Revista Politécnica

Seismic Sensor Array for Lahar Detection at Cotopaxi Volcano Based on a Datalogger with Field Programmable Gate Arrays

Abstract: In this work, we have used several configurations of single-component seismic sensors array for the detection and analysis of the signals produced by lahars at the Cotopaxi Volcano, Ecuador. We have developed a compact, flexible, and reliable prototype enough to be used in volcanic monitoring that includes a new generation Field Programmable Gate Arrays (FPGA) as the basis of the embedded system for continuous signal acquisition, digitalization and storage. We have used an array of twelve single-component seismic sensors in linear geometric configuration. The information is also sent to the central base (Instituto Geofísico) located in the city of Quito through radiofrequency communication. Subsequently, the information is analyzed by means of a mathematical model developed during the time of execution of this research as a result, we have obtained a quick lahar detection including calculation of the speed with which the lahar descends, providing reliable information from the moment the event arises, generating an early warning to the affected population.

Resumen: En este trabajo, se han utilizado varias configuraciones de disposición de sensores sísmicos de una componente para la detección y el análisis de las señales producidas por los lahares del volcán Cotopaxi. Hemos desarrollado un prototipo compacto, flexible y confiable para ser utilizado en el monitoreo volcánico que incluye un Field Programmable Gate Arrays (FPGA) de nueva generación como base del sistema embebido para la adquisición, digitalización y almacenamiento continuo de la señal. Hemos utilizado la disposición de doce sensores sísmicos de un componente en configuración geométrica lineal. La información también es enviada a la base central (Instituto Geofísico) ubicada en la ciudad de Quito a través de comunicación por radiofrecuencia. Posteriormente, la información es analizada por medio de un modelo matemático desarrollado durante el tiempo de ejecución de esta investigación. Como resultado, hemos obtenido la detección del lahar y el cálculo de la velocidad con la que desciende, proporcionando información fiable desde el momento en que se produce el evento y que proporcionará una alerta temprana a la población afectada.

A Predictive Handover Approach in LTE Networks with Measurements and Decision Tree Algorithms (Case Study City of Quito)

Resumen: Este trabajo analiza el proceso de handover en redes LTE (Long Term Evolution) en dos escenarios, detectando las características y el comportamiento de los parámetros RF (Radio Frequency) mediante modelos predictivos. Los dos escenarios recopilan datos de mediciones de los parámetros de RF, el primero en una zona urbana de la ciudad de Quito con la finalidad de analizar el comportamiento y establecer las características de una zona con handovers. El segundo escenario busca obtener un modelo predictivo de las zonas de handover fallidos; en este caso, se realizan recorridos en una zona rural de la ciudad de Quito y se analiza la falla de handovers con fallas en llamadas VoIP, ya que en este servicio es más notable la pérdida de conexión en LTE. Para la recolección de datos se utilizan herramientas de monitoreo instaladas en teléfonos celulares y para el análisis de datos y la obtención del modelo de Machine Learning se emplean R y RStudio. Los datos recopilados fueron limpiados y transformados para obtener un DataSet único por cada escenario, luego se dividió en un set de entrenamiento y test. El set de entrenamiento fue procesado mediante la técnica de árboles de decisión, que permitió obtener un modelo gráfico del comportamiento de los parámetros RF que generan handovers o handovers fallidos según el escenario. Finalmente, con el set de test se evaluaron los modelos definiendo matrices de confusión y se calculó el accuracy respectivo, teniendo 96.34 % en el escenario 1 y 95.5 % en el escenario 2.

Abstract: This work analyzes the handover process in LTE (Long Term Evolution) networks in two scenarios, detecting the features and behavior of RF (Radio Frequency) parameters by means of predictive models. The two scenarios collect measurement data of RF parameters, the first one in an urban area of Quito city, in order to analyze the behavior and establish the features of an area with handovers. The second scenario seeks to obtain a predictive model of the failed handover zones; in this case, we make tours in a rural area of Quito city and analyze the failure of handovers with failures in VoIP calls, since in this service the loss of connection in LTE is more noticeable. For data collection, monitoring tools installed in cell phones are used and for data analysis and obtaining the Machine Learning model, R and RStudio are used. The collected data were cleaned and transformed to obtain unique DataSet for each scenario, then divided into a training and test set. The training set was processed using the decision tree technique, which allowed obtaining a graphical model of the behavior of the RF parameters that generate handovers or failed handovers, according to the scenario. Finally, the models were evaluated with the test set by defining confusion matrices and calculating the respective accuracy, with 96.34 % in scenario 1 and 95.5 % in scenario 2.

VARVO: a Novel Method for the Fast Detection of Vehicle Crash Events from Video Only Data

Abstract: Around 1,35 million people worldwide die each year because of traffic incidents, and it is estimated that another 50 million suffers serious injuries. This picture is particularly dramatic in the Andean Region where the death toll due to traffic accidents is as high as 127 deaths per million inhabitants. In recent years the deployment of the so-called Intelligent Transport Systems (ITS) across several developed countries has helped to reduce the number of deaths due to traffic accidents. An integral part of an ITS is the automatic detection of traffic incidents from video and sensor data. However, the scarcity of curated datasets, especially those that contained a reasonable number of positive instances of traffic incidents is hampering the development of artificial intelligence applications for the domain of traffic research. Given this scenario, we pursued answering the following research question: is it possible to detect car crashes through supervised machine learning based on the estimated speeds of cars from video only-data? Here we present VARVO, a novel algorithm for the detection of traffic incidents that does not rely on sensors for cars speed detection. VARVO performs a supervised classification task based on the sequential use of convolutional network-based object detection and bi-directional tracking. We also describe how the models implemented in VARVO improved their classification accuracy by applying an oversampling algorithm to deal with class imbalance. We believe that the deployment of VARVO could be linked to static traffic video cameras and could be part of the Intelligent Transport Systems foundations in other Andean countries.

Resumen: Alrededor de 1,35 millones de personas a nivel mundial mueren anualmente por incidentes de tráfico y se estima que 50 millones sufren lesiones graves. Este panorama es particularmente dramático en la Región Andina donde el número de muertes por accidentes de tránsito asciende a 127 muertes por millón de habitantes. Recientemente, el despliegue de Sistemas Inteligentes de Transporte (SITs) en países desarrollados ha ayudado a reducir la mortalidad por accidentes de tránsito. Una parte integral de un SIT es la detección automática de incidentes de tráfico a partir de datos de video y sensores. Sin embargo, la escasez de conjuntos de datos, especialmente de casos positivos de incidentes de tráfico, obstaculizan el desarrollo de aplicaciones de inteligencia artificial para el dominio de la investigación del tráfico. En este contexto, presentamos la siguiente pregunta de investigación: ¿Es posible detectar colisiones de automóviles mediante aprendizaje automático supervisado, basado en la velocidad estimada de los autos a partir de datos de video? Como resultado presentamos VARVO, un algoritmo para la detección de incidentes de tráfico que no depende de sensores para la detección de la velocidad de los automóviles, el cual realiza una clasificación supervisada usando la detección de objetos basada en red convolucional y seguimiento bidireccional. También se describe cómo los modelos implementados en VARVO pueden mejorar su precisión de clasificación aplicando un algoritmo de sobremuestreo para clases desequilibradas. Creemos que el despliegue de VARVO podría vincularse a cámaras de video estáticas de tráfico y ser parte de los SITs en la Región Andina.

Detecting Atypical Behaviors of Taxpayers with Risk of Non-Payment in Tax Administration, A Data Mining Framework

Abstract: One of the primary processes in tax administration is debt collection management. The objective of this process, among others, is to recover economic resources that have been declared by taxpayers. Due to limitations in tax administration such as staffing, tools, time, and others, tax administrations seek to recover debts in the early stages of control where collection costs are lower than in subsequent stages. To optimize the debt collection management process and contribute to decision-making, this study proposes a deep learning-based framework to detect atypical behaviors of taxpayers with a high probability of non-payment. Normal and atypical behavior groups were also analyzed to identify interesting events using association rules.

Resumen: Uno de los principales procesos en la administración tributarias es la gestión de cobranza. El objetivo de este proceso, entre otros, es la recuperación de los recursos económicos que han sido declarados por los contribuyentes. Debido a las limitaciones de las administraciones tributarias, tales como: personal, herramientas, tiempo, etc., las administraciones tributarias buscan la recuperación de las deudas en las etapas tempranas de control, donde el costo de recaudación es menor que en las etapas posteriores. Para optimizar el proceso de gestión de cobranza y contribuir a la toma de decisiones, este trabajo propone un marco de trabajo basado en aprendizaje profundo para detectar comportamientos atípicos de contribuyentes con alta probabilidad de no pago. Grupos de comportamiento normal y atípico fueron también analizados para encontrar eventos de interés usando reglas de asociación.

Strength of Concrete Using Partial Addition of Residual Wood Ash with Respect to Cement

Abstract: Wood ash is a residue from the artisanal brick burning process that is produced in the poorest areas of Peru. It is a major problem because there is no management of this type of solid waste and it contaminates large sectors of the population. In this sense, it is important to use sustainable natural elements such as wood ashes that can contribute to the performance of concrete. For this reason, the objective of this research was to evaluate the influence of the incorporation of wood ash on the mechanical properties of concrete, with incorporations of 8%, 12% and 16%, as a function of the weight of cement, for which cylindrical specimens and beams were prepared. The results with respect to slump and unit weight were considerably reduced below their standard samples, unlike the temperature, which had increases that ranged between 3°C. On the other hand, the combined mixture of 8% wood ash resulted in the highest compressive strength, reaching 308,73 kg/cm2 which represents an increase of 9,04% with respect to the standard sample, while the flexural strength was 45,32 kg/cm2 representing an increase of 5,96% with reference to the standard sample. It is concluded that the addition of wood ash significantly improves the mechanical properties of concrete with an optimum dosage of 8%, the result contributes to make it technically feasible as an addition in the elaboration of sustainable concrete in civil construction.

Resumen: La ceniza de madera es un residuo del proceso de quema de ladrillos artesanales que se produce en las zonas más pobres del Perú. Constituye un gran problema debido a que no existe una gestión de esta clase de residuos sólidos y contamina grandes sectores de la población. En ese sentido, surge la importancia de emplear elementos naturales sostenibles como las cenizas de madera que puedan aportar en el rendimiento del concreto. Es por ello que, esta investigación tuvo por objetivo evaluar la influencia de la incorporación de ceniza de madera en las propiedades mecánicas del concreto, con incorporaciones de 8%, 12% y 16%, en función al peso del cemento, para lo cual se prepararon especímenes cilíndricos y viguetas. Los resultados respecto al asentamiento y peso unitario se redujeron considerablemente por debajo de sus muestras patrones, a diferencia de la temperatura que tuvo aumentos que oscilaron entre los 3°C. Por otro lado, la mezcla combinada de 8% de ceniza de madera resultó ser la mayor resistencia a la compresión, llegando a 308,73 kg/cm2 la cual representa un incremento del 9,04% con respecto a la muestra patrón, en tanto, la resistencia a la flexión fue 45,32 kg/cm2 representando un incremento del 5,96% respecto a la muestra patrón. Se concluye que la adición de ceniza de madera mejora significativamente las propiedades mecánicas del concreto con una dosis óptima de 8%, el resultado contribuye a que sea técnicamente viable como adición en la elaboración de concreto sustentable en la construcción civil.

Study of the Mechanical Characteristics of Bamboo Fibers for the Manufacture of Automotive Parts

Resumen: Los estudios de materiales compuestos juegan un papel importante en aplicaciones de ingeniería, metalurgia, mecánica y actualmente una alternativa en la fabricación de piezas automotrices. Las fibras naturales reforzadas con polímeros presentan ciertos beneficios como bajo costo, bajo peso, son renovables y son fáciles de procesar. El objetivo de este trabajo es caracterizar el material compuesto con polímeros reforzados con fibras de bambú, para su aplicación en la fabricación de piezas automotrices. Para los ensayos se fabricó probetas de material compuesto de fibra de bambú en proporciones del 75% y 60% con resina epóxica en proporciones de 25 % y 40% dispuestas en 2 y 3 capas. Los resultados en proporción fibra de bambú (75%) - resina epóxica (25%) mostraron un mejor comportamiento mecánico a flexión en un 7,7 % respecto a otras fibras naturales como fibra natural larga de cabuya con fibra de vidrio, lo que se traduce en un aumento de rigidez de los materiales caracterizados, corroborando así, que es un potencial refuerzo de material híbrido alternativo para aplicaciones automotrices. Los resultados de los esfuerzos de tracción fueron validados mediante el método de elementos finitos FEM.

Abstract: The studies of composite materials play an important role in engineering, metallurgy, mechanical applications and currently an alternative in the manufacture of automotive parts. Natural fibers reinforced with polymers have certain benefits such as low cost, low weight, are renewable and are easy to process. The objective of this research was to characterize the composite material with polymers reinforced with bamboo fibers, for its application in the manufacture of automotive parts. For the tests, specimens were made of bamboo fiber composite material in proportions of 75% and 60% with epoxy resin in proportions of 25% and 40% arranged in 2 and 3 layers. The results in the proportion of bamboo fiber (75%) - epoxy resin (25%) showed a better mechanical bending behavior by 7.7% compared to other natural fibers such as natural long cabuya fiber with fiberglass, which translates into an increase in stiffness of the characterized materials, thus corroborating that it is a potential reinforcement of alternative hybrid material for automotive applications. The tensile stress results were validated using the FEM finite element method.

Influence of Storage Conditions on Reid Vapor Pressure, Gum Formation and Octane Number Research of Gasoline

Resumen: La gasolina está compuesta por hidrocarburos líquidos volátiles e inflamables que se obtienen en el proceso de refinación del petróleo. Cada país determina la calidad apropiada se sus combustibles, lo que depende de las variaciones del clima entre otras consideraciones. El tiempo y la temperatura de almacenamiento afectan negativamente la calidad de la gasolina. Con este estudio se establecieron las condiciones de almacenamiento óptimas para contramuestras y determinar el tiempo máximo que la gasolina puede permanecer en un automotor sin ser utilizada o en un tanque de almacenamiento de una gasolinera con baja rotación del producto, sin que esto genere problemas en el funcionamiento de los motores de encendido por chispa. Se estudió la influencia de las condiciones de almacenamiento en la Presión de Vapor Reid (PVR), formación de gomas y el Número de Octano Research (RON) en la gasolina por un período de 160 días con análisis cada 40 días en muestras de gasolina de 92 y 85 RON. Además, se analizó la concentración de compuestos olefínicos, aromáticos y saturados en todas las condiciones de experimentación. Estas muestras fueron sometidas a cuatro condiciones de almacenamiento: muestras destapadas a 18 y -14 °C y muestras tapadas a 18 y -14 °C. Los parámetros físicos-químicos de la gasolina se conservan dentro de los valores establecidos por la norma ecuatoriana, cuando el almacenamiento de las muestras es en recipientes cerrados a - 14 °C por un periodo de tiempo menor a 80 días.

Abstract: Gasoline is composed of volatile and flammable liquid hydrocarbons obtained in oil refining process. Each country determines the appropriate quality of its fuels, which depends on climate variations, among other considerations. Storage time and temperature have a negative effect on the quality of gasoline. This study seeks the best storage conditions for counter samples and to determine the maximum time that gasoline can remain in a car without being used or in a storage tank of a gas station with low turnover of the product, for gasoline quality requirements in the operation of spark ignition engines. The influence of storage conditions on the Reid Vapor Pressure (RVP), formation of gums and the Research Octane Number (RON) in gasoline was studied for a period of 160 days with analysis every 40 day in gasoline samples of 92 and 85 RON. In addition, the concentration of olefinic, aromatic and saturated compounds were analyzed in all the experimental conditions. These samples were treated in four storage conditions: uncapped samples at 18 and -14 °C and capped samples at 18 and -14 °C. When the samples were stored in closed containers at -14 °C for a period of less than 80 days, the physical-chemical parameters of gasoline were within the acceptable ranges by the Ecuadorian standard.

Influence of the Properties of a Glass Fiber Reinforced Polymer Deck on the Dynamic Response of a Road Bridge

Abstract: The use of multicellular Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) deck panels in the rehabilitation and construction of bridges has increased over the last 30 years due to several benefits, such as: low maintenance cost, fast installation, corrosion resistance, and high strength-to-weight ratio. Due to the orthotropic nature of GFRP decks and their complex cross-section geometry, expensive computational problems may be obtained when bridges that include these elements are analyzed under traffic loads. Therefore, this paper studies the dynamic response of a GFRP-steel road bridge modelling the multicellular GFRP deck as an orthotropic plate. For this purpose, a finite element model of the hybrid structure is developed, and a sensitivity analysis is carried out to investigate the influence of the mechanical properties of the orthotropic element on the bridge behavior. The roughness of the pavement, the degree of composite action between the deck and the stringers, the multibody dynamic model of a truck, and the vehicle-bridge interaction phenomenon are included in the analyses. Results indicate that the most relevant properties of the orthotropic plate on the response of the structure are the modulus of elasticity in the longitudinal direction, the modulus of elasticity in the transverse direction, and the shear modulus. Also, achieving a full composite action and avoiding deterioration of road are identified as key aspects to reduce the vibration levels on the hybrid bridge.

Resumen: El uso de tableros multicelulares de Polímero Reforzado con Fibra de Vidrio (GFRP por sus siglas en inglés) en la rehabilitación y construcción de puentes ha aumentado en los últimos 30 años por varios motivos, como: el bajo costo de mantenimiento, rápida instalación, resistencia a la corrosión, y alta relación resistencia-peso. Debido a la naturaleza ortotrópa de los tableros de GFRP y la compleja geometría de su sección transversal, el análisis dinámico de puentes que incluyan este tipo de elementos puede representar un problema computacional costoso. Por lo tanto, este artículo estudia la respuesta dinámica de un puente carretero de GFRP-acero cuando se modela el tablero multicelular de GFRP como una placa ortótropa. Para ello, se desarrolla un modelo de elementos finitos del puente híbrido, y se realiza un análisis de sensibilidad para investigar la influencia de las propiedades mecánicas del elemento ortótropo en el comportamiento del puente. La rugosidad del pavimento, el grado de acción compuesta entre el tablero y los largueros, el modelo dinámico multicuerpo de un camión, y la interacción vehículo-puente se tienen en cuenta en el análisis. Los resultados indican que las propiedades más relevantes de la placa ortótropa en la respuesta de la estructura son el módulo de elasticidad en la dirección longitudinal, el módulo de elasticidad en la dirección transversal, y el módulo de cortante. De igual manera, se determina que lograr una acción compuesta total y evitar el deterioro de la vía son aspectos importantes para reducir la respuesta del puente híbrido.

Web User Interface Design of a Visual Editor for Cloud Infrastructure Modeling

Abstract: Cloud computing has evolved the way IT technicians manage infrastructure resources to support software applications. Leasing equipment and services from cloud infrastructure providers, such as AmazonWeb Services, Microsoft Azure, etc., has replaced the traditional strategy of locally installing expensive equipment. Nowadays, IT technicians model the infrastructure they need by writing scripts, then running these scripts in the provider web platform. However, writing scripts becomes a complex task that involves interacting with the Command Line Interface and knowing the commands each provider imposes. In this context, replacing textual with visual interaction becomes a need. The purpose is to fesign the user interface (UI) of a visual web editor to model the cloud infrastructure resources. The User-Centered Design (UCD) methodology was applied to design the UI. As part of DCU, a study of the UIs of diagramming online tools was conducted to identify UI design patterns; those that expert designers use when designing visual editors.The results show that a set of 11 UI patterns for designing visual editor UIs was defined. In addition, a pattern language was built considering the relationships between patterns. By using the pattern language, the visual editor UI design was composed. As conclusions, the pattern language provided a logical way to compose the visual editor UI. In this sense, the proposed UI together with the pattern language can become a reference point for designing UIs in this domain. In future work, the effectiveness of the UI in reducing the complexity of defining the cloud infrastructure will be evaluated with user tests.

Resumen: La computación en la nube ha evolucionado la forma en que los técnicos de TI administran los recursos de infraestructura para respaldar las aplicaciones de software. El alquiler de equipos y servicios de proveedores de infraestructura en la nube, como Amazon Web Services, Microsoft Azure, etc., ha reemplazado la estrategia tradicional de instalar localmente equipos costosos. Hoy en día, los técnicos de TI modelan la infraestructura que necesitan escribiendo scripts y luego ejecutándolos en la plataforma del proveedor. Sin embargo, escribir scripts se convierte en una tarea compleja que implica interactuar con la Interfaz de Línea de Comandos y conocer los comandos que impone cada proveedor. En este contexto, la sustitución de la interacción textual por la visual se convierte en una necesidad. El objetivo de este trabajo es diseñar la interfaz de usuario (UI) de un editor web visual para modelar los recursos de la infraestructura de la nube. Para el diseño de la UI se aplicó la metodología de Diseño Centrado en el Usuario (UCD). Como parte de DCU, se llevó a cabo un estudio de las UI de herramientas en línea de diagramación para identificar patrones de diseño de UI; los que usan los diseñadores expertos al diseñar editores visuales. Los resultados demuestran que se definió un conjunto de 11 patrones de interfaz de usuario para diseñar interfaces de usuario de editores visuales. Además, se construyó un lenguaje de patrones considerando las relaciones entre patrones. Mediante el uso del lenguaje de patrones, se compuso el diseño de la interfaz de usuario del editor visual. A manera de conclusiones, el lenguaje de patrones proporcionó una forma lógica de componer la interfaz de usuario del editor visual. En este sentido, la IU propuesta junto con el lenguaje de patrones puede convertirse en un punto de referencia para el diseño de IU en este dominio. En trabajos futuros, la eficacia de la interfaz de usuario, para reducir la complejidad de definir la infraestructura en la nube, se evaluará con pruebas de usuario.

Seismic Vulnerability Index Method Using the Geographic Information System, An Application on an Urban Scale

Resumen: El Perú, dado que está establecido dentro del Anillo de Fuego del Pacífico es considerado un país con una frecuencia alta de sismos. Diversos estudios indican que frente a las costas se presenta acoplamiento sísmico. Esto sumado a la escasez de medios económicos para contratar asesoría profesional al diseñar y construir la edificación, genera la inadecuada utilización de normas técnicas de edificaciones. El presente estudio tuvo como objetivo estimar niveles de vulnerabilidad sísmica para construcciones existentes de zona sur-este dentro del distrito de Lambayeque, situado en el norte costero peruano. Para lograrlo, se recurrió al método italiano del índice de vulnerabilidad, por lo que se evaluó 3 054 edificaciones pertenecientes a 4 tipologías: (1) construcciones de adobe, (2) albañilería no confinada, (3) albañilería confinada y (4) concreto armado. De las edificaciones analizadas, el 15,62% tiene un nivel de vulnerabilidad bajo, el 62,25% tiene un nivel de vulnerabilidad media, el 22,13% presenta una vulnerabilidad alta. Además, se realizó un mapa temático con el Sistema de Información Geográfica y se expresa su vulnerabilidad sísmica por niveles cuya identificación se realiza mediante escala de colores. Como complemento, se elaboró un Estudio de Mecánica de Suelos y se obtuvieron capacidades de carga admisible del suelo de entre 0,64 kg/cm2 y 1,00 kg/cm2.

Abstract: Peru, since it is established within the Pacific Ring of Fire, is considered a country with a high frequency of earthquakes. Various studies indicate that seismic coupling occurs off the coast. This, added to the scarcity of economic means to hire professional advice when designing and constructing the building, generates the inappropriate use of technical building standards. The objective of this study was to estimate levels of seismic vulnerability for existing constructions in the south-east area within the district of Lambayeque, located in the northern Peruvian coast. To achieve this, the Italian method of the vulnerability index was used, evaluating 3,054 buildings belonging to 4 types: (1) adobe buildings, (2) unconfined masonry, (3) confined masonry, and (4) reinforced concrete. Of the buildings analyzed, 15.62% has a low vulnerability level, 62.25% has a medium vulnerability level, and 22.13% presents a high vulnerability. In addition, a thematic map was made with the Geographic Information System, what expresses its seismic vulnerability by levels whose identification is made through a color scale. As a complement, a Soil Mechanics Study was prepared, obtaining allowable load capacities of the soil between 0.64 kg/cm2 and 1.00 kg/cm2.