EL USO DE SISTEMAS EXPERTOS EN LA VIGILANCIA

EL USO DE SISTEMAS EXPERTOS EN LA VIGILANCIA DE LA CALIDAD DEL
AGUA.
Biól. José Luis Gómez Juárez. Ing. David Mora Reyes
Laboratorio Central de Control - Av. División del Norte 3330, Col. Ciudad Jardín.
México D.F. C.P. 04370. Dirección General de Construcción y Operación Hidraúlica,
D.D.F. Tel/Fax 5-44-53-70
RESUMEN
En la actualidad la DGCOH-DDF realiza la vigilancia de la calidad del agua que se suministra a
los aproximadamente 9 millones de habitantes del D.F. mediante un sistema de información y
vigilancia de la calidad del agua (SIVCA) el cual está conformado por los siguientes módulos:
inspección sanitaria, resultados analíticos, control de calidad, costos, matemático y sistema de
toma de decisiones. El ambiente en que se desarrolla involucra el concepto de un sistema de
información geográfica (GIS), lo que lo hace más potente al contar con la traza digitalizada del
D.F., en la que se han ubicado los sitios fijos (pozos, manantiales, tanques de almacenamiento,
bombeo y líneas primarias de conducción) y los sitios aleatorios (tomas domiciliarias) donde se
colecta el agua a muestrear que se envía al Laboratorio Central de Control (LCC) para su análisis
(de cinco a más de ciento sesenta parámetros físicos, químicos y biológicos).
Con cada uno de los primeros cinco módulos se realizan actividades rutinarias que permiten la
operación sistemática de la vigilancia de la calidad del agua y con los dos últimos explotar la
información contenida en el sistema y recabada a los largo de los últimos 50 años de trabajos
ininterrumpidos.
El sistema de toma de decisiones interactúa con el ambiente gráfico al tener la posibilidad de
señalar, en la traza digitalizada de la Ciudad, los lugares de interés para el análisis de su
información para obtener las reglas expertas relacionadas con la química del agua, la inspección
sanitaria, el control de la calidad analítico, los costos de operación, o cualquier otro factor de
interés. Una vez que se obtienen estas reglas se programa el sistema experto a fin de contar con
una herramienta útil en la toma de decisiones.
INTRODUCCION
Vivimos en una época en la cual cada día se hace más común escuchar terminos como internet,
hardware (equipo de computo), software (programas de computo), editores, gráficadores,
hojas de cálculo, etc. A comparación de apenas hace algunos años, en la actualidad las
computadoras son relativamente fáciles de adquirir y existen cientos de programas que pueden
adecuarse a las necesidades de miles de usuarios. Por otro lado también existen industrias,
instituciones o personas que requieren de programas o sistemas de información muy específicos o
especializados. Dentro de este grupo se puede considerar a todos los que estan relacionados con
el sector agua. No es necesario comparar a México con paises más avanzados para reconocer
que a este respecto aún no existe una concientización de la necesidad de este tipo de sistemas y
en muchos casos ni siquiera de como tener uno acorde a las necesidades partículares de cada
organismo. Así, se tiene por un lado a instituciones que no poseen ni un sistema rudimentario de
manejo de su información y por otro a grupos que intentan adecuar sistemas específicos ya
existentes en el extranjero o que intentan hacer sus propios sistemas. Con el incesante avance
tecnológico así como a la necesidad de un manejo rápido y confiable de la información se
requiere cada día más el uso de sistemas de computo, independientemente de que hasta ahora se
haya realizado el trabajo de forma eficiente sin la necesidad de uno.
Una vez que un usuario ha decidido que requiere de un sistema para el manejo de su información,
debe de estar conciente de las dificultades, planeación y compromiso que esto implica. La primer
dificultad es que no existe un criterio sistemático para la elección o creación de un sistema,
situación que se agudiza cuando se carece de experiencia al respecto. Y la única manera de
intentar crear y consolidar un sistema eficiente, robusto y oportuno es a través de la adquisición
de esta experiencia. Desde este contexto los objetivos del presente trabajo son mencionar
algunos de los criterios principales que se pueden considerar en la elaboración de un Sistema de
Vigilancia de la Calidad del agua, con base en la experiencia que se ha adquirido durante el uso y
conceptualización de este tipo de Sistemas en el Laboratorio Central de Control, de la DGCOH,
así como describir el Sistema que actualmente se encuentra en proceso de desarrollo dentro del
mismo Laboratorio con el fin de que pueda servir como guía para la generación de Sistemas de
Información más apropiados y sobre todo hacer evidente la necesidad de este tipo de sistemas
para un uso más oportuno, confiable y sobre todo, con compromiso de servicio.
UN POCO DE HISTORIA
En la Ciudad de México ha existido la preocupación por la calidad del agua desde la época de
los aztecas, actividad que continuó durante la colonia. Fué en el año de 1935 que se realizarón las
primeras mediciones de la calidad física, química y biológica del agua, las que se intensificarón a
partir de 1955. Así desde entonces se han tenido que elaborar programas de vigilancia y
estrategias de muestreo que han cambiado de acuerdo a las necesidades y recursos disponibles.
El crecimiento acelerado de la ciudad así como una mayor demanda de recursos hicieron evidente
la necesidad de ejercer un control de la calidad del agua de la forma más estricta posible. De la
misma manera, la información generada contínuamente y a través de los años, tanto de resultados
analíticos como de criterios y reglamentos hizo necesario considerar el uso de equipos y
programas de computo, para permitir un manejo y análisis de la información, seguro y confiable
en el menor tiempo posible, por lo que en 1979 se conceptualizó lo que fué el primer Sistema de
Vigilancia de la Calidad del Agua enfocado a la parte potable, lo que junto con la inauguración en
septiembre de 1982 del Laboratorio Central de Control permitió contar con la infraestructura
necesaria para poder efectuar una evaluación contínua de la calidad del agua, incluyendo a todos
lo componentes que conforman el sistema de suministro. Más adelante, en 1983 se desarrolla la
versión de Sistema de Vigilancia para la Calidad del Agua enfocado a la parte de agua residual.
No obstante el acelerado desarrollo de la tecnología en lo referente a programas informáticos
para el almacenamiento y explotación de bases de datos, junto con una gran necesidad de
velocidad de respuesta ante los diferentes problemas que enfrenta el manejo del agua en el
Distrito Federal, hizo necesaria una reestructuración del concepto original de los Sistemas de
Vigilancia desde su versión original, por lo que actualmente se encuentra en desarrollo un nuevo
Sistema de Información y Vigilancia más adecuado a las nuevas necesidades en el procesamiento
e interpretación de los datos disponibles lo que permitirá una mejor y más rápida presentación de
la información necesaria para la toma de decisiones de forma realmente oportuna.
EL SISTEMA DE INFORMACION Y VIGILANCIA
Desde un principio debe de quedar claro que un Sistema de Información y Vigilancia no consiste
sólo de programas de computadora. Se trata en realidad de un concepto integral que abarca
desde una estricta organización de datos (gastos, análisis, ubicaciones, etc), hasta el compromiso
real del personal de la Institución, tal y como se hace con la Filosofía de la Calidad Total. Esto es
lo que se puede considerar como un sistema experto. El sólo hecho de poseer programas de
computadora potentes o novedosos no es garantía de información confiable.
Es así como se llega a una definición aproximada de lo que debería de considerarse como un
Sistema de Información y Vigilancia, la cual quedaría como: "Conjunto de actividades dinámico,
contínuo y permanente para la captura, procesamiento, presentación y análisis de la información
sobre la evolución y el comportamiento de los eventos que se estan estudiando". La información
tratada desde este contexto permitirá la identificación de eventos que se salen de lo normal, sus
posibles explicaciones, pero sobre todo, acelerar la toma de decisiones al respecto.
ESTABLECIENDO UN SISTEMA DE INFORMACION Y VIGILANCIA
El primer paso es decidirse a establecer uno, definiendo desde un principio los objetivos mínimos
a cumplir así como los criterios y tiempo de desarrollo. La elaboración de un sistema debe ser
planeada sobre el conocimiento real de los recursos económicos y humanos con que se cuenta,
sin descuidar cuales son los requerimientos que debe de cubrir. En esta parte lo más importante
es la planeación a largo plazo, es decir, se debe garantizar que el sistema tenga continuidad, ya
que normalmente la generación de un sistema de información, desde su conceptualización hasta su
uso y operación total, significan una gran inversión de recursos económicos y humanos. Es por
esto que el desarrollo de cualquier sistema debe de ser gradual, al principio con objetivos
modestos que permitan su cumplimiento y evaluación, y sobre todo estar siempre con una
mentalidad abierta, pués existe una gran posibilidad de que haya que cambiar de criterio o de
sistema a mitad del camino, lo cual no es tan desastroso ya que es en realidad la experiencia
adquirida lo que hará implementar soluciones para cubrir los requerimientos específicamente
propios.
El siguiente paso es definir con que datos contamos para alimentar al futuro sistema o como se
obtendrán los mismos, si realmente son necesarios todos o inclusive si son válidos. Después hay
que establecer el análisis que se requiere se haga de ellos, es decir, que tipo de información va a
proporcionar el sistema. En este paso es importante definir claramente que uso se le va a dar a la
información generada y sobre todo desde un punto de vista de nivel jerárquico en la toma de
decisiones, que usuarios tendrán acceso o no a la misma ya sea en parte o en su totalidad.
También hay que definir al personal que se encargará del mantenimiento, alimentación y
operación del sistema, pués hay que considerar el rubro de capacitación.
A continuación es necesario establecer los mecanismos de implantación del sistema en las
actividades que normalmente viene desempeñando el personal, en donde habrá que analizar la
utilidad y confianza que debe generar el nuevo sistema con el fin de que sea aceptable y se
incorpore entonces de forma rutinaria al funcionamiento de la Organización.
A grandes rasgos, con esto podremos definir entonces su costo aproximado, cual será su utilidad
y su vigencia a futuro. En cuanto a la parte meramente de informática sólo hay que mencionar que
con el actual desarrollo en equipos y programas de computo, y su relativa accesibilidad, podemos
sugerir que un Sistema de Vigilancia de la Calidad del Agua debe de incluir al menos un programa
para base de datos, una hoja de cálculo, y de ser posible un editor gráfico e interfase geográfica.
Así nuestro sistema será además una herramienta de análisis de información georreferenciada, lo
que es de gran ayuda cuando se requiere registrar datos puntuales, como pueden ser lecturas de
análisis fisicoquímicos, mediciones de niveles o gastos en pozos, etc. Sin embargo para la
adquisición de este tipo de herramientas hay que considerar que su elección debe basarse tanto
en los recursos con que se cuenta, así como en las perspectivas de desarrollo futuro. No es
recomendable adquirir tecnología de punta que nunca podrá ser explotada a un nivel aceptable ya
sea porque es demasiado potente para nuestros requerimientos o porque sencillamente se trata de
sistemas demasiado complejos que solo unos cuantos especialistas pueden emplear con eficiencia.
Para esto nada mejor que contactar a personas con gran conocimiento de este tipo de programas
para que diseñen o recomienden el que más cubra las necesidades particulares de cada quién.
Es muy importante considerar sin embargo para la elección de los programas de análisis y
manejo de información que estos deben de al menos, si no son de uso generalizado, permitir la
migración o transformación de los datos para su uso en otros paquetes más potentes o de uso
más común en nuestro medio. Si bien el desarrollo del Sistema es recomendable que sea por
personal experto en las áreas de programación e informática, los conceptos y necesidades deben
de establecerse sin excepción por el personal que se encarga de la vigilancia de la calidad asi
como del manejo y la explotación de la información. En caso contrario el resultado puede ser un
sistema con herramientas muy potentes pero que no resuelve de forma eficiente las necesidades
del personal que lo operará.
Desde un punto de vista práctico el Sistema debe de reunir las mismas características que
cualquier programa de vigilancia y que pueden resumirse de esta manera:
Debe de ser simple: Aquí la simplicidad se refiere tanto a la elaboración o elección de programas
que permitan un fácil mantenimiento y actualización del Sistema, como a que debe de ser un
Sistema de fácil operación para los usuarios, lo que garantice al máximo un uso adecuado del
mismo.
Debe de ser flexible: El Sistema debe de elaborarse considerando el vertiginoso avance
tecnológico , lo que implica nuevas necesidades o requerimientos de los usuarios. Así se podrá
permitir que al menos nuestro Sistema sea compatible con nuevos programas, pueda expandirse o
permita el manejo de nuestros datos en paquetes más potentes o de reciente incorporación al
mercado.
Debe de ser aceptable: Un Sistema flexible y simple permite un mayor entendimiento de su
capacidad y funcionamiento, lo que impulsa a un mayor uso por parte del personal así como a una
mayor confianza en la interpretación que se hace de la información a través del sistema.
Con estas cuantas consideraciones se estará más cerca de un sistema útil y oportuno.
APRENDIENDO DE LA EXPERIENCIA
Al hacer una evaluación de los primeros sistemas empleados en el Laboratorio Central, se
encontró que debido principalmente a la tecnología que estaba disponible en esa época el
desarrollo de los mismos fué en una base de datos de estructura rígida, con lo que se tienen que
modificar los programas y la estructura de los archivos para agregar un nuevo parámetro, lo que
es difícil y costoso, se establecio en equipo de computo sin capacidad gráfica y se desarrolló en
un ambiente o sistema cerrado, con lo que la información muy dificilmente podía utilizarse en otro
tipo de paquetes, como graficadores u hojas de cálculo. Una contínua rotación del personal, junto
con una compleja operación y mantenimiento del sistema, dió como resultado una baja
participación de los usuarios en la operación del mismo, una escasa divulgación de su capacidad,
así como a un atraso tecnológico cuando se desarrollaron sistemas abiertos, con representaciones
gráficas y de mayor capacidad de manejo y almacenamiento de datos. Fué así como surgio la
necesidad de desarrollar un nuevo Sistema de Información y Vigilancia de la Calidad del Agua
(SIVCA). Este sistema esta conceptualizado de tal forma que pueda atender lo requerimientos
actuales del Laboratorio Central de Control. Se estructura en módulos que se indican a
continuación con un breve resumen de los objetivos principales de cada uno:
Muestreo
Automatizar el programa de muestreo
Generar órdenes de muestreo
Informar sobre el avance del programa en función de metas operativas y recursos
disponibles
Análisis de Muestras
Mantener actualizada la información de parámetros, técnicas analíticas, criterios y normas
de calidad
Captura de resultados de los análisis realizados
Validar la congruencia de los resultados obtenidos
Generación de informes
Inspeccion Sanitaria
Actualizar catálogos de los sitios a supervisar
Elaborar órdenes de inspección
Automatizar el programa de inspección
Proporcionar información de los resultados obtenidos
Control de Calidad Analítico
Elaborar curvas de calibración
Determinar precisión y exactitud de los análisis efectuados
Supervisar equipos, soluciones y materiales empleados en los análisis
Costos
Actualizar información básica para el cálculo de costos
Proporcionar información para la elaboración de presupuestos
Análisis Matemático
Auxiliar al usuario en el análisis matemático de los datos
Proporcionar información de los resultados del análisis matemático
Toma de Decisiones
Permite al Sistema emitir diagnósticos de un evento específico a través de un análisis a los
hechos
asociados al mismo.
El sistema intenta combinar las funciones de un programa de información geográfica, con uno de
toma de decisiones y bases de datos relacionadas. Aunque su diseño conceptual se estructuró de
tal forma que se atiendan las necesidades de información de las diferentes áreas del Laboratorio
Central, aún contínua desarrollandose y evaluandose en los aspectos de adecuación a nuevos
cambios de requerimientos que demanden los usuarios y a su capacidad de crecimiento potencial,
con lo que se verá finalmente la posibilidad de operación del sistema. Lo importante de esta
estructuración es que se observe que las limitaciones y alcances de un sistema las establece el
mismo usuario y la disponibilidad de recursos con que cuenta, para conformar así un verdadero
sistema experto.
CONCLUSIONES
Son muchas las razones que se pueden enumerar para considerar la necesidad de un Sistema de
Información en las actividades referentes al agua y a la vigilancia de su calidad. Sin embargo
existen también demasiadas incógnitas que impiden hacer una elección útil de que es lo que
realmente se necesita. Todo está en función de un evaluación honesta de los recursos con que se
puede contar, de las necesidades específicas de cada área y de la experiencia propia o ajena que
se pueda emplear. Y aún después de haber implementado un sistema y utilizarlo durante meses o
incluso años se puede caer en la cuenta de que existen tareas o actividades que el sistema desde
su concepción original no puede hacer. Pero esto sólo llevará a mejorarlo en un futuro cercano.
BIBLIOGRAFIA
DEPARTAMENTO DEL DISTRITO FEDERAL.
SECRETARIA GENERAL DE OBRAS
DIRECCION GENERAL DE CONSTRUCCION Y OPERACION HIDRAULICA
DIRECCION TECNICA
SUBDIRECCION DE DESARROLLO
FICHAS BILIOGRAFICAS DE LOS ESTUDIOS REALIZADOS POR LA
SUBDIRECCION DE DESARROLLO DE LA DGCOH EN LOS AÑOS DE 1978 A 1988.
DISEÑOS HIDRAULICOS Y TECNOLOGIA AMBIENTAL S.A., 1987
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CALIDAD DEL AGUA EN EL DISTRITO FEDERAL, FASE II.
CONSORCIO DE INGENIERIA INTERDICIPLINARIA S.A. DE C.V., 1997
MEMORIA DEL ESTUDIO