Sistema Distribuido de Detección de Sismos Usando una Red de Sensores Inalámbrica para Alerta Temprana.

Abstract

Resumen: El detectar eventos disruptivos usando sensores COTS como los utilizados en smartphones representa un gran desafío pero también una oportunidad interesante. En este artículo se presenta una arquitectura de sistema de tiempo real crítico, jerárquica y distribuida, que hace uso de smartphones que actúan como sensores a través de una aplicación de bajo consumo de energía que convierte a sus acelerómetros en acelerógrafos. Los smartphones desplegados forman una red de sensores que detecta, analiza y notifica un pico sísmico. El sistema optimiza cálculos distribuidos y capacidades de comunicación en smartphones para proveer tiempo extra para alertas tempranas en escenarios de desastre de tipo sísmico, aunque puede ser empleada como solución a otros desastres naturales. Se propone una solución innovadora de bajo coste que realiza análisis tanto espaciales como temporales, no presentes en otros trabajos, lo cual lo hace más preciso y personalizable permitiendo adaptarse a las características geográficas de la zona, de red, y recursos tanto humanos como monetarios. La arquitectura ha sido validada mediante una extensa evaluación, consiguiendo como resultado notificaciones tempranas que adelantan en decenas de segundos el pico máximo del sismo en la zona del epicentro y aún más para zonas más alejadas; y la considerable reducción de falsas alarmas. Adicionalmente la arquitectura propuesta incluye una administración post-evento que mejora la capacidad operativa, logística y de telecomunicaciones desde un solo nivel central, y al mismo tiempo, mantiene al usuario informado de centros de refugios cercanos, mejores rutas, rutas seguras para una mejor decisión. Abstract: Detecting disruptive events using COTS sensors like the ones embedded in smartphones is a difficult challenge but also an interesting opportunity. In this paper, we present a distributed, reliable, hierarchical and hard real-time system architecture of smartphones acting as opportunistic sensor nodes. Using a low energy-consumption application, we have used the smartphones inertial sensor as an accelerograph. The deployed smartphones and the application form a low-cost wireless sensor network, that detects, analyses and notifies a seismic-peak. The systems optimizes the distributed calculations in the smartphones; communication capabilities and integration in order to provide extra time for early warning in disaster scenarios (e.g. earthquakes), although the architecture may be extended to other disruptive and rare events. We propose an innovative real-time solution which considers time and spatial analyses, not present in another works, making it more precise and customizable, coupling it to the features of the geographical zone, network and resources, so as providing evidence of the feasibility of earthquake early warning using a distributed network of cell phones. The architecture has been validated by extensive evaluation and the most relevant result has been the improvement in notifications delivery about a seismic-peak 12 seconds earlier than previous works in the epicenter zone, and a reduction in the number of false positives. Additionally the proposed architecture includes a post-event management to help users and strengthen coordination between aid-agencies in order to optimize human resources and time to implement measures in order to eliminate negative effects on the population. Palabras clave: Acelerómetros, Arquitectura, Detección Distribuida, Integración Multi-sensor, Tiempo real., Keywords: Accelerometers, Architecture, Distributed detection, Multisensor integration, Real Time.