Aplicación para Dispositivos Móviles de Alerta Temprana en Zonas de Foto Multa
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(2) APLICACIÓN PARA DISPOSITIVOS MOVILES DE ALERTA TEMPRANA EN ZONAS DE FOTO MULTA. JUAN GABRIEL BELTRÁN VARGAS. Director del proyecto Ing. Esperanza Camargo Casallas. Trabajo de grado para optar al título de profesional en Ingeniería en Telecomunicaciones. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C. 2017 2.
(3) ÍNDICE DE CONTENIDO. RESUMEN ............................................................................................................................. 5 1.. 2.. 3.. INTRODUCCION .......................................................................................................... 6 1.1.. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 7. 1.2.. JUSTIFICACION .................................................................................................. 10. 1.3.. OBJETIVOS .......................................................................................................... 12. 1.3.1.. Objetivo general. ....................................................................................................... 12. 1.3.2.. Objetivos específicos................................................................................................. 12. MARCO DE REFERENCIA ........................................................................................ 13 2.1.. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................... 13. 2.2.. MARCO TEORICO .............................................................................................. 16. 2.2.1.. Sistema operativo. ..................................................................................................... 16. 2.2.2.. Aplicación Móvil....................................................................................................... 16. 2.2.3.. Tipos de aplicación móvil. ........................................................................................ 17. 2.2.4.. Las aplicaciones de Android. .................................................................................... 19. 2.2.5.. Mapas. ....................................................................................................................... 22. 2.2.6.. Sistema de posicionamiento global GPS ................................................................... 24. 2.2.7.. FireBase para Android: Base de Datos en Tiempo Real ........................................... 25. 2.2.8.. Bases de datos NoSQL .............................................................................................. 27. 2.2.9.. JSON ......................................................................................................................... 30. METODOLOGÍA PROPUESTA ................................................................................. 31 3.1.. Análisis. ................................................................................................................. 31. 3.1.1.. Requerimientos.......................................................................................................... 31. 3.1.2.. Requerimientos de entorno:....................................................................................... 32. 3.1.3.. Requerimientos de mundo – Interfaz gráfica. ........................................................... 33. 3.1.4.. Requisitos funcionales............................................................................................... 33. 3.2.. Diseño del sistema. ................................................................................................ 35 3.
(4) 4.. 3.2.1.. Arquitectura............................................................................................................... 35. 3.2.2.. Casos de uso. ............................................................................................................. 36. DESARROLLO. ........................................................................................................... 37 4.1.. Inicio de sesión. ..................................................................................................... 38. 4.2.. Permisos. ................................................................................................................ 42. 4.3.. Configuración del dispositivo – GPS..................................................................... 43. 4.3.1.. 4.4.. Cargar mapa – servicio Google Maps Geocoding API. ............................................ 44. Base de datos en Firebase. ..................................................................................... 46. 4.4.1.. Escribir en base de datos Firebase. ............................................................................ 49. 4.4.2.. Leer base de datos Firebase. ...................................................................................... 51. 4.5.. Funciones GPS en Android.................................................................................... 53. 4.6.. Interfaz gráfica. ...................................................................................................... 55. 4.7.. Comportamiento de las alertas. .............................................................................. 57. 4.8.. Generar rutas en mapa. .......................................................................................... 60. 4.9.. Información real de las zonas de fotomulta. .......................................................... 63. 5.. RESULTADOS. ............................................................................................................ 64. 6.. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 75. 7.. ANEXOS ....................................................................................................................... 76. 8.. 7.1.. Archivo JSON para configuración de FireBase correspondiente a la aplicación. . 76. 7.2.. Clase Marcadores. ................................................................................................. 77. 7.3.. Evento cambio de localización. ............................................................................. 78. 7.4.. Inicialización de objetos SoundPool ...................................................................... 79. 7.5.. Revisión de distancias en segundo plano para generación de alertas. ................... 79. 7.6.. Respuesta JSON a solicitud de ruta. ...................................................................... 81. 7.7.. Diagrama UML AlertApp ...................................................................................... 82. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 84 4.
(5) RESUMEN Como medida de prevención vial se ha desarrollado una aplicación para dispositivos móviles Android, la cual provee al usuario de información correspondiente a zonas de foto multa.. Integrando varias de las utilidades del catálogo de Google como lo son Google Maps, junto a Firebase, resulta un sistema capaz de generar alertas en relación a la velocidad y distancia a la que se encuentra el usuario de una zona de foto multa consultando una base de datos en la cual los usuarios pueden agregar información en tiempo real.. Dependiendo de la velocidad del vehículo en el cual se desplace un usuario, y la geolocalización del mismo, el sistema permite que el usuario pueda tomar con suficiente tiempo medidas correctivas logrando disminuir las contravenciones generadas en la malla vial y a su vez el riesgo de generar un accidente.. 5.
(6) 1. INTRODUCCION El exceso de velocidad sumado a la falta de respeto de las normas y señales de tránsito son las principales causas de accidentalidad y sanciones ocurridas en la malla vial. Por lo tanto se ha desarrollado una aplicación para dispositivos móviles con sistema operativo Android, con el fin de implementar un sistema que funcione como medida de prevención y permita disminuir los altos índices de accidentalidad y foto multas generadas. En la aplicación desarrollada “AlertApp” los usuarios pueden consultar y reportar zonas de foto multa que encuentren en sus recorridos, integrando los servicios de Google Maps, el sistema GPS de los dispositivos e implementando varias de las funciones disponibles del servicio web en la nube que ofrece Google, conocido como Firebase, en la cual se ha implementado una base de datos para la consulta y reporte de las zonas de foto multa en tiempo real, incluyendo los métodos para el registro de usuarios.. Dependiendo de la velocidad del vehículo en el cual se desplace un usuario, y la geolocalización del mismo se determina la distancia con respecto a la zona de foto multa más cercana y de ser pertinente se generan las alertas en el dispositivo móvil indicando al usuario que debe tomar medidas correctivas. Utilizando eficazmente los recursos disponibles, como las aplicaciones para teléfonos inteligentes, se puede ayudar a reducir la accidentalidad en las vías del país.. En el capítulo uno se describe el problema la justificación y los objetivos, en el capítulo dos se encuentran los marcos de referencia (estado del arte, marco teórico), el capítulo tres abarca la metodología planteada la cual se divide en las etapas de análisis, diseño, desarrollo y pruebas de la aplicación. En el capítulo cuatro se describe en detalle los resultados del desarrollo de la aplicación y en el capítulo cinco se encuentran las conclusiones.. 6.
(7) 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En ciudades como Bogotá, por ejemplo, a Marzo del 2016 existen 800 dispositivos instalados para fotomultas y comparendos electrónicos según reporte del comandante de la Policía de Tránsito de Bogotá [1], sumado a ello, como se muestra en la figura 1, cada año aumenta el parque automotor a un ritmo sin precedentes. Solo en Bogotá se estima que para el año 2023 si continúa con la tasa de crecimiento anual de la última década circularan por la ciudad sumados a los ya existentes, alrededor de 1´300.000 vehículos aproximadamente. [2] [3]. Fig. 1. Crecimiento anual del parque automotor en Bogotá [3].. La falta de señalización, el desconocimiento de las mismas o simplemente la falta total de responsabilidad de todos los actores viales han repercutido en el aumento se la tasa de accidentalidad en todo el país. [4]. Es necesario garantizar que se cumpla a cabalidad y se respeten las normas de tránsito. Según información del SIMIT (Sistema Integrado de Información de Multas y Sanciones por infracciones de Tránsito) en el trascurso del año 2016, como se observa en la figura 2, aproximadamente el 59% de los comparendos impuestos en zona urbana corresponde a infracción de normas básicas de tránsito. [5]. 7.
(8) Fig. 2. Balance de la imposición de comparendos Ene-Jun 2016. [5]. Actualmente en las principales ciudades y carreteras del país se ha implementado en mayor o menor medida el sistema de foto comparendos, dicho sistema captura la imagen de la infracción, y esta es enviada a agentes de tránsito para validar si hubo o no alguna infracción. Este proceso presenta varias limitaciones principalmente a la hora de evaluar si se está cometiendo o no la infracción, es decir, no es un proceso autónomo. [6]. Adicionalmente se generan demoras en la notificación y reporte al usuario del vehículo lo cual resulta en posibles ambigüedades o líos judiciales [7], según sentencia T-051/16 de la corte constitucional se debe notificar al usuario del vehículo en un término no mayor a tres días.. En el año 2015 en todo el país se detectaron 1.626.482 infracciones medios electrónicos o foto comparendos, generando un aumento significativo de las infracciones detectadas con respecto al 2014 como se muestra en la figura 3. Los dueños de vehículos sorprendidos pagaron multas por 201.324 millones de pesos, y aún hay una cartera pendiente por cobrar de 309.050 millones. [8]. 8.
(9) Fig. 3. Aumento en la cantidad y valor de comparendos entre 2014 y 2015. [8]. Por lo tanto, se presenta la necesidad de generar un sistema de alerta temprana que reporte en tiempo real al usuario del vehículo las zonas de fotomulta en algún punto próximo de la malla vial, convirtiéndose así en una medida de prevención vial que permite disminuir el número de foto comparendos impuestos y a su vez reducir indirectamente la probabilidad de generar un accidente vial por el desconocimiento de las señales de tránsito en una determinada zona de la malla vial.. Para este fin se ha desarrollado una aplicación para dispositivos móviles integrando mapas y geolocalización, que reportara con suficiente tiempo al usuario, dependiendo de la velocidad del vehículo, que se aproxima a zonas de fotomulta para que tome medidas correctivas.. Como resultado del desarrollo de este sistema de alertas tempranas se espera que se generen iniciativas de desarrollo e implementación constante de tecnología para los sistemas de control de tráfico.. 9.
(10) 1.2. JUSTIFICACION Toda comunidad, gremio o institución se verá afectada directa o indirectamente de manera positiva por el desarrollo se sistemas inteligentes para el control de tráfico.. Un sistema automático que notifique eficazmente de las zonas de foto multa establecidas en un determinado punto de la malla vial se convierte en un medio disuasorio que permite reducir la posibilidad de incurrir en alguna contravención en zonas de foto multa y promueve una mejora continua en los programas de concientización, adaptación y respeto por las señales de tránsito en general.. Con el desarrollo de una aplicación para dispositivos móviles, se detectan y generan alarmas no sobre otros vehículos sino sobre zonas en la carretera donde existen zonas de foto multa, dependiendo de la velocidad a la que se desplace el vehículo e informa al usuario para que tome medidas correctivas. Logrando que se de paso a implementaciones que contribuyan a mejorar los niveles de seguridad de todos los usuarios.. Hay que tener en cuenta que el tamaño global de las Apps del 2013 fue de 26 mil millones US$ (creció 85% respecto al 2012), según los datos de ABI Research. [9] En cuanto a ingresos (revenue) del primer trimestre del 2014, las Apps de iOS (Apple) superar a las de Google Play, aunque con menos descargas. Las iOS de Apple suponen dos tercios de los ingresos de las apps para Smartphone y tablet.. Fig. 4. Descargas y ganancias por tienda de aplicaciones primer periodo del 2014. [9]. 10.
(11) Android fue capaz de crecer tan rápidamente porque está disponible en gran cantidad de dispositivos de todas las formas, tamaños, colores y precios, de diferentes fabricantes de hardware. Gran parte de la popularidad de Android también se debe al hecho de que es la aproximación de la experiencia del iPhone en dispositivos que no son de Apple. [10]. Fig. 5. Evolución del mercado de sistemas operativos móviles en los últimos años. [10]. Teniendo en cuenta esta información, la mejor opción para desarrollar la aplicación de alertas en carretera es Android, siendo el sistema operativo de dispositivos móviles más usado.. 11.
(12) 1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo general. . Desarrollar una aplicación para dispositivos móviles de alerta temprana de zonas de fotomulta.. 1.3.2. Objetivos específicos. . Diseñar y codificar una aplicación para dispositivos móviles Android.. . Integrar el API de mapas para geolocalización de las zonas de foto multa.. . Permitir que el usuario pueda enviar reportes sobre posibles zonas de foto multa para actualizar la base de datos.. 12.
(13) 5. RESULTADOS. El objetivo es verificar la aplicación en diferentes escenarios y condiciones simulando el escenario y emulando el dispositivo móvil, explorando todas las utilidades y funciones de la aplicación. En el desarrollo de AlertApp se ha utilizado la API de Google Maps para que junto a la posición suministrada por el GPS de los dispositivos móviles se generen alertas audibles en el momento de que entre o se acerque a una zona de foto comparendo. Todas las aplicaciones que utilicen, por ejemplo, “Google Maps Geocoding API” requieren autenticación con una clave de API. Incluir una clave permite controlar el uso de la API por parte de la aplicación en Google API Console, habilita límites de cuota basados en la clave en lugar de en la dirección IP y permite obtener datos del flujo de información sobre la aplicación.. Como se aprecia en la figura 40, se puede observar el tráfico generado por la aplicación AlertApp medido en solicitudes/segundo y los errores ocurridos en un lapso de 30 días.. Fig. 40. Información de solicitudes generadas por AlertApp para el uso del API de Google Maps.. 64.
(14) Las pruebas realizadas a la aplicación AlertApp se han realizado sobre dispositivos emulados y dispositivos reales. Inicialmente la aplicación se ha ejecutado desde el emulador integrado en el entorno de desarrollo de Android Studio llamado AVD Manager.. Fig. 41. Versiones de Android emulados para pruebas de AlertApp.. Como se aprecia en la figura 41, se han realizado pruebas sobre dispositivos emulados en 6 dispositivos y versiones de android diferentes abarcando desde la versión de 4.0 (IceCreamSandwich) hasta la versión 7.1.1 (Nougat).. Dispositivo. Resolución. Galaxy_Nexus_API_2 7220*1280: xhdpi 5 Nexus_API_24 1080*1920: 420 dpi Pixel_XL_API_23 1440*2560: 560 dpi. Versión Android. Login usuario Google. Login usuario Facebook. Solicitud de permisos. 7.1.1. ok. ok_web. ok. 7.0 6.0. ok ok. ok_web ok_web. ok ok. Nexus_S_API_19. 480*800: hdpi. 4.4. ok. ok_web. por defecto. Nexus_S_API_16 Nexus_S_API_15. 480*800: hdpi 480*800: hdpi. 4.1 4.0. ok ok. ok_web ok_web. por defecto por defecto. Tabla. 7. Sistemas en los que se ha ejecutado la aplicación.. 65.
(15) Dispositivo. Resolución. Galaxy_Nexus_API_25 7220*1280: xhdpi 1080*1920: 420 Nexus_API_24 dpi 1440*2560: 560 Pixel_XL_API_23 dpi Nexus_S_API_19 480*800: hdpi Nexus_S_API_16 480*800: hdpi Nexus_S_API_15 480*800: hdpi. Carga mapa. Carga Carga Funcional información información con giro de desde a Firebase pantalla Firebase. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok. ok ok ok. ok ok ok. ok ok ok. ok ok ok. Tabla. 8. Pruebas realizadas sobre diferentes dispositivos emulados.. En versiones de Android API 15 y 16 el emulador solicita actualizar la versión de Google Play Services.. Sobre los dispositivos emulados la aplicación funciona correctamente, para el caso de las versiones de Android API 25,24 y 23 se genera la solicitud para conceder el permiso de acceso a la información de ubicación por medio del sistema GPS del dispositivo, permiso que es considerado peligroso o que compromete la privacidad del usuario, desde versiones Android 6.0/ API 23 en adelante se deben solicitar e informar al usuario sobre la naturaleza del permiso y porque es necesaria su aprobación.. El caso de registro de usuario por medio de Facebook se tramita por medio del navegador web por defecto si no se tiene instalada la aplicación, como se aprecia en la figura 42 en el caso de los dispositivos emulados, también es posible realizar registro correctamente con una cuenta de Google asociada al dispositivo.. 66.
(16) Fig. 42. Login Facebook emulador.. En la figura 43 se puede observar la respuesta de un dispositivo con versión Android 25.0, preguntando si el usuario acepta conceder los permisos considerados peligrosos a la aplicación. En caso de que deniegue el acceso se solicitan cada vez que se abra la aplicación, pero en el caso de que elija denegar permisos y no volver a preguntar la única forma de conceder los permisos es desde la configuracion general del dispositivo.. Fig. 43. Solicitud de permiso para AlertApp en Android 7.1.1.. 67.
(17) En la figura 44 se puede observar los mensajes generados cuando la aplicación detecta que hay una zona de foto multa a menos de 20 metros y la velocidad de desplazamiento es menor a 20 Km/h, junto a la información correspondiente a la dirección, fecha y hora del reporte generado sobre una zona de foto multa.. Fig. 44. Funcionamiento en android 7.1.1 emulador.. Para el correcto funcionamiento de AlertApp en dispositivos móviles con sistema operativo android se requiere de la última versión disponible de Google Play Services versión 10.2.0 o superiores. Para las pruebas en campo se han establecido varias rutas en la ciudad de Bogotá con zonas de foto multa.. Dispositivo utilizado: Modelo: Ilium L100 Marca: Lanix Datos: Red 4G Operador móvil: Claro Sistema operativo: Android 5.1 Lollipop. 68.
(18) En las pruebas realizadas se observa que para cargar los mapas aumenta el consumo de datos según el nivel del zoom.. Zoom. Primer plano: mapa. Fondo: información mapa. Total. 1. 30,61 MB. 163 KB. 30,77 MB. 2. 30,62 MB. 164 KB 30,78 MB. 3. 32,94 MB. 243 KB. 33,18 MB. 4. 33,2 MB. 268 KB. 33,46 MB. 5. 33,37 MB. 384 KB. 33,75 MB. 6. 33,39 MB. 574 KB. 33,95 MB. 7. 33,43 MB. 725 KB. 34,14 MB. 8. 33,49 MB. 730 KB. 34,2 MB. Tabla. 9. Datos de consumo en manipulación de los mapas.. 34. Consumo en MB. 33,5 33 32,5 32 31,5 31 30,5 30 0. 2. 4. 6. 8. 10. Zoom mapa Grafica. 1. MB Mapa Vs Zomm.. 69.
(19) Por otra parte al aumentar el zoom sobre el mapa el consumo de datos para el mapa se mantiene estable mientras que el consumo de datos para mostrar la información detallada del lugar como restaurantes y estaciones de bus aumenta según el nivel del zoom.. KB Información mapa. KB Información mapa Vs Zoom 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0. 2. 4. 6. 8. 10. Zoom del mapa Grafica. 2. KB Información mapa Vs Zoom.. En la pruebas realizadas se ha observado que iniciar y cerrar sesión requiere de un consumo bajo de datos, como se muestra en la tabla 10.. Acción. Primer plano A (MB). Fondo Total A A (KB). Primer plano B (MB). Fondo Gasto Gasto Gasto Total B Primer plano Fondo A Total (MB) (KB) A (MB) (KB) (MB). Login Google incluyendo primer carga de mapa. 39,15. 746. 39,88. 39,22. 746. 40. 0,07. 0. 0,07. Login Facebook incluyendo primer carga de mapa. 39,8. 746. 40,01. 39,85. 759. 40,1. 0,05. 13. 0,08. Cerrar sesión. 39,15. 735. 39,86. 39,15. 739. 39,9. 0. 4. 0,01. Tabla. 10. Datos de consumo en inicio y cierre de sesión.. 70.
(20) La precisión de los datos de localización que provee el GPS de los dispositivos depende de múltiples factores como los climáticos, obstáculos como edificios o túneles, así como las conexiones activas a los satélites del sistema. Precisión GPS. Velocidad 11,23 37,26 48 50 34,27. Kmh Kmh Kmh Kmh Kmh. 9 8 6 6 5. m m m m m. 37,3 38,3 36,5 16,49 12,3 56. Kmh Kmh Kmh Kmh Kmh Kmh. 4 3 4 17 6 5. m m m m m m. 60 44,82 29,4 51,6 49,35. Kmh Kmh Kmh Kmh Kmh. 5 7 5 4 4. m m m m m. Tabla. 11. Relación entre velocidad de desplazamiento y precisión del GPS.. En la pruebas realizadas se observa que la decisión es bástate estable sin importar la velocidad a la que se desplace el usuario.. Relación velocidad - Precisión GPS Kilómetros por hora. 70 60 50 40 30 20 10 0 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. Precisión en metros Velocidad. Precisión. Grafica. 3. Relación entre velocidad de desplazamiento y precisión del GPS.. 71.
(21) En la consola API de Google provee la información sobre el consumo realzado por la aplicación en diferentes rangos de tiempo. Se puede observar que en los últimos siete días se han realizado 0.006 solicitudes por segundo, esta información corresponde a los usuarios activos, como se muestra en la figura 45.. Fig. 45. Informe de AlertApp del 19 al 3 de Marzo.. Aunque para el periodo de tiempo no se generaron errores, se encontró que una causa de error durante el desarrollo de AlertApp la cual consiste en realzar solicitudes sin incluir la clave asignada a la aplicación generando así solicitudes rechazadas. Una de las mayores ventajas al utilizar los servicios de Firebase, es la capacidad de conocer en tiempo real el comportamiento y los hábitos de uso de los usuarios con respecto a la aplicación.. Fig. 46. Reporte de usuarios autenticados en Firebase.. 72.
(22) Al realizar la autenticación en Firebase cada cuenta de Google y de Facebook cuenta como un usuario diferente, como se aprecia en la figura 46, además, a cada usuario se asigna un identificador único.. Fig. 47. Reporte de usuarios activos en Firebase.. En la figura 47 se aprecian los usuarios activos durante periodos de un día, siete días y treinta días, trazados en el tiempo. Los valores resumidos a la derecha muestran la cantidad de usuarios activos en el último día del periodo especificado.. Fig. 48. Porcentaje de usuarios que regresan todos los días.. 73.
(23) Mientras que en la figura 48 se puede observar el porcentaje de usuarios que regresan todos los días.. Del mismo modo, es posible conocer qué tipo de equipos y sistemas operativos utilizar los usuarios con mayor frecuencia para acceder a la aplicación, como se muestra en la figura 49.. Fig. 49. Porcentaje de equipos y sistemas operativos de los usuarios.. 74.
(24) 6. CONCLUSIONES Se han implementado varias de las soluciones que ofrece Google para el desarrollo de aplicaciones en dispositivos móviles con sistema operativo Android. Al desarrollar la aplicación AlertApp utilizando el entorno de Android Studio, el cual, proporciona las herramientas más eficientes para la creación de aplicaciones, permite tener acceso directo a todos los componentes del sistema como, por ejemplo, el sistema GPS.. En busca de abarcar a la mayor cantidad de usuarios posibles se ha diseñado una interfaz de usuario sencilla e intuitiva, además, se ha provisto a la aplicación de compatibilidad con sistemas operativos Android 4.1 y superiores incluyendo su última versión 7.1.1 o Nougat, incluyendo las librerías de compatibilidad que ofrece Android Studio junto a la gestión de los permisos requeridos por la aplicación dependiendo del sistema operativo.. Utilizando las funcionalidades disponibles en FireBase y teniendo en cuenta que la plataforma de Google provee la infraestructura y sus correspondientes métodos de acceso, resulta ser una plataforma robusta, que permite desarrollar e implementar todo tipo de aplicaciones, desde las de tipo académica como comerciales con proyección de crecimiento a mediano y largo plazo, realizando implementaciones eficientes y de alta calidad.. La aplicación AlertApp notifica eficazmente al usuario sobre las zonas de foto multas establecidas en un determinado punto de la malla vial, de esta manera se convierte en una medida de prevención contra accidentes de tránsito generados por el exceso de velocidad y posibles contravenciones que se puedan realizar al desplazarse por la malla vial, además, promueve la mejora continua en los programas de concientización, adaptación y respeto por las señales de tránsito en general.. 75.
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