Creación de estaciones meteorológicas virtuales a partir del análisis de datos de estaciones terrestres
jhonatan tobarPráctica o problema8 de Septiembre de 2021
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Creación de estaciones meteorológicas virtuales a partir del análisis de datos de estaciones terrestres
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Anteproyecto de trabajo de grado en modalidad de práctica profesional
Jhonatan Alexander Tobar Trujillo
Director: PhD. Ing. Cristhian Nicolas Figueroa Martínez.
Codirector: PhD. Ing. Juan Carlos Corrales Muñoz
Asesor Empresa: Mg. Juan Fernando Casanova Olaya
Universidad del Cauca
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemática
Popayán, noviembre
2020
CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3
2. MARCO TEÓRICO 4
2.1. Estaciones Meteorológicas 4
2.2. Variables meteorológicas. 5
2.3. Métodos de interpolación de datos 6
2.4. Inteligencia artificial 6
3. ESTADO DEL ARTE 7
3.1 Trabajos relacionados 9
3.1.1 Clasificación de los trabajos relaciones mediante la modalidad de hacer predicciones de datos 10
4. OBJETIVOS 13
4.1. OBJETIVO GENERAL 13
4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 13
5. APORTES 13
6. ACTIVIDADES Y CRONOGRAMA 13
6.1. METODOLOGÍA 13
6.1.1. WP1. Construcción de la base de conocimiento 13
6.1.2. WP2. Creación de un conjunto de datos 14
6.1.3. WP3. Implementación de un modelo de aprendizaje automático 14
6.1.4. WP5. Pruebas y análisis de resultados 14
6.1.5. WP4 Desarrollo de servicios web 14
ENTREGABLES 15
6.2. CRONOGRAMA 15
7. RECURSOS Y PRESUPUESTO 16
8. CONDICIONES DE ENTREGA 18
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 18
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El estudio del comportamiento de las variables meteorológicas es importante para prevenir posibles cambios climáticos que afectan la agricultura. Este tipo de estudio requiere una cierta vigilancia y detección de las variables meteorológicas basadas en datos con resolución diaria o en casos menos favorables, resolución mensual. No obstante, la obtención de estas variables es un proceso complejo, ya que demanda un seguimiento intensivo y el consecuente post-tratamiento de los datos obtenidos por parte de los Servicios Meteorológicos e Hidrológicos (SMHN) [1].
En Colombia el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) es una entidad del gobierno dependiente del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible encargada del manejo de la información científica, hidrológica, meteorológica y todo lo relacionado con el medio ambiente. Esta entidad permite el acceso a los datos generados por su red de estaciones meteorológicas de forma gratuita [2].
Sin embargo, las redes de estaciones meteorológicas del IDEAM son limitadas y no alcanzan a cubrir todo el territorio colombiano, lo que dificultad el proceso de los modelados para poder hacer predicciones de datos meteorológicos [25] y satisfacer plenamente las demandas de la comunidad agrícola, ya que la implementación y mantenimiento de una estación meteorológica a este nivel resulta ser muy costoso y complejo [20]. Por otra parte, un alto porcentaje de estaciones meteorológicas del IDEAM carecen de datos en y poseen una baja capacidad de proporcionar predicciones climáticas precisas a nivel local [19]. Por esta razón, a menudo los conjuntos de datos generados por el IDEAM contienen valores faltantes o erróneos, por lo cual es necesario buscar formas de realizar controles que permitan mejorar la confiabilidad de estos datos [20].
En este sentido, la falta de disponibilidad de datos meteorológicos en algunas regiones del país es la principal limitante para una adecuada gestión de sistemas agrícolas a escala departamental, municipal, o de parcela [19]. Concretamente, la práctica profesional buscará dar respuesta a la siguiente pregunta de investigación:
¿Es posible generar datos meteorológicos en un punto geográfico donde no se tenga disponibilidad o acceso a datos de estaciones meteorológicas terrestres?
1.1 Justificación.
Mediante la virtualización de las estaciones meteorológicas, se buscará aumentar la disponibilidad de las diferentes variables meteorológicas, en zonas que tienen una complejidad para la captura de datos meteorológicos. En consecuencia, al aumentar la disponibilidad de los datos meteorológicos, los estudios a corto y largo plazo de las predicciones meteorológicas tendrán un mayor impacto al momento de ofrecer una mejor asistencia técnica a los agricultores en sus respectivos cultivos.
Las redes de estaciones meteorológicas actuales no son suficientes para abarcar todo el territorio colombiano y es una de las limitantes que enfrentan los investigadores para realizar sus estudios, debido a que algunas regiones no cuentan con datos climatológicos. Aquí la importancia de la virtualización de las estaciones meteorológicas, ya que permitirán tener datos aproximados de las condiciones meteorológicas en lugares donde no existen estaciones disponibles. Por consiguiente, las estaciones virtuales partirán de los datos históricos de un año hasta la fecha de creación de algunos parámetros meteorológicos como: temperatura media, temperatura máxima, temperatura mínima, precipitación, etc. Estas variables son obtenidas de las redes de estaciones meteorológicas.
1.2 Antecedentes de la empresa Ecotecma
La empresa Ecotecma S.A.S, ha desarrollado un software (web y móvil) de gestión del cultivo de café (FarmBrain), para realizar el registro del cultivo, gestión financiera, asistencia técnica virtual y envío de alertas y notificaciones relacionadas con los procesos de producción y comercialización del café. Las recomendaciones generadas se basan en la aplicación de modelos analíticos a partir de las fechas de establecimiento del cultivo y demás actividades productivas.
Adicionalmente, la empresa se ha venido articulando con el Grupo de Ingeniería Telemática a través del desarrollo conjunto de resultados de I+D+i:
- Vinculación de un doctor para la realización del trabajo postdoctoral “Sistema de Recomendación para la aplicación de fertilizantes nitrogenados en pequeños cultivos soportado en sensores de bajo costo y técnicas de aprendizaje automático”.
- Dos tesis de maestría orientadas a la estimación del rendimiento potencial de café en Colombia, y el análisis comparativo de la disponibilidad de nitrógeno mineral y calidad del suelo bajo diferentes manejos nutricionales. En estas tesis la empresa participó como contrapartida en la obtención de las becas de en el marco del proyecto “Innovación Cauca”.
- Tesis doctoral orientada al fortalecimiento del esquema de micro seguros agropecuarios, apoyando la vinculación del estudiante y otorgando un apoyo como contrapartida en el marco de la “convocatoria de alta formación de talento humano AF-2019-2 doctorado nacional”, realizada bajo el desarrollo del proyecto “Fortalecimiento de las capacidades de las EBT-TIC del Cauca para competir en un mercado global CLUSTER CREATIC”.
Finalmente, el trabajo realizado por el estudiante Jhonatan Alexander Tobar Trujillo, servirá para incrementar la disponibilidad de datos meteorológicos y de esta forma optimizar la generación de información para la gestión de cultivos agrícolas.
MARCO TEÓRICO
Estaciones Meteorológicas
Una estación meteorológica es un dispositivo compuesto por varios sensores donde se realizan mediciones y observaciones puntuales de varios parámetros meteorológicos utilizando los instrumentos adecuados para así poder establecer el comportamiento atmosférico [1]. Existen numerosos tipos de estaciones meteorológicas, según la tecnología empleada, la instrumentación disponible, los parámetros meteorológicos medidos o la finalidad [2].
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