Resumen de la tesis que presenta Ernesto Ramos Beltrán como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestro en Ciencias en Electrónica y Telecomunicaciones con orientación en Telecomunicaciones
Diseño de una arquitectura de comunicaciones y fusión de sensores para la medición de distancias y ángulos entre marcadores de desplazamiento de tierra
Resumen aprobado por:
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Dr. Salvador Villarreal Reyes
Codirector de tesis
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Dr. Raúl Rivera Rodríguez
Codirector de tesis
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Resumen en español
El rápido aumento de la población ha generado la necesidad de una urbanización más extensa y acelerada. Como consecuencia, áreas previamente consideradas de riesgo están siendo utilizadas para la construcción de viviendas e infraestructura, lo que ha ocasionado múltiples problemas dentro de los que se encuentran los eventos de remoción de masas, responsables de derrumbes y deslaves. Con estos riesgos presentes se hace necesario el monitoreo constate en estas zonas para prevenir accidentes. Actualmente, estos monitoreos se realizan de manera manual con personal calificado, lo que ha llevado al interés por proponer la implementación un sistema que despliegue una red inalámbrica de sensores (WSN) para realizar monitoreos remotos. En este trabajo de investigación se propone la implementación de un sistema para monitoreo remoto y continúo basado en una WSN equipada con múltiples sensores ambientales, capaces de registrar variables asociadas a los principales disparadores de deslizamientos de tierra, tales como la humedad ambiental, la humedad de suelo y la separación del terreno. La arquitectura del sistema se basa en el protocolo ESP-MESH, el cual permite desplegar una red con configuración de malla jerárquica que facilita la comunicación entre dispositivos mediante múltiples saltos, sin importar la distancia entre nodos y el punto de recolección de datos. Esta configuración modular proporciona flexibilidad para adaptar el sistema a las condiciones específicas del terreno donde se realice el despliegue. El sistema propuesto utiliza la tecnología Ultra Wide Band (UWB) para realizar mediciones periódicas de distancia entre los nodos de la red, con el objetivo de identificar variaciones en la separación entre los dispositivos. Para coordinar estas mediciones, se diseñó un protocolo basado en el intercambio dinámico de roles entre nodos que implementa la técnica SS-TWR (Single-Sided Two-Way Ranging), asegurando que las mediciones se realicen de manera ordenada y sin interferencias entre dispositivos. De esta forma mediante la combinación de distancias UWB con datos de sensores ambientales transmitidos a través de una red de malla robusta y escalable, se logró recopilar información de forma remota demostrando la viabilidad de despliegue del sistema desarrollado y estableciendo las bases para la detección temprana de deslizamientos de tierra.
Palabras clave: UWB, WSN, Deslizamientos de tierra, Monitoreo remoto, Alerta temprana, IMU, SS-TWR, Red de malla
Resumen en inglés
The rapid increase in population has created the need for more extensive and accelerated urbanization. As a result, areas previously considered high-risk are being used for the construction of housing and infrastructure, which has caused multiple problems. Among these events mass movements are responsible for collapses and landslides. Given these risks, constant monitoring in these areas becomes necessary to prevent accidents. Currently, such monitoring is carried out manually by qualified personnel, which has driven interest in proposing the implementation of a system that deploys a Wireless Sensor Network (WSN) to perform remote monitoring. This research proposes the implementation of a system for continuous remote monitoring based on a WSN equipped with multiple environmental sensors capable of recording variables associated with the main triggers of landslides, such as ambient humidity, soil moisture, and ground displacement. The system architecture is based on the ESP-MESH protocol, which enables the deployment of a network with a hierarchical mesh configuration that facilitates communication between devices through multiple hops, regardless of the distance between nodes and the data collection point. This modular configuration provides flexibility to adapt the system to the specific terrain conditions of the deployment site. The proposed system uses Ultra-Wideband (UWB) technology to perform periodic distance measurements between network nodes, with the goal of identifying variations in the separation between devices. To coordinate these measurements, a protocol was designed based on the dynamic exchange of roles between nodes, implementing the SS-TWR (Single-Sided Two-Way Ranging) technique, ensuring that measurements are carried out in an orderly manner and without interference between devices. In this way, by combining UWB distances with environmental sensor data transmitted through a robust and scalable mesh network, information was collected remotely, demonstrating the viability of deploying the developed system and establishing the foundation for the early detection of landslides.
Palabras clave: UWB, WSN, Landslides, Remote monitoring, Early warning, IMU, SS-TWR, Mesh network