Trafic o

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 Siguiente: Prototipo 1: Obtenciónde Subir: SMIV Anterior:Especificaciones del proyecto  Índice General 

Subsecciones

• Tránsito vehicular 

o on!estión Vehicular 

o ausas

o onceptos en la teor"a del tránsito

• Si#ulador 

• Modelos

o Modelos de enfo$ue #acroscópico

o Modelos de enfo$ue #icroscópico

• %utó#atas celulares

o &e!las de los %

o 'so de los %

• Modelo (a!el)Schrec*enber!

o +efinición

o Pará#etros

o &e!las del #odelo (a)Sch

• ,actibilidad t-cnica

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o Platafor#a. versión. len!ua/e y dispositivo

Marco teóricoTránsito vehicularEl tránsito vehicular 0ta#bi-n lla#ado tráfico vehicular. o si#ple#entetráfico es el fenó#eno causado por el flu/o de veh"culos en una v"a. calle oautopista2 Se presenta ta#bi-n con #uchas si#ilitudes en otros fenó#enosco#o el flu/o de part"culas 0l"$uidos. !ases o sólidos y el de peatones2 En las!randes ciudades. el tráfico vehicular se encuentra presente en casi todos

a$uellos lu!ares de actividad diaria de la !ente. y ocasiona nu#erososfenó#enos entre los $ue destacan especial#ente los con!estiona#ientos2 345

Congestión Vehicular

6a con!estión vehicular o vial. se refiere tanto urbana co#o interurbana#ente.a la condición de un flu/o vehicular $ue se ve saturado debido al e7ceso dede#anda de las v"as. produciendo incre#entos en los tie#pos de via/e ydificultades para circular2 Este fenó#eno se produce co#8n#ente en las horas

 punta u horas pico. y resultan frustrantes para los auto#ovilistas. ya $ueresultan en p-rdidas de tie#po y consu#o e7cesivo de co#bustible2 345

Causas

6a con!estión del tráfico se produce cuando el volu#en de tráfico o de ladistribución nor#al del transporte !enera una de#anda de espacio #ayor $ueel disponible en las carreteras2 9ay una serie de circunstancias espec"ficas $uecausan o a!ravan la con!estión. la #ayor"a de ellos reducen la capacidad deuna carretera en un punto deter#inado o durante un deter#inado periodo. o

au#entar el n8#ero de veh"culos necesarios para un deter#inado caudal de personas o #ercanc"as2

En #uchas ciudades alta#ente pobladas la con!estión vehicular es recurrente.y se atribuye a la !ran de#anda del tráfico. la #ayor"a del resto se atribuye aincidentes de tránsito. obras viales y eventos cli#áticos2 6a velocidad y elflu/o ta#bi-n pueden afectar la capacidad de la red. aun$ue la relación esco#ple/a2 Es dif"cil proceder en $u- condiciones un atasco sucederá. pues

 puede ocurrir de repente2 Se ha constatado $ue los incidentes 0tales co#o

accidentes o incluso un solo coche frenado en !ran #edida en un buen flu/oanterior#ente pueden causar repercusiones 0un fallo en cascada. $ue lue!o

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se difunde y crear un atasco de tráfico sostenido. cuando. de otro #odo. elflu/o nor#al puede haber continuado durante al!8n tie#po #ás2

Conceptos en la teoría del tránsito

• Fluo: es la cantidad de veh"culos por unidad de tie#po2

• Velocidad: distancia recorrida por unidad de tie#po2 6a velocidad a la

$ue circulan los veh"culos es un dato i#portante para #edir el nivel decon!estión $ue e7iste2 Para eso se define la velocidad #edia enatravesar la calle. $ue es la velocidad a la $ue se espera conducir en esacalle2 Este valor var"a dependiendo del tie#po2 Si no pasan veh"culos.entonces la velocidad de circulación va a au#entar hasta la velocidad#á7i#a per#itida2 % #edida $ue circulen veh"culos por la calle. la

velocidad $ue se puede esperar alcanar para atravesar la calle. serási#ilar a la velocidad $ue ten!a el resto de veh"culos2 6a velocidad decada veh"culo $ue pasa por la calle es obtenida por el sensor instaladoen esa calle2 Esta #edida es una esti#ación. ya $ue supone $ue lavelocidad $ue lleva un veh"culo al pasar por el sensor se #antiene a lolar!o de toda la calle2

• Tie!po: es el tie#po de via/e sobre un se!#ento del ca#ino conocido2

Esta #edida es obtenida dividiendo el lar!o de la calle entre la

velocidad #edia en atravesar la calle2

• "cupación: es el porcenta/e de tie#po $ue en un se!#ento del ca#ino

es ocupado por veh"culos2

• #ensidad: es la cantidad de veh"culos por unidad de distancia. en un

lapso de tie#po2

• Tie#po entre el paso de un veh"culo y otro2

• +istancia entre un veh"culo y otro2

Si!ulador'n si#ulador es un siste#a $ue per#ite reproducir el co#porta#iento defenó#enos2 6os si#uladores reproducen sensaciones $ue en realidad no estánsucediendo. pero per#iten observar có#o reaccionar"a el siste#a en caso de$ue si estuvieran ocurriendo2 'n si#ulador pretende reproducir tanto lassensaciones f"sicas 0velocidad. aceleración. percepción del entorno co#o el

co#porta#iento de los e$uipos de la #á$uina $ue se pretende si#ular2 Parasi#ular las sensaciones f"sicas se puede recurrir a co#ple/os #ecanis#os

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hidráulicos co#andados por potentes ordenadores $ue #ediante #odelos#ate#áticos consi!uen reproducir sensaciones de velocidad y aceleración2Para reproducir el entorno e7terior se e#plean proyecciones de bases de datosde terreno2 % este entorno se le conoce co#o ;;Entorno Sint-tico<<2 3=5

Modelos'n #odelo nos sirve para representar un fenó#eno. en función de un

 propósito. e7isten diferentes #odelos $ue describen el tráfico vehicularto#ando al!unas de sus caracter"sticas y nos dan apro7i#aciones #ate#áticascon cierto !rado de ape!o a la realidad2 Estos #odelos son llevados a lasi#ulación. elaborando un pro!ra#a de có#puto $ue se co#porte co#o elfenó#eno f"sico. y as" analiar y probar el #odelo2

+ebido a una !ran variedad de #odelos de tráfico vehicular e7istentes esnecesario clasificarlos. e7isten varios criterios por los cuales se puedenclasificar2 6os #odelos son clasificados de acuerdo a los criterios de tabla>21231?5

Tabla: lasificación de #odelos

lasificación +escripciónEscala de lasvariablesindependientes

• Continuo: Si las variables

ca#bian de #odo continuo enfunción del tie#po2

• #iscreto: Si las variables

var"an en un con/unto contablede instantes de tie#po2

 (ivel de detalle

• Microscópico

• Macroscópico

• Mesoscópico

&epresentaciónde los procesos   • Modelos deter#inista la

representación no contienevariables aleatorias y todas sus

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las variables se definen#ediante relaciones e7actas2

• 6os #odelos estocásticos

contienen al #enos unavariable no deter#inista2

,unciona#iento El #odelo puede describir la diná#icade los veh"culos en un sólo carril conun sentido de flu/o. con interseccionesen una red de avenidas. carreteras oautopistas2

Escala de

aplicación

Si es usado para una si#ulación o

co#o solución anal"tica de un !rupode ecuaciones

+e acuerdo al nivel de detalle con $ue se describen las entidades en los#odelos de tráfico vehicular pueden ser clasificados en base a la tabla >2@231?5

Tabla: lasificación de #odelos por nivel de detalle

$o!bre #escripción

Modelo!icroscópico

+escribe el co#porta#iento delflu/o de tráfico vehicular con !randetalle a trav-s de describir elco#porta#iento de conductores ylos auto#óviles vistos co#oentidades discretas individuales yató#icas $ue interact8an unas conotras

• El #odelo de carro

si!uiente 0ar),olloAin!

• Modelos de autó#atas

celulares

Modelo!acroscópico

Estudia el co#porta#iento de losveh"culos a !ran escala. estostipos de #odelos describen eltráfico co#o un flu/o deauto#óviles. sin to#ar en cuantas

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las partes $ue lo co#ponen $ueen este caso ser"an losauto#óviles de for#a individual.sólo es visto en con/unto2 6os tres

 pará#etros #acroscópicos principales $ue describen el flu/ovehicular son:

• Velocidad veh"culos

• Tasa ,lu/o vehicular 

• +ensidad de tráfico

Modelo!esoscópicos Estudia los autos por !rupos. seclasifican de acuerdo a susvelocidades y se obtienen tipos deautos $ue se pueden estudiar defor#a individual. las actividades einteracciones se describe a unnivel de detalle ba/o

Modelos de en%o&ue !acroscópico6os #odelos #acroscópicos se derivan de la analo!"a entre el flu/o vehiculary un flu/o continuo 0fluido o !ases considera el tráfico vehicular co#o unflu/o de veh"culos y desarrolla al!orit#os $ue relacionan el flu/o. con ladensidad y la velocidad2

Teoría del %luo vehicular 

6a teor"a de flu/o del tránsito consiste en el desarrollo de las relaciones#ate#áticas entre los ele#entos pri#arios del flu/o vehicular tales co#oflu/o. densidad y velocidad2

Mediante el análisis de flu/o vehicular se puede entender las caracter"sticas yel co#porta#iento del tránsito y se describe la for#a co#o circulan losveh"culos en cual$uier siste#a vial2 6a teor"a de flu/o vehicular es aplicada enla si#ulación en la cual se utilian co#ple/os al!orit#os #ate#áticos. paraestudiar la interrelación $ue e7iste entre los ele#entos de un flu/o vehicular y

 para esti#ar el efecto de los ca#bios en el flu/o de tránsito2 6as tres

caracter"sticas funda#entales son representadas por las variables principalesvelocidad. densidad y flu/o2 3B5

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Fluo: Se define el flu/o co#o el n8#ero de veh"culos $ue pasa por un puntoo sección transversal dada. de un carril o una calada. durante un periododeter#inado. se e7presa co#o:

17#17. T #ayor a 1

• &: (8#ero de veh"culos $ue pasan por unidad de tie#po 0veh"culos por 

 periodo2

• $: (8#ero total de veh"culos $ue pasan 0veh"culos2

• T: Periodo deter#inado 0unidad de tie#po2

• Velocidad: 6a velocidad del tráfico es la distancia recorrida por un

veh"culo durante una unidad de tie#po re!ular#ente se e7presa en*iló#etros por hora 0*#Ch2

• #ensidad '(): Es el n8#ero de veh"culos $ue ocupa una lon!itud

espec"fica. de una vialidad en un #o#ento dado2

 

18#18

Figura: +ensidad o oncentración

Estas tres variables están relacionadas #ediante la ecuación funda#ental delflu/o vehicular. su fór#ula !eneral es:

19#19

Velocidad !edia : orresponde a la #edia arit#-tica de las velocidadesobservadas en al!8n punto desi!nado de la v"a se e7presa co#o:

@?D@?

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+ónde:ui: Es la velocidad del i)-si#o veh"culo2n: (8#ero de veh"culos $ue transitan por la v"a

*spacia!iento si!ple: Es la distancia entre dos veh"culos consecutivos.e7presado en #etros2

*spacia!iento pro!edio: El espacia#iento pro#edio de todos losespacia#ientos si#ples observados entre los veh"culos $ue ocupan una v"a. elespacia#iento pro#edio está dado por:

@1D@1

+ónde:Si: Es el espacia#iento si#ple entre auto#óviles2$: Es el n8#ero total de auto#óviles2

En resu#en. los #odelos #acroscópicos se especifican en la tabla >2>2

Tabla: Modelos #acroscópicos

$o!bre #escripción Fór!ula

Modelo deGreenshields   • Estudia la relación

entre la velocidad ydensidad. ta#bi-nentre la velocidad y elflu/o2

• Por lo tanto a #ayorvelocidad #enordensidad. y viceversaa #enor velocidad#ayor densidad2

@@D@@

Modelologarít!ico de+, Greenbergs

• asada en teor"a de

fluidos2

• o#bina y discretiade las ecuaciones de

@>D@>

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#ovi#iento ycontinuidad defluidos2

Modeloe-ponencial de., T,/nder0ood

• &epresentar #ás

fiel#ente elco#porta#iento delflu/o libre2

• Es #ás usado para

#odelar autopistas yavenidas o carreterasurbanas2

• o#bina y discretia

de las ecuaciones de#ovi#iento ycontinuidad defluidos2

@FD@F

@4D@4

2

Modelos de en%o&ue !icroscópico

El enfo$ue #icroscópico considera los espacia#ientos entre los veh"culosindividuales. as" co#o sus velocidades2 En la tabla >2F se #uestra ladescripción de los #odelos2

Tabla: Modelos #icroscópicos$o!bre #escripción

Modelo de$agel1Schrec(enberger

• Esti#ar la respuesta del

veh"culo con respecto alco#porta#iento del veh"culo$ue via/a adelante2

• +escriben la aceleración de

coches Gse!uidoresH co#o

funciones de la distancia

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entre el l"der y el se!uidor2

• El ta#ao de las c-lulas es

esco!ido de tal for#a $ue unveh"culo con velocidad i!uala uno se puede #over a la

 pró7i#a c-lula durante un paso de tie#po discreto2

Modelo Car1Follo0ing 'sigueal líder)

• asada en el flu/o de fluidos2

• o#bina y discretia de las

ecuaciones de #ovi#iento ycontinuidad de fluidos. lavelocidad relativa de los doscoches. y el tie#po de lareacción del conductor delcoche se!uidor2

• 6a ecuación básica de los

#odelos ar),olloAin! parauna l"nea de tráfico está dadaen la ecuación &espuesta J

Sensibilidad K esti#ulo2

• 6a respuesta dependerá de la

sensibilidad del conductor aun est"#ulo dado2 6arespuesta se to#ará co#o laaceleración o desaceleraciónde los veh"culos si!uientes2

Autó!atas celulares'n autó#ata celular 0de a$u" en adelante nos referire#os a un autó#atacelular co#o % es un #odelo #ate#ático para un siste#a diná#ico $ueevoluciona en pasos discretos2 Es adecuado para #odelar siste#as naturales$ue puedan ser descritos co#o una colección #asiva de ob/etos si#ples $ueinteract8en local#ente unos con otros2 3115

.eglas de los AC

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6as re!las son las $ue definen el co#porta#iento del autó#ata2 ada ciertotie#po deter#inado el % hace un barrido por todas sus celdas. aplicandoestas re!las para asi!narles su nuevo estado2

/so de los AC6os autó#atas celulares pueden ser usados para #odelar nu#erosos siste#asf"sicos $ue se caractericen por un !ran n8#ero de co#ponentes ho#o!-neos y$ue interact8en local#ente entre s". +e hecho. cual$uier siste#a real al $ue sele pueda realiar una analo!"a de los conceptos de ;;vecindad<<. ;;estados delos co#ponentes<< y ;;función de transición<< es candidato para ser #odelado

 por un %2

6as caracter"sticas de los autó#atas celulares harán $ue dichos #odelos seandiscretos en tie#po. espacio o a#bos 0dependiendo de la variante de ladefinición de % $ue se use2

Modelo $agel1Schrec(enbergPara el presente traba/o se re$uiere un #odelo relativa#ente práctico el cualcu#pla el hecho de representar un flu/o de tránsito en detalle #icroscópico$ue ali#ente un #odelo #acroscópico2

El espacio y el tie#po son discretos por lo tanto el #odelo es de tipo discreto2

El #odelo ele!ido está basado en % debido a su si#plicidad para representar los eventos a diferencia de los de#ás #odelos co#o el ;;arro si!uiente<< y;;Teor"a de colas<<. siendo ta#bi-n #ás factible aplicar % por su curva deaprendia/e corta para este e$uipo. co#o este traba/o no pretende detallar este!enerador de eventos se optó por lo #ás factible2 3115

#e%iniciónEl #odelo de (a!el y Schrec*enber! 0(a)Sch es un #odelo de flu/o detránsito vehicular con un % probabil"stico2 Por ende. es un #odelo deespacio y tie#po discretos. donde cada c-lula del autó#ata e$uivale ya sea aun veh"culo en #ovi#iento con cierta velocidad v o a un espacio vac"o de laavenida donde se encuentran los veh"culos2

reado en 1==@ por los cient"ficos Lai (a!el y Michael Schrec*enber!. el

#odelo (a)Sch se ha convertido en la base de #uchos otros #odelos discretosde tráfico vehicular. debido a su sencille $ue sin e#bar!o es capa de

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#odelar adecuada#ente los fenó#enos de con!estiona#iento en autopistas2Esto sucede ya $ue las !ráficas de densidad de tráfico vs2 flu/o de tráfico son#uy si#ilares a las observadas e#p"rica#ente en diversas avenidas reales2

2ará!etros%ntes de introducir las re!las del %. se #encionan los pará#etros relativosal #odelo:

• ada veh"culo tiene asociada una posición x en la autopista2 %l ser un

% un espacio discreto. cada c-lula e$uivale a un veh"culo o a unac-lula vac"a2 Por convención. la posición es creciente. a partir de un"ndice ?2

• ada veh"culo tiene una velocidad v asociada. $ue es un valor entero.tal $ue:26#26

•   Vmax es la #á7i#a velocidad $ue puede alcanar cual$uiera de los

veh"culos2

•   P  es la probabilidad de $ue un veh"culo reduca su velocidad

aleatoria#ente2 Si P  J ?. el #odelo se conoce co#o (a)Sch+eter#inista. de lo contrario se conoce co#o (a)Sch (o +eter#inista2

Esta probabilidad puede verse co#o la causante de con!estiona#ientosaleatorios en un flu/o de tráfico nor#al. causado en la realidad poral!una causa arbitraria 0co#o una distracción del conductor antes deco#enar a acelerar2

•   B se conoce co#o la brecha. $ue es la distancia en c-lulas $ue separa a

un veh"culo de su predecesor 0el veh"culo in#ediata#ente adelante de-l2

.eglas del !odelo $a1SchEl #odelo (a)Sch consta de F re!las para #odelar el co#porta#iento de unveh"culo cual$uiera en la autopista2 Estas re!las se refieren a la aceleración.frenado y #ovi#iento de los veh"culos:

• .egla 3: %celeración227#272 Es decir. si a8n no se lle!a a la velocidad

#á7i#a. acelerar en una unidad2

• .egla 4: ,renado por la interacción con otros veh"culos228#282 Es

decir. la velocidad será i!ual al #"ni#o entre la velocidad calculada enla re!la 1 y la brecha con el predecesor2 Esto evitará $ue el veh"culo

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!olpee al predecesor 0el #odelo (a)Sch ori!inal no #odela accidentesvehiculares2

• .egla 5: ,renado aleatorio2 on probabilidad p.29#292 Es decir. con

 probabilidad p. si el veh"culo a8n no está co#pleta#ente detenido. suvelocidad 0la calculada en la re!la @ se reduce en una unidad2

Si30#300#odelo (a)Sch deter#inista. -sta re!la nunca se lleva a

cabo2

• .egla 6: Movi#iento231#312 Es decir. se actualia la posición del

veh"culo con su nueva velocidad v 0la calculada en la re!la >2

+e acuerdo a los autores del #odelo. un % $ue #odele tráfico vehicular enuna autopista con las re!las anteriores servirá para #odelar en la realidad unaautopista con las si!uientes caracter"sticas:

• -lulas de 24# de lon!itud 0$ue e$uivalen al ta#ao pro#edio de los

veh"culos #ás su distancia con sus predecesores 0las brechas en uncon!estiona#iento2

• 'nidades de tie#po de 1s. para32#322

• o#o los veh"culos tienen velocidades $ue son #8ltiplos de 1 celdaCs.

esto corresponde con @*#Ch2 Por lo tanto. s"32#32. esto corresponde

con 1>4*#Ch2

Factibilidad t7cnica

2lata%or!a8 versión8 lenguae 9 dispositivo

'n siste#a operativo #óvil o SO #óvil es un siste#a operativo $ue controla

un dispositivo #óvil al i!ual $ue las co#putadoras utilian Mac. 6inu7 oNindoAs entre otros2 Sin e#bar!o. los siste#as operativos #óviles son bastantes #ás si#ples y están #ás orientados a la conectividad inalá#brica.los for#atos #ulti#edia para #óviles y las diferentes #aneras de introducirinfor#ación en ellos2

En pri#era instancia se localiaron los siste#as operativos #ás destacados enla actualidad por el i#pacto en el #ercado en M-7ico y del #undo entero. loscuales se #uestran en la fi!ura >2@ y la fi!ura >2>2>21

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2

Figura 5,4: o#parativa en el Mercado #undial Enero)%!osto @?11

2

Figura 5,5: o#parativa en el Mercado Me7icano Enero)%!osto @?11

o#o se observa en los !ráficos 0,i!ura >2@ y la ,i!ura >2> se destacancuatro siste#as operativos #óviles principal#ente. los cuales son:

• Sy#bian

• IPhone

• %ndroid

• lac*berry

% continuación se define las especificaciones de estos siste#as operativos#óviles para la selección de la platafor#a en la tabla >24. para este proyectoes parte funda#ental el uso del GPS 2

Tabla 5,: o#parativa de platafor#as

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Platafor#a (8cleo6icencia Soporte

PSSoporte Neb Soporte

Sy#bian Micro*ernel%pache @2? y(' P6 @

SiSi %lto

%ndroid 6inu7%pache @2? y(' P6 @

SiSi Muy %lto

IPhone +arAin S+%PS6 y%pple E'6%

SiSi %lto

lac*erry Micro*ernel Propietaria (o Si a/o

El Soporte de la tecnolo!"a del PS y Soporte Neb. son esenciales para eldesarrollo y co#o se observa en la tabla >24 el siste#a operativo#óvil Android  cuenta con un #uy alto soporte debido a la !ran co#unidad $uefor#a parte del desarrollo y por ser de códi!o abierto. Symbian está en fase dedesarrollo aun #ientras $ue con IPhone a pesar $ue el desarrollo es !rande noes códi!o abierto. respecto a Blackberry co#o se observa el soporte es #uy

 ba/o2

 Android  está creciendo de for#a considerable. aun$ue el n8#ero deaplicaciones no se acerca al n8#ero de aplicaciones para IPhone. cada ve#ás desarrolladores traba/an sobre Android . co#o se observa en la fi!ura>2F2

Por lo $ue se optó por seleccionar esta platafor#a. Android 2

2

Figura: o#paración del desarrollo de aplicaciones en las diferentes platafor#as @?11

&especto al len!ua/e de pro!ra#ación a usar en la tabla >2B se observa una breve descripción2

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Tabla 5,;: o#parativa de len!ua/es

6en!ua/e +esarrollo SoporteProble#as detectados urva de

aprendia/e

ava o#pleto Muy %lto ) orta

QQ eta a/o u!s con GPS  orta

El desarrollo en C++ solo es posible #ediante un puerto siendo el #ásco#8n Necessitas ade#ás el soporte es ba/o y se detectó $ue el #ane/odelGPS  solo es posible #ediante Java2 En cuanto a ava el soporte es #uyalto contando con foros de desarrollo y con e7itosas pruebas en el #ane/odelGPS 2 Se realiaron pruebas con un dispositivo Motorola defy2 Por lo tanto

el len!ua/e de pro!ra#ación a utiliar es Java2

&especto a las versiones del siste#a operativo Android . en lafi!ura >24observa#os las versiones #ás estables @21 y @2@. $ue en la versión@2@ hay #ayor n8#ero de aplicaciones $ue en la @212>2@2

2

Figura: Estad"sticas en desarrollo en cuanto a versiones de %ndroid y dispositivos

on dicha infor#ación se deter#inó $ue se desarrollará sobre una versiónde Android 22 debido ade#ás de ser estable es en donde se desarrollan #ásaplicaciones2

E7isten diversos dispositivos $ue cuentan con estas caracter"sticas concluidasdonde destacan los #ás i#portantes en la tabla >22

Tabla 5,<: o#parativa de dispositivos

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Se realiaron pruebas en al!unos #óviles de #arca Sams!n" . #otorola y $G. pero en el dispositivo Sams!n" Galaxy cuenta con proble#as en cuanto a laubicación del GPS . con el resto de la #arcas no hubo proble#a al!uno. yobservando en foros de desarrolladores en Android  reco#iendan la#arca #otorola por su estabilidad. por lo tanto el dispositivo a usar esun #otorola Atrix2

En resu#en se concluye lo si!uiente:

• Platafor#a a usar: %ndroid2

• 6en!ua/e a usar: ava2

• Versión de la platafor#a: @2@2

• +ispositivo #óvil: Motorola %tri72

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