Diseño de modelo de optimización para localización de red de sensores de detección temprana de incendios en el Bosque La Primavera
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Date
2021
Director
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Publisher
Pontificia Universidad Javeriana Cali
Abstract
Los avances tecnológicos de los últimos años han permitido el desarrollo de pequeños dispositivos capaces de medir las condiciones del ambiente, las llamadas redes de sensores inalámbricos, que tienen una amplia variedad de aplicaciones en diferentes campos. Actualmente en la región de Jalisco, México, la incidencia de incendios forestales ha aumentado hasta el punto de representar un riesgo para el medio ambiente y los habitantes de la región. Debido a esto, en el Bosque La Primavera se adelanta un proyecto para implementar un sistema de detección temprana integrando una red de sensores inalámbricos con drones. Con el fin de minimizar el tiempo hasta detección, este proyecto se enfoca en diseñar un modelo de optimización para definir la localización de una red de sensores inalámbricos; lo que se conoce en optimización como el Problema de Localización
de Máxima Cobertura. Para ello se realizó un análisis de las condiciones actuales, en las que se evaluó el tiempo promedio de detección, porcentaje promedio de área forestal quemada, costo del sistema de detección de incendios y tiempo de ejecución del estudio. El presente proyecto propone un modelo de optimización estocástica como solución. Para la validación del modelo se realizaron experimentos aleatorios y estudios estadísticos que comprueban que el modelo cumple con las restricciones y metas propuestas. Mejorando el tiempo de detección promedio en un 43,48%, el porcentaje promedio de áreas quemada en un 43,30% y los costos de implementación en un 22,35%, asimismo, el tiempo de ejecución se logró reducir a solo 6,63 segundos en promedio.
Description
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Technological advances in recent years have allowed the development of small devices capable of measuring environmental conditions, the socalled wireless sensor networks, which have a wide variety of applications in different fields. Currently in the region of Jalisco, Mexico, the incidence of forest fires has increased to the point of representing a risk to the environment and the inhabitants of the region. Due to this, a project is being carried out in the La Primavera Forest to implement an early detection system integrating a network of wireless sensors with drones. In order to minimize the time to detection, this project focuses on designing an optimization model to define the location of a wireless sensor network; what is known in optimization as the Maximum Coverage Location Problem. For this, an analysis of the current conditions was carried out, in which the average detection time, average percentage of burned forest area, cost of the fire detection system and time of execution of the study were evaluated. The present project proposes a stochastic optimization model as a solution. For the validation of the model, randomized experiments and statistical
studies were carried out that verify that the model complies with the restrictions and proposed goals. By improving the average detection time by 43.48%, the average percentage of burned areas by 43.30% and the implementation costs by 22.35%, likewise, the execution time was reduced to only 6, 63 seconds on average.
Keywords
Sistema de detección temprana de incendios, Red de sensores inalámbricos, Problema de localización de máxima cobertura, Early fire detection system, Wireless sensor network, Maximum coverage location problem