APLICACIÓN PARA DISPOSITIVOS MOVILES DE ALERTA...

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APLICACIÓN PARA DISPOSITIVOS MOVILES DE ALERTA TEMPRANA EN

ZONAS DE FOTO MULTA

JUAN GABRIEL BELTRÁN VARGAS

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ D.C.

2017

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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

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ÍNDICE DE CONTENIDO

RESUMEN ............................................................................................................................. 5

1. 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

2. 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

3. 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

4

3.2.1. Arquitectura. .............................................................................................................. 35

3.2.2. Casos de uso. ............................................................................................................. 36

4. DESARROLLO. ........................................................................................................... 37

4.1. Inicio de sesión. ..................................................................................................... 38

4.2. Permisos. ................................................................................................................ 42

4.3. Configuración del dispositivo – GPS. .................................................................... 43

4.3.1. Cargar mapa – servicio Google Maps Geocoding API. ............................................ 44

4.4. 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

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

8. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 84

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.

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.

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]

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]

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.

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]

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.

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.

64

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.

65

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 Versión

Android

Login

usuario

Google

Login

usuario

Facebook

Solicitud

de permisos

Galaxy_Nexus_API_2

5 7220*1280: xhdpi 7.1.1 ok ok_web ok

Nexus_API_24 1080*1920: 420 dpi 7.0 ok ok_web ok

Pixel_XL_API_23 1440*2560: 560 dpi 6.0 ok ok_web ok

Nexus_S_API_19 480*800: hdpi 4.4 ok ok_web por defecto



Tabla. 7. Sistemas en los que se ha ejecutado la aplicación.

66

Dispositivo Resolución Carga

mapa

Carga

información

desde

Firebase

Carga

información

a Firebase

Funcional

con giro de

pantalla

Galaxy_Nexus_API_25 7220*1280: xhdpi ok ok ok ok

Nexus_API_24 1080*1920: 420

dpi ok ok ok ok

Pixel_XL_API_23 1440*2560: 560

dpi ok ok ok ok

Nexus_S_API_19 480*800: hdpi 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.

67

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.

68

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.

69

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.

Grafica. 1. MB Mapa Vs Zomm.

30

30,5

31

31,5

32

32,5

33

33,5

34

0 2 4 6 8 10

Co

nsu

mo

en

MB

Zoom mapa

70

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.

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

A

(KB)

Total

A

Primer

plano B

(MB)

Fondo

B

(KB)

Total

(MB)

Gasto

Primer plano

A (MB)

Gasto

Fondo A

(KB)

Gasto

Total

(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.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 2 4 6 8 10

KB

Info

rmac

ión

map

a

Zoom del mapa

KB Información mapa Vs Zoom

71

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.

Velocidad Precisión

GPS

11,23 Kmh 9 m

37,26 Kmh 8 m

48 Kmh 6 m

50 Kmh 6 m

34,27 Kmh 5 m

37,3 Kmh 4 m

38,3 Kmh 3 m

36,5 Kmh 4 m

16,49 Kmh 17 m

12,3 Kmh 6 m

56 Kmh 5 m

60 Kmh 5 m

44,82 Kmh 7 m

29,4 Kmh 5 m

51,6 Kmh 4 m

49,35 Kmh 4 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.

Grafica. 3. Relación entre velocidad de desplazamiento y precisión del GPS.

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Kiló

met

ros

po

r h

ora

Precisión en metros

Relación velocidad - Precisión GPS

Velocidad Precisión

72

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.

73

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.

74

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.

75

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.

85

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