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Gisella Luisa Elena Maquen Niño
Juan Elias Villegas Cubas
Ivan Adrianzén Olano
Enver José Carlos Maquen Niño
Sandra Lisette Aznarán Guevara
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Sistema de búsqueda de caminos y planificación de
rutas basados en algoritmos de inteligencia artificial
ISBN: 978-9942-603-36-4
Savez editorial
Título: Sistema de búsqueda de caminos y planificación de
rutas basados en algoritmos de inteligencia artificial
Primera Edición: Marzo 2022
ISBN: 978-9942-603-36-4
Obra revisada previamente por la modalidad doble par ciego, en caso
de requerir información sobre el proceso comunicarse al correo
electrónico
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establecidas por la ley. El contenido de esta publicación puede ser reproducido
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El trabajo publicado expresa exclusivamente la opinión de los autores, de
manera que no compromete el pensamiento ni la responsabilidad del Savez
editorial
6
ÍNDICE'
PRÓLOGO .............................................................................................................................................. 8
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 9
CAPÍTULO I: CONCEPTOS RELACIONADOS A LA BÚSQUEDA DE CAMINOS ........................................... 13
ESTRATEGIAS DE BÚSQUEDA .................................................................................................................... 14
PLANIFICACIÓN DE RUTAS........................................................................................................................ 16
AGENTES ARTIFICIALES ........................................................................................................................... 17
ESTRUCTURA DEL AGENTE ....................................................................................................................... 18
METODOLOGÍA .................................................................................................................................... 18
LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA..................................................................................................................... 19
NORMATIVA PARA LA ELABORACIÓN DEL PLANO ............................................................................................ 23
IMPACTO EN EL ENTORNO ....................................................................................................................... 26
GESTIÓN DE RIESGOS .................................................................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO. ................................................................................................................... 26
CAPÍTULO II: APORTE TEÓRICO: METODOLOGÍA INTEGRATIVA ........................................................... 28
FASE DE ANÁLISIS.................................................................................................................................. 31
ESTUDIO DEL PROBLEMA ......................................................................................................................... 32
ESPECIFICACIÓN DE REQUISITOS: ............................................................................................................... 32
COSTOS Y CALENDARIZACIÓN ................................................................................................................... 33
ESTRUCTURACIÓN DEL PLANO: ................................................................................................................. 34
ANÁLISIS DE VIABILIDAD: ......................................................................................................................... 34
FASE DE DISEÑO ................................................................................................................................... 35
ARQUITECTURA: ................................................................................................................................... 36
DISEÑO DE SEGURIDAD ........................................................................................................................... 37
MODELADO DEL SISTEMA ........................................................................................................................ 38
DISEÑO FÍSICO ..................................................................................................................................... 39
FASE DE CONSTRUCCIÓN ......................................................................................................................... 39
LOCALIZACIÓN DEL USUARIO: ................................................................................................................... 40
LOCALIZACIÓN DEL AGENTE: .................................................................................................................... 40
IMPLEMENTACIÓN DE LA BASE DE DATOS: ................................................................................................... 41
REALIZACIÓN DE BÚSQUEDA DEL CAMINO: .................................................................................................. 42
DESARROLLO DE SOFTWARE DE GESTIÓN: ................................................................................................... 42
FASE DE PRUEBA................................................................................................................................... 43
DETECCIÓN DE FALLOS: .......................................................................................................................... 44
CAPACITACIÓN A USUARIOS: .................................................................................................................... 44
ACEPTACIÓN DE USUARIO: ...................................................................................................................... 45
MODIFICACIÓN DEL SISTEMA: .................................................................................................................. 45
EVALUAR FINALIZACIÓN DEL SISTEMA: ........................................................................................................ 46
CAPÍTULO III: APORTE PRÁCTICO: SISTEMA DE BÚSQUEDA DE CAMINOS CON AGENTE ARTIFICIAL..... 47
FUNDAMENTACIÓN DEL APORTE PRÁCTICO. ................................................................................................. 47
CONSTRUCCIÓN DEL APORTE PRÁCTICO: SISTEMA DE BÚSQUEDA DE CAMINOS CON AGENTE ARTIFICIAL ....................... 52
FASE DE ANÁLISIS.................................................................................................................................. 54
ELEMENTOS DE ENTRADA: ...................................................................................................................... 54
PROCEDIMIENTO: ................................................................................................................................. 54
ACTIVIDADES: ...................................................................................................................................... 55
PRODUCTOS ENTREGABLES DE FASE DE ANÁLISIS: .......................................................................................... 57
FASE DE DISEÑO . ................................................................................................................................. 58
ELEMENTOS DE ENTRADA: ...................................................................................................................... 58
PROCEDIMIENTO: ................................................................................................................................. 58
7
ACTIVIDADES: ...................................................................................................................................... 59
PRODUCTOS ENTREGABLES DE FASE DE DISEÑO: ........................................................................................... 60
FASE DE CONSTRUCCIÓN . ....................................................................................................................... 61
ELEMENTOS DE ENTRADA: ...................................................................................................................... 61
PROCEDIMIENTO: ................................................................................................................................. 61
ACTIVIDADES: ...................................................................................................................................... 63
PRODUCTOS ENTREGABLES DE FASE DE CONSTRUCCIÓN: ................................................................................. 64
FASE DE PRUEBA . ................................................................................................................................. 65
ELEMENTOS DE ENTRADA: ...................................................................................................................... 65
PROCEDIMIENTO: ................................................................................................................................. 65
ACTIVIDADES: ...................................................................................................................................... 66
PRODUCTOS ENTREGABLES DE FASE DE PRUEBA: ........................................................................................... 67
CAPÍTULO IV: EJEMPLIFICACIÓN DE LA APLICACIÓN DEL APORTE PRÁCTICO ....................................... 69
FASE DE ANÁLISIS.................................................................................................................................. 69
FASE DE DISEÑO ................................................................................................................................... 89
FASE DE CONSTRUCCIÓN ....................................................................................................................... 107
JUICIO DE EXPERTOS DEL APORTE TEÓRICO Y PRÁCTICO ................................................................... 120
CONCLUSIONES.................................................................................................................................. 122
REFERENCIAS BIBLIOGRÀFICAS .......................................................................................................... 124
8
Prólogo
Los usuarios que desean hacer trámites administrativos se ven con la dificultad
de localizar geográficamente oficinas debido a que, las organizaciones están en
continuo crecimiento, lo que se traduce en llegar a ambientes incorrectos,
pérdida de tiempo y malestar en el usuario. Para solucionar dicho problema se
plantea como objetivo: Diseñar una metodología integrativa de búsqueda de
caminos con agente artificial contextualizada en un plano tridimensional.
Se utilizó la Metodología Ágil de procesos unificados (AUP) para poder crear una
metodología propia para la búsqueda de caminos, estableciendo las fases que
lo componen, así como los objetivos, actividades, procedimientos y productos
entregables de cada fase. Posteriormente se hace una ejemplificación parcial,
desarrollando las fases de análisis, diseño y construcción de un agente artificial
usando el algoritmo de búsqueda A*, utilizando SketchUp, Unity3D y Brackets.
Como resultados se identifica que la metodología contiene procedimientos y
productos entregables en cada fase de desarrollo, que para realizar la búsqueda
de caminos en ambiente “indoors” se debe elaborar el plano tridimensional o
bidimensional, se deben integrar muchos programas de desarrollo para la
codificación del agente artificial, y se debe utilizar una API que sirva como
puente entre la capa de datos y la capa lógica de la aplicación en diferentes
entornos de programación. Se concluye que la metodología integrativa
contiene todos los elementos para poder guiar el desarrollo de una aplicación
de búsqueda de caminos y permite superar las dificultades de variedad de
programas de desarrollo y de lenguajes de programación necesarios para su
implementación
9
INTRODUCCIÓN
La localización geográfica ha sido una necesidad del ser humano desde que se
volvió sedentario, con la finalidad de marcar el territorio donde iba a vivir. A
medida que se fueron formando los imperios, reinos y países, se buscaban
también formas de marcar el territorio, y se utilizaba herramientas rudimentarias
de localización geográfica como hitos físicos que pudieran establecer los límites.
A medida que la población ha ido creciendo exponencialmente y con ello la
necesidad de contar con una forma de delimitar países, instituciones y
organizaciones, se optó por medidas de localización geográficas a través de
coordenadas, habiendo variedad de estándares a nivel mundial que permiten
calcular estas coordenadas dentro de un punto exacto en el mapa terrestre.
Actualmente, las empresas buscan mejorar su sistema de logística para poder
realizar entregas de sus productos a sus clientes, en menor tiempo y con menor
costo y esto está siendo factible gracias a que utilizan sistemas de información
geográfica que les permita monitorear en tiempo real, la posición de los
vehículos que transportan sus productos.
Otra forma de utilizar la localización geográfica a menor costo es el “Sistema de
posicionamiento global (GPS)” que permite a los dispositivos ubicarse en un
punto de la tierra, con una precisión del 95%. Para poder utilizar GPS el
dispositivo debe rastrear la señal de 4 o más satélites para que estos mediante
la técnica de trilateración estimen su posición. (Vilca, 2017)
Sin embargo, no basta con monitorear la localización geográfica, sino que en
base a esa información se implementen acciones para poder mejorar el proceso
para el cual se utiliza.
En este sentido, se habla también de la búsqueda de caminos, que ayudado de
un sistema de localización geográfica pueda hacer de mejor manera el proceso
de encontrar la ruta optima que con menor tiempo permita encontrar los nodos
10
que la compongan. Desde hace algunos años ha entrado en vigencia la
planificación de rutas como proceso que permite optimizar la búsqueda de
caminos dentro de un determinado ámbito geográfico, y donde se tienen
recorrer todos los nodos de un mapa o un plano para poder realizar una
actividad especifica.
La planificación de rutas permite resolver problemas del viajante (TSP Traveling
Salesman Problem) en la que se debe encontrar la ruta mínima por lo cual un
vehículo viajará para recorrer puntos distantes geográficamente, y problemas de
enrutamiento de vehículos (VRP Vehicule Routing Problem) que se relaciona con
la necesidad de que varios vehículos que circulan en una misma unidad
geográfica deban recorrer todos los puntos de un problema específico.
(Fernandez, 2016)
En las instituciones públicas o privadas, los que tienen que recorrer rutas no son
vehículos sino personas, que necesitan encontrar diversos ambientes educativos
para poder realizar gestiones administrativas. Esta situación se agrava si es que
la institución a recorrer es de varios metros, incluso cuadras, tal como vemos en
instituciones públicas y privadas como universidades, institutos tecnológicos y
pedagógicos, colegios, ministerios, órganos del poder judicial, empresas
trasnacionales, entre otros, lo cual conlleva tiempo y esfuerzo para realizar el
recorrido, y si no se cuenta con una guía adecuada, puede llegar a un destino
equivocado, debiendo realizar nuevamente el proceso de localización de
ambientes educativos.
En las Instituciones educativas tanto de nivel básico regular como en las
universidades, se observa que hay la problemática para poder localizar los
principales ambientes educativos de la institución cuando los padres de familia
e incluso los mismos estudiantes ingresan a las instituciones para hacer trámites
administrativos y esto se agrava cuando la institución cuenta con un gran
tamaño, y los ambientes educativos están distantes unas de otras.
11
En tal sentido, surge la necesidad de ver un medio de señalización para que la
localización de ambientes educativos sea rápido, moderno y exacto.
Actualmente este proceso se realiza a través de preguntas al vigilante o algún
miembro de la institución educativa, pero a veces surgen malentendidos que
ocasionan pérdida de tiempo y malestar en el visitante.
Después de haber realizado el análisis factico de Instituciones Educativas de
nivel básico regular, se permitió destacar las siguientes
manifestaciones
:
- No hay una señalética adecuada que oriente al usuario en la Institución
Educativa.
- No hay una persona dedicada solo a orientar al usuario en la localización
de ambientes educativos, normalmente el encargado de portería cumple esa
función entre otras funciones.
- Hay necesidad del encargado de portería de movilizarse a diferentes
áreas de la institución educativa para el cumplimiento de sus funciones, lo que
hace que la portería quede sola y no haya un orientador.
- Imprecisiones en las indicaciones para encontrar los ambientes
educativos principales de la Institución Educativa, dadas por el vigilante o por
algún miembro de la comunidad educativa.
- Estimación incorrecta del espacio traducido en cantidad de metros.
- Insatisfacción de los usuarios (padres de familia, comunidad en general)
cuando no se les dan las indicaciones correctas y no pueden llegar a su destino.
- Pérdida de tiempo cuando por indicaciones erradas, llegan a otro destino
y no por el que ellos habían preguntado.
- Alto índice de afluencia de público externo en ciertas fechas como son
los meses de matrícula para estudiantes, sobre todo para postulantes que recién
van a ingresar a la Institución educativa y que desconocen la localización de los
ambientes educativos.
12
Lo que indica que existen indicios sobre la falta de procedimientos en la
búsqueda de caminos que hace que la localización geográfica de ambientes
educativos se vea afectada.
Estas manifestaciones se sintetizan en el
problema científico
: La falta de
procedimientos de búsqueda de caminos limitan la localización geográfica.
Dentro de las posibles
causas
que originan el problema descrito anteriormente
encontramos:
- Limitaciones teóricas relacionadas con el procedimiento de búsqueda de
caminos en contexto de planos tridimensionales que ayuden a localizar
geográficamente un punto de destino brindado por el usuario final dentro de
instituciones educativas.
- Existe una gran variedad de referentes prácticos que solucionan
problemas de construcción de rutas de vehículos, sin embargo, se ha
encontrado pocos referentes para el proceso de búsqueda y construcción de
caminos en planos o mapas determinados, y los que se han encontrado se
orientan principalmente para Juegos.
- Insuficientes referentes metodológicos que prevea las etapas necesarias
para poder realizar el procedimiento de búsqueda de caminos en contexto de
planos tridimensionales que mejore la localización geográfica de ambientes
educativos en Instituciones Educativas.
Las valoraciones causales halladas proponen profundizar en el procedimiento de
búsqueda de caminos el cual será el objeto de la investigación.
13
Capítulo I: Conceptos relacionados a la Búsqueda de caminos
Se abordarán los conceptos relacionados con las variables de la investigación
como son: Búsqueda de caminos, agente artificial, metodología, localización
geográfica, así como conceptos importantes para la investigación como son:
impacto en el entorno, normatividad para la elaboración del plano y justificación
de la investigación.
La búsqueda de caminos, es un proceso realizado con algoritmos de Inteligencia
Artificial para encontrar la ruta más corta o el camino más corto de una ubicación
a otra dentro de un mapa o un plano (Angkuldee et al., 2019). Se puede aplicar
a un agente artificial para decidir el camino más corto desde su posición actual
hasta el destino de forma rápida y correcta.
Visto técnicamente, para poder realizar una búsqueda, se debe conformar un
espacio de solución que comúnmente es representado por un grafo, donde a
partir de un nodo inicial se va realizando acciones para expandir los nodos hasta
llegar a un nodo final. El agente es el que decide qué hacer en cada nodo,
examinando una secuencia posible de acciones que le conducen a nuevos nodo
hasta llegar al objetivo. Por tanto se podría decir que la búsqueda es el proceso
de hallar la secuencia de nodos que conforman la solución de un problema
teniendo como datos de entrada un espacio de solución, un nodo inicial y un
nodo final, y siguiendo las acciones dadas por un algoritmo. (Russell & Norvig,
2010).
Durante el proceso de búsqueda el algoritmo va construyendo un árbol que
almacena en cada nodo, información sobre los nodos que se van obteniendo al
realizar las acciones. La copa del árbol corresponde al nodo inicial y sus ramas a
los nodos hijos que resultan de realizar acciones a ese nodo. Se continúa
ramificando el árbol, aplicando el mismo razonamiento a cada hijo (sin repetir
14
nodos en cada camino), hasta que llegue al nodo final, y es aquí donde se crea
el camino.
El camino viene definido por la secuencia de nodos conectados a una secuencia
de acciones que une el estado inicial con el nodo objetivo.
Estrategias'd e'búsq ueda'
La estrategia de búsqueda consiste en definir cómo se expandirán los nodos
dentro del árbol de búsqueda, utilizando un concepto de frontera, que es donde
se almacenan los nodos del árbol que han sido generados, pero no expandidos.
Al comienzo la frontera únicamente tendrá el nodo inicial. Los nodos generados
son aquellos que están en lista de espera a ser expandidos, y los nodos
expandidos son aquellos a los cuales se han generado sus nodos hijos (Russell
& Norvig, 2010).
La forma en cómo se guardan los nodos en la frontera depende del algoritmo,
puede ser como una pila o como una cola.
El algoritmo general de una estrategia de búsqueda es:
Para comenzar necesita como datos de entrada:
Nodo inicial
Lista de nodos
Lista de nodos finales (objetivos)
Grafo con el espacio de solución o funciones que permitan determinar las
acciones
Durante el Funcionamiento:
Árbol de búsqueda
Pila o cola que representa la frontera
15
Al terminar se muestra:
Lista con secuencia de nodos
El algoritmo de búsqueda corresponde a una estrategia de búsqueda que es el
criterio para elegir cuál será el siguiente nodo a expandir, siendo las dos
estrategias más conocidas; la búsqueda a ciegas y la búsqueda informada.
Estrategias de búsqueda a ciegas
Esta estrategia se utiliza cuando no se tiene información adicional acerca de los
nodos. La única información es la que proporciona la formulación del problema,
y para determinar si se ha llegado al objetivo, se debe verificar en cada nodo
generado si corresponde al nodo objetivo.
Para describir un problema de búsqueda a ciegas, se propondrá un ejemplo,
supongamos que hay tres caminos que salen de A (C, D y E), pero ninguno
directo a B, y el objetivo es llegar a B. El agente no tiene un mapa del lugar, así
que podría tomar cualquier ruta ya que no sabría cuál de ellas es la más directa
para llevarlo a su objetivo. El camino viene determinado por la sucesión de
nodos conectados a una serie de actividades que junta el estado inicial con el
nodo objetivo, por eso se le conoce como “a ciegas” o “a tientas”.
Estrategias de Búsqueda informada
Indica la forma en cómo se expandirán los nodos dentro de un árbol de
búsqueda, sabiendo cuales nodos no son objetivos, y cuales son más
“prometedores” que otros, es decir aquellos nodos que permiten llegar más
rápidamente al objetivo, siguiendo un determinado algoritmo de búsqueda
(Russell & Norvig, 2010)
Se propondrá un ejemplo de búsqueda informada, supongamos que hay tres
caminos que salen de A (C, D y E), pero ninguno directo a B, siendo B el nodo
objetivo. El agente tiene un mapa que le brinda información sobre los nodos en
que podría estar, así como las acciones que podría tomar, y de acuerdo a esta
16
información que tiene guardada puede seguir los nodos que le llevarán en
menor tiempo al nodo objetivo. Por eso se dice que es informada.
Planificación'de'rutas'
Los métodos para la planificación de rutas son tomados desde la rama científica
de investigación de operaciones. Los algoritmos para la planificación de rutas
tienen como objetivo explorar un espacio del cual se tiene poca o ninguna
información “con el fin de encontrar una ruta que pueda conectar dos puntos
con coordenadas para simplificar las tareas de búsqueda” (Ríos, 2015). La
planificación de rutas permite resolver problemas del viajante “TSP Traveling
Salesman Problem” en la que se debe encontrar la ruta mínima por lo cual un
vehículo viajará para recorrer puntos distantes geográficamente, y problemas de
enrutamiento de vehículos (VRP Vehicle Routing Problem) que se relaciona con
la necesidad de que varios vehículos que circulan en una misma unidad
geográfica deban recorrer todos los puntos de un problema
específico. (Fernandez, 2016)
Actualmente hablamos de los problemas de rutas de vehículos con intervalo de
tiempo cuyas siglas en inglés son VRPTW (Vehicle Routing Problem with Time
Windows) donde la característica adicional está estipulada en que los clientes
deben ser atendidos dentro de un intervalo de tiempo establecido (ventana de
tiempo), solo una vez y por un solo vehículo (Konstantakopoulos et al., 2020).
Una planificación de la ruta más corta puede reducir el tiempo consumido al
intentar trasladarse a otra ubicación. Además, si el agente artificial puede
detectar obstáculos y planificar un camino más corto para evitar esos obstáculos,
ayudará a reducir aún más el tiempo y los errores del camino óptimo
encontrado.(Angkuldee et al., 2019)
17
Agentes'Artificiales'
Un agente es cualquier cosa que pueda decirse que percibe su entorno a través
de sensores y actúa sobre ese entorno a través de actuadores.
“Un agente humano tiene ojos, oídos y otros órganos para sensores y manos,
piernas, tracto vocal, etc., para actuadores. Un agente robótico puede tener
cámaras y telémetros infrarrojos para sensores y varios motores para actuadores.
Un agente de software recibe pulsaciones de teclas, contenido de archivos y
paquetes de red como entradas sensoriales y actúa sobre el entorno mostrando
en la pantalla, escribiendo archivos y enviando paquetes de red”.(Russell &
Norvig, 2010)
Usamos el término percepción para referirnos a las entradas perceptivas del
agente en un instante dado. La secuencia de percepción de un agente es la
historia completa de todo lo que el agente ha percibido alguna vez.
En general, la elección de acción de un agente en un instante dado puede
depender de toda la secuencia de percepción observada hasta la fecha, pero
no de nada que no haya percibido. Al especificar la elección de acción del
agente para cada posible secuencia de percepción, hemos dicho más o menos
todo lo que hay que decir sobre el agente. Hablando matemáticamente,
decimos que el comportamiento de un agente descrito por la función del agente
que mapea cualquier secuencia de percepción dada a una acción.
“Podemos imaginar tabulando la función del agente que describe a cualquier
agente dado; para la mayoría de los agentes, esta sería una tabla muy grande,
infinita, de hecho, a menos que coloquemos un límite en la longitud de las
secuencias de percepciones que queremos considerar. Dado un agente con el
que queremos experimentar, podemos en principio, construir esta tabla
probando todas las secuencias de percepción posibles y registrando qué
18
acciones realiza el agente en respuesta. La tabla es, por supuesto, una
caracterización externa del agente. Internamente, la función de agente para un
agente artificial será implementada por un programa de agente. Es importante
mantener estas dos ideas distintas. La función del agente es una descripción
matemática abstracta; el programa del agente es una implementación concreta,
que se ejecuta dentro de algún sistema”. (Russell & Norvig, 2010)
Estructura'del'agente'
El objetivo de IA es diseñar un programa de agente que implemente la función
del agente: el mapeo de las percepciones a las acciones. Suponemos que este
programa se ejecutará en algún tipo de dispositivo informático con sensores y
actuadores físicos; a esto lo llamamos la arquitectura:
agente = arquitectura + programa.
“Obviamente, el programa que elijamos tiene que ser uno que sea apropiado
para la arquitectura. Si el programa va a recomendar acciones como Caminar,
es mejor que la arquitectura tenga piernas. La arquitectura puede ser solo una
PC ordinaria o puede ser un automóvil robótico con varias computadoras,
cámaras y otros sensores integrados. En general, la arquitectura hace que las
percepciones de los sensores estén disponibles para el programa, ejecuta el
programa y alimenta las opciones de acción del programa a los actuadores a
medida que se generan”.(Russell & Norvig, 2010)
Metodología'
Metodología es una conjunción de palabras de origen griego: metá que significa
más allá; adós que significa camino y logos que significa estudio. Tiene
diferentes significados, algunos autores la definen como la ciencia que estudia
los métodos del conocimiento, otros indican que que es el conjunto de métodos
utilizados en una investigación.
19
“Se puede definir como aquella que hace referencia a un conjunto de
procedimientos que permiten alcanzar uno o varios objetivos que rigen una
investigación, a través de un conjunto de tareas específicas que utilicen
habilidades, conocimientos o cuidados específicos. La metodología parte de la
investigación teórica y conduce a una selección de técnicas concretas, acerca
del procedimiento que se debe seguir para realizar las tareas establecidas en la
investigación, trabajo o proyecto”. (Hernàndez, 2018)
“Los tipos de metodologías tienen su fundamento en las corrientes del
pensamiento que han ido surgiendo como son el realismo y el constructivismo.
Estas dos corrientes polarizaron en dos aproximaciones a la investigación: la
cuantitativa y la cualitativa”.(Hernández, 2018)
Cualitativa
Procedimiento científico en el cual se hace uso de la observación para poder
recopilar todo tipo de datos de índole no numérica. Entre los tipos de métodos
cualitativos más comunes encontramos:
Cuantitativa
“Tiene una base empírica para analizar fenómenos observables, a través del uso
de la estadística, computación o simplemente de matemática. Su objetivo es la
comprobación de modelos, hipótesis y teorías matemáticas. Las mediciones se
hacen a través de interacciones entre las expresiones matemáticas y la
observación empírica, usando valores de tipo numérico para las observaciones
y las relaciones entre las variables”.(Hernández, 2018)
Localización'geográfica'
Localización geográfica es una manera de localización en un entorno geográfico,
que se da por medio de coordenadas geográficas, que posibilita la identificación
de un posición a en la superficie terrestre por medio de dos números que
expresan la latitud y la longitud geográfica. La georreferenciación o
20
geolocalización es una técnica esencial para el trabajo geográfico. A pesar que
el uso de coordenadas geográficas no es la única forma de localización
geográfica, sin embargo es la más comúnmente utilizada.
“Desde la Edad Antigua se han venido utilizando distintos materiales e
instrumental geográfico útil para la localización: mapas, brújula, sextante,
teodolito y el reloj. La utilización de lentes desde la Edad Media no tuvo
aplicaciones científicas hasta la invención del telescopio por Galileo y la
aplicación posterior de todo tipo de dispositivos ópticos, como las partes
ópticas de los sextantes y otros instrumentos de navegación. Los más útiles para
el trabajo de campo son los prismáticos o binoculares”.(Santos, 2020)
Actualmente para poder realizar localización geográfica se utiliza un sistema de
coordenadas que permita estandarizar el posicionamiento dentro del plano
terrestre. Existen dos tipos de coordenadas. Las coordenadas geográficas, que
son un sistema de referencia que indican una posición horizontal que vienen
dadas en términos de coordenadas latitud – y una posición vertical dada por la
longitud y algunas también se hace referencia a la altitud, siendo los estándares
más comúnmente utilizados el “World Geodetic System 84 WGS84” y el
European Terrestrial Reference System 89 ETRS89”. Por otro lado, las
coordenadas proyectadas, que son representaciones gráficas entre los puntos
de la superficie curva de la Tierra y los de la superficie de un mapa, trazándose
una malla compuesta por meridianos y paralelos y al ser una proyección está
sujeta a posibles distorsiones entre la superficie elipsoidal y el plano, el estándar
más utilizado de este tipo el “Sistema de coordenadas universal transversal de
Mercator UTM”. (Santos, 2020)
“Las coordenadas geográficas son un sistema de referencia que permite que
cada ubicación en la Tierra sea especificada por un conjunto de números,
letras o símbolos. Las coordenadas se eligen, en general, de manera que dos
21
de las referencias representen una posición horizontal y una tercera que
representa la altitud. Las coordenadas de posición horizontal utilizadas son la
latitud y longitud, un sistema de coordenadas angulares esféricas o esferoides
cuyo centro es el centro de la Tierra y suelen expresarse en grados
sexagesimales: Longitud: (abreviatura: Long., λ, o lambda) Es el ángulo entre
el meridiano de referencia y el meridiano que pasa por este punto. El
meridiano de referencia mayormente aceptado es el meridiano Greenwich,
situado al sureste de Londres, Inglaterra. Este primer meridiano determina los
hemisferios este y oeste” (Wikipedia, 2011)
Figura 1:
Localizaciòn en el Mapa Mundial del Meridiano de Greenwich
La latitud (abreviatura: Lat., φ, o phi) es el ángulo entre el plano ecuatorial y la
línea que pasa por este punto y el centro de la Tierra. Todos los puntos con la
misma latitud forman un plano paralelo al plano del ecuador. El ecuador es el
paralelo 0° y divide el globo en hemisferios norte y sur; así el polo norte es 90°N
y el polo sur es 90°S.
La altitud exige la elección de un modelo de esferoide que represente la Tierra
y estos modelos producen diferentes valores para la altitud. Eso se resuelve
utilizando un dato que representa la altitud en los diferentes modelos usados.
22
Figura 2:
Localización en el Mapa Mundial de la línea ecuatorial
La combinación de longitud - latitud específica la posición de cualquier lugar en
la superficie de la Tierra, sin tener en cuenta la altitud o la profundidad. La
cuadrícula formada por líneas de latitud y longitud se conoce como "retícula".
El origen / punto cero de este sistema se encuentra en el Golfo de Guinea a
unos 625 km (390 millas) al sur de Tema, Ghana.
A su vez se puede definir a la geo localización como “posicionamiento que
define la localización de un objeto en un sistema de coordenadas determinado.
Este proceso es generalmente empleado por los sistemas de información
geográfica, un conjunto organizado de hardware y software, más datos
geográficos, que se encuentra diseñado especialmente para capturar,
almacenar, manipular y analizar en todas sus posibles formas la información
geográfica referenciada, con la clara misión de resolver problemas de gestión y
planificación”(Vilca, 2017).
Para poder llevar a cabo exitosamente la investigación tiene que tenerse en
cuenta el aspecto normativo en donde se desenvuelve en tal sentido se analizará
la normatividad para el desarrollo de Agentes Artificiales y el estándar para el
uso del GPS.
23
Norm ativa'para'la'elaboración'del'plano'
Para poder estandarizar el dibujo técnico y diseño arquitectónico mediante
software CAD (Diseño asistido por computador), uno de los comités (ISO TCIO)
de la organización internacional para la estandarización (ISO) tuvo como objetivo
abordar el tema del dibujo técnico, formulando un conjunto de normas de
dibujo que fueran aceptadas universalmente. “Hoy la mayoría de países han
adoptado en su totalidad o con pequeñas modificaciones las normas
establecidas por este comité lo cual ha convertido al dibujo en un verdadero
lenguaje universal”. (Tinoco Gómez, 2012)
Para el presente proyecto de investigación se tomaron en cuenta los estándares
que a continuación se detallan para poder realizar el plano en tres dimensiones
utilizando AutoCAD 2021 y Autodesk, a partir de los planos impresos que brindó
la institución educativa:
ISO 5455-1979: Escalas normalizadas
Esta Norma Internacional especifica las escalas recomendadas, así como su
designación para su utilización en los dibujos técnicos en todos los campos de
la ciencia. Entiéndase por escala, “relación entre la medida lineal de la
representación de un elemento de un objeto sobre un dibujo original y la
medida lineal real del mismo elemento del objeto real”.(UNE-EN ISO, 1979)
La designación de la escala utilizada en el dibujo debe inscribirse en el cuadro
de rotulación del dibujo. Si hay que utilizar varias escalas en un dibujo, sólo debe
inscribirse la escala principal del dibujo en el cuadro de rotulación,
inscribiéndose las otras escalas al lado del número de referencia de la parte
considerada o al lado de la referencia de una vista (o corte) de detalle. La escala
a elegir para el dibujo depende de la complejidad del objeto a representar y de
la finalidad de la representación. En todos los casos, debe ser suficientemente
grande para permitir una interpretación fácil y clara de la información mostrada.
24
A su vez, la escala y las dimensiones del objeto influyen en la elección del
formato del dibujo. Los detalles que sean demasiados pequeños para una
anotación completa en la representación principal, deben representarse en una
vista (o corte) de detalle a una escala mayor, al lado de la representación
principal.
Las escalas recomendadas para su utilización en los dibujos técnicos se
especifican en la tabla siguiente:
Figura 3:
Escalas recomendadas en el dibujo técnico
Fuente:(UNE-EN ISO, 1979)
ISO 1101-1983: Tolerancias geométricas de forma y posición.
Está formada por “las especificaciones geométricas de productos (GPS), que se
ocupan de definir la forma (geometría), dimensiones y características
superficiales de una pieza, con el objetivo de garantizar su funcionamiento
óptimo, junto con la variación permitida en torno a la definición óptima, de
forma que se siga garantizando el cumplimiento de la funcionalidad requerida”.
(UNE-EN ISO, 2012)
“En los procesos de fabricación nunca se obtienen piezas perfectas,
apareciendo siempre desviaciones respecto a los valores óptimos, y entre las
propias piezas. Las piezas se miden con objeto de comprobar el cumplimiento
o no de las especificaciones. Es necesario establecer la relación existente entre:
la pieza fabricada y la pieza efectivamente medida. Para poder establecer esta
relación y lograr una interpretación común, se han desarrollado normas en el
25
campo las especificaciones geométricas de productos que definen conceptos
básicos, representaciones simbólicas y principios de medida”. (UNE-EN ISO,
2012)
Se tendrá en cuenta las especificaciones geométricas de productos generales
concernientes a: “Dimensionamiento y tamaño, distancia, radio, ángulo, forma
de línea independiente de una referencia, forma de línea dependiente de una
referencia, forma de superficie independiente de una referencia, forma de
superficie dependiente de una referencia, orientación, posición, referencias,
perfil de ondulación, aristas”.
Figura 4:
Matriz de Especificaciones geométricas de productos
Fuente:(UNE-EN ISO, 2012)
26
'
'
Impacto'en'el'Entorno'
La presente investigación tendrá un impacto ambiental en el entorno, ya que
ahora no solo estará presente el entorno físico, sino que también habrá un
ambiente virtual, donde a través de un celular cualquier estudiante o miembro
de la comunidad podrá acceder y buscar los caminos hacia los diferentes
ambientes educativos. El riesgo de seguridad es nulo, ya que al ser una
aplicación móvil esta solo será instalada voluntariamente a través de una
dirección en internet y será controlada por los mecanismos de google play o
app store que permiten el acceso y descarga de aplicaciones.
Justificación'la'i nvestigación.'
La investigación sustenta la justificación teórica mediante la aplicación de la
teoría y los conceptos de búsqueda de caminos para mejorar la localización
geográfica de ambientes educativos, basados en algoritmos de Inteligencia
Artificial de tipo heurísticos que sean favorables al tipo de plano, cantidad de
nodos y tiempo de respuesta de la Institución Educativa.
De acuerdo con los objetivos de la investigación, se creará un agente artificial
el cual será una aplicación móvil que permitirá trazar la ruta más corta dentro de
un plano tridimensional de la Institución Educativa, que permitirá la justificación
práctica del estudio.
Hay una falta de metodologías de búsqueda de caminos con agente artificial,
por tanto, mediante la propuesta se permitirá estandarizar este proceso y ayudar
a programadores de búsqueda de caminos que recién estén iniciando en este
tipo de investigación seguir los procesos adecuados para poder lograrlo, lo que
conforma la justificación metodológica.
27
La justificación social se sustenta en que el proyecto permitirá que cualquier
miembro o visitante de la comunidad educativa pueda acceder al aplicativo
móvil de búsqueda de caminos para la localización geográfica de ambientes
educativos, en tal sentido se contribuye al mejoramiento de la imagen
institucional y de la satisfacción del usuario.
La justificación económica se sustenta en que este proyecto permitirá brindar
una mejor atención a los padres de familia y fidelizar a los clientes, lo que
redundará en garantizar la sobrevivencia de la Institución educativa, ya que al
ser una institución pública su finalidad es brindar un buen servicio a sus clientes
más que generar una rentabilidad económica.
28
Capítulo II: Aporte teórico: Metodología Integrativa
Se hará la construcción epistemológica de una metodología integrativa de
búsqueda de caminos contextualizado a planos tridimensionales en Instituciones
Educativas.
La metodología está estructurada bajo el enfoque sistémico, considerando
cuatro fases: Análisis, diseño, construcción y prueba, los cuales se materializan
en las interrelaciones que se establecen con la localización geográfica en
ambientes educativos.
El aporte teórico se organiza fundamentando la metodología en enfoques
científicos, posteriormente se realiza la descripción argumentativa del modelo y
finalmente se enuncian las conclusiones parciales del capítulo.
La construcción epistemológica de la metodología integrativa de búsqueda de
caminos se sustenta en dos enfoques científicos: enfoque secuencial y el
enfoque ágil que fundamentan el modelamiento del objeto de investigación.
Dentro de las aproximaciones metodológicas se establece los procedimientos
secuenciales, que tratan de “obtener resultados mediante un método, con la
utilización posterior de otro” (Rodríguez & Valldeoriola, 2010)
El enfoque secuencial define a las etapas que componen un método por niveles
de complejidad creciente, cada nivel es mayor que el anterior, pero este anterior
es indispensable para alcanzarlo. Así no se podrá culminar la metodología sin
escalar los niveles precedentes (Monje, 2011).
En tal sentido el enfoque secuencial indica que no se puede comenzar una nueva
etapa de la metodología sin haber terminado la etapa de anterior, lo que implica
que los resultados de la etapa anterior deben tomarse en cuenta para el
desarrollo de la siguiente etapa.
29
Este enfoque es fácilmente aplicable a las fases de la metodología que se
propone, debido a que no se puede realizar un correcto diseño si antes no se
ha analizado, no se puede realizar una correcta construcción si antes no se
diseñado, y no se puede hacer pruebas si antes no se ha construido el sistema
de búsqueda de caminos. Se debe mencionar que al ser aplicaciones que no
están orientados hacia una empresa específica, no necesita que haya la fase de
implantación, siendo suficiente la fase de pruebas que mida la aceptación del
usuario final.
En la creación de sistemas de información se ha pasado de la utilización de
metodologías clásicas a metodologías ágiles cuando la cantidad de funciones
del sistema informático es baja y cuando se tiene poco tiempo para poder
entregar un prototipo funcional a la empresa u organización donde se realice.
El enfoque ágil tiene múltiples características que lo hacen más eficiente y
adaptable a un entorno cambiante, como son: división de una tarea compleja
en tareas más sencillas, que permite tener más claro las fechas y productos a
entregar, abordando el proyecto en pequeñas fases con duración y alcances
determinados, mejora la comunicación interna y externa, el intercambio de
puntos de vista es más fluido dentro del equipo de trabajo ya que todos están
informados a cada momento del estado del proyecto, así como la constante
comunicación del cliente para la aprobación de cada tarea pequeña, prototipos
funcionales desde la primera etapa del proyecto, el equipo de trabajo entrega
un “producto mínimo viable” (PMV) al cliente para su prueba y aprobación, de
tal manera que el producto resultante se va mejorando y refinando en las
entregas posteriores, es por tanto más fácil de detectar fallos en las primeras
etapas del proyecto y poder corregirlos sin esperar al término del proyecto, es
más adaptable ya que al estar en constante interacción con el cliente quien será
el usuario final, se detectan nuevos requerimiento y hay la flexibilidad de
incorporarlos o incluso quitarlos (Equipos & Talentos, 2018).
30
El enfoque Ágil traerá a la metodología múltiples ventajas que permitirán la
creación de sistemas informáticos de búsqueda de caminos en menor tiempo y
con mayor posibilidad de adaptarse a los cambios del entorno y de las
especificaciones de los usuarios finales. Así mismo, demorará menor tiempo su
desarrollo al ser un sistema pequeño con funcionalidades específicas.
La metodología considera la fase de análisis, diseño, construcción y prueba,
identificando en cada fase, las actividades a realizar y por cada actividad las
tareas asignadas. Para su elaboración, se ha adaptado la teoría del proceso de
desarrollo de sistemas de información que estipula 6 fases (Beynon-Davies,
2014) al desarrollo de un sistema de búsqueda de caminos donde la finalidad
no es desarrollar un software para una determinada empresa, sino desarrollar un
software que pueda ser utilizado por cualquier usuario que lo descargue, y por
tanto habría fases que no se adecuarían a este tipo de desarrollo de software.
Figura 5
Metodología Integrativa de búsqueda de caminos
31
Fase%de%Análisis%
La fase de Análisis contiene actividades relacionadas a determinar la viabilidad
del desarrollo del sistema de búsqueda, partiendo de la identificación del
problema, ya que siempre se debe de diagnosticar cual es la deficiencia que se
desea superar o lo que se desea mejorar, y posteriormente aplicar instrumentos
de recojo de información a los clientes o personas involucradas en el proceso
de búsqueda (grupo de interés principal) o las personas que toman las
decisiones en la institución (stackeholders) para la obtención de requisitos. Los
requisitos identificados serán los puntos importantes de información de entrada
para el sistema de búsqueda en desarrollo.
La fase de Análisis tiene cinco actividades bien definidas: Estudio del problema,
especificación de requisitos. Costos y calendarización, estructuración del plano
y análisis de viabilidad.
Figura 6
Fase de Análisis de la Metodología Integrativa de búsqueda de caminos
32
'
'
Estudio 'del'problema'
Identificar un problema y aterrizarlo en el planteamiento de una posible
solución. Para la identificación del problema es necesario aplicar instrumentos
en los grupos de interés principal que corroboren la existencia de un problema.
La especificación dependerá de la experticia del desarrollador y las
características de la realidad a abordar.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Definición del problema: Comienza con la identificación factoperceptible
del problema, que luego será corroborado por la aplicación de instrumentos de
recojo de datos. Involucra estar en continua comunicación con las personas
involucradas en el proceso de búsqueda de caminos, también de los
stackeholder, que puedan aportar a la determinación de la existencia de una
problemática.
• Identificación de la solución: Proponer una solución tentativa al problema
identificado en el punto anterior. Especificar a nivel general los componentes
del sistema informático, así como sus funcionalidades.
• Objetivos de la solución: Establecer cuáles serían los objetivos que se
trazarán para realizar la solución prevista.
Especificación'de'requisitos:''
Identificar cuáles serán los requisitos funcionales y no funcionales del sistema
informático que le permita ser aceptado y utilizado por los grupos de interés y
los stackeholders.
Un requisito es una característica deseada por un grupo de interés principal o
un stackeholder, y tienen las siguientes características: pueden variar a lo largo
del desarrollo del sistema informático ya que están sujetos a la perspectiva de
33
seres humanos, pueden estar enfrentados unos con otros ya que puede distintos
grupos de interés pueden tener la sensación que algunos les favorece y otros
les dificulta el mismo requisito, y puede pararse en un punto del desarrollo ya
que puede ser muy específico y cumplirse en el primer prototipo que se le
entregue al cliente.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Identificar los responsables y usuarios que contienen la información:
Seleccionar los miembros de la institución que conformarán el grupo de interés
que orientan o realizan el proceso de búsqueda de caminos en las instituciones.
• Aplicación de instrumentos de recojo de datos: Se debe especificar que
instrumento se le va a aplicar, en qué momento, y cuál es la finalidad de aplicarlo
a los miembros del grupo de interés.
• Especificación de requisitos funcionales. Los requisitos funcionales, son
características esperadas o funcionalidades deseadas para el sistema
informático. Cada requisito funcional tendrá su especificación de caso de uso,
así mismo se hará un diagrama de caso de uso que incluya a todos los
requisitos funcionales.
• Especificación de requisitos no funcionales. Los requisitos no funcionales
son restricciones impuestas al desarrollo del sistema informático. Cada requisito
no funcional deberá tener una referencia o código que permita identificarlo a lo
largo del desarrollo del sistema.
Costos'y'calendarización''
Se estima a nivel general la inversión en hardware, software y servicios que se
necesitarán para desarrollar el sistema de búsqueda de caminos. También se
realizará un calendario de las tareas que permitan el desarrollo del sistema
informático.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
34
• Elección de Hardware y software: Se identificará a nivel general, los
equipos informáticos y de redes y telecomunicaciones que se necesitaran, así
como los lenguajes de programación y software necesarios para el desarrollo
del sistema de búsqueda de caminos.
• Análisis de costos y presupuesto: Se realizará un breve análisis de costos
que se incurrirían en la compra del hardware y software identificado, así como
los servicios necesarios, estructurándose en tres ítems: Remuneraciones, Bienes
y Servicios. También se debe especificar la fuente de financiamiento para la
elaboración del sistema de búsqueda de caminos.
• Calendarización: Se especificarán las fechas y lapsos de tiempo para el
cumplimiento de los objetivos identificados anteriormente
Estructuración'del'plano:'
Se debe obtener el plano de la institución o en caso que no existiera crear uno,
ya sea en dos dimensiones en forma de mapa o de cuadricula o de tres
dimensiones.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Establecer Características: Se debe identificar los rasgos del plano: si será
en dos o tres dimensiones, la amplitud del terreno a cubrir, la forma del plano,
vías de acceso.
• Elección del Sistema de modelado: Seleccionar el lenguaje o los
lenguajes CAD que nos permitirán realizar el plano o mapa.
• Construcción del Plano: Elaboración del plano, con las medidas indicadas
y las texturas adecuadas para hacerlo similar a la institución.
Análisis'de'viabilidad:'
Determina si un sistema informático es realizable teniendo en cuenta los
recursos y las restricciones de la institución. Un análisis de viabilidad parte
de un estudio de la funcionalidad del sistema a través de la especificación
35
de requisitos, posteriormente hacer un análisis de riesgos para luego
determinar la justificación técnica y económica del sistema informático.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Análisis de Riesgos: El riesgo puede ser definido como un resultado
negativo que puede ocurrir a lo largo del proceso de desarrollo del software
y que se puede estimar en base a la experiencia. Por tanto, en esta tarea se
hará una lista de los riesgos del sistema y las actividades para evitarlos.
• Justificación técnica y económica: Identificar si la institución cuenta
con los recursos técnicos y económicos para poder realizarlo.
Fase%de%Diseño%
La fase de diseño realiza los diseños correspondientes a los componentes del
sistema de información teniendo en cuenta que se deben satisfacer los
requisitos y restricciones encontrados en la fase de análisis.(Laudon, 2004)
En esta fase se da un marco de referencia para que los desarrolladores no
realicen acciones fuera de este contexto, sino que posteriormente realicen la
labor de codificación del sistema en base al marco de referencia.
La fase de diseño tiene las siguientes actividades: Arquitectura, diseño de
seguridad, modelado del sistema y diseño físico.
36
Figura 7
Fase de Diseño de la Metodología Integrativa de búsqueda de caminos
Arquitectura:'
Se denomina arquitectura de un sistema de información a una descripción
abstracta, simplificada pero consistente de los componentes relevantes de
un sistema informático que proporciona un marco de referencia para guiar
la construcción del software para un sistema de información.
Tiene diversas propiedades entre las cuales se puede citar:
Modificabilidad: La arquitectura puede ser extensible porque puede
adoptar nuevas funcionalidades o mejoras, mantenible cuando se detecten
fallos o errores y es restructurable cuando se reorganizar sus componentes.
Interoperabilidad: puede utilizar otras arquitecturas o entidad software
intercambiando funcionalidades y datos.
Integridad: Debe contener todos los elementos del sistema y como se
relacionan unos con otros.
Escalabilidad: puede aumentarse la capacidad de los elementos de
hardware y software
Seguridad: Dotar de medidas de seguridad a los elementos de hardware y
software
Existen diferentes modelos de arquitectura: Arquitectura cliente / servidor,
Punto a punto (“peer to peer”), arquitectura “n capas”, arquitectura de
37
servicios, arquitectura togaf. Todos los modelos de arquitectura poseen
ventajas y desventajas, lo importante es aplicar un estilo adecuado a las
características del sistema informático a desarrollar.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Identificar la Arquitectura del software: Elegir el modelo de
arquitectura que más se ajuste a las características de interacción
entre los componentes del sistema informático, teniendo en cuenta
cómo será el flujo de información.
• Definir los componentes de la arquitectura: Se debe especificar en
qué consiste cada componente y cuál será su funcionalidad dentro
del sistema informático.
• Validar la arquitectura: Verificar que la arquitectura propuesta cumpla
con varias o todas las propiedades de una arquitectura de sistemas
de información descritas anteriormente.
Diseño'de'seguridad'
Se deberá establecer medidas se seguridad que permitan resguardar la
información con que trabaje el agente artificial, a través de políticas de
seguridad, niveles de acceso, autenticación de usuarios que restrinjan el
acceso y la manipulación de la información. (Kendall & E. Kendall, 2005)
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Establecer el Grupo de trabajo: Para elaborar el sistema se requiere
asignar funciones a determinadas personas, los nombres,
descripciones del puesto y funciones del puesto se especifican
durante este diseño.
• Elaborar el diseño de seguridad: Determinar políticas de seguridad
para evitar accesos indebidos y resguardar la información que maneja
el sistema de información.
38
Modelado'del'sistema'
Se realizan los diferentes diagramas que permitan explicar la funcionalidad
del sistema que respeten los requisitos funcionales identificados en la fase
anterior, así como la elección del algoritmo de búsqueda que definirá la
forma en cómo se dará el proceso de búsqueda de caminos.
Las tareas a realizarse son:
• Realizar el diagrama de paquetes: Organizar los elementos del
sistema de búsqueda en un grupo; identificando sus clases o
componentes.
• Realizar el diagrama de componentes: Representa a los componentes
de software que poseerá el sistema de búsqueda.
• Realizar el diagrama de Secuencia: Diagrama donde se evidencia el
orden en que las clases de análisis ejecutan las acciones para realizar
un caso de uso correspondiente.
• Realizar el diagrama de clases de Diseño: En el mundo real existen
objetos que poseen características, estos objetos pueden ser
representados bajo un solo objeto llamado clase, que contendrá los
atributos (variable de una característica del objeto). En este diagrama
se especificarás las principales clases que intervendrán en el sistema
de búsqueda.
• Elección del algoritmo de búsqueda: Se debe escoger un algoritmo
de inteligencia artificial sobre búsqueda de caminos o planificación
de rutas, según sea conveniente. También es válido aplicar más de un
algoritmo atendiendo a la complejidad del problema a resolver. Se
debe tener en consideración que en búsqueda de caminos la elección
del algoritmo es acorde con la estrategia de búsqueda: si es a ciegas
o informada, así como los criterios de optimalidad que se quieren
satisfacer.
39
Diseño'Físico'
“Representa las funciones del sistema de información y como se va a llevar
a cabo en una plataforma tecnológica especifica de hardware y software”.
(Beynon-Davies, 2014)
Durante el diseño físico del nuevo sistema se tratan principalmente aspectos
tecnológicos para implementar el sistema de información especificado en la
fase anterior.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseño de los nodos del plano: Se hará un diseño del plano
conteniendo todos los posibles nodos que se usarán para luego
realizar la búsqueda de caminos. Es necesario utilizar el software de
modelado del plano para establecer estos nodos.
• Diseño de Base de datos: Se detalla el tipo, estructura y funciones de
la base de datos. Se debe realizar un diagrama donde figure las tablas
con sus respectivos campos y las relaciones entre las tablas en la base
de datos.
Fase%de%Construcción%
La fase de construcción desarrolla el sistema de búsqueda, siguiendo las
pautas establecidas en la fase de diseño, desarrollando los procesos de:
programación o también conocida como codificación. Estos procesos
difieren en su ejecución dependiendo si la construcción se basa en la
compra de un software y su adaptación a la empresa, o al desarrollo de un
software a medida.
La fase de construcción se divide en las siguientes actividades: localización
del usuario (opcional), localización del agente, implementación de la base
40
de datos, realización de la búsqueda de caminos, desarrollo de software de
gestión (opcional).
Figura 8
Fase de Diseño de la Metodología Integrativa de búsqueda de caminos
Localización'del'usuario:''
Esta actividad solo lo realizarán aquellos sistemas de búsqueda de caminos
que serán ejecutados en el mundo real, y no será necesaria para los que
realicen un proceso de simulación. Se realizará la codificación para la
geolocalización del usuario en el entorno real, que luego servirá de datos
de entrada para la localización dentro del plano.
La tarea a realizar en esta actividad es:
• Codificación para la geolocalización del usuario: Codificar el
procedimiento para obtener la posición actual del usuario en el
escenario real mediante GPS con algún algoritmo de geolocalización.
Localización'del'agente:''
En esta etapa se trabaja con un sistema de coordenadas para ubicar al
agente artificial dentro de un plano. Normalmente viene dado por los pares
ordenados (x,y) en entornos bidimensionales o por lo valores (x,y,z) en
planos tridimensionales. Esta codificación debe estar en el software donde
se mostrará el resultado final que es el camino de búsqueda. Para el caso
de software que se ejecutará en tiempo real, se proveerá de procedimientos
41
para convertir la ubicación del usuario y pasarla a términos de coordenadas
para la ubicación dentro del plano.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Codificación para la localización en el plano: Codificar el
procedimiento para obtener la posición del agente dentro del plano
mediante un sistema de coordenadas.
• Codificación de conversión de localización del usuario en localización
del agente: Convertir ubicación del usuario obtenida en la actividad
anterior en una ubicación del agente con coordenadas dentro del
plano.
Implementación'de'la'Base'de'Datos:''
Desarrollo de las tablas y atributos que conformarán la base de datos. Debe
de hacerse en un sistema de gestión de base de datos (DBMS) que deberán
almacenar la posición de los nodos que conformarán los caminos dentro del
plano.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Crear las tablas y las relaciones entre las tablas: se creará cada tabla
con sus respectivas claves primarias y claves foráneas, conforme se ha
establecido en la etapa de diseño en la actividad de diseño físico de
la base de datos.
• Llenar los registros de cada tabla: los registros serán llenados
utilizando el Sistema de Gestión de base de datos, y la cantidad de
registros variará según la cantidad de información a guardar en cada
tabla
• Desarrollar las sentencias SQL: Se codificará las sentencias SQL que
permitan realizar las operaciones de consulta o mantenimiento con
las tablas, como por ejemplo: SELECT, CREATE, UPDATE, DELETE.
42
Realización'de'Búsqueda'del'camino:''
Codificación del algoritmo de búsqueda y la utilización en los
procedimientos del sistema de búsqueda.
La tarea a realizar en esta actividad es:
• Crear las interfaces de usuario del sistema: Se crearán las interfaces
de usuarios, con sus respectivos controles, que interactuarán con el
usuario final
• Codificar cada una de las capas de la arquitectura del sistema:
Codificación de la capa de datos, lógica de negocio y presentación,
y de las demás capas que se hayan especificado en la arquitectura del
sistema, cuya funcionalidad será acorde a lo estipulado en la fase de
diseño en la actividad de modelado del sistema. Aquí también se
codificará la Interfaz de programación de aplicaciones en caso sea
usada.
• Codificar el algoritmo de búsqueda de caminos: Realizar la
codificación del algoritmo elegido para la búsqueda de caminos que
permita unir el nodo inicial con el nodo final de búsqueda y que dé
como resultado el camino de búsqueda.
• Codificar las conexiones del sistema de búsqueda: Se debe preveer
la conexión hacia los diferentes componentes del sistema de
búsqueda, comúnmente desde el software de búsqueda hacia la base
de datos, o hacia una Interfaz de programación de aplicaciones.
Desarrollo'de'Software'de'Gestión:''
Esta actividad es opcional y se realizará en caso se quiera tener una página
web que permita gestionar a los usuarios y a los nodos en caso la ubicación
de oficinas dentro de la institución sea muy cambiante.
La tarea a realizar en esta actividad es:
43
• Crear las páginas web: Crear interfaces del sistema web que
interactuarán con el usuario administrador y permitirá desarrollar la
gestión del sistema de búsqueda.
• Codificar la funcionalidad de cada página web: Codificación de cada
uno de los elementos que componen la página web, cuya
funcionalidad debe estar conforme con lo que se ha diseñado en la
etapa de diseño en la actividad modelado del sistema.
• Codificar la conexión hacia la base de datos, hacia páginas web y
hacia la aplicación del sistema de búsqueda de caminos.
Fase%de%Prueba%
Esta fase tiene como propósito detectar fallos en el sistema antes de su
puesta en producción y su posterior validación con las pruebas de
aceptación de usuarios. En la fase de prueba se realizan los cambios
necesarios en la estructura del sistema de búsqueda. Es en esta fase donde
se determina que el sistema ha finalizado o se vuelve a generar una nueva
iteración iniciado por la fase de análisis, luego diseño, construcción y
prueba, hasta solucionar los problemas que se hayan encontrado. Lo que
determinará que se vuelva a hacer una nueva iteración es el tipo de cambios
que se tengan que realizar al sistema, si son cambios radicales, como por
ejemplo código que involucra la búsqueda de caminos. Sin son cambios
parciales, que tiene que ver más con el aspecto o la interfaz del programa,
o el mantenimiento del programa, se puede hacer los cambios necesarios,
volver a aplicar pruebas y dar por finalizada la etapa de creación del sistema
de búsqueda.
44
La fase de prueba está conformada por las siguientes actividades: Detección
de fallos, capacitación a usuarios, aceptación de usuarios, Modificaciones
del sistema (opcional), Evaluar finalización del sistema.
Figura 9
Fase de Diseño de la Metodología Integrativa de búsqueda de caminos
Detección'de'fallos:'
Se aplicarán pruebas unitarias o pruebas de caja negra para detectar errores
en los sistemas que deban ser corregidos, tanto en la funcionalidad del
sistema, como en las interfaces del sistema.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseñar las pruebas a aplicar al sistema de búsqueda para la detección
de fallos.
• Aplicar las pruebas diseñadas en la tarea anterior.
Capacitación'a'usuarios:'
Se explicará a los grupos de interés, trabajadores, clientes, miembros de la
institución, visitantes, el funcionamiento del software mediante
capacitaciones presencial síncronas y/o se podrá crear un sistema
videotutorial que indique cuales son los pasos para realizar la búsqueda, de
tal manera que cuando llegue un usuario externo a la institución puede ver
45
el tutorial y realizar la descarga del software y el proceso de búsqueda de
caminos.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Realizar las sesiones de capacitación presenciales o no presenciales
síncronas.
• Realizar el videotutorial para el acceso y funcionamiento del sistema
de búsqueda de caminos.
Aceptación'de'usuario:''
Realizar pruebas de aceptación de usuarios, en caso sea necesario recoger
las mejoras que ellos puedan aportar, o demostrar la conformidad del uso
del sistema de búsqueda mediante los resultados obtenidos de las pruebas
aplicadas.
Modificación del sistema:
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseñar las pruebas de aceptación que se aplicará a los usuarios del
sistema de búsqueda.
• Aplicar las pruebas diseñadas en la tarea anterior y analizar los
resultados obtenidos.
Modificación'del'sistema:''
Esta es una actividad opcional, ya que solo se realizará si se encontraron
cambios que se deben implementar producto de los resultados obtenidos
en las pruebas aplicadas en las actividades anteriores, pero sin afectar su
funcionalidad. Si los fallos son muy profundos, deberá evaluarse volver a
comenzar otra nueva iteración de todo el ciclo de creación del sistema de
búsqueda.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
46
• Realizar cambios en el sistema que pueden realizarse en cualquiera
de los componentes del sistema.
• Realizar cambios en el modelado del sistema, que requieran mejoras.
• Aplicar nuevas pruebas al software.
Evaluar'finalización'del'sistema:''
En base a los resultados obtenidos de las actividades anteriores de esta
fase, se deberá evaluar si el sistema es lo suficientemente robusto y
completo para dar por terminada la implementación del sistema de
búsqueda de caminos. En caso se haya encontrado cambios que involucren
el algoritmo de búsqueda o la estrategia de búsqueda, lo más adecuado es
volver a iterar el proceso de construcción del sistema.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Revisar los resultados obtenidos: Se revisarán nuevamente los
resultados obtenidos en las pruebas aplicadas, tanto si no se han realizado
modificaciones o si se han realizado modificaciones. Si todavía quedarán
cambios por hacer se plantearán posibles soluciones que permitan
determinar la complejidad y el grado de afectación en el sistema
• Toma de decisión: Todos los involucrados en el desarrollo del sistema
darán el visto bueno para la finalización del sistema o para el comienzo de
una nueva iteración del proceso de creación del sistema.
47
Capítulo III: Aporte práctico: Sistema de búsqueda de caminos con agente
artificial
El aporte práctico viene dado por la construcción de un sistema de búsqueda
de caminos con agente artificial que será desarrollado en base al aporte teórico
que contiene cuatro fases: análisis, diseño, implementación y prueba.
Los procesos establecidos para la localización geográfica de ambientes dentro
de una institución requieren de una evaluación sistemática del plano en formato
digital sobre el cual se va a trabajar, si es que no lo hubiera, se debe construir
uno, que puede ser en forma de mapa en dos dimensiones, o en forma de un
plano tridimensional. Si fuera en espacios geográficamente muy distanciados
como en el caso de necesitar planificación de rutas para la distribución de
productos en el proceso de logística de una empresa, se puede buscar ciertas
herramientas que faciliten el trabajo como es el caso de la API de Google Maps,
que es un software libre bajo la licencia creative commons
El aporte práctico estará fundamentado bajo el enfoque sistémico, el enfoque
integrativo, y la teoría de los Agentes Resolventes de problemas, este último
obedece a la arquitectura del agente diseñado para la presente investigación,
agente basado en objetivos y que permitirá fundamentar su ejemplificación
parcial.
Fundamentación'del'aporte'práctico.'
El modelo teórico facilita la interpretación del proceso de creación de un sistema
de búsqueda que permite evaluar el alineamiento de las características y
funcionalidades del desarrollo de un agente artificial con la localización
geográfica de ambientes, dentro de una Institución Educativa.
En este contexto la estrategia de búsqueda constituye el fundamento fiable para
relacionar las actividades de los usuarios con la funcionalidad del software del
agente artificial.
48
El aporte práctico se plantea con la finalidad de contribuir con el fortalecimiento
del proceso de búsqueda de caminos, así mismo con el interés de impulsar
investigaciones en este campo que permita automatizar este proceso en otras
instituciones públicas o privadas que tengan la necesidad de localizar
geográficamente oficinas o ambientes de manera rápida y eficiente.
El aporte práctico se fundamenta en la Teoría de Agentes resolventes de
problemas y la estrategia de búsqueda informada que se dan dentro de
Inteligencia Artificial.
Enfoque Sistémico
La concepción sistémica dada por Karl Ludwig Von Bertalanffy fue
originariamente bajo una concepción en la “biología organicista” bajo la cual se
miraba a un organismo como un sistema abierto, en constante interacción con
otros sistemas aledaños. Bertalanffy leyó un primer bosquejo de su teoría en un
seminario de la Universidad de Chicago en 1937 y posteriormente lo fue
perfeccionando en las conferencias dictadas en la Universidad de Viena. Luego
tuvo que posponer la publicación de sus trabajos debido a la segunda guerra
mundial, siendo recién en 1969 que pudo publicar su libro titulado “Teoría
General de Sistemas”, donde se explicó los principios filosóficos y científicos de
los sistemas vivos y que luego se ha ido contextualizando a sistemas
informáticos.
La Teoría General de Sistemas se considera aplicable a las diversas ciencias
empíricas como una “metateoría de las teorías específicas de sistemas” (López,
2010). En esta teoría se especifica que los sistemas son “un conjunto de
elementos acotados por un límite, que interactúan entre sí para lograr objetivos
comunes y que funcionan como un todo” (López, 2010). Los sistemas son
definidos como unidades de procesamiento, que reciben datos de entradas
49
(estímulos) y producen datos de salida (respuesta) y que contienen mecanismo
de retroalimentación que los regulan.
Los sistemas presentan la propiedad de circularidad (debido a la interconexión
entre los elementos, la causalidad es circular en vez de lineal) y la equifinalidad
(una misma causa puede tener diferentes efectos).
Esto constituye el enfoque teórico esencial, que permite comprender e
interpretar los resultados de la metodología integrativa a partir de las fases que
los componen y las relaciones que se establecen entre ellas, orientadas a la
búsqueda de caminos y la localización geográfica que se producen sobre estas.
Esta localización geográfica es realizada a través de agentes artificiales que
tengan que realizar búsqueda de la ruta más corta, para ello se establece una
metodología integrativa que tenga en cuenta la relación entre la lógica de
integración del proceso de búsqueda de caminos, la lógica funcional de los
algoritmos de búsqueda y las características de un plano tridimensional de una
institución Educativa.
Enfoque Integrativo
Este enfoque se refiere a la característica sintética que debe de tener la
metodología que permita la incorporación de conocimientos que aportan otras
disciplinas científicas.(Rodríguez & Valldeoriola, 2010)
Este enfoque nos indica que no se debe separar en forma tajante las fases de la
metodología y trabajarlas por separado, sino por el contrario considerar al
proyecto desde un sentido de totalidad “que elude la polaridad entre categorías
metodológicas no enfrentadas” (Monje, 2011).
Esto determina el enfoque holístico que debe de primar al momento de abordar
la concreción de la metodología que sea visto como un todo cuyos elementos
o fases están fuertemente interrelacionadas y que todas coadyudan al logro del
50
objetivo, que para esta investigación es la creación de agentes artificiales para
la búsqueda de caminos.
En tal sentido no solo se debe integrar las fases de la metodología, sino también
los diferentes aportes teóricos de disciplinas científicas como son la robótica,
investigación de operaciones y matemática, así como también la integración de
diferente software de elaboración del plano y del sistema como son AutoCAD,
SketchUp, Unity 3D, Arduino, PHP.
Agentes Resolventes de Problemas
En el caso de los agentes basado en objetivos, las acciones realizadas por el
agente tienen en consideración alcanzar el objetivo- Los objetivos ayudan a
organizar sus acciones, limitándolas solo a aquellas que le permitan alcanzar su
objetivo.
En el caso de un agente resolvente de problemas, el objetivo es resolver el
problema y esto lo realiza por una serie de pasos:
1er paso: Se debe formular el objetivo basada en la situación actual y la medida
de rendimiento del agente
2do paso: Se debe formular un problema en base al objetivo formulado,
decidiendo que acciones y estados se tienen que considerar,
3er paso: Se realiza el proceso de búsqueda teniendo en cuenta el problema
formulado y devolverá la solución
4to paso: Ejecutar la solución para guiar sus acciones , haciendo lo que la
solución le indica como siguiente paso a hacer,.
5to paso: Se realiza un conjunto de iteraciones formulando el agente un nuevo
objetivo, luego un nuevo problema, una nueva búsqueda y nuevas acciones,
hasta que la secuencia de acciones este vacía
6to paso: se devuelve el camino buscado.
51
Los agentes solucionadores de problema realizan una secuencia de acciones. En
tal sentido un problema puede definirse a través de cuatro componentes:
Estado inicial: Donde el agente comienza su búsqueda, punto de partida de la
búsqueda.
Acciones: conjunto de posibles operaciones que puede realizar el agente. La
más común es la función sucesora, que consiste en devolver el conjunto de pares
ordenados (acción, sucesor) donde el sucesor indica el nuevo estado al cual llega
el agente después de haber realizado una acción. El estado inicial la función
sucesora determinan el espacio de estado del problema.
El Test Objetivo: El cual determina si un estado es un estado objetivo. Algunas
veces el objetivo se especifica como una propiedad abstracta mas que como un
conjunto de estados enumerados explícitamente.
Función costo del camino: Se asigna un costo numérico a cada arista que se
forma de unir dos nodos en la búsqueda. Si es que en caso todos tuvieran el
mismo costo, sería un problema de costo uniforme.
“Los elementos anteriores definen un problema y pueden unirse en una
estructura de datos simple que se dará como entrada al algoritmo resolvente
del problema. Una solución es el camino que une el estado inicial con el
objetivo. La solución óptima es la que tiene el menor costo entre todas las
soluciones posibles”. (Russell & Norvig, 2010).
'
'
52
Construcción'del'aporte'práctico:'Sistema'de'búsqueda'de'caminos'con'
agente'artificia l'
Se desarrolló un sistema de búsqueda de caminos con agente artificial en el
contexto de planos tridimensionales con un enfoque ágil e integrativo, que tiene
como intencionalidad la localización geográfica en Instituciones educativas.
El sistema de búsqueda de caminos con agente artificial está basado en la
metodología integrativa propuesta en el aporte teórico que considera la fase de
análisis, diseño, construcción y prueba.
Bajo el enfoque sistémico, el sistema de búsqueda de caminos debe de tener
elementos de entrada, unidad de procesamiento, elementos de salida, y
proceso de retroalimentación, es por ello que en cada fase se identifica sus
valores de entrada y los productos entregables (elementos de salida), que a su
vez servirán para la fase siguiente (proceso de retroalimentación), así como el
procedimiento que se deben abordar en cada fase. El procesamiento en cada
fase viene dado por las actividades y tareas que se han estipulado para el
desarrollo de dicha fase.
También el enfoque sistémico estipula que un sistema está compuesto por
elementos que, a la vez son subsistemas, viendo las fases como subsistemas que
conforman el sistema de búsqueda de caminos con agente artificial.
Adicionalmente se identifica al final de cada fase mediante una condicional, el
flujo de datos y la conexión que debe haber entre la fase actual y la fase
posterior, o la fase actual y la fase anterior, siendo este un proceso iterativo que
se va a desarrollar conforme se realice la búsqueda de caminos.
Análisis
Diseño
Prueba
Construcción
Entrada:
Problema
Entrada:
Objetivos,
Requisitos
funcionales y no
funcionales
Estudio del
problema
Especificación
de Requisitos
Costos y
calendarización
Estructuración
del plano
Análisis de
Viabilidad
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Procedimiento
¿Es factible?
Terminar
proyecto
No
Si
Productos
Entregables:
• Documento de
Alcance del
proyecto
• Estimación de
costos y
presupuesto
• Cronograma de
actividades
• Plano de la II.EE.
• Análisis de
Viabilidad
Procedimiento
Arqui-
tectura
Diseño de
seguridad
Diseño
físico
Modelado
del sistema
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
¿Hubo
problemas
?
Regresar a
etapa de
Análisis
Si
No
Productos
Entregables:
• Documento de
arquitectura
• Documento de
diseño de
seguridad
• Diagramas del
modelado del
sistema
• Diseño del
mapeo del plano.
• Diseño de BD
Localización
del usuario
Localización
del agente
Software
de Gestión
Búsqueda
del camino
Base de
Datos
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Regresar a
etapa de
Diseño
Si
No
Productos
Entregables:
• Plano de II.EE.
mapeado.
• Aplicación del
agente artificial
• Sistema de Base
de Datos
• Software de
gestión
¿Hubo
problemas
?
Entrada:
Modelos y
Diseños
Procedimiento
Entrada:
Aplicación
del sistema
de búsqueda
Procedimiento
Detección
de fallos
Capacitación a
usuarios
Evaluación de
finalización
Modificación del
sistema
Aceptación
de usuario
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Tarea 1
. . .
Tarea n
Regresar a
etapa de
Análisis
No
Si
Productos
Entregables:
• Documentos de
aplicación de
pruebas.
• Documento de
modificación del
sistema.
• Documento de
finalización del
proyecto.
¿Debe
finalizar?
!!!Fase!de!Análisis.!
Elementos)de)Entrada:)
Problema
: Se extrae de la realidad donde se desenvuelve la búsqueda de
camino. Primero se desarrolla en la etapa factoperceptible de acuerdo a lo que
se pueda apreciar del proceso de búsqueda de caminos, para luego
corroborarse con la aplicación de instrumentos como cuestionarios o guías de
entrevista, la existencia del problema. El problema no siempre es una
deficiencia, puede ser también una oportunidad de mejora del proceso de
búsqueda de caminos.
Procedimiento:)
Las actividades que se dan en la fase de Análisis son de forma secuencial, y cada
actividad sirve para poder desarrollar la actividad próxima.
Por tanto, primero se debe hacer el estudio del problema, donde en base al
problema identificado y las percepciones de mejora que puedan tener el
stackeholder o los grupos de interés se plantearán los objetivos de la solución.
Las técnicas que se pueden aplicar son encuesta, entrevista, observación o
análisis documental para poder corroborar la existencia del problema,
Luego se debe realizar la especificación de requisitos en base a la solución y
objetivos planteados, donde se busca establecer las necesidades de los grupos
de interés que posteriormente conformará la funcionalidad del software. Las
técnicas que se pueden aplicar son encuesta, entrevista u observación para
poder determinar los requisitos funciones y no funcionales.
En base al análisis de los requisitos funcionales encontrados, se determinará el
análisis de costos y presupuestos, y la calendarización para el desarrollo del
agente artificial
55
Posteriormente se estructurará el plano por donde se desplazará el agente
artificial, debiendo agenciarse del plano de la institución o crear un plano nuevo
en un programa de diseño y modelado bidimensional o tridimensional, en base
a las especificaciones arquitectónicas de la institución a modelar. Para este paso
se podrá aplicar la técnica de revisión documental de los planos impresos de la
Institución Educativa.
Después, se deberá hacer un estudio de Viabilidad en base a los requisitos
funcionales y no funcionales establecidos, que contemple un análisis de riesgos
y el estudio de los diferentes tipos de factibilidad (técnica, económica, social,
tecnológica, metodológica, entre otras) que permita determinar si el proyecto
se puede realizar.
Luego que ya se terminaron todas las actividades de esta fase, se deberá analizar
el estudio de factibilidad y de acuerdo a sus resultados estipular si es factible,
pasar a la presentación de productos entregables de la fase de análisis y si no
es factible finalizar del proyecto.
Actividades:)
Estudio del problema:
Comienza con la percepción del problema y el objetivo
que puedan tener los grupos de interés o los stackeholders para solucionarlo,
que serán tomados en cuenta para definir el problema, identificar una solución
posible y al final establecer los objetivos de la solución planteada.
En base a los objetivos previstos, luego se realizará la especificación de
requisitos.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Definición del problema.
• Identificación de la solución.
• Objetivos de la solución.
56
Especificación) de) requisitos: Comienza con los objetivos establecidos en la
actividad anterior, que serán tomados en cuenta para elaborar instrumentos de
recolección de datos y aplicarlos en las personas que desarrollan el proceso de
búsqueda de caminos, para al final determinar la especificación de requisitos
funcionales y no funcionales de la solución. En caso el proyecto no sea orientado
a una institución específica se puede obviar las dos primeras tareas: Identificar
los usuarios que contienen la información y la aplicación de recojo de datos.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Identificar los responsables y usuarios que contienen la información.
• Aplicación de instrumentos de recojo de datos.
• Especificación de requisitos funcionales.
• Especificación de requisitos no funcionales.
Costos y calendarización:
Comienza con el análisis de la especificación de
requisitos, que servirá como base para hacer estudio de lo que se necesita en
cuanto a hardware y software, así como un análisis de costos y presupuestos y
una calendarización de los objetivos a realizar para desarrollar el sistema de
búsqueda con agente artificial.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Elección de Hardware y software.
• Análisis de costos y presupuesto.
• Calendarización.
Estructuración del plano:
Comienza con el análisis documental de los planos
impresos de la institución educativa, que servirá como base para establecer las
características de la digitalización del plano, para lo cual se tiene que elegir un
software de modelado y construir el plano en dos o tres dimensiones conforme
se haya previsto, si es que la institución cuenta con el plano digital pueden
obviarse las dos últimas tareas de esta actividad.
57
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Establecer Características.
• Elección del Sistema de modelado.
• Construcción del Plano.
Análisis de viabilidad:
Comienza con el análisis de los costos y la calendarización
del proyecto, para en base a ello realizar el análisis de riesgos y la justificación
del proyecto, que determinará si el proyecto pasa a la siguiente fase o es
finalizado por completo.
Las
tareas
a realizarse en esta actividad son:
• Análisis de Riesgos.
• Justificación técnica y económica.
Productos)entregables)de)Fase)de)Análisis:)
• Documento de Alcance del proyecto: Comprende los resultados
obtenidos en las actividades de estudio del problema y especificación
de requisitos.
• Estimación de costos y presupuesto: Se obtiene de la actividad de costos
y calendarización.
• Cronograma de actividades: Se obtiene de la actividad de costos y
calendarización.
• Plano de la II.EE: Se obtiene de la actividad de estructuración del plano.
• Análisis de Viabilidad: Se obtiene de la actividad que lleva el mismo
nombre, Análisis de viabilidad.
!
!
58
!!Fase!de!Diseño!.!
Elementos)de)Entrada:)
Objetivos: Determina las actividades que regirán las fases de diseño y
construcción del software, de tal manera que el desarrollador concentre sus
esfuerzos en lo que se ha establecido y no realice acciones que no conduzcan
al buen desarrollo del software (agente artificial).
Requisitos funcionales: Son aquellas funcionalidades que se han identificado
debe de cumplir el software (agente artificial) a desarrollar. Indica que es lo que
debe de hacer el software.
Requisitos no funcionales: Son requisitos que especifican los criterios para
juzgar el funcionamiento de un software. Se aducen a las propiedades del
software en su conjunto o de un componente en particular y no de una función
específica.
Procedimiento:)
Las actividades que se dan en la fase de Diseño son de forma secuencial, y cada
actividad sirve para poder desarrollar la actividad próxima.
Por tanto, primero se debe identificar los componentes de la arquitectura, en
base a los objetivos planteados y a la especificación de requisitos funcionales,
se desarrollará un esquema de la arquitectura teniendo en cuenta el flujo de
información que debe haber entre las capas y los componentes del software.
Luego se debe realizar el diseño de seguridad teniendo como información de
entrada la arquitectura definida anteriormente, debiendo identificar los
parámetros de seguridad y modos de autenticación que deberá tener el
software.
59
Posteriormente se realizará el modelado del sistema a desarrollar, basado en el
diseño de seguridad, que finalizará con la realización de diagramas de
modelado.
Después, se deberá hacer un diseño físico en base al modelado del sistema,
que contemple el diseño de la base de datos acorde al diagrama de clases de
diseño y el diseño final del plano en base a los nodos que serán utilizado en el
trazo de caminos.
Luego que ya se terminaron todas las actividades de esta fase, se deberá
analizar si los diseños y los modelos realizados configuran un problema para la
especificación de requisitos, de tal manera que, si es un problema, debe
regresar a la fase de análisis y si no es un problema, se debe terminar los
productos entregables de la fase de diseño.
Actividades:)
Arquitectura:
Basado en las especificaciones de requisitos que serán tomados
en cuenta para elegir cual arquitectura de software es más adecuada para el
proyecto, haciendo una vista de la arquitectura total, luego una breve
descripción de cada componente de la arquitectura, y por último se buscará una
forma de validar la arquitectura del proyecto actual.
Las tareas a realizarse en esta actividad son:
• Identificar la Arquitectura del software
• Definir los componentes de la arquitectura
• Validar la arquitectura.
60
Diseño de Seguridad:
Basado en la arquitectura del software se realiza la
conformación de un grupo de trabajo con asignación de responsabilidades
y finaliza con la
elaboración del diseño de seguridad.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Establecer el Grupo de trabajo.
• Elaborar el diseño de seguridad.
Modelado del sistema:
Basado en el diseño de seguridad,
se realizarán los
diagramas de modelado del sistema, que están incluidos en la vista de
desarrollo y vista lógica de la arquitectura.
Las tareas a realizarse son:
• Realizar el diagrama de paquetes.
• Realizar el diagrama de componentes.
• Realizar el diagrama de Secuencia
• Realizar el diagrama de clases de Diseño.
• Elección del algoritmo de búsqueda.
Diseño Físico:
Basado en el modelado del sistema,
se realizará el diseño físico
de los componentes del software, abarcando el diseño final de la base de datos,
y el diseño de la distribución de los nodos dentro del plano.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseño de los nodos del plano.
• Diseño de Base de datos.
Productos)entregables)de)Fase)de)Diseño:)
• Documento de arquitectura: Se entregará la vista lógica de la
arquitectura, la definición de sus componentes y el análisis de su
viabilidad.
61
• Documento de diseño de seguridad: Las políticas y normas de
seguridad del software.
• Diagrama del modelado del sistema: diagrama de paquetes,
componentes, casos de uso, secuencia y clases de diseño.
• Diseño del mapeo del plano.
• Diseño de la Base de Datos.
!!Fase!de!Construcción!.!
Elementos)de)Entrada:)
Modelos: Diagramas que han sido elaborados en la fase anterior, y que permiten
las diferentes vistas de la arquitectura del software, y que satisfacen la
especificación de requisitos dada por los grupos de interés y los stackeholders.
Diseños: Son abstracciones de las características que deberá cumplir el software
para cumplir con los requisitos de los grupos de interés. Corresponde a los
diseños de seguridad, base de datos y el plano por donde se desplazará el
agente artificial.
Procedimiento:)
Las primeras cuatro actividades son secuenciales: localización del usuario,
localización del agente, implementación de base de datos y realización de la
búsqueda de caminos. La última fase puede ser desarrolladas en forma paralela
con la realización de la búsqueda del camino.
Se parte de los resultados obtenidos en la fase anterior, que son los diferentes
modelos y diseños del software, y a partir de allí, comenzar la codificación que
identifique la localización del usuario en el mundo real debiéndose ayudar de
algún sistema de posicionamiento como el estándar GPS. Este paso solamente
62
debe ser realizado cuando se prevea que el software realizará la búsqueda de
caminos en el mundo real.
Posteriormente se hará la codificación que localice al agente en el plano
utilizando un sistema de coordenadas. En el caso de requerirse para el
desplazamiento de un robot se puede utilizar sensores que conectados a un ROS
(Sistema operativo del robot) y de un algoritmo SLAM (Mapeo y localización
simultanea), se puede convertir el plano que visualiza el agente por medio de
sensores es un mapa que le facilite su localización.
En base a estas dos codificaciones se comienza la codificación de la lógica de
búsqueda de caminos, integrando los diferentes componentes de la
arquitectura y su distribución en capas conforme se haya planificado en el
modelado del sistema.
Luego se realiza la implementación de la base de datos que debe tener en
cuenta el diseño físico de la base de datos establecida en la fase anterior.
Por último, se debe desarrollar el sistema de gestión, siendo una actividad
opcional cuando se desea actualizar los nodos o gestionar los usuarios que
ingresen al software.
Luego que ya se terminaron todas las actividades de esta fase, se deberá analizar
si la codificación realizada esta conforme a los diseños y modelos establecidos
en la fase anterior, de no ser así configuran un problema, de tal manera que, si
es un problema, debe regresar a la fase de diseño y si no es un problema se
debe terminar los productos entregables de la fase de construcción.
)
63
Actividades:)
Localización del usuario
: Comienza con la utilización de un sistema de
posicionamiento que se deben tener en cuenta para codificar la localización
del usuario, esta actividad es opcional para aquellos agentes que realizarán
la búsqueda en el mundo real. La tarea a realizar en esta actividad es:
• Codificación para la geolocalización del usuario
Localización del agente:
La codificación de la localización del agente deberá
tener en cuenta un sistema de coordenadas que permita moverse sobre el
plano. En caso se haya elegido que la búsqueda de caminos será en el
mundo real, deberá de codificar la conversión de la localización del usuario
en localización dentro del plano.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Codificación para la localización en el plano.
• Codificación de conversión de localización del usuario en localización del
agente.
Implementación de la Base de Datos:
En base al diagrama de clases del
diseño se deberá desarrollar en un Sistema de Gestión de Base de Datos,
las tablas y sus relaciones de la Base de Datos del sistema de búsqueda,
luego se llenarán los registros para poder ejecutar y probar las sentencias
SQL.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Crear las tablas y las relaciones entre las tablas.
• Llenar los registros de cada tabla.
• Desarrollar las sentencias SQL.
Realización de Búsqueda del camino:
Comienza con el diseño de las
Interfaces de usuarios y en base a los controles contenidos en cada interfaz,
64
se desarrollará la codificación en cada capa de la arquitectura, dentro de
una de las capas será codificado el algoritmo de búsqueda y las conexiones
de sus diferentes componentes. Se deberá tomar en cuenta todos los
diseños y modelos establecidos en la fase anterior.
La tarea a realizar en esta actividad es:
• Crear las interfaces de usuario del sistema.
• Codificar cada una de las capas de la arquitectura del sistema.
• Codificar el algoritmo de búsqueda de caminos.
• Codificar las conexiones del sistema de búsqueda.
Desarrollo de Software de Gestión:
Es una actividad opcional, que consiste
en crear un sistema web que sea complementario al agente de búsqueda y
que permita gestionar algunos de sus componentes.
La tarea a realizar en esta actividad es:
• Crear las páginas web.
• Codificar la funcionalidad de cada página web.
• Codificar la conexión hacia la base de datos.
Productos)entregables)de)Fase)de)Construcción:)
• Plano de II.EE. mapeado: Plano finalizado que incluya los nodos por
donde transitará el agente artificial.
• Aplicación del agente artificial: Software terminado del agente
artificial para la búsqueda de caminos.
• Sistema de Base de Datos: Base de Datos finalizada
• Software de gestión: Sistema de web de gestión del sistema de
búsqueda. (opcional)
65
!!Fase!de!Prueba!.!
Elementos)de)Entrada:)
Aplicación del sistema de búsqueda: Codificación de los diferentes
componentes del sistema de búsqueda, base de datos finalizada y sistema
web de gestión del sistema de búsqueda (este último es opcional).
Procedimiento:)
Las actividades que se dan en la fase de Prueba son de forma secuencial, y
cada actividad sirve para poder desarrollar la actividad próxima.
Por tanto, primero se debe realizar la detección de fallos en la Aplicación
del sistema de búsqueda desarrollado en la fase anterior, a través de la
aplicación de pruebas en el software. Se puede utilizar la técnica de
observación sistemática, con la utilización de guías de observación o fichas
de cotejo.
Luego se debe realizar la capacitación de los usuarios para enseñarles la
funcionalidad del agente artificial, que permita evitar que no sea usado.
Posteriormente se aplicará las pruebas de aceptación de usuario para
identificar la futura capacidad de uso del agente artificial y posibles mejoras
que se puedan realizar. Se puede utilizar la técnica de encuesta con la
utilización de un cuestionario, o la técnica de entrevista con la utilización de
una guía de entrevista..
Después, se deberá hacer opcionalmente, la modificación del sistema, en
base a la identificación de fallos o posibles mejoras al sistema de búsqueda
realizada en los pasos anteriores.
66
Por último, se evaluará la finalización del sistema de búsqueda, en base al
análisis de los resultados obtenidos en los pasos anteriores.
Luego que ya se terminaron todas las actividades de esta fase, se deberá
visualizar los resultados obtenidos sobre la finalización del sistema, si no se
finaliza, debe regresar a la fase de análisis y si se finaliza, se debe terminar
los productos entregables de la fase de prueba y posteriormente terminar
el sistema de búsqueda.
Actividades:)
Detección de fallos:
Comienza con el diseño de pruebas de detección de
fallos para luego ser puestas en práctica en la aplicación de los diversos
componentes del sistema de búsqueda
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseñar pruebas para la detección de fallos.
• Aplicar las pruebas diseñadas.
Capacitación a usuarios:
Proceso para socializar el uso del sistema de
búsqueda a representantes de todos los grupos de interés, que a su vez
permita capturar mejoras o fallas que ellos puedan captar. Así mismo, crear
un videotutorial sobre el funcionamiento del sistema de búsqueda, que será
publicado en alguna red social.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Realizar las sesiones de capacitación.
• Realizar el videotutorial del sistema de búsqueda de caminos.
Aceptación de usuario:
Comienza con el diseño de pruebas de aceptación
de usuarios, para luego ser aplicada en el sistema de búsqueda con agente
artificial.
67
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Diseñar las pruebas del sistema de búsqueda.
• Aplicar las pruebas diseñadas.
Modificación del sistema:
Será una actividad opcional, y se realizará si es
que, al aplicar las pruebas de fallos o las pruebas de aceptación del usuario,
diera resultados que indiquen la necesidad de realizar cambios en el sistema
de búsqueda.
Se deben de realizar cambios tanto en el modelado como en la codificación
del software, con la posterior aplicación de pruebas.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Realizar cambios en el modelado del sistema.
• Realizar cambios en el sistema.
• Aplicar pruebas nuevamente
Evaluar finalización del sistema:
Se deberá volver a analizar los resultados
obtenidos después de la modificación del sistema o de la aplicación de
pruebas al sistema de búsqueda, en base a lo cual se tomará la decisión
sobre la finalización del proyecto.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
• Revisar los resultados obtenidos.
• Toma de decisión.
Productos)entregables)de)Fase)de)Prueba:)
• Documentos de aplicación de pruebas: Instrumentos llenados con los
valores resultantes de las pruebas de detección de fallos y aceptación de
usuario.
68
• Documento de modificación del sistema: Documento opcional en caso
haya necesidad de modificar el sistema, que contendrá los cambios en el
diseño y en la codificación.
• Documento de finalización del proyecto: Indicará las especificaciones
básicas del sistema de búsqueda, asi como la voluntad de finalizar el
proyecto por parte del programador y de los stackeholders y grupos de
interés.
69
Capítulo IV: Ejemplificación de la aplicación del aporte práctico
El agente será de tipo softbot, es decir será desarrollado a través de código y
no contendrá hardware. El agente artificial fue realizado como una aplicación
móvil que está conectado a una base de datos y a una interfaz de programación
de aplicaciones que permitirá mejorar la comunicación y la integración entre
diferentes plataformas
Es siempre mejor usar una función heurística con valores más altos, a condición
que no sobrestime la distancia más corta y que el tiempo computacional de la
heurística no sea demasiado grande.
Fase!de!Análisis!
A.
Estudio del problema:
El problema a abordar se da dentro de una Institución Educativa Pública de
educación básica regular de la ciudad de Lambayeque- Perú, donde en la etapa
factoperceptible se captó que existía dificultades en la localización de ambientes
educativos por parte de la comunidad educativa padres de familia y visitantes.
En las instituciones cuya extensión de área es muy grande el problema se agrava
por tener que recorrer varios metros para poder llegar al destino.
Lo percibido en la etapa factoperceptible fue corroborado en los instrumentos
de recolección de datos aplicados a los miembros de la comunidad educativa,
un cuestionario a padres de familia, una guía de entrevista al encargado de
portería y un cuestionario a investigadores de Inteligencia Artificial.
En base a ese problema detectado se formuló una solución que será
mencionado al final de esta fase.
Se detalla las tareas realizadas en esta fase:
70
A.1. Definición del problema:
El problema viene dado por la necesidad de localizar geográficamente de forma
rápida y exacta ambientes educativos y oficinas por parte de un usuario externo
(visitantes) o un usuario interno (padres de familia), sin tener la necesidad de
requerir que el encargado de portería los acompañe hasta su destino final y que
le asegure llegar al destino correcto y no surjan inconvenientes que le hagan
llegar a un destino equivocado con la consiguiente pérdida tiempo y malestar
del usuario.
A.2. Identificación de la solución:
La solución que permitió resolver el inconveniente de localización de oficinas y
ambientes educativos fue dada por la creación de un sistema de búsqueda de
caminos con el uso de un agente artificial.
El agente artificial será de tipo softbot y permitirá localizar dentro de un plano
tridimensional que será visualizado en una aplicación móvil, el camino que
permita unir un punto de partida y un punto de llegada, que serán establecidos
por el usuario del aplicativo móvil y que corresponde a todos los miembros de
la Institución Educativa que necesiten de la localización geográfica de ambientes
educativos.
A.3. Objetivos de la solución:
Los objetivos que se plantean para poder construir la solución son los siguientes:
• Identificar los requisitos funcionales y no funcionales del agente artificial.
• Realizar la creación y el mapeo del plano en el programa de diseño
tridimensional sketchUp.
• Diseñar la base de datos con que trabaja el agente artificial en el DBMS
Mysql.
• Construir la Interfaz de desarrollo del aplicativo móvil en Android Studio.
71
• Codificar el sistema de búsqueda basado en el algoritmo A star.
B.
Especificación de requisitos:
La especificación de requisitos permitió obtener las funciones que deberá
realizar el sistema de búsqueda de caminos con agente artificial, así como las
características que debe de cumplir para poder ser usado por el público
objetivo. A continuación, se detallarán las tareas que se realizaron para cumplir
con esta actividad.
B.1. Identificar los responsables y usuarios que contienen la información:
El encargado de portería, es el que tiene la atención directa con los padres de
familia, visitantes y otros miembros de la comunidad educativa, y es que realiza
la labor de guía y conducción cuando se requiere localizar a algún ambiente
dentro de la Institución.
B.2. Aplicación de instrumentos de recojo de datos:
En base a una entrevista aplicada al encargado de portería y atención al usuario
a través de la plataforma meet, se denotó como es que se realiza el proceso de
orientación al usuario cuando pregunta por la localización geográfica de una
oficina o ambiente educativo. Esta entrevista fue la misma que sirvió para
determinar la existencia del problema y realizar la discusión de resultados.
B.3. Especificación de requisitos funcionales.
En base a lo que dijo el encargado de portería y a la revisión sistemática de la
literatura se plasmaron los requisitos que debió cumplir el sistema de búsqueda
de caminos con agente artificial.
Se identificaron cuatro requisitos funcionales que se detallan a continuación:
Tabla 1:
72
Requisitos funcionales del Sistema de Búsqueda
Código
Requisito Funcional
RF1.1
El sistema debe importar datos desde la base de
datos por medio de la Interfaz de programación de
aplicaciones
RF1.2
El sistema debe permitir asignar el origen de la
búsqueda
RF1.3
El sistema debe permitir asignar el destino de la
búsqueda
RF1.4
El sistema de trazar el camino que conecte localice
el ambiente educativo a buscar en función del origen
y destino asignados por el usuario dentro del mapa
tridimensional
Caso de Uso Iniciar Búsqueda:
La aplicación móvil necesita importar datos para
realizar la búsqueda de caminos, a través de la conexión con la Interfaz de
programación de aplicación y la base de datos.
Tabla 2:
Especificación de caso de Uso Iniciar Búsqueda
Nombre de Caso
de Uso
Iniciar Búsqueda
“Objetivo”
Extraer los datos de la base de datos por medio de
una Interfaz de programación de aplicaciones
“Actor Principal”
Usuario
“Precondiciones”
Ninguna
“Flujo Principal”
En la interfaz de Bienvenida el usuario da clic en Iniciar
y automáticamente se importan los datos relacionados
con la búsqueda de caminos.
73
“Precondición”
Verificar conexión a Internet
“Post
Condiciones”
Ninguna
Caso de Uso Buscar Camino
: A través de una Interfaz, el usuario podrá elegir el
punto inicial de su búsqueda y el punto final y al presionar el botón de búsqueda
deberá trazar un camino que permita unir ambos puntos.
Tabla 3:
Especificación de caso de Uso Buscar camino
Nombre de Caso
de Uso
Buscar Camino
“Objetivo”
Trazar el camino resultante de la búsqueda a partir
de un punto inicial y un punto final asignados por el
usuario
“Actor Principal”
Usuario
“Precondiciones”
Ninguna
“Flujo Principal”
El usuario debe elegir el nodo origen pulsando en
un botón que llevará a otra interfaz donde se
desplegará una lista que contiene los ambientes
educativos.
El usuario debe elegir el nodo destino pulsando en
un botón que llevará a otra interfaz donde se
desplegará una lista que contiene los ambientes
educativos.
El usuario debe dar clic en el Botón buscar para que
el agente artificial trace la ruta resultante de la
búsqueda de camino.
“Precondición”
Verificar conexión a Internet
“Post
Condiciones”
Ninguna
74
Caso de uso Asignar Origen
: En la interfaz del agente Artificial debe aparecer
una lista de los ambientes y oficinas educativas que el usuario desee ubicar
como punto inicial de la búsqueda.
Tabla 4:
Especificación de caso de Uso Asignar Origen
Nombre de Caso
de Uso
Buscar Camino
“Objetivo”
Mostrar la lista de ambientes educativos que pueden
ser elegidos como nodo inicial
“Actor Principal”
Usuario
“Precondiciones”
Debe existir orígenes registrados en la base de datos
El usuario debe estar en la interfaz de Asignar Nodo
Inicial
“Flujo Principal”
El sistema carga en la interfaz Asignar Nodo Inicial
todos los ambientes educativos
El usuario debe dar un clic en uno de las opciones
(botones de opción).
El usuario debe darle clic en el Botón Asignar
El sistema cargará los datos del nodo y mostrará en el
Formulario Principal el nombre del ambiente
educativo
“Precondición”
Verificar conexión a Internet
“Post
Condiciones”
Regresa al formulario principal y muestra el nombre
del ambiente educativo elegido como nodo inicial
Caso de Uso Asignar Destino
: En la interfaz del agente Artificial debe aparecer
una lista de los ambientes y oficinas educativas que el usuario desee ubicar
como punto final de la búsqueda.
75
Tabla 5:
Especificación de caso de Uso Asignar Destino
Nombre de Caso
de Uso
Buscar Camino
“Objetivo”
Mostrar la lista de ambientes educativos que pueden
ser elegidos como nodo final
“Actor Principal”
Usuario
“Precondiciones”
Debe existir destinos registrados en la base de datos
El usuario debe estar en la interfaz de Asignar Nodo
Final
“Flujo Principal”
El sistema carga en la interfaz Asignar Nodo Final
todos los ambientes educativos
El usuario debe dar un clic en uno de las opciones
(botones de opción).
El usuario debe darle clic en el Botón Asignar
El sistema cargará los datos del nodo y mostrará en el
Formulario Principal el nombre del ambiente
educativo
“Precondición”
Verificar conexión a Internet
“Post
Condiciones”
Regresa al formulario principal y muestra el nombre
del ambiente educativo elegido como nodo final
A continuación, se mostrará el diagrama de caso de uso resultante de la
especificación de requisitos funcionales
76
Figura 10
Diagrama de Caso de uso del Sistema de Búsqueda de caminos
B.4. Especificación de requisitos no funcionales.
Los requisitos no funcionales identificados para el sistema de búsqueda con
agente artificial se detallan a continuación:
Tabla 6:
Especificación de Requisitos no funcionales
Codigo
Requisito no funcional
RNF1.1
La arquitectura del sistema es del tipo cliente / servidor
RNF1.2
La arquitectura del software es en tres capas
RNF1.3
El servidor web funciona sobre un Web Hosting Apache
RNF1.4
El sistema tendrá una API que comunica la aplicación
móvil con la base de datos
77
RNF1.5
El sistema será codificado con el lenguaje de
programación C#
RNF1.6
El plano será tridimensional y será desarrollado con
SketchUp
RNF1.7
El plano será anexado al sistema con la herramienta
Unity 3D y Brackets
RNF1.8
El sistema tendrá una base de datos relacional
desarrollada en MySQL
C.
Costos y calendarización:
Se identificarán los elementos de hardware y software necesarios para poner en
funcionamiento el sistema de búsqueda con agente artificial, y en base a ello se
calculará el costo y algunas medidas de inversión. Por último, se hará el
calendario previsto para su desarrollo.
C.1. Elección de hardware y software:
Para el desarrollo del sistema de búsqueda se necesitará el siguiente software
SketchUp: Programa de diseño y modelado tridimensional. Tiene una licencia
para estudiantes que es la más económica
Unity3D: Herramienta informática para la creación de programas y videojuegos
en 2 dimensiones y 3 dimensiones. Si no se usa con fines comerciales la licencia
es gratuita.
Android Studio: Lenguaje de programación que permite crear aplicaciones
móviles para teléfonos inteligente, tabletas y otros dispositivos móviles. Es un
software libre.
78
Brackets: Es un editor de código para el desarrollo de sistemas web que soporta
una variedad de lenguajes entre los que tenemos HTML, JavaScript, PHP, C++,
Java, Python y C Es un software libre.
Con respecto al hardware que se será necesario para el desarrollo del sistema
de búsqueda con agente artificial, no se requerirá computadoras adicionales ya
que el diseño del plano 3D y la programación del agente artificial son de
responsabilidad de la tesista y usará equipos propios.
Con respecto al servidor web apache y al servidor de base de datos, este
proceso se tercerizará con un hosting compatible con las características del
sistema que funcione en la nube.
C.2. Análisis de costos y presupuesto:
1.
Remuneraciones:
Profesional
Monto (S/ )
Elaboración del plano tridimensional
S/. 1.000,00
Programación del sistema inteligente
S/. 3.000,00
Total
S/. 4000,00
2.
Bienes:
Bienes de
Capital
Cantidad
Precio (S/ )
USB 64GB
02 unidades
S/. 200,00
Total
S/. 200,00
3.
Servicios:
Servicios Generales:
Servicios
Cantidad
Precio (S/ )
Servidor Web en la Nube con servidor
Apache y Mysql
1 año
S/. 480,00
Total
S/. 480,00
Licencia de software:
79
Bienes de Capital
Cantidad
Precio (S/ )
Licencia de SketchUp versión
estudiante
1 año
S/. 225,00
Licencia de Android Studio
1 año
S/. 0,00
Licencia de Brackets
1 año
S/. 0,00
Licencia de Unity 3D
1 año
S/. 0,00
Total
S/.225,00
Servicios
Generales
Licencia
de
software
Total de
Servicios (S/ )
S/. 480,00
S/. 225,00
S/. 705,00
4.
Resumen de presupuesto:
Remuneraciones
S/. 4.000,00
Bienes
S/. 200,00
Servicios
S/. 705,00
Total
S/. 4905,00
C.3. Calendarización
D.
Estructuración del plano:
En esta actividad se debe crear el plano por el cual transitará el agente artificial. En
caso sea sobre rutas se puede obviar este paso y utilizar Interfaces de programación
de aplicaciones que ya existen como la API de Google Maps.
D.1. Establecer Características:
El plano será desarrollado en un entorno tridimensional utilizando la
herramienta SketchUp, siguiendo las características técnicas del plano impreso
de la institución educativa.
La escala utilizada en el plano impreso es 1/200 y será utilizada al momento de
realizar el plano en tres dimensiones.
82
Figura 11
Plano impreso de la Institución Educativa
D.2. Elección del Sistema de modelado:
El programa a utilizar para realizar el plano será SketchUp ya que crear planos
ligeros, siendo un requisito importante cuando la extensión geográfica a modelar
es bastante amplia. Adicionalmente SketchUp permite exportar en formato fbx que
es compatible con el formato a importar en Unity.
83
D.3. Construcción del Plano.
Se creo un plano tridimensional de la Institución Educativa a partir del plano
impreso, respetando la escala 1:200 y las características geométricas que allí se
brindaban, creando primero un plano en dos dimensiones y luego realizando el
plano en tres dimensiones.
Para poder realizar el plano en dos dimensiones se siguió las especificaciones del
Instrumento, Anexo Nº 04: Guía de análisis documental de planos de la IIEE que
fue validado por un experto de carrera profesional en Arquitectura.
Figura 12
Plano tridimensional de la Institución Educativa en SketchUp
E.
Análisis de viabilidad:
El análisis de viabilidad se hizo para identificar riesgos y alternativas de poder
mitigarlos, así como realizar la justificación del proyecto en base a dos puntos
importantes lo técnico y lo económico.
84
E.1. Análisis de Riesgos:
Para realizar el análisis de riesgos se tomó el modelo de Matriz de Riesgos donde
se mide el impacto (I) que pueda tener en la organización con tres valores 1:” bajo”
2: “medio” y 3:”alto” y se mide la probabilidad (P) de que ocurra el riesgo también
con tres valores 1:”bajo” 2: “medio” y 3:”alto”. Se multiplican esos dos valores y
se haya una calificación, y en base a esa calificación se da un valor. (Siles et al.,
2018)
Tabla 7:
Análisis de Riesgos de la Investigación
N°
Tipo de riesgo
Riesgo
I
P
C
Valor
Nivel
1
Requisitos incompletos
o ambiguos.
Alcance
3
2
6
3
Alto
2
Cambio en los
requisitos durante el
proyecto.
Alcance
3
1
3
2
Medio
3
Falta de especificación
de la arquitectura
Técnico
3
1
3
2
Medio
4
Integración compleja
entre lenguajes de
programación.
Técnico
2
2
4
2
Medio
5
Modificación del
cronograma de
actividades.
Cronograma
2
3
6
3
Alto
85
6
Deficiencia en los
recursos de hardware
para elaborar el sistema
de búsqueda
Presupuesto
1
2
2
1
Bajo
7
Falta de referentes
teórico y prácticos del
proyecto
Alcance
1
1
1
1
Bajo
Tabla 8:
Cuantificación de la probabilidad
NIVEL
VALOR
SIGNIFICADO
Alto
3
“Existen antecedentes o estadísticas que
indiquen una alta posibilidad de ocurrencia”.
Medio
2
“El riesgo podría presentarse, pero no hay
indicios claros de su ocurrencia en la
actualidad”.
Bajo
1
“No hay antecedentes como para considerarlo
en nivel alto o medio o los antecedentes
concluyen que la ocurrencia es baja”.
Fuente
: (Siles et al., 2018)
86
Tabla 9:
Cuantificación del impacto
NIVEL
VALOR
SIGNIFICADO
Alto
3
“Afecta de manera crítica los resultados y la
sostenibilidad del proyecto”.
Medio
2
“Aunque se considera importante la
consecuencia, es menor su grado de
materialización que en el nivel alto”.
Bajo
1
“No se considera importante el efecto o no
hay suficientes razones para pensar que el
riesgo es una amenaza para los resultados”.
Fuente
: (Siles et al., 2018)
Tabla 10:
Valor de las calificaciones de los niveles de riesgo
CALIFICACION
VALOR
SIGNIFICADO
6 a 9
Alto
“Gestionar: se requiere plan de
respuesta”.
3 y 4
Medio
“Monitorear: se requiere que el proyecto
haga un seguimiento del riesgo para
analizar si la probabilidad o el impacto han
cambiado”.
1 y 2
Bajo
“Aceptar: es mejor aceptar el riesgo ya
que el impacto no es significativo y la
probabilidad de que suceda el evento es
baja”.
Fuente
: (Siles et al., 2018)
87
Tabla 11:
Plan de Estrategia de respuesta ante riesgos
Riesgo
Estrategia
Respuesta
Cambio en los requisitos
durante el proyecto.
Mitigar
Participación del usuario en la
definición de requisitos.
Falta de especificación
de la arquitectura
Evitar
Selección de una metodología
ágil que permita aplicar los
cambios en los requerimientos
con mayor facilidad
Integración compleja
entre lenguajes de
programación.
Evitar
Utilizar modelos, vistas y
diagramas para el diseño de la
arquitectura
Modificación del
cronograma de
actividades.
Evitar
Consultar material bibliográfico
y fuentes confiables durante la
etapa de construcción
Deficiencia en los
recursos de hardware
para elaborar el sistema
de búsquedas
Transferir
Realizar programación en
equipo y desarrollo modular
paralelamente
Falta de referentes
teórico y prácticos del
proyecto
Mitigar
Realizar una buena planeación
de recursos, tareas y tiempos
para evitar posibles desfases
88
E.2. Justificación técnica y económica:
Tabla 12:
Justificación técnica y económica de la propuesta
Requisitos
Justificación Técnica
Justificación
Económica
La Institución Educativa
solo cuenta con el
plano impreso
Se cuenta con
conocimientos para modelar
el plano tridimensional
El costo será nulo
porque el proceso de
modelamiento del
plano es asumido por
la tesista
Herramienta para la
elaboración del plano
de la IIEE.
Se encuentra cubierto por el
uso de la herramienta
SketchUp.
Se pagará una licencia
anual para su uso.
Complejidad para la
creación de una
aplicación móvil que
maneje un plano
tridimensional
Se hará uso de la
herramienta Unity 3D que
permite integración con la
plataforma Android
El costo será nulo ya
que se utilizará la
licencia de uso libre
para estudiantes y
desarrolladores
independientes.
Aplicación móvil que
sea compatible con la
mayor cantidad de
smartphone
Se realizará la aplicación
móvil compatible con el
sistema operativo Android
que es el que poseen la
mayoría de Smartphone
El costo será nulo ya
que se utilizará la
licencia de uso libre de
Android
89
Requisitos
Justificación Técnica
Justificación
Económica
Herramienta Editor de
código multiplataforma
para la construcción de
la página Web.
Se encuentra cubierto por el
uso del editor de código
fuente Brackets.
No tiene restricción de
costo debido a que es
un software gratuito y
de código abierto con
licencia libre.
Sistema de gestión de
base de datos
relacional que soporte
múltiples conexiones.
Es cubierto bajo la elección
del servidor MySQL.
No tiene restricción de
costo debido a que la
herramienta a utilizar
es de uso libre y sin
licencia.
Disponibilidad de un
servidor Web para
labores de
implementación.
Se terciarizará el proceso de
utilización del servidor web a
través de un servidor web en
la nube que soporte apache
y MySQL.
Se hará un pago anual
por el servicio y se
evitará costos
adicionales a la
Institución Educativa.
De lo estudiado anteriormente se concluye que los riesgos identificados no
demuestran la inviabilidad del proyecto y que la justificación técnica y
económica corrobora la viabilidad del proyecto.
!
!
!
!
Fase!de!Diseño!
90
A.
Arquitectura:
En esta etapa se hizo un modelo de la arquitectura, se identificó sus
componentes y se validó la arquitectura propuesta.
A.1. Identificar la Arquitectura del software:
Se realizó una vista lógica de la arquitectura que describa la estructura interna
del sistema, los componentes lógicos del sistema.
Figura 13
Diagrama de Arquitectura de la prpuesta
USUARIO
APLICACIÓN MOVIL
COMPONENTES DE IU
COMPONENTES DE PROCESOS DE IU
INTERFAZ DE PROGRAMACIÓN DE APLICACIÓNES
COMPONENTES LÒGICOS DE ACCESO A DATOS
ORÍGENES DE DATOS
CAPA DE DATOS
CAPA DE
PROCESOS
CAPA DE
PRESENTACIÓN
91
A.2. Definir los componentes de la arquitectura:
Capa de presentación: está conformada por los componentes del sistema de
búsqueda que serán accesados directamente por el usuario final.
A.2.1. Capa de presentación:
Contiene las interfaces que interactúan con el
usuario del software,
Componentes de la Interfaz de Usuario:
Están conformados por los interfaces
de la aplicación móvil
Componentes de proceso de la Interfaz de Usuario:
Esta representado por los
procesos y cálculos necesarios para cumplir con las funcionalidades de la
aplicación móvil. Responde a acciones del usuario y se encarga de invocar las
peticiones a la API (Interfaz de programación de aplicaciones).
A.2.2. Capa de procesos:
Contiene los componentes para construir y organizar
los datos que serán mostrados a los usuarios,
Interfaz de programación de aplicaciones:
Es un puente entre la capa de
presentación y la capa de datos, realiza las consultas a la base de datos y
organiza la información en formato JSON.
A.2.1. Capa de Datos:
Contiene los componentes que interactúan con la base
de datos para poder obtener los datos que necesita la aplicación móvil.
Componentes lógicos de acceso a datos:
Componentes que utilizan lenguaje
SQL para gestionar la información de la base de datos que luego será enviada
a la capa de procesos cuando sea requerido.
92
A.3. Validar la arquitectura:
Los beneficios de utilizar una arquitectura de tres capas para una aplicación
móvil vienen dados por:
Escalabilidad: Como el servidor de base de datos funciona en un equipo
diferente que el aplicativo móvil, se puede aumentar la capacidad del cliente
o del servidor por separado.
Interoperabilidad: La existencia de la capa de procesos que integra una API
(Interfaz de programación de aplicaciones) facilita la integración de clientes
que tengan diferentes plataformas.
Seguridad: Se crearán usuarios con diferentes accesos para el administrador y
para el cliente que ayude a mejorar el nivel de seguridad de la aplicación
B.
Diseño de seguridad:
En esta actividad se establecerá el grupo de trabajo que tendrá la
responsabilidad de la creación del sistema de búsqueda con agente artificial
utilizando la metodología propuesta
B.1. Establecer el Grupo de trabajo:
Se identifica a las personas responsables de llevar a cabo cada una de las fases
de la metodología propuesta. La etapa de prueba no será desarrollada en la
ejemplificación parcial
93
Tabla 13:
Grupo de Trabajo para la construcción de la propuesta
Fase
Cargo de
Trabajo
Descripción
Responsable
Análisis
Analista de
sistemas
Desarrollará las actividades
análisis de la realidad
problemática, especificación de
requisitos y el análisis de
riesgos y factibilidad para
demostrar que el proyecto es
factible de realzar
Tesista
Diseño
Analista de
sistemas
Realizará los distintos diseños y
modelos del sistema utilizando
los diagramas de AUP.
Tesista
Construcción
Programador
de
aplicaciones
móviles
Codificará al agente artificial y
sus funcionalidades en base a
los modelos vistos en la etapa
anterior, así como creará y
llenará la base de datos.
Tesista
B.2. Elaborar el diseño de seguridad:
Para la ejemplificación parcial no se crearán políticas de seguridad ni habrá un
software de gestión del sistema de búsqueda de caminos, sin embargo, se
creará en la base de datos, la tabla usuarios, donde albergará diferentes tipos
de usuario, un usuario administrador, un usuario de prueba y el usuario final,
que tendrá cada uno sus respectivas contraseñas, de tal manera que según el
94
perfil de la persona que accede al sistema pueda ingresar con una diferente
contraseña.
C.
Modelado del sistema:
Se hicieron diagramas para el modelado de sistema de búsqueda de caminos
con agente artificial con el software StarUML.
C.1. Realizar el diagrama de paquetes:
El subsistema Servidor web contendrá los paquetes: System, Modelo y API.
El paquete System permite la conexión a la base de datos.
El paquete Modelo es donde se ejecutan las sentencias SQL
El paquete API brinda los datos que obtiene a la aplicación móvil
El Subsistema Aplicación móvil contendrá los paquetes Datos, Lógica, Escenas
y materiales
El Paquete datos es el que recibe los datos que envia la interfaz API
El paquete lógico contendrá la codificación en C# del dispositivo móvil
El paquete Escenas contiene los modelos gráficos del plano tridimensional.
El Paquete Materiales Contiene las texturas y objetivos 3D del plano
tridimensional.
95
C.2. Realizar el diagrama de componentes:
DIAGRAMA DE DESPLIEGUE
La arquitectura física de la propuesta es cliente servidor, donde el cliente va a ser
el dispositivo móvil del usuario y se tendrá el servidor web que tiene acceso al
servidor de Base de datos.
Servidor Web
System
Modelo
API
Apl ic a ció n M óv il
Materiales Escenas
Lógica
Datos
Servidor
Web
Servidor
BD
Móvil
96
DIAGRAMA DE COMPONENTES
Los componentes lógicos de la arquitectura vienen dados por la conexión API que
es la intermediaria entre el aplicativo móvil y el servidor web y que gestiona el
acceso a la Base de Datos.
C.3. Realizar el diagrama de Secuencia:
Se crearon los diagramas de secuencia y colaboración del sistema de búsqueda
de caminos
Conexión
API
Acceso a
BD
BD
Servidor Web
Aplicación Móvil
97
Comenzar búsqueda
: Usuario : Usuario
: IU CargarDatos : IU CargarDatos
: IU frmBuscarCamino : IU frmBuscarCamino
: CargarDatos : CargarDatos
: TablaNodo : TablaNodo : TablaArista : TablaArista : TablaAmbiente : TablaAmbiente
Seleccionar Cargar Datos
Solicitar Carga de datos
Enviar Solicitud
Ejecutar Consulta
Enviar datos
Enviar Solicitud
Ejecutar Consulta
Enviar Datos
Enviar Solicitud
Ejecutar Consulta
Enviar Datos
Actualizar Interfaz
Mostrar Datos
: Usuario
: IU CargarDatos
: IU frmBuscarCamino
: CargarDatos
: TablaNodo
: TablaArista
: TablaAmbiente
4: Ejecutar Consulta
7: Ejecutar Consulta
10: Ejecutar Consulta
1: Seleccionar Cargar Datos
2: Solicitar Carga de datos
13: Mostrar Datos
3: Enviar Solicitud
5: Enviar
datos
6: Enviar Solicitud
8: Enviar Datos
9: Enviar Solicitud
11: Enviar Datos
12: Actualizar Interfaz
98
Seleccionar Origen
: UsuarioMovil : UsuarioMovil
: IU frmBuscarCamino : IU frmBuscarCamino : IU
AsignarOrigen
: IU
AsignarOrigen
: CC
AsignarOrigen
: CC
AsignarOrigen
: TablaAmbiente : TablaAmbiente
Seleccionar Consultar Origen
Cargar Formulario
Solicitar Datos
Enviar Solicitud
Ejecutar Consulta
Enviar Datos
Actualizar Formulario
Indicar Origen
Capturar Datos
Actualizar Formulario
Mostrar Datos
: UsuarioMovil
: IU frmBuscarCamino
: IU AsignarOrigen
: CC AsignarOrigen
: TablaAmbiente
5: Ejecutar Consulta
1: Seleccionar Consultar Origen
11: Mostrar Datos
8: Indicar Origen
2: Cargar Formulario
3: Solicitar Datos
9: Capturar Datos
7: Actualizar Formulario
4: Enviar Solicitud
6: Enviar Datos
10: Actualizar Formulario
99
Seleccionar Destino
: Us uario : Us uario
: IU frmBuscarCamino : IU frmBuscarCamino : IU AsignarDes tino : IU AsignarDes tino
: CC As ignarDes tino : CC As ignarDes tino
: TablaDestino : TablaDestino
Consultar Destino
Cargar Formulario
Consultar Datos
Enviar Consulta
Ejecutar Consulta
Recibir Datos
Actualizar Formulario
Actualizar Formulario
Mo s tr a r C a m bi os
Mo s tr a r D a to s
Enviar Datos
Seleccionar Destino
Procesar Datos
: Us uario
: IU frmBuscarCamino
: IU AsignarDestino
: CC AsignarDes tino
: TablaDes tino
5: Ejecutar Consulta
11: Actualizar Formulario
1: Consultar Destino
13: Mostrar Datos
2: Cargar Formulario
10: Procesar Datos
3: Consultar Datos
7: Actualizar Formulario
8: Enviar Datos
9: Seleccionar Destino
4: Enviar Consulta
6: Recibir Datos12: Mostrar Cambios
100
Buscar Ruta
: Us uario : Us uario
: IU frmBuscarCamino : IU frmBuscarCamino
: CC Bus car Cam ino : CC Buscar Cam ino
: TablaNodo : TablaNodo : TablaAris ta : TablaAris ta
Consultar Ruta
Consultar Datos
Enviar Cons ulta
Ejecutar Consulta
Enviar Datos
Enviar Cons ulta
Ejecutar Consulta
Retornar Datos
Ejecutar Ruta
Mo s tr a r D a to s
: Us uario
: IU frmBuscarCamino
: CC Bus car Cam ino
: TablaNodo
: TablaAris ta
4: Ejecutar Consulta
7: Ejecutar Consulta
9: Ejecutar Ruta
1: Consultar Ruta 2: Consultar Datos
3: Enviar Consulta
5: Enviar Datos
6: Enviar Consulta
8: Retornar Datos
10: Mostrar Datos
101
C.4. Realizar el diagrama de clases de Diseño:
Se identificaron cuatro clases necesarias para la ejemplificación del sistema de
búsqueda de caminos, con sus respectivos atributos y las acciones que deben
de realizar.
C.5. Elección del algoritmo de búsqueda:
Después de haber hecho una exhaustiva revisión bibliográfica y haber
desarrollado la etapa de análisis y modelado del sistema se corrobora que la
estrategia de búsqueda mas adecuado a la propuesta es la búsqueda
informada, donde el agente va a tener conocimiento a priori del plano donde
102
se va a desenvolver y en concordancia el algoritmo de búsqueda elegido es el
A* o A star que es el más ampliamente estudiado hasta la actualidad y que
cada vez se crean mas variantes en base a este algoritmo.
Este algoritmo ha demostrado funcionar óptimamente en planos pequeños que
abarquen pocos nodos de búsqueda, como es el caso del plano de la
Institución Educativa.
D.
Diseño Físico:
Contiene el diseño de la distribución de los nodos dentro del plano
tridimensional y el diseño de la fase de datos en el SGBD (“Sistema de gestión
de base de datos”) MySQL.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
D.1. Diseño de los nodos del plano
Los nodos están distribuidos en las principales oficinas de la Institución
Educativa y los principales puntos de acceso que permitan crear las diferentes
rutas que utilizará el agente virtual para mostrar la ruta buscada.
Los nodos vienen asignados con la sgte configuración:
Nodo
Lugar o Ambiente
X
Y
Z
Nodo1
Puerta principal
34.7
0.05
68.7
Nodo2
Intersección principal
34.7
0.05
63
Nodo3
Intersección Izquierda principal
36.7
0.05
63
Nodo4
TOE
40.2
0.05
63
Nodo 5
Tesorería
44.2
0.05
63
Nodo 6
Actas
44.2
0.05
63
Nodo 7
Subdirección administrativa
44.2
0.05
63
103
Nodo
Lugar o Ambiente
X
Y
Z
Nodo8
Sala de profesores
52.1
0.05
63
Nodo9
Escalera Izquierda Piso1
53.4
0.05
63
Nodo10
Escalera Izquierda Piso1 pto10
54.6
0.07
63
Nodo11
Escalera Izquierda Piso1 pto11
58.8
1
63
Nodo12
Escalera Izquierda Piso1 pto12
56.8
1
61.8
Nodo13
Escalera Izquierda Piso2 pto20
54.6
1.8
61.8
Nodo14
Escalera Izquierda Piso2 pto21
54.6
1.8
63
Nodo15
Escalera Izquierda Piso2 pto22
56.8
2.68
63
Nodo16
Escalera Izquierda Piso2 pto23
56.8
2.68
61.8
Nodo17
Escalera Izquierda Piso3 pto30
54.6
3.46
61.8
Nodo18
Escalera Izquierda Piso3 pto31
54.6
3.46
63
Nodo19
Escalera Izquierda Piso3 pto32
54.2
3.46
64.2
Nodo20
Aula Multiuso1
52.1
3.46
64.2
Nodo21
Emisora
44.2
3.48
64.2
Nodo22
Taller Arte y Cultura 2
52.1
1.8
64.2
Nodo23
Dirección
44.2
1.8
64.2
Nodo24
Subdirección de Cursos
Generales
44.2
1.8
64.2
Nodo25
Ascensor Secundaria
53.2
0.05
61.5
Nodo26
SSHH Izquierda Mujer
53.2
0.05
54.45
Nodo27
SSHH Izquierda Hombre
53.2
0.05
52.3
Nodo28
Patio Medio Derecha
45.4
0.05
57.6
Nodo29
Patio Medio 1
37.3
0.05
52.3
Nodo30
Patio Medio 2
36.4
0.05
57.6
104
Nodo
Lugar o Ambiente
X
Y
Z
Nodo31
COER
31.8
0.05
63
Nodo32
Laboratorio Química
25.3
0.05
63
Nodo33
Biblioteca Intersección
20
0.05
63
Nodo34
Biblioteca Secundaria
19
0.12
64.2
Nodo35
Fotocopiadora
20
0.05
54.4
Nodo36
Escalera Derecha Piso1
30.5
0.12
64.6
Nodo37
Escalera Derecha Piso1 pto11
30.5
0.98
66.4
Nodo38
Escalera Derecha Piso1 pto12
31.4
0.98
66.4
Nodo39
Escalera Derecha Piso2 pto21
31.4
1.8
64.5
Nodo40
Escalera Derecha Piso2 pto22
30.5
1.8
64.4
Nodo41
Escalera Derecha Piso2 pto23
30.5
2.68
66.4
Nodo42
Escalera Derecha Piso2 pto24
31.4
2.68
66.4
Nodo43
Escalera Derecha Piso3 pto31
31.4
3.48
64.4
Nodo44
Laboratorio Biología
25.4
1.8
64.2
Nodo45
AIP Secundaria
19
1.8
64.2
Nodo46
Laboratorio Física
25.4
3.5
64.2
Nodo47
Aula Multiusos 2
19
3.5
64.2
Nodo48
Patio Derecho mitad
27
0.05
54.4
Nodo49
Cafetín Intersección
36.5
0.05
44.8
Nodo50
Cafetín
30.5
0.05
44.8
Nodo51
Taller mecánica
15.5
0.05
44.8
Nodo52
Intersección Secundaria –
Primaria 1
36.5
0.05
39.6
Nodo53
Intersección Secundaria –
Primaria 2
42
0.05
39.3
Nodo54
Polideportivo
45.3
0.05
39.3
105
Nodo
Lugar o Ambiente
X
Y
Z
Nodo55
Piscina Intersección
45.3
0.05
21.5
Nodo56
Piscina
60.8
0.05
21.5
Nodo57
Puerta Primaria
10.2
0.05
23.3
Nodo58
Intersección patio primaria
21
0.05
23.3
Nodo59
Intersección psicología
21
0.05
32.7
Nodo60
Psicología
25
0.05
32.7
Nodo61
Taller Danzas
28.9
0.05
32.7
Nodo62
Tópico Enfermería
34.8
0.05
32.7
Nodo63
SSHH Mujer Primaria
36.4
0.05
31
Nodo64
SSHH Varón Primaria
36.4
0.05
28.3
Nodo65
Subdirección Nocturna
55.6
0.1
50.8
Nodo66
Biblioteca Primaria
36.4
0.05
22.5
Nodo67
Subdirección primaria
36.4
0.05
22.5
Nodo68
Departamento de Educación
Física
36.4
0.05
19.74
Nodo69
AIP Primaria
37.3
1.8
22.6
Nodo70
Escalera Primaria piso 1
37.7
0.1
18.3
Nodo71
Escalera Primaria Piso1 pto12
39.6
0.98
18.3
Nodo72
Escalera Primaria Piso1 pto13
39.6
0.98
19.3
Nodo73
Escalera Primaria Piso2 pto21
38.1
1.8
19.3
Nodo74
Escalera Primaria Piso2 pto22
37.3
1.8
19.3
Nodo75
Escalera Izquierda Piso2
Intersección
54.2
1.8
64.2
Nodo76
Polideportivo segunda puerta
58.1
0.05
21.5
106
107
D.2. Diseño de Base de datos.
Fase!de!Construcción!
A.
Localización del usuario:
Para la ejemplificación parcial no se realizará la geolocalización del usuario,
debido a que se tendría que ir a la Institución educativa y tomar las
coordenadas de cada uno de los nodos previstos en el plano, sin embargo, la
Institución Educativa es centro de vacunación motivo por el cual se ha
denegado el permiso para entrar a los espacios y ambientes educativos.
B.
Localización del agente:
La codificación de la localización del agente deberá tener en cuenta un sistema
de coordenadas que permita moverse sobre el plano. En caso se haya elegido
108
que la búsqueda de caminos será en el mundo real, deberá de codificar la
conversión de la localización del usuario en localización dentro del plano.
Las tareas a realizar en esta actividad son:
B.1. Codificación para la localización en el plano.
La codificación se ha hecho en Visual Basic dentro del programa Unity
3D para poder realizar la ubicación del agente dentro del plano tridimensional.
Se utilizó tres clases: Clase localización, clase ubicación y la clase general.
La clase localización captura la posición del nodo inicial y la posición del nodo
final, restando ambas posiciones y dividiéndola entre dos y luego sumando la
posición actual, lo cual es útil al trabajar con el algoritmo A* ya que este
algoritmo siempre tiene en cuenta la distancia con el nodo inicial, así mismo
haya la distancia en X en Y y en Z.
LA clase Ubicación en base a la clase anterior, crea una flecha que luego va a
unir el nodo inicial con el nodo final.
La clase General une varias clases, con el fin de que se inicialice los valores del
formulario de búsqueda, donde se consignará el nodo del destino, el nodo
inicial y el nombre de la ubicación en la caja de texto que está contenido en el
formulario.
B.2. Codificación de conversión de localización del usuario en localización del
agente.
Este punto no será implementado debido a que no se tomará la ubicación GPS,
para referenciar la posición del usuario en el plano.
109
C.
Implementación de la Base de Datos:
La base de Datos se creó en MySQL server versión 8.0 utilizándose el gestor
de Base de Datos HeidiSQL para crear la base de datos y llenar las cuatro
tablas, teniendo en consideración los valores de los nodos mapeados en el
punto anterior. Las tareas a realizar en esta actividad son:
C.1. Crear las tablas y las relaciones entre las tablas.
Se realizó un script que permita crear las tablas y sus relaciones mediante
índices y claves foráneas, respetando el diseño de la base de datos visto en la
fase anterior. Así mismo, se decidió que las claves primarias fueran
autoincrementables, y que algunos campos de las tablas fueran No Nulos. En
el caos de la tabla Nodo, los valores de los campos X,Y,Z tendrían valores
predeterminados como 0,0,0 de tal manera que ante un evento fortuito que
evite el llenado de alguno de estos datos, se direccione al eje de coordenadas
inicial (0,0,0). Los campos X,Y,Z son de tipo float, debido que los valores en el
plano están dados en decimales.
C.2. Llenar los registros de cada tabla.
Se ha llenado cada tabla mediante script de SQL usando la
Interfaz Gráfica de Desarrollo MySQL Workbench 7.0 obteniendo
los siguientes registros: Tabla Usuario: 6 registros, Tabla Nodo:
76 registros, Tabla Arista: 78 registros, Tabla destino: 37
registros
A continuación, se muestra parte del script para la inserción de
registros según cada tabla de la Base de Datos:
Tabla Usuarios
Tabla Nodo
112
Tabla Arista
Tabla Destino
113
C.3. Desarrollar las sentencias SQL.
Para poder realizar las consultas a la base de datos se ha
desarrollado una API compuesta por 3 archivos PHP las que
describo a continuación:
Conexión.php
Se encarga conectarnos a la base de datos en MySQL de acuerdo
a los parámetros de conexión configurado para el servidor, en
caso de presentarse un error de conexión a la misma el sistema
mostrará un mensaje de error apropiado para su revisión.
114
Consultas.php
Se encarga de recoger la información entre los cuales está nodo,
arista y destino; registrados en la base de datos para su
procesamiento en el sistema.
Datos.php
Se encarga de procesar de acuerdo a la información contenida
en los arreglos de nodos, aristas y destinos registrados en la base
de datos y que se usarán en el algoritmo de búsqueda.
D.
Realización de Búsqueda del camino:
Para codificar la búsqueda de caminos se ha utilizado el programa
Unity3D a través de script en C# de tal manera que se puedan proveer
la codificación a los formularios que se anexarán al plano
tridimensional.
115
D.1. Crear las interfaces de usuario del sistema.
La interfaz de usuario será una sola, donde contará con un
canvas que tendrá un panel del lado que contendrá las
opciones para poder seleccionar el nodo de origen y el nodo
de destino y un botón buscar que permitirá trazar el camino de
búsqueda. Así mismo contendrá dos controles tipos joystick
para controlar el movimiento (arriba, abajo, izquierda, derecha)
y el otro para controlar el giro. En la parte superior se
encontrarán los botones de salida del programa, el botón
seleccionar y un panel informativo que indique la cantidad de
metros recorridos y el tiempo que tomo el programa en
encontrar el camino.
D.2. Codificar cada una de las capas de la arquitectura del sistema.
Para la capa lógica se han implementado 15 script que tienen
relación con el manejo de a cámara para cuando se vaya a trazar
el camino de busqueda, el proceso de búsqueda, el algoritmo
A*, la conexión a la Api, el proceso de carga del mapa, el
proceso de carga de imágenes, y el proceso de ubicación
dentro del plano del agente artificial.
116
En la capa de presentación se ha tenido que codificar 6 scripts,
para el control de cada uno de los botones de la interfaz de
usuario, El botón cargar destinos, el botón de control del
joystick, el botón seleccionar, el botón salida y el botón de
buscar que permite encontrar la ruta óptima.
La capa de datos estuvo representada por dos scripts, uno que
permite la codificación de la API y el otro que unifica los datos
encontrados para almacenarlos en clases dentro de la interfaz
de usuario.
D.3. Codificar el algoritmo de búsqueda de caminos.
El algoritmo de búsqueda elegido fue A* que fue codificado en
visual C# en Unity 3D
117
118
119
Fuente: Adaptado de (Quiroz & Ramirez, 2019)
D.4. Codificar las conexiones del sistema de búsqueda.
La conexión del sistema de búsqueda con la base de Datos viene
por una clase API que ha sido codificada en C# desde el
programa desarrollo Unity 3D
E.
Desarrollo de Software de Gestión:
Es una actividad opcional, que no será desarrollada para la
ejemplificación parcial del agente, porque en el caso de la
Institución Educativa la ubicación de los ambientes educativos
es fija y no hay la necesidad de tener un sistema de gestión que
120
permita cambiar continuamente el valor de los nodos o de las
aristas.
Juicio de Expertos del Aporte Teórico y Práctico
En el instrumento de juicio de expertos se abordaron ocho ítems que
permiten medir la idoneidad del aporte teórico y del aporte práctico y la
relación de la dialéctica que surgen entre ambos.
Tabla 14:
Resultados de la valoración del juicio de expertos de los aportes de la
investigación
ITEM
Experto 1
Experto 2
Experto 3
Experto 4
Experto 5
Item 1: Novedad científica
del aporte teórico
5
5
5
5
5
Item 2: Pertinencia de los
fundamentos teóricos del
aporte teórico
5
5
4
5
5
Item 3: Nivel de
argumentación de las
relaciones fundamentales
aportadas en el desarrollo
del aporte teórico
5
5
4
4
5
Item 4: Nivel de
correspondencia entre el
aporte teórico y el aporte
práctico de la investigación
5
5
4
5
5
Item 5: Claridad en la
finalidad de cada una de las
acciones del aporte práctico
propuesto
5
5
4
5
5
Item 6: Posibilidades de
aplicación del aporte
práctico
5
5
5
5
5
Item 7: Concepción general
del aporte práctico según
sus acciones desde la
perspectiva de los actores
del proceso en el contexto
4
4
4
5
5
121
ITEM
Experto 1
Experto 2
Experto 3
Experto 4
Experto 5
Item 8: Significación práctica
del aporte
5
5
5
5
5
En base a los resultados obtenidos se aplicó el estadístico del alfa de
Cronbach para medir el grado de confiabilidad del instrumento,
obteniendo el valor de 0.782 lo que significa un alto grado de
confiabilidad.
Resumen del procesamiento de los casos
N
%
Casos
Válidos
5
100,0
Excluidos
a
0
,0
Total
5
100,0
a. Eliminación por lista basada en todas las variables
del procedimiento.
Estadísticos de fiabilidad
Alfa de Cronbach
N de elementos
,782
8
Estadísticos total-elemento
Media de la escala
si se elimina el
elemento
Varianza de la
escala si se
elimina el
elemento
Correlación
elemento-total
corregida
Alfa de Cronbach
si se elimina el
elemento
ITEM01
33,4000
3,800
,000
,798
ITEM02
33,6000
2,300
,958
,659
ITEM03
33,8000
2,700
,444
,778
ITEM04
33,6000
2,300
,958
,659
ITEM05
33,6000
2,300
,958
,659
ITEM06
33,4000
3,800
,000
,798
ITEM07
34,0000
3,000
,264
,817
ITEM08
33,4000
3,800
,000
,798
Estadísticos de la escala
Media
Varianza
Desviación típica
N de elementos
38,4000
3,800
1,94936
8
122
Conclusiones
Se elaboró el aporte teórico denominado Metodología integrativa para la
búsqueda de caminos sustentado en los enfoques ágil y secuencial; y
estructurado en base a 4 fases: la fase de análisis que incluye 5 actividades,
la fase de diseño con 4 actividades, la fase de construcción con 5 actividades
y la fase de prueba con 5 actividades, que guíen los procedimientos para la
creación de búsqueda de caminos.
Se construyó el aporte teórico denominado Sistema de búsqueda de
caminos con agente artificial basado en el enfoque sistémico, enfoque
integrativo y en la teoría de agentes resolventes de problemas, soportado
en la metodología integrativa propuesta, estableciendo en cada fase sus
elementos de entrada, procedimientos, productos entregables y tareas en
las cuales se va a subdividir una actividad.
Se validó y corroboró el valor científico y la pertinencia de la metodología
integrativa y del sistema de búsqueda de caminos con agente artificial, a
través de cinco expertos de reconocida trayectoria académica y profesional
de la región, que mediante un instrumento de 7 items realizaron juicio de
expertos y al ser constatado por el alfa de Cronbach dio como resultado
0.782 conllevando a reconocer que la propuesta posee potencialidades de
mejora y guía metodológica para el desarrollo de sistemas de búsqueda de
caminos en las organizaciones especialmente en las instituciones educativas.
Se ejemplificó parcialmente la propuesta del sistema de búsqueda de
caminos con agente artificial basado en la metodología integrativa utilizando
los entornos de desarrollo: MySQL, Brackets, SketchUp y Unity3D,
desarrollando las etapas de: análisis, diseño y construcción que condujeron
123
a la implementación de un prototipo funcional de agente artificial bajo la
arquitectura de tres capas, para la Institución Educativa Pública de la ciudad
de Lambayeque - Perú.
124
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https://en.wikipedia.org/wiki/File:World_location_map_(equirectangular_1
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Gisella Luisa Elena Maquen Niño
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Lambayeque, Perú
https://orcid.org/0000-0002-9224-5456
gmaquenn@unprg.edu.pe
Ingeniero en Computación e Informática, Licenciada en Educación con especialidad en
Matemática y Computación. Maestra en Ciencias de la Educación con mención en
tecnologías de la información e informática educativa. Doctora en Ciencias de la
Educación con mención en Administración de la Educación. Doctorado en Ciencias de
la Computación y Sistemas en trámite. Docente nombrada en la Universidad Nacional
Pedro Ruiz Gallo de Lambayeque – Perú, adscrita al Departamento académico de
Computación y Electrónica. Asesora de tesis de pregrado y posgrado con más de 10
años en la docencia universitaria.
Juan Elias Villegas Cubas
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Lambayeque, Perú
https://orcid.org/0000-0001-7026-9767
jvillegasc@unprg.edu.pe
Ingeniero de Sistemas, Magister en Ingeniería de Sistemas, estudios concluidos del
doctorado en Ciencias de la Computación y Sistemas. Docente nombrado en la
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo de Lambayeque – Perú, adscrito al
Departamento Académico de Ingeniería de Sistemas.
Ivan Adrianzén Olano
Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas – Amazonas, Perú
https://orcid.org/0000-0002-1910-2854
ivan.adrianzen@untrm.edu.pe
Ingeniero en Computación e Informática, Maestro en Ciencias de la Educación con
mención en Docencia y Gestión Universitaria por la Universidad Nacional Pedro Ruíz
Gallo, estudios concluidos de Maestría en Ingeniería de Sistemas con mención en
Sistemas de Información en Universidad Privada Antenor Orrego de Trujillo. Docente
nombrado en la Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas –
Perú, adscrito al Departamento Académico de Ingeniería de la Facultad de Ingeniería
de Sistemas y Mecánica Eléctrica.
Enver José Carlos Maquen Niño
Universidad César Vallejo – Filial Chiclayo
https://orcid.org/0000-0003-1388-3351
ejcmaquen@hotmail.com
Ingeniero de Sistemas, Licenciado en Educación con especialidad en Matemática y
Computación. Maestro en Ingeniería de Sistemas e Informática. Doctor en Ciencias de
la Educación con mención en Administración de la Educación. Docente nombrado en
la I.E. Nuestra Señora de Lourdes, Lambayeque – Perú. Formador tutor en Programas
del Ministerio de Educación, con más de 10 años en la docencia universitaria y en
Educación Básica Regular
Sandra Lisette Aznarán Guevara
Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Lambayeque, Perú
https://orcid.org/0000-0003-0728-1274
slag011@gmail.com
Ingeniero Electrónico. Maestría en Gerencia de Proyectos de Ingeniería. Doctora en
Educación. Docente contratada de la Universidad Tecnológica del Perú. Inventora de
modelo de utilidad con resolución No 000380-2021/DIN-INDECOPI. Docente
contratada (2021) en la Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo de Lambayeque – Perú.
Ingeniera Clínica en sede Auna.
Savez
editorial
