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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN

SISTEMAS Y DE COMPUTACIÓN

DESARROLLO DE PROTOTIPO DE ONTOLOGÍA PARA

REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO SOBRE

CARACTERIZACIÓN Y MONITOREO DE AMENAZAS DEL

VOLCÁN TUNGURAHUA EN EL CANTÓN BAÑOS

PROYECTO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO EN SISTEMAS Y DE COMPUTACIÓN

FABRICIO ANDRÉS ZULES ACOSTA

[email protected]

Director: Ing. Sandra P. Sánchez, MSc.

[email protected]

2013

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS Y DE COMPUTACIÓN

ORDEN DE ENCUADERNACIÓN

De acuerdo con lo estipulado en el Art. 17 del instructivo para la Aplicación del

Reglamento del Sistema de Estudios, dictado por la Comisión de Docencia y

Bienestar Estudiantil el 9 de agosto del 2000, y una vez comprobado que se han

realizado las correcciones, modificaciones y más sugerencias realizadas por los

miembros del Tribunal Examinador al informe del proyecto de titulación

presentado por FABRICIO ANDRÉS ZULES ACOSTA.

Se emite la presente orden de empastado, con fecha:

Para constancia firman los miembros del Tribunal Examinador:

NOMBRE FUNCIÓN FIRMA

Ing. Sandra P. Sánchez. Director

Examinador

Examinador

_________________________

Ing. Carlos Montenegro

DECANO

DECLARACIÓN

Yo, Fabricio Andrés Zules Acosta, declaro bajo juramento que el trabajo aquí

descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún

grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas

que se incluyen en este documento.

La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.

Fabricio Andrés Zules Acosta

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Fabricio Andrés Zules

Acosta, bajo mi supervisión.

Ing. Sandra P. Sánchez, MSc.

DIRECTORA

AGRADECIMIENTOS

A la vida por la darme la ocasión de

compartir el presente trabajo;

A la Escuela Politécnica Nacional y

todos sus miembros por permitir con

su esfuerzo diario mi desarrollo

profesional integral;

A mis profesores por su paciencia y

entrega que día a día me

permitieron adquirir las

competencias necesarias para

culminar mi carrera académica;

A mi tutora Sandra que ha sabido

guiarme en el desarrollo de mi

proyecto de titulación no solo como

profesora sino como una amiga.

A todas las personas que de una u

otra manera contribuyeron en la

culminación del presente trabajo y

con él de mis sueños profesionales

Andrés

DEDICATORIA

Dedico el presente proyecto de titulación a mis padres, Fabricio y

Sandra, por cumplir con sus deberes más allá de lo esperado,

permitiendo desarrollarme personal y profesionalmente a plenitud.

A mis hermanas, Catalina y Laura, y en general a familia por mostrarme siempre amor incondicional y apoyo

continuo para cumplir con mis objetivos de vida;

A mis amigos; Fabricio, Lenin y Roberto; y demás compañeros por

siempre estar en los momentos difíciles y demostrar siempre un

interés genuino sin esperar nada a cambio;

A todas las personas que ya no están junto a mí pero que han

dejado una huella indeleble en mis pensamientos y sentimientos.

Andrés

ÍNDICE DE CONTENIDO

LISTA DE FIGURAS ……………………………...……………………………………… i

LISTA DE TABLAS …………………………….………..…..………………...………… ii

RESUMEN…………………………….…….………….………………………………… iii

1 CARACTERIZACIÓN Y MONITOREO DE AMENAZAS VOLCÁNICAS

1

1.1 EXPLORACIÓN DEL CONOCIMIENTO SOBRE AMENAZAS

VOLCÁNICAS .................................................................................................................... 1

1.1.1 Conceptos generales sobre análisis de riesgos ................................................... 1

1.1.1.1 Amenaza o Peligro ................................................................................................ 1

1.1.1.2 Desastre ................................................................................................................. 2

1.1.1.3 Riesgo ................................................................................................................... 2

1.1.1.4 Vulnerabilidad ....................................................................................................... 2

1.1.2 Amenazas o Peligros Volcánicos del Volcán Tungurahua ............................... 3

1.1.2.1 Gases Volcánicos .................................................................................................. 3

1.1.2.2 Caída de piroclásticos ........................................................................................... 3

1.1.2.3 Flujos de lodo y escombros (lahares) .................................................................... 4

1.1.2.4 Flujos piroclásticos (nubes ardientes) ................................................................... 4

1.1.2.5 Flujos y domos de lava ......................................................................................... 4

1.1.2.6 Avalanchas de escombros ..................................................................................... 5

1.1.2.7 Sismos volcánicos ................................................................................................. 5

1.1.3 Limitación del área geográfica ........................................................................... 5

1.2 INFRAESTRUCTURA DE DATOS DISPONIBLE ........................................ 7

1.2.1 Monitoreo Volcánico ........................................................................................... 8

1.2.1.1 Vigilancia por observación ................................................................................... 8

1.2.1.2 Vigilancia instrumental ......................................................................................... 8

1.2.1.2.1 Monitoreo sísmico ................................................................................................ 8

1.2.1.2.2 Monitoreo de la deformación del suelo................................................................. 9

1.2.1.2.3 Monitoreo geoquímico .......................................................................................... 9

1.2.1.2.4 Otros .................................................................................................................... 10

1.2.2 Centro Nacional de Datos ................................................................................. 10

1.2.3 Mapa de amenazas del volcán Tungurahua .................................................... 11

2 DISEÑO DE LA ONTOLOGÍA ....................................................................... 15

2.1 INGENIERÍA ONTOLÓGICA ....................................................................... 15

2.1.1 Comparación de Metodologías ......................................................................... 15

2.1.2 UPON .................................................................................................................. 15

2.1.2.1 Flujo de Trabajo de Requerimientos ................................................................... 18

2.1.2.1.1 Determinar el dominio de interés y el alcance .................................................... 19

2.1.2.1.2 Definir el propósito del negocio ......................................................................... 20

2.1.2.1.3 Escribir guiones gráficos ..................................................................................... 20

2.1.2.1.4 Crear el Léxico de Aplicación (AL) ................................................................... 20

2.1.2.1.5 Identificar Preguntas de competencia (CQ) ........................................................ 21

2.1.2.1.6 Identificar y priorizar Casos de Usos (UC) ......................................................... 21

2.1.2.2 Flujo de Trabajo de Análisis ............................................................................... 24

2.1.2.2.1 Adquirir recursos de dominio y construir el Léxico de Dominio (DL) .............. 24

2.1.2.2.2 Construir el Léxico de Referencia (RL) .............................................................. 25

2.1.2.2.3 Modelar Escenario de Aplicación usando UML ................................................. 26

2.1.2.2.4 Construir el Glosario de Referencia (RG) .......................................................... 26

2.1.2.3 Flujo de Trabajo de Diseño ................................................................................. 27

2.1.2.3.1 Modelación de Conceptos ................................................................................... 27

2.1.2.3.2 Modelación de la Jerarquía de Conceptos y Relaciones Específicas de Dominio28

2.1.2.4 Flujo de Trabajo de Implementación .................................................................. 29

2.1.2.5 Flujo de Trabajo de Pruebas................................................................................ 30

2.1.2.6 Ciclo UPON ........................................................................................................ 32

2.2 ESQUEMA ONTOLÓGICO ............................................................................ 36

2.2.1 Artefactos del Flujo de Trabajo de Requerimientos ...................................... 36

2.2.1.1 Léxico de Aplicación (AL) ................................................................................. 36

2.2.1.2 Preguntas de competencia (CQ) .......................................................................... 38

2.2.1.3 Casos de Usos (UC) ............................................................................................ 39

2.2.2 Artefactos del Flujo de Trabajo de Análisis .................................................... 44

2.2.2.1 Léxico de Dominio (DL) .................................................................................... 44

2.2.2.2 Léxico de Referencia (RL) .................................................................................. 47

2.2.2.3 Diagramas UML de Clases y Actividades .......................................................... 48

2.2.2.4 Glosario de Referencia (RG)............................................................................... 50

2.2.3 Artefactos del Flujo de Trabajo de Diseño ...................................................... 53

2.2.3.1 Red Semántica/Esquema Ontológico .................................................................. 53

3 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO .......................................................... 55

3.1 HERRAMIENTAS Y LENGUAJES ............................................................... 55

3.1.1 Lenguaje Ontológico ......................................................................................... 55

3.1.2 Editor Ontológico .............................................................................................. 55

3.1.3 IDE web .............................................................................................................. 56

3.2 COMPONENTES DEL PROTOTIPO ............................................................ 57

3.3 PRUEBAS Y VALIDACIÓN ........................................................................... 60

3.3.1 Calidad Práctica ................................................................................................ 60

3.3.1.1 Fidelidad ............................................................................................................. 60

3.3.1.2 Relevancia y Completitud ................................................................................... 61

4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 64

4.1 CONCLUSIONES ............................................................................................. 64

4.2 RECOMENDACIONES ................................................................................... 65

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 66

ANEXOS ............................................................................................................................ 69

ANEXO A: ONTOLOGÍA EN FORMATO OWL 2.0 .................................................. 69

ANEXO B: ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD PRÁCTICA .............................. 69

ANEXO B: ESTÁNDAR IEEE 1074 ............................................................................... 69

i

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Cantones de la Provincia Tungurahua.................................................................. 6

Figura 2 – Parroquias del Cantón Baños de Agua Santa ....................................................... 7

Figura 3 – Peligros Volcánicos del Volcán Tungurahua según el Centro Nacional de Datos

............................................................................................................................................. 11

Figura 4 – Mapa de Lahares, Flujos Piroclásticos y Flujos de Lava ................................... 12

Figura 5 – Mapa de Caídas de Piroclásticos y Avalanchas de escombros .......................... 13

Figura 6 – Mapa de Lahares, Flujos Piroclásticos, Flujos de Lava, Caídas de Piroclásticos y

Avalanchas de escombros .................................................................................................... 14

Figura 7 – Una representación esquemática del proceso UPON ......................................... 17

Figura 8 – Flujo de Trabajo UPON y participación de ingenieros ontológicos .................. 18

Figura 9 – Caso de Uso de la Pregunta de Competencia #4 ................................................ 22

Figura 10 – Resumen del Flujo de Trabajo de requerimientos............................................ 24

Figura 11 – Proceso de construcción del Léxico de Referencia .......................................... 26

Figura 12 – Resumen del Flujo de Trabajo de análisis........................................................ 27

Figura 13 – Resumen del Flujo de Trabajo de diseño ......................................................... 29

Figura 14 – Resumen del Flujo de Trabajo de implementación .......................................... 30

Figura 15 – Resumen del Flujo de Trabajo de pruebas ....................................................... 32

Figura 16 – Resumen del proceso UPON ............................................................................ 33

Figura 17 – Diagramas de casos de uso que responden las preguntas de competencia ...... 42

Figura 18 – Agrupación y priorización de casos de uso ...................................................... 43

Figura 19 – Interfaz gráfica de la aplicación web ............................................................... 62

ii

LISTA DE TABLAS

Tabla 1- Población del Cantón Tungurahua por Parroquia ................................................... 7

Tabla 2- Cuadro comparativo de diferentes procesos con respecto al estándar IEEE 1074 16

Tabla 3- Extracto del Léxico de Aplicación ........................................................................ 21

Tabla 4- Ejemplos de Preguntas de Competencia ............................................................... 21

Tabla 5- Un extracto del Léxico de Dominio ...................................................................... 25

Tabla 6- Resumen de Flujos de trabajo y tareas. ................................................................. 34

Tabla 7- Léxico de Aplicación. ........................................................................................... 37

Tabla 8- Preguntas de competencia. .................................................................................... 38

Tabla 9- Léxico de Dominio. ............................................................................................... 44

Tabla 10- Intersección del Léxico de Aplicación y del Léxico de Dominio. ...................... 47

Tabla 11- Léxico de Referencia........................................................................................... 48

Tabla 12- Glosario de referencia ......................................................................................... 50

iii

RESUMEN

El Proyecto de Titulación tiene como finalidad la elaboración de un prototipo de

ontología para la caracterización y monitoreo de las amenazas del volcán

Tungurahua en el cantón Baños de Agua Santa. Para ello el conocimiento; que

fue adquirido por medio de los distintos expertos de dominio, estándares, otras

ontologías y demás publicaciones; es modelado ontológicamente para dar a los

datos un significado semántico.

En el primer capítulo se explora el conocimiento existente acerca de las

amenazas o peligros volcánicos, así como también los términos relacionados al

análisis de riesgo, además se limita la zona geográfica. Posteriormente se realiza

un inventario sobre las distintas fuentes de datos disponibles finalizando con el

mapa de peligros generados por el volcán Tungurahua.

En el segundo capítulo, luego de comparar las distintas metodologías de

desarrollo ontológico, se procede a explicar la metodología UPON. Su explicación

se la realiza basado en la documentación de la metodología y en el propio

desarrollo de la ontología motivo de este proyecto de titulación.

En el tercer capítulo se explica las herramientas y lenguajes utilizados en la

implementación de la ontología. A si mismo se procede a demostrar la viabilidad y

utilidad de dicho trabajo por medio de una aplicación web que usa la ontología

desarrollada.

En el cuarto y último capítulo se procede a describir las recomendaciones de

trabajo a futuro y las conclusiones obtenidas luego de desarrollar el presente

trabajo.

Palabras clave: Ingeniería Ontológica. Amenazas Volcánicas. Volcán Tungurahua.

UPON.

iv

Palabras clave: Ingeniería Ontológica. Amenazas Volcánicas.

1

1 Caracterización y monitoreo de amenazas volcánicas

1.1 Exploración del conocimiento sobre amenazas volcánicas

En 1996, Stanley Henry Kaplan promulgó dos teoremas sobre la comunicación. El primer

teorema indica que el 50% de los problemas en el mundo son causados porque las personas

usan la misma palabra con diferentes significados. El segundo teorema señala que el otro

50% de los problemas son causados porque las personas usan diferentes palabras con el

mismo significado. (Kaplan, 1996)

Tomando en cuenta estos teoremas se infiere que la mayoría de problemas, dentro del

campo de la comunicación, pueden ser eliminados al construir un conjunto de términos y

definiciones comunes para ser usados por los actores de la comunicación.

Por ello, la importancia de definir adecuadamente los términos del dominio de las

amenazas volcánicas.

1.1.1 Conceptos generales sobre análisis de riesgos

1.1.1.1 Amenaza o Peligro

Según Federal Emergency Management Agency (FEMA) de los EE.UU. una amenaza es cualquier

evento o condición física que tiene la potencialidad de causar muertes; lesiones; daños a la

propiedad, infraestructura o al medio ambiente; pérdida de cultivos; paralización de

negocios; en general cualquier tipo de daño o pérdida.

Según John C. Pine las amenazas se pueden clasificar según su origen: (Pine, 2009)

· Naturales.- Son todos aquellos eventos causados por las fuerzas de la naturaleza,

por ejemplo huracanes, terremotos, erupciones volcánicas, derrumbes, deslaves,

terremotos, incendios, etc.

· Tecnológicos.- Eventos causados accidentalmente por el uso de tecnologías, tales

como derrames de materiales peligrosos, accidentes en plantas nucleares, cortes de

energía, etc.

2

· Inducidos.- Eventos no accidentales que son provocados o inducidos por personas

con el ánimo de causar daños, entre otros se puede mencionar actos terroristas,

bombas, armas de destrucción masiva, armamento, bioquímicos.

· Compuestos.- Son aquellas amenazas resultantes de la combinación de los tipos de

amenazas arriba descritos, un ejemplo podría ser los incendios causados por

terremotos.

A pesar que se han clasificado las amenazas, el hecho que varias amenazas interactúan

entre ellas provoca que la clasificación de amenazas complejas pudiera ser también

compleja.

1.1.1.2 Desastre

Pearce definió un desastre como cualquier evento no rutinario que excede la capacidad del

área afectada para responder e impedir pérdidas tanto humanas como materiales y

mantener la estabilidad social, ecológica, política y económica de la región afectada.

(Pearce, 2000)

1.1.1.3 Riesgo

El riesgo de desastre es la probabilidad de ocurrencia de un evento que puede causar daño

(amenaza) dentro de un periodo determinado de tiempo. Siguiendo esta interpretación de

riesgo, FEMA ha descrito el riesgo de inundaciones como de 100 a 500 inundaciones por

año. (Pine, 2009)

Sin embargo se ha tomado su definición dentro del contexto del análisis de riesgos que lo

define como la probabilidad de severidad de un impacto.

1.1.1.4 Vulnerabilidad

En el contexto del análisis de la vulnerabilidad, Emergency Management Australia ha

definido a la vulnerabilidad como el grado de susceptibilidad y resilencia de la comunidad

y el entorno frente a las amenazas. El análisis de vulnerabilidad identifica las áreas

geográficas que pueden ser afectadas por una eventual amenaza incluyendo a personas,

infraestructura y entorno. (Pine, 2009)

3

1.1.2 Amenazas o Peligros Volcánicos del Volcán Tungurahua

La autoridad técnica para el seguimiento de las posibles amenazas volcánicas en el

territorio nacional es el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN),

citado como fuente por renombradas iniciativas internacionales como el Programa Global

de Vulcanismo (Global Volcanism Program) de la Institución Smithsonian.

Específicamente el IGEPN ha realizado una publicación para la comunidad con todas las

amenazas volcánicas del volcán Tungurahua, en las que se encuentran las siguientes

ordenadas según su frecuencia (Le Pennec & Yepes, Los Peligros Volcánicos asociados

con el Tungurahua, 2005):

1.1.2.1 Gases Volcánicos

Los gases volcánicos son comúnmente detectados antes, durante y después de erupciones

volcánicas. Los gases emitidos por el volcán Tungurahua son en general: vapor de agua,

dióxido de azufre (SO2), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), que

pueden acumularse en depresiones y partes bajas alcanzando concentraciones letales. Otros

gases como el flúor y el azufre se adhieren a la ceniza que posteriormente produce la

contaminación del suelo y aguas superficiales. Y por último los gases de la columna

eruptiva se pueden mezclar con el agua atmosférica y provocar lluvias ácidas.

1.1.2.2 Caída de piroclásticos

El material piroclástico es la ceniza, fragmentos de roca y piedra pómez que durante la

erupción volcánica son expulsados desde el cráter en conjunto con los gases volcánicos.

Mientras los fragmentos de roca y piedra pómez de gran tamaño siguen trayectorias

balísticas y caen cerca del cráter, la ceniza y pequeñas partículas son llevadas por el viento

afectando una mayor área. El área de impacto de esta amenaza volcánica está determinada

por varias características como el volumen del material emitido, la intensidad y duración

de la erupción, la dirección y la velocidad del viento y la distancia al punto de emisión.

Mientras que su impacto depende principalmente del espesor del material acumulado y si

este se mezcla con agua.

4

1.1.2.3 Flujos de lodo y escombros (lahares)

Los lahares son definidos como la mezcla de materiales volcánicos como rocas, piedras

pómez, arena, escombros piroclásticos que son arrastrados al mezclarse con el agua que

proviene de la lluvia o la fusión de la nieve del casquete glaciar. Estos flujos suelen

moverse ladera abajo por los drenajes existentes hasta 100 km/h. Su impacto está

determinado por el volumen de agua y de los materiales sueltos disponibles, sin embargo

las personas alcanzadas por un lahar tiene muy pocas posibilidades de sobrevivir, por lo

cual en una erupción volcánica se recomienda evitar los drenajes como pueden ser los

fondos de las quebradas.

1.1.2.4 Flujos piroclásticos (nubes ardientes)

Los flujos piroclásticos son mezclas de alta temperatura (hasta 1000 grados centígrados) de

gases, ceniza y fragmentos de roca, que descienden por los flancos del volcán hasta 250

km/h. Generalmente las nubes ardientes ocurren en erupciones grandes y explosivas. Por

su densidad se compone de dos elementos principales: uno inferior, muy denso, constituido

por fragmentos de roca y uno superior y lateral, menos denso y de mayor volumen

constituido por ceniza y gases que puede alcanzar alturas importantes alcanzando incluso

relieves importantes. Son catalogadas como la amenaza más letal ya que la mayoría de

personas tienen muy poca probabilidad de sobrevivir, por esta razón y porque no se puede

determinar con exactitud el momento de su generación, su extensión y su tamaño, las

evacuaciones se deben dar con horas e incluso días de anticipación.

1.1.2.5 Flujos y domos de lava

Los flujos de lava son derrames de roca fundida que se originan cuando el magma es muy

fluido y por lo tanto puede fluir por las pendientes del volcán a bajas velocidades (decenas

y raramente de centenas de m/h). Las erupciones volcánicas que producen esta amenaza

son poco explosivas debido a que el magma tiene bajo contenido de gases. El movimiento

de los flujos de lava pueden ser predecibles debido a su baja velocidad por lo que no

representan una amenaza para las vidas humanas, sin embargo pueden causar la

destrucción total de infraestructura física.

5

Un domo de lava son acumulaciones de lava originados en cráteres del volcán y se forman

cuando el magma es muy viscoso a diferencia de los flujos de lava. Los domos o flujos de

lava pueden colapsar en volcanes con pendientes muy importantes como el Tungurahua

generando pequeños flujos piroclásticos de boques y ceniza.

1.1.2.6 Avalanchas de escombros

Las avalanchas de escombros son grandes deslizamientos que pueden ocurrir en un sector

del volcán, producidos por la inestabilidad de los flancos del mismo. Suelen originarse por

el ascenso de gran cantidad de magma en el edificio volcánico, a un sismo de gran

magnitud en las cercanías del volcán, inducida por la alteración hidrotermal. Su frecuencia

es muy baja, aproximadamente un evento cada varios miles de años o incluso más; sin

embargo pequeñas avalanchas suelen ocurrir cada centenar de años.

1.1.2.7 Sismos volcánicos

En las semanas o meses antes y durante las erupciones volcánicas pueden ocurrir

microsismos en las cercanías o en el cono del volcán. Estos sismos permiten a los

científicos comprender mejor los procesos magmáticos internos del volcán y predecirlos.

Suelen ocurrir por la fracturación de las rocas al interior del volcán o por el movimiento

del magma o de gases magmáticos en el interior del edificio volcánico (Le Pennec &

Yepes, Los Peligros Volcánicos asociados con el Tungurahua, 2005). No es habitual que

los sismos del volcán Tungurahua afecten a la infraestructura a pesar de ser sentidos por la

población. Se catalogará este evento volcánico como amenaza volcánica (a pesar que no

produce ningún impacto y es muy improbable considerando la historia eruptiva del volcán

Tungurahua) por su importancia científica y porque no está descartada la posibilidad de

sismos de mayor magnitud que puedan producir algún tipo de impacto.

1.1.3 Limitación del área geográfica

Para la presente investigación, el cantón Baños de Agua Santa es la zona territorial en la

cual se enfoca el impacto de las amenazas volcánicas citadas anteriormente. Este cantón es

uno de los nueve cantones de la provincia de Tungurahua. En la figura 1, se muestran los

diferentes cantones de la provincia de Tungurahua.

6

Figura 1 – Cantones de la Provincia Tungurahua

(INEC, 2010)

El cantón Baños de Agua Santa consta de una parroquia urbana: Baños de Agua Santa; y

cuatro parroquias rurales: Lligua, Río Negro, Río Verde y Ulba; las cuales son

identificadas en la figura 2.

7

Figura 2 – Parroquias del Cantón Baños de Agua Santa

(INEC, 2010)

Según el censo de población y vivienda del 2010 esta área comprende un total de 20.018

personas distribuidas de la forma mostrada en la tabla 1.

Tabla 1- Población del Cantón Tungurahua por Parroquia

Cantón Población %

Baños 14.653 73,20%

Lligua 280 1,40%

Río Negro 1.246 6,22%

Río Verde 1.307 6,53%

Ulba 2.532 12,65%

Total 20.018 100,00%

Realizado por el autor con los datos de (INEC, 2010)

1.2 Infraestructura de datos disponible

Tomando en consideración el concepto de infraestructura como el conjunto de elementos o

servicios que se consideran necesarios para el funcionamiento de una organización o para

el desarrollo de una actividad (Real Academia Española) se especifica que la

infraestructura de datos disponible es el conjunto de datos aprovechables para el análisis,

8

alojado en cualquier formato y dispositivo de almacenamiento. De esta manera se cita

varios recursos:

1.2.1 Monitoreo Volcánico

El monitoreo volcánico es el proceso de registro de cambios físicos y químicos del sistema

magmático a largo plazo, para tratar de predecir cualquier amenaza causada en una

eventual erupción volcánica. Estos cambios se pueden registrar tanto por observación

visual o instrumentalmente. (Le Pennec & Yepes, Los Peligros Volcánicos asociados con

el Tungurahua, 2005)

1.2.1.1 Vigilancia por observación

Es la que se da normalmente por la población ya que los cambios en la actividad del volcán

pueden ser detectados por los sentidos. Sin embargo este monitoreo puede ser reforzado

por tecnologías de la información como el uso de imágenes satelitales o sistemas de

seguimiento de incidentes como Desinventar (Corporación OSSO, 2012) o el Centro

Nacional de Datos (EPN, Instituto Geofísico EPN - Centro Nacional de Datos, 2011). El

OVT cuenta con una cámara de video telemétrica a tiempo real para las observaciones al

volcán desde el sur occidente, cerca de Bayushig.

1.2.1.2 Vigilancia instrumental

La vigilancia instrumental consiste en utilizar instrumentos de medición, sensibles y

especializados, para detectar cambios físico-químicos que generalmente son imperceptibles

por los sentidos humanos. Entre los instrumentos especializados que cuenta el IGEPN para

el monitoreo instrumental del volcán Tungurahua, pertenecientes al Observatorio

Volcánico Tungurahua (OVT), establecido desde septiembre de 1999, se encuentran los

siguientes (EPN, Observatorio del Volcán Tungurahua (OVT), 2010):

1.2.1.2.1 Monitoreo sísmico

El monitoreo sísmico es la detección de las vibraciones del suelo (sismos). Los

instrumentos de medición especializados en su detección son los sismómetros. El volcán

Tungurahua frecuentemente tiene sismos del tipo: Volcano-Tectónicos (VT) que

corresponden a la formación o propagación de fracturas o fallas y permiten estudiar la

9

estructura interna del volcán; Sismos de Largo Período (LP) que corresponden al

movimiento de gases magmáticos o magma dentro del edificio; Tremor volcánico que

corresponde a una vibración de larga duración asociada al movimiento o a la salida de

gases a altas presiones; y sismos híbridos que presentan varios tipos de señales sísmicas.

Para el monitoreo sísmico el OVT cuenta con los siguientes instrumentos (EPN,

Observatorio del Volcán Tungurahua (OVT), 2010):

· Siete estaciones con sismómetros verticales de 1Hz ubicados en los flancos del

volcán.

· Cinco sismómetros de banda ancha CMG-40T 60 seg-50Hz tres componentes.

· Un sismómetro Lenartz 5 seg-50 Hz, tres componentes.

· Cinco micrófonos para infrasonido.

1.2.1.2.2 Monitoreo de la deformación del suelo

Es la detección de cambios en la topografía del edificio volcánico. Existen diferentes

métodos para medir esta deformación, pero en el caso del volcán Tungurahua se usan

principalmente dos: La distaciometría electrónica o EDM que se basa en la medida de la

distancia horizontal entre una base fija y un punto reflector que se encuentra en el edificio

volcánico. Y la inclinometría electrónica que mide los cambios en la pendiente del cono

volcánico. Para este fin el OVT cuenta con cinco bases que controlan cinco líneas de

medición en el caso del EDM y tres inclinómetros ubicados en estaciones cercanas al

volcán Tungurahua. Además se cuenta con cuatro GPS de doble frecuencia.

1.2.1.2.3 Monitoreo geoquímico

El monitoreo geoquímico consiste en determinar cambios en la composición química de las

fumarolas y de las fuentes termales. Estos cambios pueden estar relacionados con el

movimiento o el ascenso del magma bajo un volcán. En el caso de las mediciones de las

fumarolas, y debido a su dificultad y peligrosidad se utiliza un Espectrómetro de

Correlación (COSPEC), que determina la concentración de SO2 en la columna de emisión.

Otro de los instrumentos de medición con los que cuenta el OVT con tres Espectroscopios

de Absorción Óptica Diferencial (DOAS) fijas y una móvil que a diferencia del COSPEC

permiten el monitoreo de gases volcánicos en tiempo real. Además se cuenta con una

10

estación de espectroscopia Infrarroja-Transformada de Fourier (FTIR) móvil que mide

tasas relativas de emisión de diferentes gases.

También se cuenta con la información proporcionada por el Instrumento de Monitorización

de Ozono (OMI) a través de satélites operados por la NASA, que permite obtener

imágenes de la emisión y dispersión de SO2.

1.2.1.2.4 Otros

Para el monitoreo de los Lahares se cuenta con un pluviómetro y siete estaciones

telemétricas. Además para poder conocer, entre otros parámetros, la dirección y velocidad

del viento en el sector occidental del volcán, la temperatura, presión, humedad relativa y

nivel de precipitación; se cuenta con una estación meteorológica ubicada cerca de

Humbaló, estos datos son importantes para la alerta de caída de ceniza y el cálculo de

concentración de gases. En adición se poseen 20 recipientes (cenizómetros) destinados

para el monitoreo de caída de ceniza. Por último cuentan con una cámara infrarroja, una

termocupla, un termómetro láser y un equipo de observación visual: visor nocturno,

binoculares, cámara fotográfica de gran alcance, cámara de video.

1.2.2 Centro Nacional de Datos

El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional, en un esfuerzo por documentar y

centralizar la información acerca de los volcanes del Ecuador, ha creado el Centro

Nacional de Datos (EPN, Instituto Geofísico EPN - Centro Nacional de Datos, 2011). La

aplicación web en donde se publica la información está dividida en 3 secciones: Datos,

Gráficos y Mapas, de las cuales Gráficos y Mapas aún se encuentran en construcción. En la

sección de Datos se encuentra el Origen de los Eventos, Fases, Estaciones, Volcanes,

Peligros y Eventos Volcánicos. La sección de Gráficos tiene el objetivo de graficar las

mediciones realizadas por los instrumentos de monitoreo y la sección de Mapas está

totalmente sin construir. A continuación, en la figura 3, se presenta la interfaz web del

Centro Nacional de Datos.

11

Figura 3 – Peligros Volcánicos del Volcán Tungurahua según el Centro Nacional de Datos

http://apps.igepn.edu.ec/cnd/

(Instituto Geofísico - EPN, 2011)

1.2.3 Mapa de amenazas del volcán Tungurahua

El Instituto Geográfico de la Escuela Politécnica Nacional ha elaborado varios mapas

graficando las áreas geográficas que pudieran ser afectadas por diferentes amenazas

volcánicas, anotando incluso la intensidad de estos eventos. Las figuras 4, 5 y 6; se

muestran varios de estos mapas.

12

Figura 4 – Mapa de Lahares, Flujos Piroclásticos y Flujos de Lava

(Le Pennec, y otros, 2005 pág. 118)

13

Figura 5 – Mapa de Caídas de Piroclásticos y Avalanchas de escombros

(Le Pennec, y otros, 2005 pág. 119)

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15

2 Diseño de la ontología

2.1 Ingeniería ontológica

2.1.1 Comparación de Metodologías

Existen diferentes metodologías y procesos para el desarrollo de ontologías, cada una de

ellas alcanzando diferentes objetivos. Luego de comparar las principales, tomando para

ello los parámetros del estándar de procesos IEEE 1074, se ha escogido el Unified Process

for ONtology building (UPON), porque se valora en mayor medida el cumplimiento total

de los procesos de desarrollo y la documentación. Sin embargo para otros proyectos con

diferentes objetivos podrían usarse otras metodologías, por lo cual se adjunta en la Tabla el

cuadro comparativo.

2.1.2 UPON

El Unified Process for ONtology building se basa en el Proceso Unificado enfocado al

desarrollo de ontologías de larga escala (2 o más subdominios). Dentro de los objetivos

que persigue UPON se encuentran (De Nicola, Missikoff, & Navigli, 2008):

· La reducción del tiempo y costo en la producción de ontologías de dominio de larga

escala, proveyendo también útiles líneas guía para pequeñas ontologías.

· Aumento de la calidad de las ontologías producidas gracias a la validación

progresiva de resultados intermedios.

· Creación de una configuración metodológica donde las dos clases de expertos:

Ingenieros de Conocimiento (EC) y Expertos del Dominio (ED), son

explícitamente identificados.

· Identificación clara de las actividades, con roles y responsabilidades de los

diferentes expertos.

· Producción de resultados intermedios que pueden ser fácilmente disponibles a los

usuarios de las aplicaciones basadas en ontologías. (Por ejemplo búsqueda

semántica)

16

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17

UPON siguiendo el enfoque del Proceso Unificado (UP) es iterativo. Consta de ciclos

donde cada uno de ellos genera eventualmente una versión incremental (extendida y

detallada) de la ontología obtenida en ciclos previos. Cada ciclo se forma de cuatro

Fases: Comienzo, Elaboración, Construcción y Transición. Cada Fase se divide a su vez

en Iteraciones compuesta de cinco Flujos de Trabajo: Requerimientos, Análisis, Diseño,

Implementación y Pruebas. Dependiendo de los resultados deseados cada Ciclo puede

tener tantas Fases como se deseen, como también cada Fase puede tener tantas

iteraciones como se requieran. En la figura 7, se muestra el esquema del proceso UPON.

Figura 7 – Una representación esquemática del proceso UPON

Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 259)

Dependiendo de la Fase a la que pertenece la Iteración, los involucrados concentran su

esfuerzo más en unos Flujos de Trabajo que en otros, alcanzando así la realización de

tareas en paralelo.

Como se indicó anteriormente los principales involucrados en el proyecto según UPON

son los Experto de Dominio y el Ingeniero del Conocimiento que tienen diferentes

involucramientos en el transcurso del proyecto. El Experto del Dominio toma el control

de los Flujos de Trabajo de Requerimientos y Análisis mientras que el Ingeniero del

Conocimiento se enfoca en el Diseño, Implementación y Pruebas. Cabe indicar que al

18

finalizar el Flujo de Trabajo de Pruebas el Experto del Dominio retoma el liderazgo para

constatar que la ontología cumple con los requerimientos iniciales del proyecto. En la

figura 8, se presenta el diagrama de esfuerzo e involucramiento de los actores.

Figura 8 – Flujo de Trabajo UPON y participación de ingenieros ontológicos


Cada uno de los flujos de trabajo tiene un conjunto de Tareas, Entradas y Salidas como

también la determinación del grado de participación de los involucrados en el proyecto

de construcción de la ontología.

2.1.2.1 Flujo de Trabajo de Requerimientos

En este Flujo de Trabajo se especifica las necesidades semánticas y los objetivos de la

ontología desde el punto de vista del usuario. Teniendo como componentes de entrada

las entrevistas con los expertos del dominio y documentos específicos de aplicación se

tienen que cumplir las siguientes tareas:

19

2.1.2.1.1 Determinar el dominio de interés y el alcance

El Dominio de interés es la porción de realidad que se modelará en la ontología. Una

vez reconocido el dominio o sub-dominios de interés se podrá delimitar su alcance,

identificando los conceptos más importantes que se desee representar.

Tomando como ejemplo el caso de estudio propuesto, éste se compone de los siguientes

sub-dominios:

· Caracterización de las Amenazas del volcán Tungurahua; y

· Monitoreo de Amenazas del volcán Tungurahua.

Considerando los principales conceptos caracterizados en el capítulo uno, se puede

determinar el alcance del proyecto, formalizando un conjunto de Compromisos

Ontológicos. Los Compromisos Ontológicos son sentencias que permiten la correlación

entre un lenguaje y algo que puede ser llamado ontología. De esta manera se tienen los

siguientes compromisos ontológicos:

· Amenaza es un concepto, el cual clasifica un evento que causa algún daño.

· Desastre es un parámetro, el cual clasifica un daño extenso.

· Riesgo es la probabilidad de algún daño

· Vulnerabilidad es una cualidad del entorno, que determina el daño.

· Gases volcánicos es un proceso relacionado con gases.

· Material piroclástico es ceniza, fragmentos de roca y piedra pómez.

· Caída de piroclásticos es un proceso relacionado con elementos sólidos,

expulsados por el volcán.

· Lahar es un proceso relacionado con elementos sólidos y agua.

· Nubes ardientes es un proceso relacionado con elementos sólidos y gases.

· Flujos y domos de lava es un proceso relacionado con elementos sólidos

fundidos.

· Avalanchas de escombros es un proceso relacionado con elementos sólidos que

se deslizan por un sismo.

· Un sismo volcánico es un proceso relacionado con el movimiento del

firmamento.

20

2.1.2.1.2 Definir el propósito del negocio

Es la identificación del escenario que motiva la realización de la ontología, sus posibles

usos y clases de usuarios que se tienen como meta. El propósito de negocio de la

ontología es proveer una mejor comprensión del dominio de interés al público en

general.

Un posible uso de la ontología, que se desarrollará como parte de las pruebas en el

presente trabajo, es la realización de un muy sencillo Sistema de Información

Geográfica (GIS) que graficará las diferentes amenazas generadas por el volcán

Tungurahua dentro del cantón baños. Un Sistema de Información Geográfico es un

sistema computacional que permite la entrada, salida, análisis y manipulación de los

datos tanto espaciales como no espaciales que estén relacionados con la geografía de un

lugar. (Delaney & Van Niel, 2007)

2.1.2.1.3 Escribir guiones gráficos

El objeto de esta actividad es modelar el conjunto de actividades a realizarse, dentro del

contexto y situaciones específicas del escenario dado. Este modelamiento se lo puede

hacer de manera narrativa de la siguiente forma:

· El usuario (cliente) envía una solicitud de información al personal sobre los

eventos que pueden ocurrir en un área delimitada, el personal turístico le

informa sobre las diferentes amenazas y le instruye sobre las acciones a seguir

(p.ej. evacuar) para precautelar el bienestar personal del usuario.

2.1.2.1.4 Crear el Léxico de Aplicación (AL)

Para crear el léxico de aplicación se procede a recolectar la terminología usada por los

expertos de dominio y documentos específicos de aplicación. Para este fin se pueden

utilizar herramientas automáticas de extracción de conocimiento, tales como OPENNLP

( The Apache Software Foundation, 2010), TextToOnto (Lavin, 2009), Text2Onto

(Voelker, 2011). En la tabla 3 se muestra un extracto del Léxico de Aplicación realizado

a partir del análisis de las fuentes de datos de los Expertos de Dominio, provenientes del

IG-EPN.

21

Tabla 3- Extracto del Léxico de Aplicación

Ceniza Lava Kilómetros Agua

Magma Eruptivo Espesor Sector

Material Sismo de Largo Periodo Volcán Lodo

Roca Occidental Cono Explosivo

Largo Bajo Nivel Volumen

Realizado por el Autor con el soporte de TextToOnto sobre las publicaciones oficiales

del IG-EPN

2.1.2.1.5 Identificar Preguntas de competencia (CQ)

Las preguntas de competencia son preguntas conceptuales que la ontología debe ser

capaz de contestar. Son identificadas por medio de las entrevistas a los Expertos del

Dominio y el intercambio de ideas con los usuarios finales. Estas preguntas serán

usadas posteriormente en el Flujo de Trabajo de Pruebas para evaluar que los

Compromisos Ontológicos hayan sido cumplidos tanto en cobertura como en su nivel

de detalle. En la tabla 4 se muestra algunas preguntas de competencia realizadas para el

caso de estudio propuesto.

Tabla 4- Ejemplos de Preguntas de Competencia

CQ1 ¿Qué es un Flujo Piroclástico?

CQ2 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos?

CQ3 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro menor?

CQ4 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro intermedio?

CQ5 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro mayor?

CQ6 ¿Qué es una avalancha de Escombros?

Realizado por el Autor

2.1.2.1.6 Identificar y priorizar Casos de Usos (UC)

De acuerdo al UML un modelo de caso de uso contiene un número determinado de

casos de uso que sirven de base para especificar el uso esperado de la ontología. En el

22

contexto de las ontologías, los casos de uso corresponden a la ruta del conocimiento por

medio de la ontología, seguido por el logro de las operaciones y contestación de las

Preguntas de Competencia. Los casos de uso en esta etapa únicamente son identificados

y priorizados para ser detallados en los Flujos de Trabajo de análisis y diseño.

En la figura 9 se ejemplifica un caso de uso relacionado con una pregunta de

competencia 4.

Figura 9 – Caso de Uso de la Pregunta de Competencia #4


Una vez realizada la identificación de los casos de uso, por medio de su diagramación,

se procede a priorizarlos. Para ello se pueden usar distintas estrategias de priorización

que toman en cuenta diferentes factores como: costo, valor, beneficio, riesgo,

limitaciones por dependencias, valor de negocio, esfuerzo y recursos.

Es generalizado el análisis de los factores costo-valor propuesto por Joachim Karlsson y

Kevin Ryan (1997). Con el análisis costo-valor se determina el costo de cada

requerimiento y su valor para el negocio. Con este análisis se prioriza en primer lugar

los requerimientos con mayor valor para el negocio y menor costo de resolución.

23

Para decidir las valoraciones de cada requerimiento se puede tener un enfoque relativo o

absoluto. La estrategia costo-beneficio de Karlsson usa originalmente el Analytic

Hierarchy Process (AHP) como método de toma de decisiones con un enfoque de

valoración relativo, lo que quiere decir que su valoración es realizado tomando en

cuenta el resto de requerimientos. Otros métodos para la toma de decisiones son por

ejemplo: Hierarchy AHP, Minimal Spanning Tree, Bubblesort, Binary Search Tree y

Priority Groups. Cabe indicar que se puede seleccionar y/o combinar varios métodos de

toma de decisiones para ajustarlos a las dimensiones y prioridades de cada proyecto.

Adicionalmente, se tiene otras estrategias de priorización que pueden analizar diferentes

factores. Entre ellas se tienen:

1. “Software Engineering Risk: Understanding and Management” (SERUM)

2. “Value Oriented Prioritation Method” (VOP)

3. “EVOLVE”

4. “Quality Function Deployment” (QFD)

5. “Planning game” (PG)

6. “Planning Game combinado con AHP” (PGcAHP)

7. “PROMETHEE”

8. “100-point method” (100P) llamado también ”Cumulative voting”

9. “MoSCoW Method”

10. “Numeral Assignment”

En la presente investigación se ha combinado el análisis de costo-valor junto a Priority

Groups. De esta manera se ha agrupado de forma general varios casos de uso, con costo

de implementación y valor de beneficio similar.

En la figura 10 se resumen las actividades realizadas en este Flujo de Trabajo, sus

artefactos de entrada y de salida, y el grado de participación de los involucrados.

24

Figura 10 – Resumen del Flujo de Trabajo de requerimientos


2.1.2.2 Flujo de Trabajo de Análisis

Este Flujo de Trabajo tiene por objetivo refinar y estructurar los requerimientos

identificados en el Flujo de Trabajo de Requerimientos. Los Compromisos Ontológicos

son ampliados, reusando recursos externos existentes como: Documentos, Estándares u

Otras Ontologías. Se forma el Léxico de Referencia (RL) obtenido al enriquecer el

Léxico de Aplicación (AL) por medio de un Léxico de Dominio (DL) más general. Para

finalizar este Flujo de Trabajo se produce el Glosario de Referencia (RG) añadiendo

definiciones a los términos del Léxico de Referencia. Las siguientes tareas son descritas

en este Flujo de Trabajo:

2.1.2.2.1 Adquirir recursos de dominio y construir el Léxico de Dominio (DL)

El Léxico de Dominio es construido recolectando la terminología usada en el dominio

de interés, principalmente se extrae esta terminología analizando recursos documentales

existentes tales como: Reportes, Manuales Técnicos, Glosarios, Estándares, Tesauros

(Lista jerarquizada de palabras que denominan a los conceptos), Léxicos

computacionales heredados y ontologías disponibles.

25

En el caso de la presente investigación se ha considerado de gran importancia a la

ontología de Monitoreo de Amenazas para la Valoración y Evaluación de Riesgos

(MONITOR) (INTERREG IIIB Cadses, 2010), Semantic Web for Earth and

Environmental Terminology de la NASA (SWEET) (Jet Propulsion Laboratory,

California Institude of Technology, NASA, 2011) y las publicaciones de W3C

Geospatial Incubator Group (W3C, 2010). En la tabla 5 se muestra un extracto del

léxico de dominio.

Tabla 5- Un extracto del Léxico de Dominio

Risk Place Hazard Analysis

Relevant

place Disaster Management Data

Process Inform Plan Flood

Vulnerability Quality Water Mitigation

Impact Emergency Land System

Realizado por el Autor con términos de MONITOR, SWEET, W3C, entre otros.

2.1.2.2.2 Construir el Léxico de Referencia (RL)

El Léxico de referencia es construido fusionando selectivamente el Léxico de

Aplicación y el Léxico de Dominio. En el proceso de fusión se definen tres áreas

principales: La primera área corresponde a la intersección de ambos Léxicos mientras

que las dos restantes son los elementos disjuntos del Léxico de Aplicación y del Léxico

de Dominio.

Posteriormente el Léxico de Referencia es construido incluyendo todos los términos del

área de intersección y de aquellos elementos de las áreas disjuntas que los usuarios y los

Expertos de Dominio consideren esenciales. En la figura 11 se procede a graficar el

procedimiento de creación del léxico de referencia.

26

Figura 11 – Proceso de construcción del Léxico de Referencia


2.1.2.2.3 Modelar Escenario de Aplicación usando UML

En esta actividad se modela el escenario de aplicación, agregando los diagramas de

Clase y de Actividad a los diagramas de casos de uso, realizados en el Marco de Trabajo

de Requerimientos.

Con estos diagramas posteriormente se podrá validar la ontología ya que todas las

clases, actores y actividades deben tener su correspondiente concepto en la ontología.

2.1.2.2.4 Construir el Glosario de Referencia (RG)

En este paso se creará una primera versión del glosario. Usando el Léxico de Referencia

en conjunto con definiciones informales, escritas con sentencias en lenguaje natural.


artefactos de entrada y de salida, como también el grado de participación de los

involucrados.

27

Figura 12 – Resumen del Flujo de Trabajo de análisis


2.1.2.3 Flujo de Trabajo de Diseño

En este flujo de trabajo se da una estructura ontológica a cada una de las entradas

determinadas en el Glosario de Referencia. Para estructurar ontológicamente los

términos se comienza organizándolos de acuerdo a jerarquías conceptuales,

estructurándolos con atributos y axiomas, e identificando sus relaciones.

2.1.2.3.1 Modelación de Conceptos

Cada concepto es caracterizado asociándolo a una clase. Para este fin se mantiene la

asociación realizada por MONITOR que a su vez se basa en la clasificación de la

Ontología DOLCE (Institute of Cognitive Sciences and Technologies, 2011)

(Descriptive Ontology for Linguistic and Cognitive Engineering) cuyas categorías

principales son (Masolo, Borgo, Gangemi, Guarino, Oltramari, & Schneider, 2003):

· Endurant.- Filosóficamente son aquellas entidades presentes en el tiempo.

· Perdurant.- Filosóficamente son aquellas entidades que transcurren en el tiempo.

· Quality.- Son características que un Endurant o alguna sección de un Perdurant

pueden poseer en un tiempo específico.

28

2.1.2.3.2 Modelación de la Jerarquía de Conceptos y Relaciones Específicas de

Dominio

En este Flujo de Trabajo se organiza los conceptos jerárquicamente e introduce

formalmente sus relaciones. Para organizar jerárquicamente los conceptos primero se

debe organizarlos en una jerarquía taxonómica de acuerdo a la generalización de las

relaciones.

La organización puede realizarse siguiente 3 enfoques diferentes:

1. Top-Down.- De lo general a lo particular.

2. Bottom-up.- De lo particular a lo general.

3. Middle-out.- Es un enfoque combinado de los anteriores. En este se encuentran

primero los conceptos destacados (ubicados usualmente en el área intermedia) y

entonces se los generalizan y especializan.

En este trabajo se aplica el enfoque Middle-out partiendo desde el concepto de

amenazas para generalizarlos en las categorías DOLCE y especializarlos en cada una de

las amenazas que el volcán Tungurahua podría generar.

En un posterior momento la taxonomía resultante es ampliada con otras relaciones

como parte-de y dominio-específico. Al finalizar este flujo de trabajo se obtiene una red

semántica representada mediante diagramas de clases UML.



29

Figura 13 – Resumen del Flujo de Trabajo de diseño


2.1.2.4 Flujo de Trabajo de Implementación

El propósito de este flujo de trabajo es codificar la ontología en un lenguaje formal. En

el caso de la presente investigación se usará OWL, desarrollado por The World Wide

Web Consortium (W3C) la principal comunidad internacional de estándares abiertos

para la web (World Wide Web Consortium (W3C), 2012). La elección ha sido motivada

principalmente por la gran aceptación del estándar dentro de la comunidad, además de

cumplir con el principal requerimiento de poder modelar el conocimiento con el

suficiente detalle.



30

Figura 14 – Resumen del Flujo de Trabajo de implementación


2.1.2.5 Flujo de Trabajo de Pruebas

Este flujo de trabajo asegura la calidad de la ontología. De acuerdo al autor de UPON

una ontología debería ser evaluada con respecto a cuatro características (De Nicola,

Missikoff, & Navigli, 2008):

1. Calidad Sintáctica.- Determina si la ontología ha sido escrita siguiendo un estilo

formal.

2. Calidad Semántica.- Verifica que la ontología no posea conceptos

contradictorios o un mal modelamiento.

3. Calidad Práctica.- Comprueba el contenido de la ontología y su utilidad para los

usuarios, independientemente de su sintaxis o semántica.

4. Calidad Social.- Es reflejada por la cantidad de ontologías que la enlazan y

extienden, desarrolladas por comunidades externas a las del autor.

Sin embargo este flujo de trabajo solo se encarga de verificar la calidad semántica y

práctica de la ontología, puesto que la calidad sintáctica es verificada en el flujo de

31

trabajo de implementación mientras es codificada y la calidad social solo es verificable

una vez que la ontología ha sido publicada a otros grupos de ingenieros de

conocimiento y expertos del dominio externos al entorno del desarrollador original.

Para verificar la ausencia de contradicciones en la ontología se usan razonadores que

comprueban la consistencia de la ontología. Otras características además de la ausencia

de contradicciones es el buen uso del modelamiento, evitando ciclos en la jerarquía de

especializaciones, y conservando la disyunción entre las clases y las propiedades.

La calidad práctica a su vez posee tres características:

1. Fidelidad.- La fidelidad es medida comprobando que la ontología en realidad

cubra el dominio fijado como objetivo. Para este fin se verifican las fuentes de

referencias que fueron usadas en la descripción de los términos.

2. Relevancia.- La relevancia se verifica cuando los requerimientos han sido

correctamente implementadas en la ontología. Para comprobar la relevancia se

realizan 2 clases de pruebas:

a. El objetivo de esta prueba es la cobertura de la ontología sobre el

dominio de aplicación. De esta manera el experto de dominio puede

modelar una aplicación de software.

b. El objetivo de esta prueba son las Preguntas de Competencia que deben

ser contestadas usando el contenido de la ontología.

3. Completitud.- La completitud es donde se verifica que todos los requerimientos

sean efectivamente satisfechos, incluyendo todas las restricciones del problema.

Esto se logra verificando los objetivos del dominio.



32

Figura 15 – Resumen del Flujo de Trabajo de pruebas


2.1.2.6 Ciclo UPON

En esta sección se resume todo el ciclo UPON en la figura 16 y tabla 6.

33

Figura 16 – Resumen del proceso UPON


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36

2.2 Esquema ontológico

El esquema ontológico o red semántica según UPON es equivalente a la ontología

codificada posteriormente en el Flujo de Trabajo de Implementación. El esquema

ontológico es el artefacto obtenido en el Flujo de Trabajo de Diseño y es representado con

un conjunto de diagramas de clases UML usando generalización (is-a), agregación (part-

of) y asociación.

En esta sección se detalla todos los artefactos de salida obtenidos en los Flujos de Trabajo

de Requerimientos, Análisis y Diseño. Al final se tiene el esquema ontológico o red

semántica, único artefacto del Flujo de Trabajo de Diseño, y que será codificado

posteriormente.

2.2.1 Artefactos del Flujo de Trabajo de Requerimientos

2.2.1.1 Léxico de Aplicación (AL)

El Léxico de Aplicación fue elaborado extrayendo la terminología usada en los

documentos del dominio específico y de la página web oficial del IGEPN. Los documentos

usados fueron:

1. “Los Peligros Volcánicos asociados con el Tungurahua” de Le Pennec, Jean-Luc;

Yepes, Hugo. (2005)

2. “Tungurahua Volcano” de Le Pennec, Jean-Luc; Hall, Minard; Robin, Claude;

Bartomioli, Edgardo. (2006)

3. “Depósitos de caída de ceniza producidos durante las erupciones del volcán

Tungurahua” de Troncoso, Liliana; Le Pennec, Jean-Luc; Jaya, Diego; Vallee,

Amaud; Mothes, Patricia; Arrais, Santiado. (2006)

Los términos seleccionados bajo el criterio de mayor frecuencia fueron 113, enumerados

en la tabla 7.

37

Tabla 7- Léxico de Aplicación.

Ceniza Lava Kilómetros Agua

Magma Eruptivo Espesor Sector

Material Sismo de Largo Periodo Volcán Lodo

Roca Occidental Cono Explosivo

Largo Bajo Nivel Volumen

Zona Actividad Color Columna

Colapso Vapor Magnitud Tremor

Nube Mapa Activo Interior

Altura Pueblo Tremor Volcánico Erupción

Peligro Fase Lago Evento

Gas Equipo Domo Ciudad

Amplitud Hora Sistema Cumbre

Capa Onda Radioactivo Cima

Azufre Columna Eruptiva Tungurahua Sismos Híbridos

Calor Olor Masa Longitud

Latitud Vulcanología Aire GPS

Fuerza Área Leve Moderado

Probabilidad Superficie Muestreo Temperatura

Estación Tipo de Volcán Fuerte Distancia

Fundido Sensor Quebrada Ríos

Explosividad Fuego Episodio Terreno

38

Piedra Elevación Sismo Volcano-Tectónico Centímetro

Fecha Estado Arena Fragmentos

Amenaza Peligro Desastre Riesgo

Vulnerabilidad Gases Volcánicos Caída de Piroclásticos Flujos de Lodo y

Escombros

Lahares Flujos Piroclásticos Nubes Ardientes Flujos de Lava

Domos de

Lava Avalanchas de escombros Sismos Volcánicos Provincia

Cantón Parroquia Monitoreo Geo localización

Profundidad


2.2.1.2 Preguntas de competencia (CQ)

Para crear las siguientes preguntas de competencia se han considerado los elementos del

dominio que la ontología debería contener para que un usuario pueda adquirir los

conocimientos deseados. En la tabla 8 se enumera cada una de las preguntas de

competencia.

Tabla 8- Preguntas de competencia.

CQ1 ¿Qué es un Flujo Piroclástico?

CQ2 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos?

CQ3 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro menor?

CQ4 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro intermedio?

CQ5 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Flujos Piroclásticos de peligro mayor?

CQ6 ¿Qué es una Avalancha de escombros?

CQ7 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Avalanchas de escombros?

CQ8 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Avalanchas de escombros de 1 kilómetro cúbico?

CQ9 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por Avalanchas de escombros de varios kilómetros cúbicos?

39

CQ10 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por ceniza?

CQ11 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por ceniza de 1 milímetro de espesor?

CQ12 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por ceniza de 10 milímetros de espesor?

CQ13 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por alguna amenaza?

CQ14 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por alguna amenaza relacionada con agua?

CQ15 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por alguna amenaza relacionada con gases?

CQ16 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por alguna amenaza relacionada con elementos sólidos?

CQ17 ¿Qué áreas pueden ser afectadas por alguna amenaza relacionada con lava?

CQ18 ¿Qué amenazas pueden afectar un punto geográfico determinado?

CQ19 ¿Qué amenazas pueden afectar un área geográfica determinada?

CQ20 ¿Qué áreas son seguras?


2.2.1.3 Casos de Usos (UC)

En la figura 17 se presentan los diagramas de casos de uso que contestan a las preguntas de

competencia. Una vez que se tienen identificados todos los casos de uso se procede a

realizar su priorización.

42

Figura 17 – Diagramas de casos de uso que responden las preguntas de competencia


Luego de identificar los casos de uso, estos fueron agrupados y priorizados en los

conjuntos mostrados en la figura 18.

43

Figura 18 – Agrupación y priorización de casos de uso


Cabe indicar que según el principio de Pareto; el cual suele ser relacionado con la

administración del tiempo, ingeniería de software y administración de amenazas, entre

otros; el 80% de los requerimientos suelen necesitar el 20% del tiempo estimado para todo

el proyecto y el 20% de los requerimientos necesitan el 80% del tiempo total.

Es en este momento donde se puede determinar el alcance del prototipo de la ontología y el

número de ciclos a realizarse al desarrollar con UPON. Considerando que los casos de uso

identificados son 23, y que el 80% corresponde a 18 casos de uso, se delimita el prototipo a

los 3 primeros grupos. El último grupo, el de mayor costo y menor beneficio, será parte de

44

las recomendaciones para un trabajo complementario futuro que desarrolle una versión

incremental basada en la ontología aportada por la presente investigación.

2.2.2 Artefactos del Flujo de Trabajo de Análisis

2.2.2.1 Léxico de Dominio (DL)

El Léxico de Dominio fue elaborado extrayendo la terminología usada en las fuentes

relacionadas con el dominio. Las fuentes usadas más relevantes fueron:

1. “Natural hazards analysis: reducing the impact of disasters” de Pine, John C. (2009)

2. Ontología de Monitoreo de Amenazas para la Valoración y Evaluación de Riesgos

(MONITOR 2009) (INTERREG IIIB Cadses, 2010)

3. Semantic Web for Earth and Environmental Terminology de la NASA (SWEET

2006) (Jet Propulsion Laboratory, California Institude of Technology, NASA,

2011)

4. Publicaciones de W3C Geospatial Incubator Group (W3C, 2010).

Los términos seleccionados fueron 198, los cuales están enumerados en la Tabla 9.

Tabla 9- Léxico de Dominio.

Risk Place Hazard Analysis

Relevant place Disaster Management Data

Process Inform Plan Flood

Vulnerability Quality Water Mitigation

Impact Emergency Land System

Assessment Desicion Development Range

Level Risk Management Event Response

Responsability Building Domain State

Station Nature Hazard Mitigation Environment

Institution Figure Emergency Management Time

45

Map Methodology University Capacity

Lage People Security Information system

Identification Policy Scope Program

Flood Flow Disaster information Disaster information

system Damage

Hurricane Land Use Risk communication Approach

Energy Framework Property Insurance

Governance Protection Resolution Problem

Basis Hazard Risk Agency Health

Center Set Recovery Feature

Zone Preparedness Strategy Action

Risk analysis Infrastructure Mean Probality

Report Context Exposure Likelihood

Group Result Spatial analysis Movement

Material Analysis process Resilience Population

Role Reseach Situation City

Web Department Flow Change

Locality Frequency Elevation Loss

Flood zone Value Location Size

Goal Power Hazard Identification Surface

Stream Wind Potential Transport

Way Need World Accessibility

Rate Sector Safety Structure

46

Tool Entity Storm Depth

Tief Movement type Decision making Risk assessment

Team Consequence Threat Critical Thinking

Water feature Measur Magnitude Scale

Region Mitigation plan Management process Climate

Year Fire Point Block

River Warning Product Implementation

Influence Uncertainty Volume Growth

Sea Crisis Control Drainage

Reduction Staff Person Country

Element Evacuation Weather Prevention

Air Earthquake School Road

Velocity Erosion Duration Avalanche

Natural hazard High risk Geospatial data Gas

Watershed Temporal quality Fall Intensity

Historical Data Eruption Earth Spatial data

Rock Geographic area Forest Mountain

Disaster event Drainage area


47

2.2.2.2 Léxico de Referencia (RL)

El Léxico de Referencia toma como elementos aquellos que son compartidos por el Léxico

de Aplicación (AL) y el Léxico de Dominio (DL). Esto no quiere decir que todos y solo

estos elementos, presentes en la intersección de los conjuntos, forman parte del Léxico de

Referencia; en primer lugar porque ciertos elementos presentes en la intersección pueden

ser eliminados por considerarse no útiles para el cumplimiento de los requerimientos y en

segundo lugar porque pueden incluirse términos importantes que solo estén presentes en

uno de los dos léxicos.

La intersección de los léxicos arroja 28 elementos, descritos en la tabla 10.

Tabla 10- Intersección del Léxico de Aplicación y del Léxico de Dominio.

Zone Fire Risk Elevation

Material Eruption Vulnerability Location

Air Hazard Level Magnitude

Rock Land Station Volume

Sector Development Map System

Depth Event Disaster State

Gas City Surface Time


Los elementos identificados pueden ser disminuidos al eliminar aquellos no necesarios

para la resolución de los casos de uso identificados. De esta forma se eliminan los

siguientes 7 términos:

Zone Sector Development Level

Material System Station

48

Así mismo, se procede a incluir todos aquellos términos presentes en alguno de los Léxicos

de Aplicación o Dominio que contribuyan al cumplimiento de los requerimientos.

Luego de esta inclusión se tiene el Léxico de Referencia con 31 elementos, los cuales se

listan en la tabla 11.

Tabla 11- Léxico de Referencia.

Fire Risk Elevation Eruption

Vulnerability Location Air Hazard

Magnitude Rock Land Volume

Map Depth Event Disaster

State Gas City Surface

Time Point Geographic area Latitude

Length Ash Pyroclastic flows Debris avalanches

Danger Thickness Client Rhyolith

Tremor Lahar Lava Magma


2.2.2.3 Diagramas UML de Clases y Actividades

En la figura 19 se mostrará el diagrama de Clases del escenario de aplicación propuesto.

49

Figura 19 – Subconjunto del diagrama de clases


En la figura 20 se muestra uno de los diagrama de actividades.

50

Figura 20 – Diagrama de actividades Caso de Uso 10


2.2.2.4 Glosario de Referencia (RG)

Para formar el Glosario de referencia se da una definición simple a cada término del

Léxico de referencia. En la tabla 11 se define cada término del glosario con ayuda del

contenido del primer capítulo donde se exploró el conocimiento sobre amenazas

volcánicas:

Tabla 12- Glosario de referencia

Fire Cualquier materia que encendida genera luz y calor.

51

Vulnerability Grado de susceptibilidad y resilencia de la comunidad y el entorno a las

amenazas.

Magnitude Medida absoluta o relativa otorgado a algún objeto.

Map Representación geográfica de la Tierra o parte de ella en una superficie plana.

State Situación en que se encuentra alguien o algo.

Time Momento donde ocurre algún evento.

Length Distancia expresada en grados, entre el meridiano de un punto y otro tomado

como referencia en el Ecuador.

Danger También llamado peligro, es cualquier evento o condición física que tiene

la potencialidad de causar

Risk Probabilidad de ocurrencia de un evento que puede causar daño

Location Localidad

Rock Sustancia mineral que por su extensión forma parte importante de la masa

terrestre.

Depth Cualidad de profundo.

Gas Fluido que tiende a expandirse indefinidamente y que se caracteriza por su

pequeña densidad, como el aire.

Point Lugar determinado por una latitud y longitud

Ash Material piroclástico de tamaño reducido que son expulsados en una

erupción

Thickness Grosor de un sólido.

Elevation Arco de meridiano comprendido entre el Ecuador y el horizonte del sitio

de la observación, complemento de la altura de polo.

52

Air Fluido que forma la atmósfera de la Tierra.

Land Superficie de la Tierra.

Event Eventualidad, hecho imprevisto.

City

Conjunto de edificios y calles, regidos por un ayuntamiento, cuya

población densa y numerosa se dedica por lo común a actividades no

agrícolas.

Geographic

area Lugar determinado por un conjunto de latitudes y longitudes

Pyroclastic

flows

También llamadas nubes ardientes, son mezclas de alta temperatura (hasta

1000 grados centígrados) de gases, ceniza y fragmentos de roca, que

descienden por los flancos del volcán hasta 250 km/h.

Client Único usuario de la ontología

Eruption Emisión de materias sólidas, líquidas o gaseosas por aberturas o grietas de

la corteza terrestre. De forma repentina y violenta.

Hazard Sinónimo de Peligro

Volume Magnitud física que expresa la extensión de un cuerpo en tres

dimensiones: largo, ancho y alto.

Disaster Cualquier evento no rutinario que excede la capacidad del área afectada

para responder e impedir pérdidas

Surface Extensión de tierra.

Latitude Distancia que hay desde un punto de la superficie terrestre al Ecuador,

contada en grados de meridiano.

Debris

avalanches

Mezcla de materiales volcánicos como rocas, piedras pómez, arena,

escombros piroclásticos que son arrastrados al mezclarse con el agua que

53

proviene de la lluvia o la fusión de la nieve del casquete glaciar


2.2.3 Artefactos del Flujo de Trabajo de Diseño Error! Bookmark not defined.

2.2.3.1 Red Semántica/Esquema OntológicoError! Bookmark not defined.

El esquema ontológico puede desarrollarse tomando en cuenta otras ontologías. De esta

forma se extiende el dominio de la ontología original con el requerido por el proyecto. En

el presente proyecto de titulación se toma como base la ontología MONITOR que a su vez

extiende la ontología DOLCE. Por esta razón el esquema ontológico implementado

involucra clases no descritas en nuestro léxico de referencia.

En la figura 21 y 22 se muestra una descripción gráfica de un subconjunto de entidades y

relaciones de la ontología MONITOR y la red semántica que la extenderá.

Figura 21 – Parte de la descripción gráfica de la ontología MONITOR


54

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55

3 Construcción del prototipo

3.1 Herramientas y lenguajes

3.1.1 Lenguaje Ontológico

Para implementar la ontología se requiere previamente escoger un lenguaje formal. Dentro

de los parámetros para escogerlo se tienen: Su poder de definición, la complejidad de los

métodos de razonamiento asociados y su aceptación o difusión dentro de la comunidad.

Debido a la reputación mundial de The World Wide Web Consortium (W3C), como

principal comunidad internacional para estándares abiertos para la web, (World Wide Web

Consortium (W3C), 2012) se ha determinado usar OWL 2.0 para codificar el prototipo de

ontología. El usar el lenguaje más extendido otorga una ventaja a la ontología porque

aumenta su probabilidad de ser usada y extendida por otras comunidades.

3.1.2 Editor Ontológico

Aunque la ontología puede ser codificada con OWL usando cualquier procesador de texto

y siguiendo los estándares del lenguaje, es útil la utilización de un editor ontológico que

comprueba la ausencia de errores y por lo tanto asegura la calidad sintáctica de la

ontología. La mayoría de editores ontológicos también incorporan razonadores los cuales

permiten asegurar la calidad semántica una vez terminada la codificación de la ontología.

El editor ontológico utilizado en la implementación de la ontología fue Protegé versión 4.1.

Protegé es un editor ontológico libre y de código abierto desarrollado por la Universidad de

Stanford y Manchester. Fue escogido por soportar el lenguaje OWL 2.0 además de permitir

asegurar tanto la calidad sintáctica como semántica ya que implementa los razonadores

FaCT++ y HermiT. Para finalizar se puede afirmar que Protegé es uno de los proyectos

más activos y con mayor maduración dentro de su área.

En la figura 21 se puede apreciar la interfaz de Protegé y el enlace de descarga.

56

Figura 23 – Editor ontológico Protegé 4.1

http://protege.stanford.edu/download/registered.html


3.1.3 IDE web

Para verificar la calidad práctica de la ontología se desarrolló una aplicación web. Para

realizar aplicaciones web semánticas es necesario tener un marco de trabajo que facilite

manipular la ontología y realizar consultas a sus datos con SPARQL. Uno de los marcos de

trabajo más extendidos es JENA ya que forma parte de los proyectos de código abierto de

APACHE.org. JENA fue integrado al IDE Netbeans, un proyecto también de código

abierto propiedad de Oracle, porque se encuentra codificada en JAVA. Ambas elecciones

fueron realizadas tomando en cuenta que cubrían las necesidades programáticas y su

lenguaje eran familiares para el autor.

A continuación, en la figura 22, se muestra la interfaz de Netbeans con su integración a

JENA y sus respectivos enlaces de descarga.

57

Figura 24 – IDE Netbeans 7.1 integrado con JENA

JENA: http://jena.apache.org/download/index.html

Netbeans: http://netbeans.org/downloads/


3.2 Componentes del prototipo

El prototipo desarrollado se compone de:

1. Ontología implementada con OWL. (Figura 23)

2. Servicio Web que ejecuta llamadas SPARQL realizadas a la ontología. (Figura 24)

3. Cliente Web que consume el resultado enviado por el Web Service (Figura 25)

4. Página Web que plasma los resultados recibidos por el Cliente Web en un mapa

geográfico. (Figura 26)

58

Figura 25 – Fragmento del código OWL de la ontología


Figura 26 – Fragmento del código del Servicio Web


59

Figura 27 – Fragmento del código del Cliente Web


Figura 28 – Fragmento del código de la Página Web


60

3.3 Pruebas y validación

Las pruebas a realizarse, según UPON, aseguraran la calidad de cuatro factores: Sintáctica,

Semántica, Práctica y Social.

La calidad sintáctica se logra en la codificación sin errores, realizada en el Flujo de Trabajo

de implementación. Esta verificación es fácilmente lograda al usar IDEs ontológicos. De

igual manera la calidad semántica, que verifica un buen modelamiento, puede ser realizado

por medio de razonadores que generalmente también son parte del IDE ontológico.

La calidad Social solo puede ser asegurada una vez que la ontología sea publicada para su

uso por otras comunidades y proyectos.

3.3.1 Calidad Práctica

La calidad práctica comprueba tres factores: Fidelidad, Relevancia y Completitud.

3.3.1.1 Fidelidad

Se comprueba la fidelidad verificando que las fuentes de donde se obtuvieron los términos

de los léxicos cubran el dominio. De esta forma se tienen las siguientes fuentes, todas

relacionadas con la Caracterización y Monitoreo de las Amenazas del volcán Tungurahua:

1. “Los Peligros Volcánicos asociados con el Tungurahua” de Le Pennec, Jean-Luc;

Yepes, Hugo. (2005)

2. “Tungurahua Volcano” de Le Pennec, Jean-Luc; Hall, Minard; Robin, Claude;

Bartomioli, Edgardo. (2006)

3. “Depósitos de caída de ceniza producidos durante las erupciones del volcán

Tungurahua” de Troncoso, Liliana; Le Pennec, Jean-Luc; Jaya, Diego; Vallee,

Amaud; Mothes, Patricia; Arrais, Santiado. (2006)

4. “Natural hazards analysis: reducing the impact of disasters” de Pine, John C. (2009)

5. Ontología de Monitoreo de Amenazas para la Valoración y Evaluación de Riesgos

(MONITOR 2009) (INTERREG IIIB Cadses, 2010)

61

6. Semantic Web for Earth and Environmental Terminology de la NASA (SWEET

2006) (Jet Propulsion Laboratory, California Institude of Technology, NASA,

2011)

7. Publicaciones de W3C Geospatial Incubator Group (W3C, 2010).

3.3.1.2 Relevancia y Completitud

La relevancia y la completitud se comprueban por medio de dos tareas. La primera puede

ser satisfecha modelando una aplicación de software que use la ontología, la segunda

verifica que las preguntas de competencia sean contestadas por medio de la ontología

usando un el lenguaje de consulta como SPARQL.

Se ha decidido satisfacer ambas tareas por medio del desarrollo de una aplicación web, que

además permite justificar la viabilidad práctica del uso de ontologías. La aplicación web

tiene por objetivo graficar las distintas amenazas en un mapa geográfico.

La aplicación ejecuta las consultas SPARQL logrando al mismo tiempo contestar la

mayoría de las preguntas de competencia más importantes. La figuras 25, 26, 27, 28 y 29

muestran ejemplos de la interfaz gráfica de la aplicación respondiendo a diversas

consultas.

62

Figura 29 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de los flujos

piroclásticos de peligro menor

Realizador por el Autor


piroclásticos de peligro intermedio



piroclásticos de peligro mayor


63

Figura 32 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de las avalanchas de

escombros de 1 km3


Figura 33 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de las caídas de ceniza

de 10 mm.


64

4 Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

1. El presente proyecto de titulación cumplió con los objetivos iniciales de crear un

prototipo de ontología para la caracterización y monitoreo de las amenazas del

volcán Tungurahua del Cantón Baños de Agua Santa.

2. Es de utilidad realizar un proyecto de titulación que vaya más allá de los

conocimientos impartidos en clases. Es una oportunidad invaluable de aprendizaje

autónomo que complementa y perfecciona la formación profesional.

3. Los problemas de comunicación son solucionados si se construye una estructura

básica de términos bien definidos. Esto es aplicable tanto a la comunicación entre

seres humanos como entre máquinas. El desarrollo de una ontología permite

facilitar la comunicación entre sistemas y también con el usuario.

4. UPON es una metodología de desarrollo adecuada para proyectos con 2 o más

subdominios. Sin embargo puede proveer criterios esenciales para el desarrollo de

pequeñas ontologías.

5. UPON requiere ser complementada con otras áreas de la ingeniería de software

como por ejemplo la estimación de costos. Esto es explicado porque a pesar de la

importancia de esta estimación de costos para la ingeniería no se encuentran

modelos maduros para estimarlos. La mejor aproximación encontrada es

ONTOCOM, una aplicación web que empíricamente estima el esfuerzo en

personas/mes.

6. La exploración del conocimiento sobre el dominio, realizado en el capítulo uno, fue

una parte importante del desarrollo de la ontología porque permitió identificar los

términos más importantes a plasmar en la ontología así como la documentación a

usarse en la realización tanto de los léxicos de dominio como de aplicación.

65

4.2 Recomendaciones

1. Realizar un segundo ciclo de desarrollo, según UPON, que extienda y amplíe el

prototipo de ontología. Para su extensión se pueden usar aquellos casos de uso que

fueron considerados no prioritarios en el flujo de trabajo de requerimientos u otros

términos que pudieren ser identificados al incluir más documentos que incrementen

los léxicos tanto de aplicación como de dominio.

2. Comprobar la calidad social de la ontología desarrollada. Esto se lograría

publicándola en la web y monitorizando su uso por parte de otras comunidades

académicas que la tomen como parte de su léxico de aplicación o incluso

tomándola como base para su extensión a otros dominios.

3. Crear una propuesta de metodología de desarrollo de ontologías que extienda

UPON para cubrir otras áreas no contempladas, como por ejemplo la estimación de

costo y esfuerzo de la realización del proyecto, una parte esencial de cualquier

inicio de proyecto.

4. Establecer en la Facultad de Ingeniería en Sistemas una materia, curso optativo o

taller que permita a los estudiantes desarrollar ontologías o extender las existentes a

otros dominios. De esta forma se contará con las bases para desarrollar aplicaciones

web de tercera generación parte importante de la web 3.0.

5. Instaurar una alianza entre el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional

y la Facultad de Ingeniería en Sistemas para desarrollar proyectos en conjunto que

permitan el desarrollo de software.

66

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69

ANEXOS

ANEXO A: Ontología en formato OWL 2.0

El prototipo de ontología que implementa la caracterización y monitoreo de las amenazas

del volcán Tungurahua se encuentra en el CD adjunto a este documento.

ANEXO B: Aseguramiento de la Calidad Práctica

El ejemplo práctico que verifica la calidad práctica de la ontología se encuentra en el CD

adjunto a este documento.

ANEXO B: Estándar IEEE 1074

La referencia al estándar de procesos IEEE 1074 se encuentra en el CD adjunto a este

documento.

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