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QIRCA: Complemento de QGIS para Calcular Índices de Riesgo de la Calidad del Agua
para Consumo Humano
Autores:
Julián David Doncel Morales
Cristian David Florez Tellez
Trabajo de grado en modalidad de monografía presentado como requisito parcial
para optar por el título de especialista en Sistemas de Información Geográfica
Director:
Salomon Eistein Ramirez Fernandez
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad de Ingeniería
Especialización en Sistemas de Información Geográfica
Bogotá D.C., Colombia
Mayo 2018
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 4
2. PROBLEMÁTICA .................................................................................................................. 7
3. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................... 9
4. ALCANCE ............................................................................................................................ 11
5. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 12
5.1. Objetivo general ............................................................................................................. 12
5.2. Objetivos específicos ......................................................................................................... 12
6. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................... 13
6.1. Antecedentes .................................................................................................................. 13
6.2. Marco Teórico ................................................................................................................ 15
7. METODOLOGÍA .................................................................................................................. 17
8. RESULTADOS ..................................................................................................................... 19
8.1.1. Requisitos ................................................................................................................... 19
8.1.2. Arquitectura ................................................................................................................ 21
8.1.2.1. Diagrama de clases ................................................................................................. 22
8.1.2.2. Diagrama de secuencias .......................................................................................... 23
8.1.2.3. Vista Lógica o Diagrama de Componentes ............................................................ 24
8.1.2.4. Vista de alto nivel ................................................................................................... 25
8.1.2.5. Vista de despliegue ................................................................................................. 26
9. CONCLUSIONES ................................................................................................................. 32
10. REFERENCIAS ................................................................................................................. 34
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TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Proceso de Scrum para el proyecto ............................................................................. 17
Figura 2. Diagrama de Casos de Uso .......................................................................................... 21
Figura 3. Diagrama de Clases ..................................................................................................... 23
Figura 4. Diagrama de Secuencias .............................................................................................. 24
Figura 5. Diagrama de Componentes .......................................................................................... 24
Figura 6. Vista de Alto Nivel. ....................................................................................................... 25
Figura 7. Vista de Alto Nivel ........................................................................................................ 26
Figura 8. Interfaz grafica QIRCA ................................................................................................ 27
Figura 9. Resultados Implementacion QIRC ............................................................................... 28
Tablas
Tabla 1 Requerimientos funcionales y no funcionales del sistema ......................................... 20
Tabla 2 Criterios para la medición de la usabilidad ................................................................ 29
Tabla 3 Criterios para la medición de la usabilidad ................................................................ 31
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1. INTRODUCCIÓN
En 2007 el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible establece por medio de la
Resolución 2115 los valores máximos permisibles para el agua de consumo humano y el Índice
de Riesgo de la Calidad del Agua Para Consumo Humano (IRCA). Sin embargo, esta medida no
ha garantizado una inversión efectiva y equitativa en las zonas con escasez de agua potable, de
acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, en su Informe del Programa de Vigilancia
Conjunta del Abastecimiento de Agua y Saneamiento de 2015, se reporta que las principales
enfermedades de origen hídrico en el país no han disminuido en una medida importante. Hecho
que puede estar ligado a inconvenientes que se presentan durante el desarrollo manual de los
cálculos y la valoración reiterativa de volúmenes considerables de información, que se obtiene
durante el monitoreo y control del recurso hídrico por parte de las Autoridades competentes, las
cuales en la mayoría de los casos no cuentan con los suficientes recursos humanos y técnicos.
Este proyecto se realiza para generar una herramienta que permite visualizar los valores de
las diferentes variables y a su vez suministrar un cálculo eficaz y practico del Índice de Riesgo
de la Calidad del Agua para Consumo Humano – IRCA, índice establecido en la legislación
colombiana y evaluado por las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR) y las Autoridades
Ambientales Urbanas a nivel nacional. De esta forma, se automatizan los procesos relacionados
al cálculo y evaluación, evitando posibles errores producto del desarrollo manual de estos
cálculos y reduciendo los tiempos de análisis y procesamiento de la información obtenidos
durante el monitoreo y control del recurso hídrico. De igual forma, la visualización geográfica de
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los resultados que se obtienen del índice y de las variables suministradas, permiten identificar las
principales zonas de contaminación y deterioro de la calidad del recurso hídrico
Se implementa un proceso de desarrollo ágil, relacionado al corto tiempo de entrega y los
recursos disponibles para el proyecto, en cuanto a personal y equipos se refiere. Igualmente, el
método a utilizar es un desarrollo con SCRUM, buscando minimizar costos, lapsos entre las
entregas y posibles errores que se puedan presentar. Entre las diferentes ventajas que tiene
implementar esta metodología, se encuentra su fácil adaptabilidad a las condiciones o requisitos
cambiantes del proyecto, condición que permite ir definiendo y mejorando el producto a lo largo
del camino. Asimismo, la realización del proyecto se enfoca en la fase de desarrollo, la cual se
compone de cuatro fases.
En la implementación se materializa el diseño arquitectónico, por medio de la librería PyQt4
del software QGIS, librería que por defecto usa el lenguaje de programación Python 2.7. De
igual modo, para el desarrollo de la interfaz gráfica se usa el programa QtDesigner, a través de
un archivo .ui (QIRCA_dialog__base.ui). Cada elemento gráfico generado en QtDesigner se
programa a través del archivo QIRCA.py, archivo donde se define la funcionalidad de cada
elemento generado. Para realizar el cálculo del Índice de Riesgo de la Calidad del Agua para
Consumo Humano (IRCA), se generó la clase QIRCA, para programar la funcionalidad de la
herramienta, como definir los cálculos que generan el índice.
El QIRCA es una extensión de QGIS que permite calcular el Índice de Riesgo de la calidad
del agua para consumo humano (IRCA), a partir de un Shapefile, es importante resaltar que para
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poder realizar el cálculo, los parámetros deben estar organizados en las columnas, donde cada
fila representa un punto, con sus respectivos parámetros, ya que es la forma en que el plugin
reconoce los datos en cada punto. Es una herramienta que permite reducir considerablemente los
tiempos de cálculo del índice IRCA a los usuarios, como identificar las zonas donde se presentan
los valores con los niveles más altos de riesgo (Inviable sanitariamente).
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2. PROBLEMÁTICA
En 2015, según cifras de la Organización Mundial de la Salud (OMS), cerca de 2000
millones de personas se abastecen de una fuente de agua potable que está contaminada por heces
y 159 millones de personas dependen de aguas superficiales en todo el mundo, las cuales en la
mayoría de los casos estan contaminadas. Asimismo, la contaminación del agua potable
transmite enfermedades como la diarrea, el cólera, la disentería, la fiebre tifoidea o la
poliomielitis.” (Organización Mundial de la Salud, 2015)
Por tal razón, el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD) fija los
Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM) en 2002, donde busca proporcionar una ruta para
identificar prioridades de política pública a nivel mundial; entre estos objetivos, se plantea el
objetivo 7, por medio del cual se busca reducir la proporción de personas sin acceso sostenible al
agua potable y a servicios básicos de saneamiento. En concordancia con este hecho, en 2007 el
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible establece por medio del Decreto 1575 y la
Resolución 2115 las características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y
vigilancia para la calidad del agua para consumo humano, en donde se definen los valores
máximos permisibles para el agua de consumo humano y el Índice de Riesgo de la Calidad del
Agua Para Consumo Humano (IRCA).
Sin embargo, esta medida no ha garantizado una inversión efectiva y equitativa en las zonas
con escasez de agua potable. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, en su Informe
del Programa de Vigilancia Conjunta del Abastecimiento de Agua y Saneamiento de 2015, se
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reporta que las principales enfermedades de origen hídrico en el país no han disminuido en una
medida importante, a excepción de la Hepatitis. Asimismo, según el Informe de 2015 sobre los
ODM para Colombia, 40% de los municipios no posee alcantarillado en pleno funcionamiento,
aproximadamente el 25% del estado sufre de falta de alcantarillado y un 15% no tiene acueducto,
siendo afectadas principalmente las zonas rurales del país.
Hecho que puede estar ligado a inconvenientes que se presentan durante el desarrollo manual
de los cálculos y la valoración reiterativa de volúmenes considerables de información, que se
obtiene durante el monitoreo y control del recurso hídrico por parte de las Corporaciones
Autónomas Regionales y Secretaria Ambientales regionales, las cuales en la mayoría de los
casos no cuentan con los suficientes recursos humanos y técnicos. Debido a estos
inconvenientes, se presentan gastos innecesarios de tiempo y recursos, para identificar posibles
elementos, compuestos, sustancias y microorganismos en el agua que puedan afectar la salud
humana.
De esta manera, se realiza una herramienta que permite visualizar los valores de las
diferentes variables y a su vez suministrar un cálculo eficaz y practico de los índices IRCA, en
relación a la legislación colombiana, junto con una visualización geográfica de los resultados,
identificando los puntos de contaminación o riesgo para la salud y de esta forma, proyectar las
inversiones de los diferentes planes, programas y proyectos en pro del mejoramiento de la
calidad del agua potable.
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3. JUSTIFICACIÓN
Las diferentes aplicaciones buscan generar nuevas funcionalidades que en la actualidad no se
han perfeccionado o implementado, y que en la mayoría de los casos son específicas para
algunas organizaciones que las requieren con el fin optimizar sus tiempos de procesamiento y
respuesta. Es por eso que, este proyecto genera una herramienta que permite visualizar los
valores de las diferentes variables y a su vez suministrar un cálculo eficaz y practico del Índice
de Riesgo de la Calidad del Agua para Consumo Humano – IRCA, índices establecidos en la
legislación colombiana y evaluados por las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR) y las
Autoridades Ambientales Urbanas a nivel nacional.
De esta forma, se automatizan los procesos relacionados al cálculo y evaluación de los
índices mencionados anteriormente, evitando posibles errores producto del desarrollo manual de
estos cálculos y reduciendo los tiempos de análisis y procesamiento de la información obtenidos
durante el monitoreo y control del recurso hídrico. Asimismo, las autoridades pueden disponer
de más recursos y tiempo para el desarrollo de actividades relacionadas al control y vigilancia de
las fuentes de abastecimiento de agua potable y de forma indirecta, combatir los altos porcentajes
de enfermedades de origen hídrico presentados en el país, especialmente en zonas rurales que no
poseen tratamientos preliminares en la potabilización de este recurso.
Asimismo, la visualización geográfica de los resultados que se obtienen de los índices y de
las variables suministradas, permiten identificar las principales zonas de contaminación y
deterioro de la calidad del recurso hídrico, así como los posibles factores relacionados a este
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hecho como la ubicación, el uso del suelo, el clima o actividades antrópicas que pueden generar
aumento o disminución de las variables solicitadas en la norma, como por ejemplo la agricultura
o la ganadería, permitiendo que los evaluadores evalúen con mayor agilidad estos resultados y
generen una respuesta eficaz y efectiva ante posibles cambios o perturbaciones presentadas en el
recurso hídrico del país. Igualmente, se puede realizar un análisis puntual con respecto a la
distribución muestral y a la validación de las muestras, evitando posibles fraudes en los
muestreos realizados, diseños inadecuados o muestreos mal desarrollados.
Durante este proceso de valoración, las autoridades podrán incurrir en errores de cálculo, que
con la herramienta no se presentan, ya que solo se requiere ingresar los valores y
automáticamente se generaran tanto los índices como los subíndices requeridos para el cálculo
final. De esta manera, se garantiza una toma de decisiones más precisas por parte de las
autoridades pertinentes, proyectando las acciones y recursos necesarios en los distintos
programas dentro de cada uno de los municipios y zonas urbanas del país, en pro del
mejoramiento del suministro del agua potable, así como de la calidad del mismo.
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4. ALCANCE
El complemento QIRCA se desarrolla para ejecutar el cálculo del Índice de Riesgo de la
Calidad del Agua para Consumo Humano (IRCA), de forma rápida y simple por parte de la
Autoridad ambiental en el territorio nacional. Para calcular del índice IRCA, el usuario debe
cargar un archivo shapefile (.shp) al espacio de trabajo, que en este trabajo se realizara como una
extensión del software QGIS, el cual permite visualizar espacialmente la información generada
por la extensión (plugin). La extensión toma el valor de cada parámetro (columna) y realiza el
cálculo del Índice para cada punto muestreado.
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5. OBJETIVOS
5.1. Objetivo general
Generar una herramienta que permita calcular el Índice de Riesgo de la Calidad del Agua
para Consumo Humano – IRCA, de acuerdo con los rangos definidos en la Resolución 2115 de
2007.
5.2. Objetivos específicos
Definir los requerimientos funcionales y no funcionales para construcción de la herramienta.
Diseñar una herramienta que permita reducir los tiempos de cálculo al momento de estimar
los índices definidos en la resolución 2115 de 2007.
Seleccionar los datos que presenten un porcentaje de clasificación IRCA ENTRE 80.1 – 100
(nivel de riesgo Inviable sanitariamente).
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6. ESTADO DEL ARTE
6.1.Antecedentes
En la actualidad, existen un sin número de trabajos relacionados con el monitoreo, vigilancia
y modelamiento del recurso hídrico mediante el uso de aplicaciones geográficas; un ejemplo de
estos proyectos es el Visor Geográfico para la Difusión Ambiental y Participación ciudadana-
SIAC desarrollado por Secretaria Distrital de Ambiente de Bogotá, donde se puede consultar
diferentes capas temáticas entre las cuales se encuentran las Estaciones de Calidad del Agua de
los años 2007, 2012 y 2016 y el Tramo Water Quality Indicator (WQI) Promedio Anual.
Asimismo, es posible mencionar el visor del Sistema de Información Ambiental de Colombia, en
el cual se encuentran diferentes capas temáticas relacionadas a la oferta, demanda,
vulnerabilidad, zonificación y calidad del agua, entre muchos otras.
Otro proyecto desarrollado en función del análisis de indicadores para el recurso hídrico, es
el Sistema de Indicadores Ambientales Marinos y Costeros de Colombia – SIAM creado por el
Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR, con el fin de poder visualizar
diferentes indicadores entre los que se encuentra el Indicador de Calidad de Agua Marina –
ICAM con el cual se busca facilitar la interpretación de la calidad del ambiente marino y la
evaluación el impacto de las actividades antropogénicas. Asimismo, y relacionado a la anterior
herramienta, se encuentra el Sistema de Información Ambiental – SIA desarrollado por el
Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM, dentro del cual se
dedica un apartado para el monitoreo, evaluación y modelamiento del recurso hídrico en cuanto a
su calidad, demanda y oferta, entre otras características.
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En la universidad Nacional de Colombia, el Grupo de Trabajo Académico en Ingeniería
Hidráulica y Ambiental, aplico el software QUAL2Kw para la modelación de la calidad del agua
del rio Guacaica en Caldas, en el modelo que plantearon los resultados permitieron evidenciar un
tramo crítico del afluente, el cual tenía problemas de contaminación desde su nacimiento, debido
a actividades de cultivos de papa, ganadería y vertimientos de aguas residuales domésticas que se
realizaban en la zona. Donde a partir del uso de este software, se formulan escenarios de
saneamiento futuro por parte autoridad competente, eficientes y en tiempos reales, ya que por
medio de la herramienta se detectan geográficamente los puntos en donde el recurso hídrico
estaba siendo afectado directamente y que actividades o factores generan la afectación (Castro H.
María C., 2015).
Asimismo, diferentes organizaciones, gobiernos y universidades han unido sus esfuerzos para
generar software libre para la modelación del recurso hídrico entre los de mayor auge,
encontramos para la modelación de calidad de agua, el software IBER, desarrollado por la
Universidad Politécnica de Cataluña, la Universidad de Caruña y la Universidad de Santiago de
Compostela, software que permite la simulación bidimensional de cauces, posee un módulo de
turbulencia y un módulo de transporte sólido por arrastre de fondo y en suspensión, variables
fundamentales para determinar la calidad del agua. Otros desarrollos que podemos encontrar
para modelación de agua son Epanet, IRIC, HECRAS, entre otros, herramientas que han
presentado gran funcionalidad para el análisis del recurso hídrico. Por lo anterior se busca
generar una herramienta que como en todos los casos mencionados sea de gran utilidad a la
Autoridad Ambiental al momento de evaluar la calidad del recurso hídrico (Cordoba Yoel,
2016).
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6.2.Marco Teórico
El agua salubre potable se define como el agua utilizada para los fines domésticos y la
higiene personal, así como para beber y cocinar, y cuyas características microbianas, químicas y
físicas cumplen con las pautas nacionales sobre la calidad del agua potable. Sin embargo, la
preocupación por regular la prestación de este recurso, cumpliendo con las características
mencionadas anteriormente, ha sido una actividad relativamente nueva que tiene sus inicios en
1950. Según Análisis del sector de agua potable y saneamiento en Colombia, antes de 1949, el
enfoque de desarrollo de las poblaciones era espontaneo, se carecía de un enfoque de salubridad
y aún no se desarrollaba el concepto de servicio público. Esto cambio en el periodo de 1950 a
1957, cuando se determina que los “servicios públicos son de responsabilidad del Estado y no se
liga el agua potable con la salubridad, se plantea el manejo integral de los servicios buscando
generar economías de escala, más eficiencia y mayor enfoque centralista”. (Organización
Mundial de Salud [OMS], 2015).
Sin embargo, es hasta 1974 que la visión mundial cambia, teniendo el agua potable y
saneamiento como determinantes fundamentales de la salud y enfatizando el carácter de que el
Estado benefactor debe garantizar estas características a cualquier precio. (Departamento
Nacional de Planeación [DNP], 1997). Posteriormente, en 1994 se expide la Ley 142 de 1994 la
cual establece condiciones precisas en materia de regulación, operación, control y vigilancia de
los Servicios Públicos Domiciliarios. En función de esta norma se han creado y publicado un sin
número de políticas y leyes que buscando garantizar la prestación de los servicios de acueducto y
alcantarillado, entre otros.
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Dos de las normas más importantes dentro de este contexto son el Decreto 1575 de 2007 que
establece el “Sistema para la Protección y Control de la Calidad del Agua para Consumo
Humano” y la Resolución 2115 de 2007 “por medio de la cual se señalan características,
instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua
para consumo humano.” Con estas reglamentaciones, se busca monitorear, prevenir y controlar
los riesgos para la salud humana causados por su consumo a nivel nacional, mediante la
aplicación y evaluación de diferentes herramientas, como por ejemplo el Índice de Riesgo de la
Calidad del Agua para Consumo Humano (IRCA).
El primero de los índices mencionados anteriormente, se refiere al “grado de riesgo de
ocurrencia de enfermedades relacionadas con el no cumplimiento de las características físicas,
químicas y microbiológicas del agua para consumo humano” (Ministerio de Salud y Protección
Social [MINSALUD], 2016)., mientras que el segundo está definido como la ponderación entre
“el tratamiento y continuidad del servicio de los sistemas de acueducto y la distribución del agua
en el área de jurisdicción del municipio correspondiente.” Para su modelado y cálculo se deben
tener en cuenta diferentes sustancias químicas presentes en el agua, así como sus
concentraciones, junto la cantidad, calidad y tiempo de prestación del recurso.
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7. METODOLOGÍA
Para determinar la metodología y el método de desarrollo de la aplicación, se tienen en
cuenta los componentes, funciones, objetos y software que componen la misma, con el fin de
determinar la mejor opción de desarrollo para solucionar la problemática planteada. Asimismo,
se tiene en cuenta los tiempos de entrega y la posibilidad de hacer varias entregas en el desarrollo
del proceso.
Por tal motivo, se considera conveniente emplear un proceso de desarrollo ágil, relacionado
al corto tiempo de entrega y los recursos disponibles para el proyecto, en cuanto a personal y
equipos se refiere. Igualmente, el método que se aplica es un desarrollo con SCRUM, para
minimizar costos, lapsos entre las entregas y posibles errores. Entre las diferentes ventajas que
tiene implementar esta metodología, esta su fácil adaptabilidad a las condiciones o requisitos
cambiantes del cliente, condición que permite ir definiendo y mejorar el producto a lo largo del
camino. En la Figura 1 se observa el diagrama del proceso de SCRUM.
Figura 1. Proceso de Scrum para el proyecto
Fuente: Adaptado de: I, Sommerville, 2011
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Asimismo, el proyecto se enfoca en la fase de desarrollo o iteración de proceso, que se
presenta en la Figura 1, la cual se compone de cuatro fases:
1. Selección: En la fase se define la funcionalidad del software, se realiza el levantamiento
de requerimientos, donde se establecen los objetivos principales del proyecto y las restricciones
de la operación de este.
2. Desarrollo: Fase donde se realiza una revisión de las restricciones y los requerimientos,
se definen las tareas necesarias a desarrollar durante el diseño arquitectónico de la aplicación,
donde se busca dar cumplimiento a los requerimientos y los objetivos determinados.
3. Revisión: En la fase se hace una presentación y retroalimentación de los adelantos del
proyecto, buscando posibles problemas que se presenten durante el proceso y que los
requerimientos que se establecen estén incluidos dentro del avance.
4. Valoración: Complementaria a la etapa de revisión, en esta fase se realiza una nueva
exploración de los requerimientos, así como su posterior refinamiento, preparando el proyecto
para las siguientes iteraciones y de ser necesario, se replanteen los objetivos del proyecto para
maximizar la utilidad de lo que se desarrolla y los tiempos de ejecución.
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8. RESULTADOS
Los resultados que se presentan corresponden al producto final de la metodología planteada,
donde se presentan los requerimientos funcionales y no funcionales, el diseño arquitectónico
final, la implementación de la extensión y la valoración de usabilidad de la misma.
8.1. SELECCIÓN Y DESARROLLO
8.1.1. Requisitos
Durante la fase de selección se identifican los actores, las reglas del negocio, los
requerimientos funcionales y no funcionales, así como los casos de uso. Como resultado, se
determina en primer lugar un único actor, denominado usuario, el cual podrá interactuar con el
software especializado. Asimismo, se determina un total de siete requerimientos del sistema: uno
funcional y seis no funcionales, orientados a describir la funcionalidad y las características de
funcionamiento de la herramienta, tal y como se puede observar en la Tabla 1.
De esta forma, se determina que el proyecto se desarrolla como un complemento o plugin de
un software libre cumpliendo con los requerimientos no funcionales RFN-01 y RFN-06. Por
consiguiente, para la realización del diagrama de Casos de Uso se identifica un solo caso de uso
tal como se presenta en la Figura 2, el cual está relacionado con el requerimiento funcional RE-
01 que busca calcular el índice IRCA. Las demás funcionalidades como cargar y descargar la
información, están relacionadas al software elegido para desarrollar el complemento y por tal
motivo no se tienen en cuenta para su modelación.
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Tabla 1 Requerimientos funcionales y no funcionales del sistema
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Requerimientos Funcionales
Ítem Descripción
RE-01 Calcular y visualizar el Índice de Riesgo de la Calidad del Agua Potable para
Consumo Humano- IRCA.
Requerimientos No Funcionales
Ítem Descripción
RFN-01 Ser una extensión de un Software libre.
RFN-02 La herramienta debe presentar un nivel bajo de fallas.
RFN-03 El diseño de la herramienta debe ser de fácil entendimiento y amigable con el
usuario.
RFN-04 Garantizar la lógica del flujo de eventos asociados a cada uno de los elementos de
la interfaz.
RFN-05 Disponer de herramienta de ayuda y advertencias en caso de restricciones.
RFN-06 La herramienta debe ser portable y poder descargarse.
Fuente: Elaboración propia
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Figura 2. Diagrama de Casos de Uso
Fuente: Elaboración propia
El caso de uso CU - 01 permite a los usuarios de la herramienta generar el cálculo del índice
IRCA y visualizar en el software la ubicación geográfica del valor calculado y la clasificación
con respecto a la norma del resultado obtenido. Para iniciar tal acción, el usuario debe cumplir
con tres condiciones principales: a) habilitar la extensión del software, b) contar con todos los
parámetros requeridos por la norma y c) proporcionar la ubicación geográfica de los puntos
muéstrales para el cálculo del índice mencionado; de esta forma, el software realiza los cálculos
y validaciones necesarias, retroalimentado al usuario cuando sea pertinente.
8.1.2. Arquitectura
La arquitectura de software permite definir una solución estructurada, donde se cumplen con
los requisitos técnicos planteados en la fase de selección, como optimizar los atributos de calidad
que comprenden el desarrollo (Microsoft, 2015a). Por tal motivo, es una de las fases más
importantes en la ingeniería del software, ya que busca no solo determinar los elementos que
compondrán el sistema, sino también su conducta e interacción con los demás componentes. De
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esta forma, se garantiza que el sistema funcione de acuerdo con los requisitos planteados
teniendo, un impacto considerable en la calidad, el rendimiento, la capacidad de mantenimiento y
el éxito general de la aplicación.
La arquitectura del sistema se realizó durante la fase de Selección y la fase de Desarrollo.
Esta arquitectura cuenta con la definición de los modelos de clases, de secuencias, de paquetes y
de componentes, siguiendo posteriormente con la vista lógica, la vista de alto nivel y vista de
despliegue.
8.1.2.1.Diagrama de clases
En el modelo de clases se describen las entidades que compondrán la solución planteada,
sus tributos y las operaciones que realizarán las mismas, al igual que las relaciones existentes
entre cada una (Forero et al., 2016). En el diagrama presentado en la Figura 3, se presentan dos
clases: QIRCAdialogo y QIRCA. La primera clase posee el atributo nombre de la interfaz, como
cada parámetro que se requiere para realizar el cálculo de índice IRCA y tendrá incluido una
operación de Cancelar, que permitirá al usuario cerrar el aplicativo. La clase QIRCA, posee el
atributo nombre y tendrá cuatro operaciones que permitirá realizar el cálculo del índice IRCA,
con el fin de visualizar la información a través del software libre.
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Figura 3. Diagrama de Clases
Fuente: Elaboración propia
8.1.2.2.Diagrama de secuencias
Presenta la interacción por medio de mensajes en secuencia de las acciones que realizan
las instancias de clases, componentes, subsistemas o actores, de forma ordenada y por tiempos
(Microsoft, 2015b). En la figura 4 se presenta el diagrama de secuencias para el Caso de Uso Cu-
01, en él se detalla la secuencia de mensajes que intercambian las clases, buscando identificar las
posibles clases faltantes para el desarrollo de la aplicación. La interacción entre los elementos
comienza cuando el usuario le envía la solicitud “Generar índice IRCA” a la clase
QIRCADialogo. Una vez se han ingresado los datos correspondientes, se envía la solicitud
“Calcular IRCA” a la clase QIRCA, la cual verifica que los datos ingresados son válidos; una
vez se realiza esta operación la clase procede a realizar el cálculo del índice y retorna el valor del
índice IRCA para cada coordenada ingresada.
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Figura 4. Diagrama de Secuencias
Fuente: Elaboración propia
8.1.2.3.Vista Lógica o Diagrama de Componentes
La vista lógica describe la estructura interna del sistema, en cuanto a las partes que lo
integran y a su interacción. En la Figura 6 se puede observar el diagrama de componentes del
proyecto, donde se evidencia que se compondrá de un solo componente nombrado QIRCA, el
cual será el encargado de cumplir con las funcionalidades del sistema e interactuar con el
software libre.
Figura 5. Diagrama de Componentes
Fuente: Elaboración propia
sd Use Case Model
QIRCA dialogo
Usuario
QIRCA
Generar IRCA
Calcular IRCA
Validar datos
Retornar IRCA
id Use Case Model
QIRCA
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8.1.2.4. Vista de alto nivel
La vista de alto nivel, muestra la organización principal de la herramienta, de forma que
pueda ser entendida por personas no especializadas en el diseño de software. Se determinaron
dos capas principales: en primer lugar, se encuentra la capa de presentación donde se eligió a
QGIS como la plataforma de desarrollo del complemento, debido a que es un programa que
cuenta con Licencia Pública General GNU, lo que facilita la instalación e implementación de
distintas librerías y herramientas de código abierto, cumpliendo de esta forma los requisitos de
libre acceso y distribución, así como los de desarrollo mediante Python. En segundo lugar, se
presenta la capa de las reglas de negocio (QIRCA), la cual se encuentra soportada por la librería
PyQGIS que permite utilizar los elementos de QGIS desde Python, mediante programación
orientada a objetos, con una sintaxis fácil de entender.
Figura 6. Vista de Alto Nivel.
Fuente: Elaboración propia
Presentación
QGIS
QIRCA
PyQGIS
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8.1.2.5. Vista de despliegue
La vista de despliegue permite apreciar la distribución de procesos en un conjunto de
nodos del sistema y las asociaciones o relaciones existentes entre cada uno de estos. En la Figura
8 se puede observar la vista de despliegue del complemento que se va a desarrollar. Esta se
compone de un nodo principal que representa que representa al programa base para desarrollar el
complemento, el cual es QGIS, el cual contendrá el complemento desarrollado QIRCA.
Figura 7. Vista de Alto Nivel
Fuente: Elaboración propia
8.1.2.6.Implementación
En la implementación se materializa el diseño arquitectónico, por medio de la librería PyQt4
del software QGIS, librería que por defecto usa el lenguaje de programación Python 2.7. De
igual modo, para el desarrollo de la interfaz gráfica se usa el programa QtDesigner, a través de
un archivo .ui (QIRCA_dialog__base.ui). Cada elemento gráfico generado en QtDesigner se
programa a través del archivo QIRCA.py, archivo donde se define la funcionalidad de cada
elemento generado.
dd Use Case Model
Sistema Operativ o
QGIS
«QIRCA»
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Para realizar el cálculo del Índice de Riesgo de la Calidad del Agua para Consumo Humano
(IRCA), se generó la clase QIRCA, para programar la funcionalidad de la herramienta, como
definir los cálculos que generan el índice. Así mismo, en la lógica del negocio se cuenta con
elementos que permiten identificar las capas que están activos en el espacio de trabajo de QGIS,
como seleccionar los atributos del Shapefile.
Figura 8. Interfaz grafica QIRCA
Fuente: Elaboración propia
El resultado que se obtiene al ejecutar el QIRCA son dos campos adicionales en la tabla de
atributos con el valor del IRCA y el nivel de clasificacion de riesgo de acuerdo al valor obtenido
como se presenta en la Figura 9.
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Figura 9. Resultados Implementacion QIRC
Fuente: Elaboración propia
8.2.REVISIÓN Y VALORACIÓN
Se aplican las fases de revisión y valoración para validar el funcionamiento de la
herramienta, a través de un archivo Shapefile, el cual contiene diferentes puntos cada uno con los
respectivos parámetros para realizar el cálculo del índice IRCA. Para realizar la validación del
plugin se utiliza la siguiente metodología para evaluar la usabilidad de la misma.
La metodología que se usa se basa en un modelo jerárquico de criterios, métricas y los
atributos respectivos de cada métrica, combinando métodos cuantitativos como cualitativos para
recoger y procesar los datos (Perez, L. 2016) (Olsina, L. 1999). En la tabla 2 se presentan los
criterios, métricas, atributos y los pesos que se asignaron para validar la usabilidad de la
herramienta:
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Tabla 2 Criterios para la medición de la usabilidad
Criterios Métricas Atributos Pesos
Aprendizaje
Facilidad de aprendizaje
Intuitivo
30
Ayuda retroalimentación Ayuda de búsqueda y
retroalimentación
Satisfacción Atracción
Complacencia de usuario con la
interacción.
15
Contenido
Comunicación
Estética
20 Accesibilidad
Compatibilidad con QGIS.
Eficiencia
Velocidad Tiempo de respuesta.
20
Desempeño humano
Tiempo para completar una
tarea.
Eficacia Recuperación, diagnostico
de errores Mensajes de error 15
Fuente: Elaboración propia.
Para evaluar cada atributo, se tiene una escala con cinco niveles, como se presenta a
continuación:
Totalmente en desacuerdo = 1.
En desacuerdo = 2.
Indiferente = 3.
De acuerdo = 4.
Totalmente de acuerdo = 5
30
La usabilidad se evalúa a través de un cuestionario de 8 preguntas, las cuales son:
1. ¿En general, resulta su manejo fácil e intuitivo, es decir, no requiere mucho esfuerzo y/o
tiempo aprender a manejarlo?
2. ¿Le resulto cómodo o sencillo encontrar herramientas de ayuda para realizar sus tareas?
3. ¿El aspecto general (colores, formas, letra) de los elementos de la aplicación es
atractivo?
4. ¿Su diseño le permite localizar la información y recursos deseados fácilmente?
5. ¿Le resulto fácil y le funciono la herramienta en QGIS?
6. ¿Cree que lo tiempos para realizar una tarea son excesivos?
7. ¿Durante el uso de la aplicación tuvo algún tipo de fallo o le tomo demasiado tiempo
ejecutarla?
8. ¿Cuál es su nivel de satisfacción con la aplicación? Siendo 5 muy satisfecho y 1 poco
satisfecho.
La aplicación presento una usabilidad 4,25/5, donde los criterios de aprendizaje y eficacia
son los que mayor puntuación recibieron, ya que la aplicación es muy intuitiva y el usuario
identifica fácilmente que debe hacer para poderla ejecutar, mientras que el valor de eficiencia
para la métrica de desempeño humano fue una de las que menor puntuación recibió, por el
tiempo que toma seleccionar cada parámetro en la aplicación para poder realizar el cálculo. Este
resultado se obtiene de una muestra de cinco individuos, como se presenta en la tabla 3, para la
selección de la muestra se tuvieron en cuenta los artículos referenciados en la construcción de la
metodología que se presenta.
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Tabla 3 Criterios para la medición de la usabilidad
Encuestados
Atributos Pesos 1 2 3 4 5 Ponderación Resultado
Intuitivo
30
5 5 5 5 5 5 0,75
Ayuda de
búsqueda y
retroalimentación
4 4 5 5 5 4,6 0,69
Complacencia del
usuario 15 3 4 4 3 3 3,4 0,51
Estética
20
4 2 4 3 4 3,4 0,34
Compatibilidad
con QGIS 5 5 5 5 5 5 0,5
Tiempo de
respuesta
20
5 5 5 5 5 5 0,5
Tiempo para
completar una
tarea
3 3 4 3 2 3 0,3
Mensajes de
error 15 4 5 4 4 5 4,4 0,66
4,25
Fuente: Elaboración propia.
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9. CONCLUSIONES
El QIRCA es una extensión de QGIS que permite calcular el Índice de Riesgo de la Calidad
del Agua para Consumo Humano (IRCA), a partir de la utilización de un formato para el
almacenamiento de información espacial como bien lo es el shapefile de ArcGIS. De esta forma,
es posible reducir considerablemente los tiempos de cálculo del índice por parte de los usuarios,
así como identificar las zonas donde se presentan los valores con los niveles más altos de riesgo
(en este caso lugares conocidos como inviables sanitariamente).
Es necesario que para la utilización de la herramienta el usuario suministre los datos
ordenados de una forma específica, organizadas cada una de las variables como atributos de la
capa (o columnas en la tabla de atributos) y cada una de los puntos a evaluar representado como
una fila en la tabla de atributos o un punto en el espacio. De esta manera, el plugin podrá
desarrollar la función de una forma adecuada y eficaz para cada uno de los puntos.
Es recomendable que, en trabajos futuros, se implemente una función dentro de la
herramienta que permita eliminar atributos ya seleccionados para minimizar de esta forma la
cantidad de parámetros que debe manejar el usuario por cada variable solicitada. Igualmente, es
aconsejable implementar una función que permita al plugin reconocer CSV y Shapefile, ya en el
momento solo reconoce archivos de formato Shapefile.
El método de desarrollo SCRUM, fue la decisión más acertada para la elaboración del plugin,
debido al corto tiempo que se tenía para generar el producto, como los pocos recursos que se
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dispusieron para el desarrollo del proyecto. Así mismo, fue muy útil por su fácil adaptabilidad a
los requisitos cambiantes en el desarrollo e implementación de la herramienta, condición que
permitió ir definiendo y mejorando el producto a lo largo del camino.
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10. REFERENCIAS
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Guacaica, Departamento de Caldas, Colombia (Tesis de especialización). Recuperado de:
http://www.bdigital.unal.edu.co/51032/1/1053781847.2015.pdf
Forero, F. Moreno, E. y Pineda, W. (2016). Neo4Qgis: Conexión del software QGIS y una
base de datos geográfica orientada a grafos Universidad Distrital Francisco José de Caldas,
Bogotá.
Gutierrez, D. (2009). UML Diagramas de Paquetes. Universidad de los Andes Venezuela.
Recuperado de
http://www.codecompiling.net/files/slides/UML_clase_05_UML_paquetes.pdf
Microsoft (2015a). Chapter 1: What is Software Architecture?. Microsoft Developer
Network: Microsoft. Recuperado de https://msdn.microsoft.com/enus/library/ee658098.aspx
Microsoft (2015b). Diagramas de secuencia UML: Referencia. Microsoft Developer
Network: Microsoft. Recuperado de https://msdn.microsoft.com/es-co/library/dd409377.aspx
Ministerio de Desarrollo Económico & Departamento Nacional de Planeación. (1997).
Análisis del sector de agua potable y saneamiento en Colombia. Organización de las
Naciones Unidas.
Ministerio de la Protección Social. (9 de mayo de 2007). Decreto 1575. Por el cual se
establece el Sistema para la Protección y Control de la Calidad del Agua para Consumo
Humano. Colombia.
35
Organización Mundial de la Salud. (2015). Agua, saneamiento y salud (ASS). Obtenido de
Agua potable salubre y saneamiento básico en pro de la salud:
http://www.who.int/water_sanitation_health/mdg1/es/
QGIS (2018). Descarga QGIS para tu plataforma. QGIS. Recuperado de
https://www.qgis.org/es/site/forusers/download.html
Sommerville, I. (2011). Ingeniería de Software. Ciudad de México: Pearson Educación.