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SISTEMA DE GEOREFERENCIACIÓN PARA TRAZABILIDAD EN LA ENTREGA DE
PAQUETESAutor:
DIEGO MAURICIO FREIRE BASTIDAS
Director:
JOAQUÍN MARTÍNEZ SÁNCHEZ
Proyecto Fin de Máster para el Máster en Geoinformática
Julio de 2016
Introducción La geolocalización de objetos ha generado interés en los campos de
estudio, esté concepto de geolocalización se lo ha utilizado adiferentes clases de objetos.
La trazabilidad genera una memoria de los puntos a través del tiempo.Este concepto se ha usado en diferentes objetos, entre ellos sedestacan las líneas alimenticias, de producción y la que se encuentraen auge es la de la paquetería.
La generación de las rutas en objetos debe contemplar varios aspectos,desde los intervalos de recopilación de datos, la eficiencia de recursosusados para conseguir la posición de un objeto, la precisión requerida,los gastos que implica tener la posición.
El presente proyecto presenta un análisis tomando en cuenta diferentesaspectos de trazabilidad y se expondrá una propuesta de un Sistema deGeoreferenciación para Trazabilidad en la Entrega de Paquetes.
Objetivos específicos
Caracterizar e implementar una metodología para la trazabilidad espacial de unsistema de transporte de paquetería a través de tecnologías de navegación globalpor satélite (GNSS ) y sistemas de comunicaciones inalámbricos de baja potencia(XBee).
Objetivo
• Obtener en forma periódica la posición de lotes de paquetes, mediante la georeferenciación de solo unode los paquetes que necesite guardar la posición GPS.
• Utilizar sensores GPS y radios de baja potencia XBee para localizar los nodos dentro de la red.
• Identificar a cada paquete mediante código con la dirección destino.
• Desplegar sobre un mapa la ruta de recorrido y los puntos de salto de lote.
• Estudiar el potencial de los transmisores de bajo consumo para aplicaciones de escala urbana.
• Definir una topología de red que se adapte a la solución propuesta.
• Analizar un mecanismo de generación automática de rutas.
• Definir parámetros de precisión necesarios para la generación de una ruta acorde a la realidad.
Transmisores de baja potencia En las comunicaciones el aspecto de consumo energético siempre está en un
foco de análisis para que un proyecto se pueda considerar viable, más auncuando las comunicaciones son inalámbricas, pues los dispositivos dependende una batería, la cual tiene un recurso limitado de energía.
Las tecnologías de baja potencia se encuentran en auge y tienen diversasaplicaciones dependiendo el tipo de transmisión, el alcance, la velocidad,topología de la red, costo, confiabilidad, eficiencia energética entre otros.Entre las tecnologías que destacan actualmente podemos mencionar lassiguientes: Bluetooth LE, ANT, ANT+, Zigbee, WiFi, Nike+, IrDA, NFC
La topología que soportan las diferentes tecnologías va a ser un punto enconsideración, pues buscamos una topología capaz de comunicarse con variosnodos al mismo tiempo. La Tabla 1. 1 muestra las diferentes topologíasdependiendo el tipo de tecnología.
Otro aspecto a considerar es la eficiencia en la transmisión de los datos, pueseste parámetro es la relación que existe entre los datos de información quedeseo transmitir y la cantidad de información que tengo que enviar adicional,como parte del protocolo para poder realizar la comunicación.
Plataforma ArduinoArduino es una plataforma de creación de prototipos basado en hardware ysoftware fácil de usar. La plataforma Arduino se basa en el uso de las diferentesplacas. Cada una de estas placas permite el desarrollo específico, dichas placasson capaces de leer entradas por ejemplo la luz de un sensor, un botón y generaruna respuesta a una acción (encender un motor).
Sistemas de Información Geográfica
Un Sistema de Información Geográfica (SIG), es una integraciónorganizada de hardware, software y datos geográficos diseñada paracaptar, guardar, modificar, analizar y representar en diversas formasla información geográfica referenciada con la finalidad de resolverproblemas complejos de planificación y gestión
Gestionar la información espacial es la razón fundamental para el usode un SIG. Un SIG permite realizar la separación de diferentes capas,esta separación se la realiza en base a diferentes temáticas oatributos de análisis.
Trazabilidad La ISO define el concepto de trazabilidad como la posibilidad de trazar la
producción, uso o ubicación de un determinado elemento. Cuando se trata de la elaboración de un producto, esto puede cubrir el origen de los materiales empleados. (Certification, 2010)
Cada elemento debe tener la capacidad de generar una ruta desde cada punto, la intensión es gestionar cada uno de los puntos o procesos que realiza el elemento hasta cumplir la ruta asignada.
Para obtener una traza se necesitan diferentes elementos:
Dispositivos de rastreo
Lotes
Unicidad
Almacenamiento de datos
Planteamiento
Información inicial
Un sistema de entrega de paquetes utiliza una serie deoficinas
Tienen un delimitado espacio geográfico
Las oficinas tienen la capacidad de recibir los paquetes,transportar o entregar un paquete
Las oficinas pueden cambiar un paquete de lote
Agregan la ruta de destino para el paquete
Las rutas pueden tener otras oficinas en sus puntosintermedios
Oficinas
Información inicial
Recepción de un paquete.
Dirección origen y destino
Remitente
Destinatario
Fragilidad en la transportación
Prioridad
Rapidez
Cuidados especiales
Seguridad
Confidencialidad
Condiciones de almacenaje
El tránsito de los paquetes en cambio, conlleva al proceso de la trazabilidad interna en una empresa: cómose consigue llevar el paquete desde la dirección origen hasta la dirección destino, considerando losrequerimientos que se detallaron al momento de realizar la recepción del paquete. Un paquete seencontrará en tránsito siempre que su destino próximo sea una oficina. Cuando un paquete se encuentre enuna oficina, puede ser reasignado el lote en el cual se va a transportar, los cambios de lote se efectúanúnicamente en las oficinas de acuerdo a la ruta que deban seguir. Cuando ya no queden más oficinas en laruta del paquete, se inicia el proceso de entrega.
El proceso de entrega implica que el paquete debe llegar al destinatario considerando los aspectosdetallados en el momento de recepción del paquete; por ejemplo, si el paquete requiere confidencialidad,implica que el paquete no puede ser entregado a una persona diferente al destinatario. En caso de que elpaquete no pueda ser entregado, dicho paquete retornará a la oficina de la que salió por última ocasión
Recepción, Tránsito y Entrega
Información inicial
El conlleva al proceso de la trazabilidad interna en una empresa
Cómo se consigue llevar el paquete desde la dirección origen hasta ladirección destino, considerando los requerimientos que se detallaron almomento de realizar la recepción del paquete.
Un paquete se encontrará en tránsito siempre que su destino próximo sea unaoficina.
Reasignado el lote en el cual se va a transportar, los cambios de lote seefectúan únicamente en las oficinas de acuerdo a la ruta que deban seguir.
Cuando ya no queden más oficinas en la ruta del paquete, se inicia el procesode entrega.
Recepción, Tránsito y Entrega
Información inicial
El proceso de entrega implica que el paquete debe llegaral destinatario
Considerando los aspectos detallados en el momento derecepción del paquete.
Trazabilidad individual desde la ultima oficina en la ruta
En caso de que el paquete no pueda ser entregado, dichopaquete retornará a la oficina de la que salió por últimaocasión
Recepción, Tránsito y Entrega
Información inicial
Rutas
La información de si el paquete sigue en tránsito o no, se la debe realizarrealizando un proceso de intersección entre el área de injerencia de unaoficina y las coordenadas del destino del paquete.
Si las coordenadas del destino están en el área de influencia de la oficina,entonces el paquete se debe poner en estado de entrega.
Información inicial
Trazabilidad de todo el proceso de entrega, se debe considerar que elpaquete va a estar acompañado de un dispositivo que permita obtener laubicación
El dispositivo debe tener autonomía energética
También de un identificador único, para que el paquete asociado aldispositivo también tenga una ubicación univoca.
Resistencia al proceso
Sistema de obtención de ubicación
Comunicación con el sistema de gestión
Dispositivo para la obtención de la trazabilidad
Modelamiento del problema
La necesidad de seguimiento al proceso existente en la entrega - recepción depaquetes, conlleva el requerir de un sistema capaz de reflejar de formadetallada la ruta que sigue un paquete en todo instante.
Un sistema ideal debería considerar una actualización de las coordenadas deforma permanente.
El coste de todo el sistema se incrementaría, pues la frecuencia deactualización de la información incide de forma directa en los costosoperativos, tanto de almacenamiento, energía, procesamiento…
Modelamiento del problemaRutas
Se va a definir dos tipos de rutas, la ruta que un paquete sigue para alcanzar sudestino, la cual va a ser el resultado de la toma de coordenadas de posicionamientopor parte del dispositivo TAG y la ruta definida para la entrega del paquete.
La diferencia entre las dos rutas radica en que la primera ruta, se va creando amedida que el paquete intenta llegar al destino definido. En cambio, la segundaruta, es una especie de sugerencia del camino que debe seguir un paquete con lafinalidad de conseguir su destino.
Modelamiento del problemaRutas El tratamiento para algunos paquetes debe ser diferenciado
Puede contener elementos frágiles, de envío prioritario oconfidencial.
Perfiles de envío, los cuales van a influir en la forma en cómo seenvíe, por ejemplo en la conformación de los lotes.
Envío prioritario debe estar en un lote de envío prioritario.
Paquete marcado como confidencial, no requiere un lote diferente, loúnico que requiere es ser entregado únicamente a la persona a la cualestá dirigido.
Restringir tener una gran cantidad de tipos de envío, para conseguiruna gestión más ágil
Más tipos de envío la gestión del proceso de entrega puede tornarsedifícil de manejar
Gestión de rutas SIG que refleje, de forma clara y con un nivel de precisión
Actualizarse en tiempo real, es decir, si por algún motivo se cambia laruta, el sistema de gestión de rutas, debe enviar una actualización dela ruta.
“fuera de ruta
Buffer de injerencia, donde el ancho del buffer sirva para realizaruna intersección entre las coordenadas de un dispositivo y la ruta aseguir.
El ancho del buffer debe estar acorde al rango de precisión del TAG.
Las rutas de tracking en cambio no deben tener opción demodificación
Permitir la opción de alterar una ruta de tracking rompería el sentidoque tiene el sistema de trazabilidad
Guardar un número adecuado de coordenadas
Precisión en la ubicación Un sistema ideal debería presentar una precisión
equiparable a la realidad
Aumento considerable en el coste de la aplicación
Mejora sustancial en el sistema.
La precisión dependerá directamente del tipo deaplicación
En paquetería en general, no presenta un nivel deprecisión exigente.
Obtención de coordenadas La función es poder generar la ruta de tracking, está debe
contener tantos puntos como sean necesarios.
Obtención de coordenadas de forma permanenteincrementa el consumo de batería
Reduce la duración de las baterías.
Variación en el tiempo de toma de coordenadas,
El tiempo depende de factores como por ejemplo losacelerómetros
Otra opción que se puede analizar es enviar un conjuntode coordenadas cuando el TAG intente comunicarse con elSIG
Acción frente a erroresEvento Severidad Probabilidad
Desconexión momentánea
Baja Media
Incapacidad de obtener
coordenadas
Media Baja
Batería baja Alta MediaApagado fortuito Alta Baja
Perdida de configuración del
TAG
Alta Baja
Daños por caída Alta Media Error en
transmisión de información
Media Media
Evento AcciónDesconexión momentánea
Ninguna
Incapacidad de obtener coordenadas
Encender una luz indicadora en el TAG.
Batería baja Cambio de bateríaApagado fortuito Revisión de batería, conexiones,
cambio de batería.Perdida de
configuración del TAG
Asignar un nuevo TAG, manteniendo la información del anterior,
reconfiguración del TAG
Daños por caída Diseño resistente a caídas, que limite los golpes.
Error en transmisión de información
Utilizar un método de transmisión con control de transmisión.
Limitaciones de ejecución Precisión
Cobertura
Tipos de paquetes
Limitaciones de estudio
Lotes
Número de dispositivos
Sistema SIG
Resistencia de materiales
Códigos de TAG
Precisión
Área de cobertura
Modelo de trazabilidad
Esquema de rastreoTiempo
Periodicidad
Los dispositivos TAG tienen una batería, el uso continuo de todos loselementos del TAG reduce el tiempo de duración de la batería.
𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 =𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡𝑣𝑣𝑡𝑡𝑣𝑣𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑑𝑑𝑡𝑡𝑡𝑡
Esquema de rastreo
Esquema de rastreoSeguimiento
Esquema de rastreoPuntos fijos
Áreas de incidencia de una oficina
calculadas en torno a parámetros como por ejemplo la distancia máximadesde una oficina, hasta el borde más lejano del área de incidencia.
La capa de oficinas debe ser fija
En una interfaz orientada al usuario, se puede realizar un proceso parabuscar la oficina más cercana para un usuario.
Esquema de rastreoEsquema de Lotes
Áreas de incidencia de una oficina
calculadas en torno a parámetros como por ejemplo la distancia máximadesde una oficina, hasta el borde más lejano del área de incidencia.
La capa de oficinas debe ser fija
En una interfaz orientada al usuario, se puede realizar un proceso parabuscar la oficina más cercana para un usuario.
Esquema de rastreoEsquema de tramas GPS
Las tramas que contienen la ubicación de los dispositivos TAG obtienen lainformación del elemento GPS que se encuentra conectado
Los datos se los toma de forma periódica, por tal motivo, cuando una tramafue creada.
Se realiza una delimitación de la trama, utilizando una palabra o carácter deinicio, también un delimitador de fin.
Cuando la trama fue creada con éxito, se le agrega el delimitador de fin y seespera un tiempo predefinido antes de enviar la siguiente trama.
En caso de que no se reciben datos del GPS, la trama incorpora caracteresespeciales
Repositorio de rutas
El repositorio de las rutas genera archivos con la informaciónreferente a la ruta cursada por el paquete en su trayecto.
La información que se guarde debe ser la proporcionada por eldispositivo
La ruta que se guarde va a ser la ruta formada por los puntos tomadospor el dispositivo TAG.
En el repositorio guardar información referente a los datos con loscuales se procedió a enviar el paquete
La información debe haber quedado guardada como parte delrepositorio
Dispositivo de rastreoDiseño conceptual
Resistividad
Batería
Comunicaciones
Indicadores
Comportamiento
Algo
ritm
o de
pro
cesa
mie
nto
de p
aque
tes
Retos a superar
Pérdida de cobertura: pérdida de cobertura, tales comotúneles, edificios, un sistema paralelo individual derecopilación de información
Duración de batería: la agregación de elementoselectrónicos más precisos o de mejor interactividad con elusuario incide de forma directa en el consumo de energía
Facilidad de operación: facilidad de operación debe serconcebida como la relación entre lo necesario y loindispensable
Adaptación a cambios: sistema también debe poderadaptarse a cambios
Diseño de la aplicación
El módulo Arduino UNOcumple también con laespecificación de serreutilizable pues cuanta conun entorno de desarrollo quepermite realizar tantasactualizaciones como elusuario desee.
La comunicación con elmódulo de transmisión se larealiza mediante lautilización de una libreríadesarrollada para Arduino.
Trabajo experimental
Datos transmitidos
El formato de transmisión de la información se encuentra detallado en la memoria del TFM en la Figura 5.2 transmitidos por el módulo de procesamiento.
Módulo de ubicación
Para la ubicación se ha utilizado un NEO-6M u-blox 6 GPS, que es compatiblecon Arduino UNO.
Se escoge este GPS por ser compatible con Arduino UNO también se loconsidera pues la precisión horizontal que dispone el equipo es de 2.5 metros.
Tomando en cuenta que el sistema tiene un requerimiento de precisión de 5metros, el GPS cumple con la precisión requerida
Módulo de batería
Para la batería se usa unaalimentación de tres celdas de marcaTURNIGY de 1.3 mAh .
Cumple con las característicasespecificadas en cuando a ladurabilidad, capacidad de recarga yestá hecha de iones de Litio.
Módulo de transmisión
Para la transmisión de datos se usó los dispositivos XBee S2.
Configuración tipo clúster con coordinadores, routers y dispositivos finales
No cumplen con el alcance
Se utilizan estos equipos puesto que como se trabaja en un entorno depruebas la distancia con la que se va a trabajar en los dispositivos no presentaun problema.
Procesamiento de datosLos datos que el dispositivo de trazabilidad envía a la estación coordinadora sonmanejados para crear un archivo capaz de mostrar en un mapa la informaciónrecopilada. Entre los elementos usados como parte del trabajo se encuentran lossiguientes que se detallan
Diseño y elaboración de una carcasa
Servicio web
Este servicio web proporciona una ruta entre 2 puntos, uno de origen y uno de destino. Se puede escoger el medio de transporte a utilizar, la ruta retorna las direcciones que permiten llegar de forma detallada.
Sistema de recepción y generación de archivo de ruta
Se elabora un sistema en Microsoft Visual Studio para la lectura del puerto donde se encuentra el dispositivo coordinador.
Gracias