Palabras Clave:sismicidad, volcanes, CENAPRED, Popocatépetl, Sistema de información..

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Introducción

Sin duda alguna, el monitoreo de fenómenos naturales es imprescindible para la población de cualquier país, ya que nos permite tomar medidas preventivas sobre alguna posible situación de desastre. Ésta es justamente la principal función del Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), institución para la cual fue diseñado y desarrollado el Sistema de Información sobre Sismicidad Volcánica (SISV).

Dado que esta labor es muy importante, también lo es el contar con herramientas que agilicen los procesos involucrados y además ayuden en la toma de decisiones por parte de las autoridades correspondientes. Es por ello la importancia de contar con un sistema de información que les ayude a lograr sus objetivos.

El objetivo central del CENAPRED es aportar los elementos necesarios para mitigar los efectos negativos de los fenómenos naturales y/o producidos por el hombre, así como coadyuvar en el proceso de consolidar mejores canales de información que permitan preparar a la población para enfrentar estos sucesos.

Este sistema no pretende ser un sustituto total del proceso de análisis realizado sobre todas las variables y mediciones relacionadas con el estudio del volcán Popocatépetl; sin embargo, es una valiosa herramienta para este proceso, ya que permite la evaluación y comparación de variables sísmicas de un volcán. Además, en una próxima etapa, el SISV será expandido de manera que abarque todas las variables que son estudiadas en el volcán Popocatépetl, dando la facilidad de emplearse en cualquier otro volcán susceptible de ser analizado.

El estudio y tratamiento de esta temática es de especial importancia para los mexicanos y extranjeros residentes en México, ya que nuestro país se encuentra situado en una región con importante actividad volcánica.

Existen aproximadamente 2 000 volcanes en el país, de los cuales 16 son considerados activos.La única manera de percibir y evaluar el estado de actividad y riesgo asociados a un volcán, es a través de la observación y vigilancia sistemática mediante diversos métodos visuales e instrumentales. Si éstos se aplican en forma anticipada en las fases previas a un proceso eruptivo, es posible, en la mayoría de los casos, detectar oportunamente un cambio cualitativo y cuantitativo de la actividad, que inclusive pudiese conducir a una predicción en el corto plazo de un proceso eruptivo inminente y poner en marcha de parte de las autoridades de Protección Civil el plan de emergencia previamente establecido.Una muestra de un sistema de vigilancia y monitoreo oportunamente establecido es el del volcán Popocatépetl.

En un esfuerzo conjunto del CENAPRED, la Secretaría de Gobernación, los Institutos de Geofísica e Ingeniería de la UNAM y con la colaboración del Cascades Volcano Observatory del U.S. Geological Survey (USGS), se estableció en los últimos años un complejo sistema de observación telemétrico con una central de adquisición y procesamiento de datos.Se han establecido cuatro tipos de monitoreo del volcán:1. Visual2. Sísmico3. Geodésico4. GeoquímicoDe éstos el más importante es el sísmico.La red de monitoreo del Popocatépetl está compuesta por 15 estaciones localizadas en las laderas circundantes del volcán. En sitios con altitudes de hasta 4 300 m y a 1.5 km del cráter.

La instrumentación consta de 8 sismógrafos triaxiales de periodo corto, 4 de banda ancha, 4 inclinómetros biaxiales para medir deformación, una cámara de video con enlace de microondas, un radar doppler meteorológico y diversos equipos para mediciones geodésicas, análisis químicos y determinación de las concentraciones de gases SO2 y CO2. Más de 50 señales de telemetría son trasmitidas en forma continua hacia un puesto central de registro y procesamiento localizado en el CENAPRED.Mediante una extensa red de computadoras, la actividad es monitoreada y procesada las 24 horas del día. Al detectarse cualquier incremento anormal de la actividad sísmica del volcán, se activa un sistema de alarma acústica y a través de un sistema de marcado automático se envían mensajes a teléfonos particulares celulares y localizadores del personal de guardia.Con la participación de diversas instituciones y un enorme esfuerzo realizado por parte del personal encargado, se ha logrado en un plazo corto, poner en operación una extensa infraestructura de registro y monitoreo que permite la vigilancia estrecha del volcán, así como la detección oportuna de cualquier cambio en su estado de actividad.

Esta actividad constante genera gran cantidad de información, dando origen al problema fundamental que propició el desarrollo del SISV, el cual consiste en la gran cantidad de tiempo que consumen las actividades realizadas sobre dicha información, que en la actualidad se realizan manualmente. Tales actividades van encaminadas a proveer los recursos necesarios para realizar el análisis final, el cual no puede ser automatizado porque requiere de análisis en base al criterio y algunas otras características que sólo el humano posee.De tal modo se pudo apreciar que el CENAPRED tenía la necesidad de contar con una herramienta que le permitiera centralizar y organizar la información sísmica del volcán Popocatépetl, de manera que el proceso de análisis de dicha información pudiera ser optimizado, reduciendo con ello el tiempo invertido para tal proceso.

Desde un principio se contó con el apoyo de un grupo de profesionales del Centro que aprobaron y respaldaron totalmente la realización de este proyecto: Ing. Roberto Quaas Weppen, Director General del CENAPRED; Ing. Enrique Guevara Ortiz, Coordinador de Instrumentación; Ing. Gilberto Castelán Pescina, Subdirector de Instrumentación, e Ing. Alicia Martínez Bringas, Investigadora.Por tales motivos se propuso la realización de un sistema capaz de automatizar aquellas actividades que consumen demasiado tiempo y que afectan al análisis final.

El escenario actual es el estudio del volcán Popocatépetl, sin embargo este sistema puede ser útil para procesar información sísmica sobre cualquier volcán, siempre y cuando la información cumpla con los requisitos de entrada al sistema.A continuación se describen las actividades del sistema actual.

1. Las señales sísmicas provienen de estaciones de monitoreo volcánico ubicadas en torno al volcán Popocatépetl. Estas señales son recibidas en el laboratorio de monitoreo volcánico a través de antenas de radio.

2. Las señales recibidas son impresas en los tambores del laboratorio. Al mismo tiempo estas señales son convertidas en archivos binarios dmx, almacenándose en una computadora personal.

3. Los archivos dmx almacenados se respaldan en otra computadora personal para posteriormente guardarlos en discos compactos. Estas actividades se realizan por la mañana con los archivos del día anterior.

4. Se puede utilizar un programa para visualizar el archivo dmx en pantalla y poder imprimirlo en papel.

5. Se utiliza otro programa para localizar los sismos.

6. Posteriormente se usa un programa que toma el archivo generado previamente y genera dos archivos que muestran la localización de los sismos. Uno es de formato corto y el otro es de formato largo, es decir, contiene los datos de todo el proceso.

7. Por último, se usa un programa sobre plataforma Unix, el cual puede tomar cualquiera de los dos archivos generados por el programa anterior para generar los planos en planta y perfil que contienen la ubicación de los sismos.

8. Los sismogramas impresos, obtenidos de los tambores del laboratorio de monitoreo volcánico, son archivados en libros de pasta dura.

9. Empleando dichos sismogramas impresos se realiza el conteo diario de eventos sísmicos, tanto de las exhalaciones que rebasaron el umbral, como del total de exhalaciones.

10. Tomando los datos del conteo descrito en el punto anterior, se realizan estadísticas y sus respectivas gráficas, usando Microsoft Excel.

11. Tanto los planos de perfil y planta, como las gráficas de exhalaciones, se actualizan constantemente en el sitio web del CENAPRED.

12. Basándose en el análisis detallado anteriormente, se emite el reporte diario del volcán Popocatépetl, el cual está disponible en el sitio web del CENAPRED.

A través del análisis efectuado sobre dicho proceso actual, se identificaron los siguientes aspectos:

1. Las señales sísmicas provenientes de las estaciones de monitoreo, ubicadas en torno al volcán Popocatépetl, son almacenadas diariamente en discos compactos. Considerando que se tiene información desde 1995, es evidente que el número de discos compactos es muy grande y el acervo de información seguirá en aumento día con día.

2. La información almacenada en los discos compactos no tiene ninguna réplica, es decir no existe ningún respaldo sobre esta información, ya que el almacenar toda la información que se tiene hasta ahora requeriría un gran espacio de almacenamiento, que alcanza la categoría de terabytes, necesidad que actualmente no puede ser cubierta con recursos del CENAPRED.

3. Existe la limitante de no poder localizar rápidamente un evento determinado a través de la información contenida en los discos compactos, ya que la gran cantidad de información de que se dispone no permite hacer un análisis comparativo de eventos sísmicos rápidamente, ya que se recurre a la información almacenada en los discos compactos para hacer primeramente una búsqueda del primer evento a comparar, enseguida del siguiente evento y así sucesivamente hasta completar el análisis deseado.Propuesta de SoluciónEspecificacionesEl SISV consta de una base de datos que contendrá información sísmica sobre el volcán Popocatépetl, desde 1995 a la fecha, actualizándose diariamente. Asimismo, se contará con un sistema informático capaz de administrar la base de datos, permitiendo realizar análisis comparativos entre eventos sísmicos registrados en distintas fechas.

El usuario (investigador) podrá ingresar al sistema mediante dos vías:

1. Usuario administrador: Tendrá permisos de acceso a la información para su actualización, es decir podrá dar de alta información, eliminarla, modificarla y consultarla.

2. Usuario visitante: Tendrá permisos de acceso a la información sólo para su consulta.Como requerimientos tecnológicos se consideran factibles los siguientes:1. Sistema operativo Unix;2. Lenguaje de programación Java;3. Servidor web Apache;4. Servidor de JSP's y servlets Tomcat;5. RDBMS Informix, y6. Espacio de almacenamiento en disco de 2 TB.VentajasEl uso de este sistema de información presentará distintas ventajas, entre las que se pueden mencionar:1. Búsqueda de información con mayor rapidez mediante distintas opciones que brindará el nuevo sistema, presentándose con mayor rapidez ante el usuario la información requerida.

2. Concentración de la información en una base de datos. La accesibilidad a ésta sustituirá a la recopilación de distintas fuentes de información que actualmente realiza el usuario.

3. La facilidad de uso de la interfaz del sistema, ayudará a aquellos usuarios que no son expertos en la realización de las actividades involucradas.

4. Observación de los sismogramas a través de la pantalla de la computadora, sustituyendo la observación de la hoja impresa.Declaración del PropósitoEl propósito del Sistema de Información sobre Sismicidad Volcánica, es permitir a los investigadores realizar un análisis comparativo entre eventos sísmicos ocurridos en distintas fechas de manera visual y rápida, agilizando con ello la generación de resultados.

Alcance

1. La base de datos contendrá la siguiente información:a) Imágenes de sismogramas;b) Número de exhalaciones totales por día;c) Número de exhalaciones diarias que rebasaron el umbral;d) Amplitud y magnitud de la fase y prefase;e) Archivo hypoc.out, el cual es utilizado para generar las imágenes de ubicación de sismos tanto en planta como en perfil, yf) Archivo dmx.2. Permitir dar de alta la información mencionada anteriormente, así como modificarla o eliminarla.3. Permitir el análisis comparativo de eventos sísmicos a través de la consulta de:a) Fotos de sismogramasb) Gráfica del total de exhalacionesc) Gráfica de exhalaciones que rebasaron el umbrald) Gráfica de fase y prefasee) Plano de ubicación de sismos en plantaf) Plano de ubicación de sismos en perfil

Limitaciones

1. El alcance de la información contenida en la base de datos dependerá del espacio de almacenamiento en disco.

2. El archivo hypoc.out que se almacenará en la base de datos es el resultado de la localización de sismos, efectuada por los investigadores participantes en el proceso actual, dicho archivo será necesario para que el sistema de información genere los planos en planta y perfil.El Sistema de Información sobre Sismicidad Volcánica (SISV) fue desarrollado en el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) en el periodo comprendido entre diciembre del 2001 a septiembre del 2002, inmediatamente después de haber sido aprobada la propuesta de solución.

El desarrollo de este sistema se compone de varias etapas:1. Identificación del problema actual2. Análisis del sistema actual3. Análisis del SISV4. Diseño del SISV5. Diseño de la base de datos del SISV6. Desarrollo del SISV7. ImplantaciónEn la etapa de identificación del problema actual se presentó la propuesta para desarrollar un sistema que permitiera satisfacer la necesidad mencionada anteriormente, a través de consultas comparativas de varios eventos ocurridos en distintas fechas, manejando un banco de datos centralizado sobre la información sísmica del volcán Popocatépetl. Posteriormente se realizó un análisis del sistema actual, en el que se observaron detalladamente las actividades realizadas en el proceso de análisis de la información sísmica. Además de ello se efectuaron entrevistas que permitieron conocer las necesidades del usuario.También en esta etapa se realizó un estudio de viabilidad, en el cual se abordó:

1. Viabilidad económica

2. Viabilidad técnica

3. Viabilidad legal

En la viabilidad económica se detectó que la mayor inversión está encaminada a la adquisición del equipo para el almacenamiento de la información, ya que, como se mencionó anteriormente, esta información seguirá creciendo y los recursos actuales no serán suficientes.En la viabilidad técnica se abordaron conceptos tales como los requerimientos de hardware y software para el desarrollo del SISV, los métodos a utilizar en el análisis y diseño, así como los conocimientos que el equipo de desarrollo posee al respecto, todo ello con el fin de decidir si el desarrollo del sistema es viable técnicamente.Con respecto a la viabilidad legal, los puntos tratados fueron con respecto a las licencias del software a emplear.

La mayoría de estas herramientas son libres, a excepción del manejador de la base de datos Informix. Analizando todos estos aspectos, se concluyó que el sistema es viable legalmente.Este análisis de viabilidad se realizó con el fin de tener un mayor grado de seguridad en la realización del sistema y evitar contratiempos.Apoyándose en la metodología de análisis estructurado propuesta por Edward Yourdon, se realizó un modelado del sistema actual a través de diagramas que ayudaron a comprender cada una de las tareas implicadas en el proceso, además de identificar aquéllas que serían conservadas en el SISV por no ser susceptibles de automatizar.En el Diseño del SISV se realizó el modelado del sistema a partir del producto de la etapa anterior, es decir, sabiendo lo que el sistema debe hacer, se procede a resolver cómo debe hacer cada tarea. Para ello se emplearon técnicas propias del Diseño Estructurado, mediante las cuales se modelaron:

1. Entradas y salidas

2. Flujo de la información

3. Procesos internos

4. Productos obtenidos del sistema

El producto de esta etapa es el paso previo a la codificación del sistema.Como se planteó desde un principio, un elemento clave del sistema es la base de datos. Por lo tanto, se dedicó una etapa al diseño de la misma, en base a la metodología propuesta por Oracle, en la cual se identificaron:

1. Entidades

2. Atributos

3. Relaciones entre entidades

4. Tipo y grado de relaciones

Todo ello llevó a obtener el diagrama entidad-relación, mediante el cual se estableció la estructura de la base de datos, en la cual se refleja un modelo relacional de la base de datos del SISV.El sistema fue desarrollado con el lenguaje Java, a través de JSP's (Java Server Pages). La base de datos fue implementada mediante Informix Dynamic Server 2000. Ambos se encuentran almacenados en un servidor Sun Ultra 80 con las siguientes características:

1. Sistema operativo Solarios 5.8

2. Servidor web Apache 2.0393. Servidor Tomcat 4.0.4

A continuación se listan las principales actividades del SISV:1. Las señales sísmicas provienen de estaciones de monitoreo volcánico ubicadas alrededor del volcán Popocatépetl. Estas señales son recibidas en el laboratorio de monitoreo volcánico a través de antenas de radio.

2. Las señales recibidas son impresas en los tambores del laboratorio. Al mismo tiempo estas señales son convertidas en archivos binarios dmx, almacenándose en una computadora personal llamada Earth-Worm.

3. Los archivos dmx almacenados en Earth-Worm, serán almacenados por el usuario en la base de datos.

4. El usuario localizará los sismos utilizando un programa en específico.

5. Posteriormente, el usuario emplea otro programa para localizar los sismos. Este programa toma el archivo generado por el programa anterior y genera dos archivos que muestran la localización de los sismos. Uno es de formato corto y el otro es de formato largo, es decir, contiene los datos de todo el proceso. Este archivo se denomina hypoc.out.

6. El usuario podrá ingresar a la base de datos el archivo hypoc.out y automáticamente se generarán los planos en planta y perfil.

7. A partir de los sismogramas impresos obtenidos de los tambores magnéticos del laboratorio de monitoreo, el usuario realizará el conteo diario de eventos sísmicos, tales como las exhalaciones que rebasaron el umbral y el total de exhalaciones.

8. Una vez obtenidos estos datos, el usuario podrá darlos de alta en la base de datos.

9. Se obtendrán fotografías digitales de los sismogramas impresos, posteriormente se darán de alta estas imágenes en la base de datos.

10. La información antes mencionada podrá asimismo ser modificada, eliminada o consultada.La consecuencia del desarrollo de este sistema fue evidentemente el reemplazo de la forma manual de realizar las actividades por el uso del sistema, lo cual reduce considerablemente el tiempo destinado para tales actividades, incrementando la eficiencia en las mismas.

Conclusiones

Una vez más hemos comprobado que cualquier procedimiento por complejo que parezca puede ser automatizado, con ciertas consideraciones en casos especiales, a través de tecnología aplicada, en este caso estamos hablando de una herramienta de software que provee gran beneficio a los investigadores del CENAPRED encargados de emitir un juicio, el cual es producto de la valoración de varios aspectos del volcán Popocatépetl, entre los que destacan los aspectos sísmicos.

Es evidente que un sistema informático es muy valioso en una organización y a la larga ineludiblemente le ahorra tiempo, dinero y esfuerzo.

Asimismo, es necesario reconocer que un sistema informático no es capaz, al menos hasta ahora, de sustituir completamente las actividades realizadas por el humano, sobre todo si tales actividades están involucradas con el raciocinio.Aplicado este paradigma al caso que nos atañe en esta ocasión, podemos decir que el SISV es un software que le facilitará al usuario el proceso de análisis de actividad sísmica del volcán Popocatépetl; sin embargo, como es normal, el SISV también tiene límites definidos y no pretende ser un sistema experto que sustituya aquéllas tareas del usuario relacionadas con la toma de decisiones.Sin embargo, tenemos la plena certeza de que el SISV será un gran apoyo en primera instancia, para la clasificación y organización de la información sísmica del volcán Popocatépetl. Además, como ha sido mencionado en repetidas ocasiones, le permitirá al usuario comparar eventos y a partir de ello realizar un análisis que le permita discernir o tratar de estimar el comportamiento del volcán en determinado momento, aunque bien sabemos que es imposible determinar con certeza el comportamiento del volcán por razones que quedan fuera del alcance humano. Se pueden efectuar pronósticos cercanos a la realidad si se cuenta con una herramienta como ésta.

Es importante mencionar que la tendencia de desarrollo de software en nuestros días, se enfoca en sistemas que permiten al usuario liberarse de cargas de trabajo excesivas, de actividades rutinarias que le consumen mucho tiempo e, inclusive, de aquellas actividades que involucran una toma de decisiones de bajo nivel, en cuyo caso un sistema informático podría llegar a tomar tales decisiones en base a circunstancias predeterminadas. Esto no presupone un reemplazo del hombre como suele pensarse, sino al contrario, brinda la posibilidad de dedicarse a desempeñar actividades de mayor nivel intelectual, con lo cual México avanzaría un peldaño más en su desarrollo tecnológico e intelectual.El SISV es un claro ejemplo de que los sistemas informáticos, además de ser una ayuda, se han convertido en una necesidad, que de ser cubierta, permite que los procedimientos de una organización sean más eficientes.

Al concluir este proyecto, además de adquirir experiencia en el ámbito profesional, se ha podido adquirir experiencia humana e intelectual, logrando con ello una gran satisfacción de haber colaborado en procesos destinados a tan noble labor como es la prevención de desastres.Es importante que el lector tenga presente que este sistema fue desarrollado con base en las necesidades de información sísmica del CENAPRED; sin embargo, la temática se enfoca en la sismicidad volcánica, por lo que puede ser empleado en cualquier institución que maneje información volcánica, es decir que realice actividades de monitoreo sobre volcanes.

Con el SISV se ha obtenido un beneficio para los investigadores tanto del CENAPRED como de la UNAM. Asimismo, beneficiará a las instancias relacionadas con la prevención de desastres y protección civil a nivel nacional, logrando así un avance y mejora en el país.A continuación se muestra un listado de los libros y referencias electrónicas consultadas a lo largo del proyecto, con la finalidad de brindar al lector la posibilidad de ampliar su conocimiento en los temas aquí tratados.Si está interesado en obtener mayor información sobre el SISV, puede contactar a las autoras a través de sus direcciones de correo electrónico cynthia@cenapred.unam.mx y susana@cenapred.unam.mx, o bien, diríjase a las instalaciones del CENAPRED, ubicadas en Delfín Madrigal 665, Col. Pedregal de Santo Domingo, C.P. 04360.

Referencias Electrónicas

http://www.ujaen.es/investiga/rnm217/glosario.htm2. http://cns.igp.gob.pe/glos.htm3. http://www.dgf.uchile.cl/glosario.html4. http://www.rae.es/5. http://www.una.ac.cr/ovsi/glosario.html6. http://cns.igp.gob.pe/reportes/tipos_sismogr/sismografos/tipos.htm7. http://grulla.hispalinux.es/enunciados/analisis_stmas.pdf 8. http://mailweb.udlap.mx/~seguro/Volcanes/popohistoria.html9. http://www.proteccioncivil.org/vademecum/vdm02511.htm10. http://www.cienciahoy.org/hoy60/volcanes1.htm11. http://www.ingemmet.gob.pe/riesgo_geologico/volcanico.htm12. http://www.loria.fr/projyets/MLIS/DHYDRO/outils/site_edition/byproducts/Tout_Martif_es.html13. http://www.orbi.net/sinaproc/glosario.htm14. http://club.telepolis.com/geografo/geomorfologia/volcanes.htm15. http://www.monografias.com/trabajos/volcanes/volcanes.shtml16. http://www.larevista.com.mx/ed488/4888.htm

Dirección General de Protección Civil (1992)

Glosario de Conceptos Sísmicos. México: Secretaría de Gobernación, 101 pp.Edward,

Yourdon (1993) Análisis Estructurado Moderno. México: Prentice Hall Hispanoamericana.

Harrison, Graham (2000) Dynamic Web Programming Using Java, JavaScript, and Informix. USA: Prentice Hall PTR, Informix Series.

Hobbs, Ashton (1998) Aprendiendo Programación para Bases de Datos con JDBC en 21 Días. México: Prentice Hall Hispanoamericana.

Kipp, Cathy (1998) Programming Informix SQL/4GL: Step-by-Step Approach. USA: Prentice Hall PTR, Informix Series.

Lemay, Laura y Perkins, Charles L. (1996) Aprendiendo Java en 21 Días. México: Prentice Hall Hispanoamericana.

Wehling, Jason, et al. (1998) Aproveche las Noches con Java. México: Prentice Hall Hispanoamericana.

Dirección General de Servicios de Cómputo Académico-UNAM
Ciudad Universitaria, México D.F.