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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
Director: Ing. Sandra P. Sánchez, MSc.
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)
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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
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 260)
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
Realizado por el Autor
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
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 261)
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
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 264)
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.
En la figura 12 se resumen las actividades realizadas en este Flujo de Trabajo, sus
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
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 263)
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.
En la figura 13 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.
29
Figura 13 – Resumen del Flujo de Trabajo de diseño
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 267)
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.
En la figura 14 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.
30
Figura 14 – Resumen del Flujo de Trabajo de implementación
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 270)
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.
En la figura 15 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.
32
Figura 15 – Resumen del Flujo de Trabajo de pruebas
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 271)
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
Modificado por el Autor desde (De Nicola, y otros, 2008 pág. 273)
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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
Realizado por el Autor
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?
Realizado por el Autor
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.
40
41
42
Figura 17 – Diagramas de casos de uso que responden las preguntas de competencia
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
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
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45
Map Methodology University Capacity
Lage People Security Information system
Identification Policy Scope Program
Flood Flow Disaster information Disaster information
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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
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
En la figura 20 se muestra uno de los diagrama de actividades.
50
Figura 20 – Diagrama de actividades Caso de Uso 10
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
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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
Realizado por el Autor
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/
Realizado por el Autor
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
Realizado por el Autor
Figura 26 – Fragmento del código del Servicio Web
Realizado por el Autor
59
Figura 27 – Fragmento del código del Cliente Web
Realizado por el Autor
Figura 28 – Fragmento del código de la Página Web
Realizado por el Autor
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
Figura 30 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de los flujos
piroclásticos de peligro intermedio
Realizador por el Autor
Figura 31 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de los flujos
piroclásticos de peligro mayor
Realizador por el Autor
63
Figura 32 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de las avalanchas de
escombros de 1 km3
Realizador por el Autor
Figura 33 – Interfaz gráfica de la aplicación web graficando el área de las caídas de ceniza
de 10 mm.
Realizador por el Autor
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
BIBLIOGRAFÍA
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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.