Presentación Tesis Master
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- 1. Diseño e Implementación de un Laboratorio Virtual de Control de Riegos Carlos Gustavo Mendoza Garófalo Dirigido por: Jaime Ramírez - Mariano Rico Máster Universitario en Software y Sistemas Julio, 2012
- 2. Resumen • Introducción • Estado del Arte • Planteamiento del Problema • Solución Adoptada – Descripción de la Arquitectura – Modelos 3D realizados – Modelado de las acciones reales – Diseño de objetos activos • Conclusiones Máster Universitario en Software y Sistemas 2
- 3. Introducción Máster Universitario en Software y Sistemas 3
- 4. Introducción (cont.) Máster Universitario en Software y Sistemas 4
- 5. Introducción (cont.) Objetivo Evaluar los conocimientos adquiridos por el alumno, así como las decisiones que éste toma para cultivar su parcela, simulando el crecimiento de un cultivo de maíz. Definir Entender • Las necesidades • La metodología hídricas del • Una básica a seguir • Las relaciones cultivo programación existentes entre de riego todos los elementos Determinar Comprender Máster Universitario en Software y Sistemas 5
- 6. Estado del Arte Máster Universitario en Software y Sistemas 6
- 7. Mundos Virtuales • “Una red síncrona y persistente de personas, representadas como avatares, facilitadas por equipos en red” (Mark. W. Bell) Mundos Virtuales Inmersivos No Inmersivos Máster Universitario en Software y Sistemas 7
- 8. OpenSimulator • Sistema 3D de código abierto • Basado en SL • Desarrollado en C# • Multiusuario • Multiplataforma Máster Universitario en Software y Sistemas 8
- 9. OpenSimulator (cont.) • Dirigido por eventos • Utiliza funciones propias • Utiliza una aplicación cliente Máster Universitario en Software y Sistemas 9
- 10. OpenSimulator (cont.) Grid Database login User Server Inventory Grid Server Asset Server Server Cliente (visor) Avatar Opensim 1 sim1_region BD .xml OpenSim 1 Máster Universitario en Software y Sistemas 10
- 11. Planteamiento del Problema Máster Universitario en Software y Sistemas 11
- 12. Características de un cultivo de Zea Mays Tipo de suelo Marco de siembra Máster Universitario en Software y Sistemas 12
- 13. Características de un cultivo de Zea Mays (cont.) Máster Universitario en Software y Sistemas 13
- 14. Características de un cultivo de Zea Mays (cont.) Modelo exterior de la Modelo interior de la mazorca mazorca Máster Universitario en Software y Sistemas 14
- 15. Características de un cultivo de Zea Mays (cont.) Vista lejana del pívot Vista cercana del pívot Máster Universitario en Software y Sistemas 15
- 16. Justificación de la Solución Virtual • Ciclo fenológico dura más tiempo Tiempo que el periodo lectivo • Se necesita un área de trabajo Espacio grande • Se requiere el uso de materiales Coste costosos Máster Universitario en Software y Sistemas 16
- 17. Requisitos: Esquema del Laboratorio • Estación Meteorológica • 10 parcelas • Caseta • Torre + pívot • Sector de cultivo Máster Universitario en Software y Sistemas 18
- 18. Requisitos: Vel. De Práctica y Ciclo Fenológico • Velocidad de práctica ajustable • Mostrar gráficamente evolución de la planta • Botón de comienzo y final de práctica Máster Universitario en Software y Sistemas 19
- 19. Requisitos: Programación de Riego • El alumno debe ser capaz de programar el riego del cultivo • Los datos meteorológicos se deben mostrar al alumno • Se podrá realizar una programación hasta un máximo de 5 días Máster Universitario en Software y Sistemas 20
- 20. Requisitos: Cambios en el cultivo de riego • Estado de marchitez de la planta “Mantener un nivel de humedad del suelo inferior a 100 mm durante un periodo de cuatro días consecutivos ” “Alcanzar un nivel de humedad superior a la humedad crítica (Hcritica = 100 mm) durante dos días consecutivos” Máster Universitario en Software y Sistemas 21
- 21. Requisitos: Rep. Gráfica y Evaluación Máster Universitario en Software y Sistemas 22
- 22. Simplificaciones adoptadas en la solución virtual • Parcela • Suelo – Color – Humedad • Clima • Modelo 3D de la planta – Raíces – Fases – Estado de marchitez Máster Universitario en Software y Sistemas 23
- 23. Solución Planteada Máster Universitario en Software y Sistemas 24
- 24. Descripción de la Arquitectura Cliente OpenSim 1 Servidor de Alumno Plataforma Imágenes Internet OpenSim Región Riegos Cliente BD OpenSim 2 OpenSim Profesor Máster Universitario en Software y Sistemas 25
- 25. Modelo de Dominio: Diagrama Conceptual Máster Universitario en Software y Sistemas 26
- 26. Vídeo Máster Universitario en Software y Sistemas 27
- 27. Conclusiones Máster Universitario en Software y Sistemas 28
- 28. •Gráficas de evolución de cultivo y datos meteorológicos •Cálculo de Tiempo de Relación Avance/Parada para programación de riego •La interoperabilidad entre objetos del laboratorio •Cambio de factor de tiempo o velocidad de ejecución de la práctica Máster Universitario en Software y Sistemas 29
- 29. Limitaciones • Número de plantas por sembrío – Solución: Trampantojo • Radio de sembrío por parcela – Solución: Carretilla • Múltiples escrituras simultáneas sobre distintos notecards – Solución: Pausas (sleeps) de dos segundos/parcela Máster Universitario en Software y Sistemas 30
- 30. Trabajo Futuro Máster Universitario en Software y Sistemas 31
- 31. Ampliación a otros tipos de cultivo • Condiciones (hídricas, suelo) distintas, permitiendo al alumno identificar diferencias entre cultivos Creación de incidencias aleatorias • Que se puedan dar en la vida real Integración con Moodle • Uso de plug-ins para complementar la integración de los laboratorios virtuales con la materia Restricción de agua para los alumnos • Aumentar complejidad de la práctica, otorgando a cada alumno una cantidad limitada de agua Máster Universitario en Software y Sistemas 32
Notas do Editor
- El término Virtual significa NO REAL, es decir, se distingue lo meramente conceptual de lo físicamente realLa mayoría de los mundos virtuales existentes en la actualidad contienen nociones de regiones (terreno); avatares que representan usuarios que pueden caminar, volar, hablar o tener una conversación con otro avatar; y objetos que los avatares pueden utilizar para construir, conservar en su inventario, intercambiar o incluso comprar.
- fundado en 2007Está escrito en C# y por lo tanto se ejecuta en sistemas operativos Windows sobre el .NET Framework de Microsoft, y sobre el framework Mono para sistemas operativos Linux Se encuentra en versión alfa (0,7)
- un grupo de 10 parcelas, de tal manera que cada parcela se asignará a un alumno y así no pueda interferir en la práctica de otro
- Vel. De práctica: la práctica se puede realizar a la misma velocidad que se realiza en la vida real o más rápida para acelerar el proceso
- La rel a/p debeserdeterminadapor el alumnobasándose en los datosmeteorológicosparalasfechas en querealizará la programación
- El estado demarchitezseráel resultado de una aplicación insuficiente de agua en el riego por parte del alumno durante la práctica.Asimismo, el alumno tendrá la posibilidad de volver al estado ideal del cultivoSi el alumno no cumple esta condición, la planta llegará a un estado de marchitez irreversible, aunque a efectos de la práctica, el alumno podrá continuar con la irrigación del cultivo a pesar de que su planificación de riego haya sido errada
- H suelo: Muestra la variación del factor de humedad del suelo desde el día en que empieza la práctica hasta que finaliza. Primer día HmaxEtc: Evapotranspiracón de cultivoE agua: Muestra la variación del exceso de agua en el suelo desde el día en que empieza la práctica hasta que finaliza. Toma como base la Hmax
- Clima. A efectos de la práctica se simulará el cambio de clima mediante unas texturas que se colocarán en el cielo para denotar cuatro diferentes tipos de climaModelo 3D de la planta. - Raíces: Dada la limitación en cuanto al modelado del suelo, no se han creado modelos para las raíces de las plantas. Fases. A efectos de la práctica se consideraron 4 fases. A partir de estas fases se definió un estado inicial y un estado final para cada una de ellas.Estado de marchitez: Cambio de color de las 5 primeras hojas de la planta (entendiendo como tal las 5 hojas inferiores). Pérdida de la curvatura de la hoja, simulando un estado de marchitez provocado por el estrés hídrico
- Un servidor central ejecuta la plataforma de OpenSim. Esta plataforma, a su vez, se conecta con una base de datos que almacena la información del contenido de la región y un fichero de configuración que contiene los datos de coordenadas y dirección ip de la región de riegos. Para generar las gráficas de humedad y exceso de agua, la plataforma se encuentra conectada con un servidor web donde se encuentra un que genera las imágenes. Tanto los alumnos como el profesor se conectan a la plataforma por medio de un cliente, en este caso el cliente de SecondLife, y lo hacen a través de internet
- El alumno es asignado a un área de práctica, conformada por una caseta, una parcela, un pívot y una carretilla. En la caseta se encuentran un programador de riego y un displayde los datos meteorológicos y del cultivo. Para empezar la práctica, el alumno debe sembrar el maíz utilizando un botón que se encuentra en la caseta. El alumno puede observar los datos meteorológicos los siguientes cinco días y basarse en ellos para planificar el riego. Cuando el programador de riego se activa debido a un riego ya programado, pone en marcha el pívot para que empiece a regar sobre la parcela.
- La idea inicial para este laboratorio era colocar plantas sobre toda la región de siembra, pero al llegar a un número elevado de plantas, se pudo notar una disminución cuantiosa en el desempeño de la plataforma Al aplicar la función que genera las plantas sobre el área de siembra se pudo detectar que el radio máximo permitido por esta función era menor a la distancia que encontraba entre la caseta y el área de sembrío.Esto fue detectado al realizar las pruebas al mismo tiempo sobre todas las parcelas, y el caso particular se dio cuando se actualizaban los datos de riego en todas las parcelas. El problema consistió en que al momento de actualizarse los datos de riegos en todas las parcelas al mismo tiempo, se producía un fallo general de la plataforma.
- Este objeto comprende el invernaderoSimula 4 tipos de cielo: soleado, parcialmente nublado, nublado y tormentoso
- Este objeto comprende el invernaderoSimula 4 tipos de cielo: soleado, parcialmente nublado, nublado y tormentoso
- Representaciones realistas de los distintos estados del maíz desde el inicio del crecimiento hasta su cosecha (incluidas la flor y la mazorca). Cada fase, a excepción de la primera y la última, tiene dos estados para diferenciar a una planta que ha sido bien regada de otra que no lo ha sido.
- A partir de la fase 5 se podrá notar la flor sobre la planta, y en las fases 7 y 8 se mostrará la mazorca
- Este objeto se encargará de sembrar la plantación sobre la parcela que le corresponda y también servirá para que el profesor pueda dar por finalizada la práctica de un alumno cuando lo considere oportuno
- contiene los modelos de las plantas en todas sus fases. El alumno no tiene necesidad de interactuar con ella. La idea de colocar los modelos de plantas en la carreta y no directamente en el programador de sembrío se dio, porque la distancia que había del programador de sembrío (que se encuentra en la caseta) al área de sembrío sobrepasaba la máxima posible por la función que crea la planta a partir del inventario de plantas que contiene este objeto
- Son primsque tienen en el plano frontal una textura que simula una plantación de maíz vista en perspectiva. Esta textura cambia de acuerdo al clima, al estado de crecimiento del maíz y si se está regando, depende de la distancia a la que se encuentre el pívot durante el riego
- Permite al alumno tener un punto de vista elevado de todos los cultivosDentro de esta caseta se encontrará el control de siembra, el programador de riego y las gráficas de Humedad de Suelo y Exceso de Agua.
- permite al alumno observar el factor de humedad del suelo durante el periodo de siembra.
- permite al alumno observar el exceso de agua en el suelo durante el periodo de siembra
- Esta tabla muestra la previsión de datos meteorológicos y otros datos de interés para el alumno relativos al cultivo, para una fecha determinada . El alumno tiene la posibilidad de ver estos datos con un margen de ± 5 días contados desde la fecha actual de la práctica.
- Será controlado por el programador de riego. Consta de una torre que en la parte superior tiene una luz indicadora que se encenderá cuando el pívot esté activo. La barra horizontal del pívot contiene 18 aspersores para dar el efecto de irrigación. Este objeto se desplazará a lo largo de la parcela durante el riego, deteniéndose cada 10 metros. El tiempo que se encontrará detenido lo fijará la variable de Tiempo relación avance/parada. Por lo tanto, cuanto mayor sea la relación avance/parada, la mayor cantidad de agua recibirá el cultivo durante un riego.
- Para el funcionamiento de los aspersores se utilizó un sistema de partículas, que se encuentra en las librerías de OpenSim y que permitió dar una ilusión de agua regando sobre el sembrío
- Las acciones que realiza el alumno empiezan desde el momento en que siembra el maíz en la parcela, asignada previamente por el profesor. A partir de entonces el alumno debe observar las gráficas de riego junto con los datos meteorológicos y los datos del cultivo, y basarse en ellos para realizar los cálculos que necesitará para la programación del riego. Este proceso lo realizará durante todas las fases del sembrío hasta que la planta llegue a su fase final, que será cuando el estudiante pueda cosechar la siembra.