuesta y las etapas de recuperación de un desastre.

Para conjuntar a las autoridades locales y las comunidades científicas de apoyo, se requiere que una gran cantidad de datos geográficos y de infraestructura puedan compartirse en tiempo real; es por esto que se necesitan redes de comunicación confiables, seguras y con un gran ancho de banda.

Asimismo se requiere de estos canales de comunicación de banda ancha para crear “Salas Virtuales de Respuesta contra Desastres”. Las condiciones de las salas permitirán que se puedan manejar datos y discutir alternativas de acción para el entrenamiento de las autoridades locales, y para que puedan implementarse situaciones de respuesta en tiempo real. Estas Salas Virtuales no necesitan estar localizadas en las zonas afectadas, ni sería el propósito primordial de este proyecto.

Objetivo general

El objetivo del proyecto es la Modelación, Diseño y Operación de Infraestructura Crítica para prepararse y responder de manera eficaz durante y después de la ocurrencia de desastres (terremotos, huracanes, etc.), y para diseñar comunidades sustentables y robustas que puedan sobreponerse rápidamente ante cualquier eventualidad dentro de la República Mexicana.

Objetivos particulares

1. Modelación, diseño y operación de Infraestructura Crítica en la República Mexicana:

Preservar las condiciones de vida Continuidad de servicios y negocios Sustentabilidad y objetivos ecológicos Diseño de Infraestructura Crítica, Social o Sistemas Financieros

2. Modelar un sector de alguna ciudad de la República Mexicana: evaluar diferentes alternativas de solución, ante diferentes escenarios de desastre (inundación o terremoto).

Predecir qué zonas serían las más afectadas, y dónde colocar los recursos disponibles de manera más eficiente. Un desastre puede ocurrir en cualquier sitio, y esto genera que una solución punto-a-punto no sea posible. Los datos que se intercambian entre las zonas afectadas y los expertos es con Sistemas de Información Geográficos (SIG) (mapas y puntos geográficos con datos). La idea es utilizar SIG y aumentar y expandir la información con nuevos estratos de información (censo de viviendas dañadas, datos hidrológicos, etc) que se envían a la zona de desastre para mejorar la toma de decisiones.

Metodología

Figura 1. Región

Para poder modelar una región se deben considerar la Infraestructura Crítica (IC) de interés en el análisis. La región mostrada en la Figura 1tiene un conjunto de ICs que muchas veces son difíciles de visualizar, y el análisis se vuelve complicado. La metodología que ayuda a la visualización de las ICs, indica que se seleccionen aquellas que son indispensables para el funcionamiento de la región. La selección de ICs depende, entonces, de los objetivos que se buscan en la región. De esta forma la región pude dividirse en dos estratos:

1. Estratos físicos Agua Electricidad Transporte Etcétera

2. Estratos humanos Rescatistas Autoridades locales

Etcétera

Una vez que han sido seleccionados aquellos estratos que requieren ser analizados, entonces se define el evento que motiva el análisis. En la Figura 2 puede observarse que diferentes sistemas IC son desensamblados para identificar las interacciones entre ellos (interdependencias). Este es el concepto de Sistema de sistemas. Permite ver cuando un sistema falla, y los efectos que genera en otros sistemas.

Figura 2. Sistema de sistemas.

Cada sistema identificado se modela con la ontología: celdas, canales, controladores y otros elementos que permiten establecer el funcionamiento del Sistema. Considere una estación de agua: la estación de bombeo se considera una celda. Ésta necesita que su estructura y los elementos no estructurales (equipo, mobiliario, etc.) estén funcionando correctamente; asimismo, la estación de bombeo requiere de electricidad y agua que vienen de otros sistemas (es decir, necesita de recursos externos) para seguir funcionando.

Figura 3. Ejemplo de la ontología usada para modelar los sistemas IC.Con la ontología se puede observar información relevante para la toma de decisiones,

Figura 3: en la celda superior, el modo físico (cuadro superior izquierdo) con PM01, indica que la estructura y los elementos no estructurales están en condiciones

Electric

Power Plant Substation

Transmission

FoodDistribution center

Production centerLocal store

Water

PurificationPlantPump Station

Pipe

Oil & Gas

Refinery

Oil Field Compressor Station

CommunicationsPhone

Internet

Mobile

Transportation

Local roadBridge Regional Highway

Emergency Responders

FirefighterParamedic

Hospital

911 E-Comm

Critical EventLocal road

ideales (100% = verde); el recuadro inferior derecho indica el modo de recursos externos (en amarillo, 50%, debido a la escasez de agua). Por lo que esta celda se encuentra operando a 50 % de su capacidad debido a la escasez de agua. De esta forma es posible identificar el problema del sistema, si se trata de daño interno, o falta de recursos externos.

Figura 4. Elementos de la ontología: celda, canales (entradas y salidas), puntos de control, modo físico y modo de recursos.

En la Figura 4 se muestran todos los elementos de la ontología. Estos permiten definir todos los componentes de una IC, y además con ella se pueden establecer las interconexiones entre diferentes sistemas. Con las entradas y salidas se pueden definir entradas, como recursos, o salidas, como desechos.

Figura 5. Modelo de una región.

Con esta ontología se pueden modelar aquellos elementos de la región que se quieren analizar, como lo muestra la Figura 5. Sólo se muestran aquellos elementos necesarios para la producción de vapor, y el resto de estructuras y sitios que usan

los mismos servicios se modelan con una sola celda. Esto permite simplificar el análisis, y además muestra la flexibilidad del tipo de modelo. La figura 6 muestra el modelo de la región utilizado para los Juegos de Invierno de 2010. Se muestran cuatro subestaciones eléctricas, 3 sedes olímpicas, una estación de ambulancias y dos hospitales, con los correspondientes canales que representan tuberías de agua, líneas eléctricas y carreteras. Esta metodología se utilizará en el presente proyecto.

Figura 6. Modelo de la región estudiada en Vancouver, Canadá, para los juegos olímpicos de Invierno de 2010.

Vinculación y apoyos

Figura 7. Nodo México en la red de respuesta contra desastres DR-NEP.

Por la naturaleza de este proyecto se requiere de vinculación y de apoyos institucionales. Este proyecto requiere del apoyo de especialistas en urbanización, arquitectos y geógrafos además de ingenieros civiles. Se prevé que se vinculen especialistas de tres divisiones de la UAM: CyAD y CSH de la UAM-A y CyAD UAM-X, y establecer un convenio de cooperación con la Universidad de la Columbia Británica (UBC), para poder ser parte de DR-NEP, como lo muestra la Figura 7. Esta colaboración de la UAM-A, y en específico el Área de Estructuras, con la UBC, permitirá tener vínculos con dos universidades más en Canadá, y un instituto tecnológico en Tailandia.

Asimismo se buscará el apoyo Federal y estatal para poder aplicar esta metodología a ciudades y regiones en México con problemáticas especiales como: Cd. de México, Cd Juárez, Mexicali, etc.

Apoyos institucionales, se requerirá de apoyo para establecer convenios entre diferentes instituciones y, en el primer año, se requiere de equipo de cómputo y de software (Matlab, ArcView, MapInfo) para poder comenzar con el proyecto.

En cuestión de personal, se requiere de:

1 ayudante Estudiantes de Licenciatura (Talleres, PT o SS) Estudiantes de Posgrado Además de los profesores mencionados

Duración prevista

La duración prevista del proyecto es de 5 años.

Metas para el primer año

1. Seleccionar una ciudad de la RM o un sector de la Cd. de México2. Ubicar la Infraestructura Crítica de este sector.3. Modelar este sector y obtención de información4. Seleccionar escenarios con desastres naturales (inundaciones, terremotos, etc)5. Establecer el nodo México, de la red de DR-NEP6. Hacer un simulacro para establecer políticas, procedimientos y actividades para

ubicar los recursos donde más se necesiten, esto se logrará usando una sala virtual, los modelos del sector y los escenarios de desastre

7. Presentar al menos dos artículos en Congresos Nacionales

Comentarios

Los objetivos del presente proyecto no son los mismos del proyecto DR-NEP, aunque sí

existen traslapes temáticos y de interés académico. Este proyecto no pretende construir una sala virtual por el momento.