Tecnología con Propósito: Sistema de Monitoreo para la Detección de Deslizamientos en Zonas de Riesgo mediante Algoritmos de Triangulación y WSN.

Mi primera Aplicación con Firebase.

“La educación, la tecnología y la identidad cultural son las mejores herramientas para hacer un mundo mejor.”

Encontrar mi vocación ha sido una travesía de constante descubrimiento. Al mirar atrás, reconozco el momento en el que mi propósito empezó a tomar forma, ese momento que me hizo comprender que mi verdadera misión quería transformar vidas. Esto comenzó en las aulas de la Escuela Superior de Formación de Maestros, donde experimenté el inmenso poder de la enseñanza. Allí descubrí que educar no consistía únicamente en impartir conocimientos de matemáticas, física o química, sino en abrir horizontes. Significaba tener la capacidad de mostrarles a los jóvenes su propio potencial, decirles: “Ustedes pueden lograrlo”, asumiendo un rol vital de orientación profesional y vocacional.

Aún recuerdo lo difícil que fue tomar la decisión de dejar la Normal para adentrarme en la Ingeniería de Sistemas. Pero fue precisamente en ese cambio donde encontré una nueva pasión: la Gestión del Riesgo de Desastres, los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), cambio climático. Al observar de cerca los complejos desafíos de mi país, entendí que, para generar un impacto sistémico y proteger a mi comunidad a gran escala, necesitaba ir más allá del aula tradicional. Así fue como decidí pivotar hacia la tecnología, con la firme meta de fusionar el rigor analítico de la ingeniería con mi propósito social y mi vocación educadora.

En la industria del software, a menudo nos enfocamos en optimizar métricas de rendimiento, diseñar arquitecturas escalables o construir interfaces atractivas. Pero el verdadero poder de la ingeniería se manifiesta cuando logramos alinear la innovación técnica con la urgencia humana. Como muchos estudiantes, mi viaje hacia la titulación comenzó con un mar de ideas y mucha frustración, pero con una convicción: me negaba a crear un proyecto que solo sirviera para graduarme; necesitaba investigar y desplegar una solución que generara un impacto real en mi comunidad.

Mi ciudad, La Paz (Bolivia), posee una geografía sumamente compleja. Nuestras laderas con pendientes pronunciadas y ríos subterráneos nos hacen altamente vulnerables a los deslizamientos de tierra, una amenaza que se intensifica drásticamente por el cambio climático. Al investigar los métodos de mitigación locales, descubrí que el monitoreo geodinámico dependía de procesos manuales, reactivos y arriesgados para el personal técnico. El reto de ingeniería era claro: debíamos digitalizar y automatizar la resiliencia, pero cómo, pues ahí juega un rol importante la tecnología.

Y así comienza la historia de mi primera aplicación con Firebase, relato de un viaje de investigación aplicada, de ensayo y error, de resiliencia frente a los imponderables del hardware, y de cómo descubrir el ecosistema en la nube adecuado nos permite a los ingenieros dejar de luchar contra la infraestructura para enfocarnos en lo que realmente importa: crear soluciones con propósito.

En este artículo compartiré la arquitectura, los desafíos técnicos y la evolución detrás de mi primer sistema con impacto social: un sistema de monitoreo geodinámico en tiempo real basado en una Red de Sensores Inalámbricos (WSN) en topología Mesh, optimizada matemáticamente mediante algoritmos de Triangulación de Delaunay y potenciada por el poder Serverless de la nube “Firebase”.

El Desafío Geodinámico: Más Allá del Código

Siempre me ha apasionado el área social y ambiental. Quería que mi proyecto de grado aportara a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), específicamente al ODS 11 (Ciudades y Comunidades Sostenibles) y al ODS 13 (Acción por el Clima).

Mi ciudad de La Paz, Bolivia, posee características geográficas y climáticas complejas: laderas con pendientes pronunciadas, ríos subterráneos, somos vulnerables a los deslizamientos de tierra siendo incrementada esta vulnerabilidad por el cambio climático. A lo largo de su historia, se ha registrado más de 70 deslizamientos que han provocado severas pérdidas humanas y económicas.

La idea de este proyecto nació precisamente cuando se suscitó el deslizamiento en la ruta hacia los Yungas y el mega deslizamiento del ex botadero de Sopocachi. Al investigar los métodos de mitigación locales, el monitoreo geodinámico dependía en gran medida de metodologías manuales conocidas como “testigos” (tiras de estuco o vidrio colocadas en las grietas) esta técnica es usada por ser instrumentos de bajo costo que permiten monitorear posibles movimientos de tierra. Si el testigo se rompía, un técnico debía ir físicamente, medir con un vernier, anotar la fecha y deducir la gravedad.

Monitoreo Geodinámico Mediante Testigos

Limitaciones del Sistema Tradicional:

• Falta de tiempo real: Si el testigo se rompía, el personal técnico solo lo descubría en su siguiente inspección física o por llamada de un vecino.
• Riesgo Humano: Obligaba a los técnicos a ingresar a zonas de alta inestabilidad para realizar mediciones manuales con calibradores vernier.
• Datos Aislados: La información no se centralizaba ni se almacenaba históricamente de forma automatizada.

Era un proceso reactivo, arriesgado para el personal, y los datos no estaban centralizados. El reto de ingeniería era claro: diseñar un dispositivo electrónico de bajo costo capaz de medir deformaciones milimétricas en el terreno y transmitir esa información de manera inmediata y confiable a una plataforma centralizada. Así nació la idea de crear un Sistema de Monitoreo para la Detección de Deslizamientos en Zonas de Riesgo mediante Algoritmos de Triangulación y Red De Sensores Inalámbricos Basados (WSN) en Topología Mesh Caso: Secretaria Municipal De Gestión Integral De Riesgos Gobierno Autónomo Municipal De La Paz.

De la Teoría al Terreno: Una Metodología Híbrida

Todo proyecto de ingeniería robusto debe seguir un ciclo de vida claro: requerimientos, análisis, diseño, desarrollo e implementación. Sin embargo, para garantizar la viabilidad económica y la resiliencia del sistema en un entorno geográfico tan complejo, no podíamos quedarnos en la teoría tradicional. Opté por un enfoque metodológico riguroso e híbrido: combiné SCRUM para dotar de agilidad al desarrollo de software, con una metodología Top-Down orientada al diseño jerárquico de la Red de Sensores Inalámbricos (WSN).

El proceso lo dividimos en tres fases críticas:

Fase 1: Comprender el Dominio del Problema (Gestión de Riesgos)

Como ingenieros, nuestro primer impulso suele ser saltar directamente a escribir código o soldar circuitos, pero el verdadero primer paso fue una inmersión total en la investigación. Me sumergí en la ciencia detrás de los deslizamientos y la gestión de riesgos de desastres. Analicé los tipos de monitoreo existentes y las deficiencias de los procesos manuales actuales. Solo entendiendo el problema de raíz pude identificar con precisión qué variables físicas íbamos a medir, cómo definiríamos los umbrales de tolerancia y qué tipo de medidas de mitigación detonarían las alertas.

Fase 2: Arquitectura de Hardware y Cobertura Matemática

Una vez consolidados los requerimientos, se convirtió en una arquitectura técnica.

El Desafío de Hardware: WSN y la Triangulación de Delaunay

Mi visión inicial era: desplegar nodos en el terreno que detectaran desplazamientos milimétricos en los ejes X, Y y Z.

Tras investigar con expertos de la comunidad y mentores, y descartar tecnologías costosas o inaccesibles para un prototipo que sustituía uno de bajo costo, opté por una arquitectura híbrida y de bajo costo. La primera decisión fue descartar la triangulación para medir desplazamientos en x, y, z, y enfoque la triangulación para resolver el problema de la distribución espacial y asegurar una cobertura total, apliqué la Triangulación de Delaunay utilizando MATLAB para definir la ubicación óptima de los nodos. Para la comunicación, implementé módulos de radiofrecuencia NRF24L01 configurados lógicamente para comportarse como una red en malla (Mesh), enviando la telemetría a un nodo Gateway (un ESP8266).

La Arquitectura Técnica:

1. El Hardware de Bajo Costo y Alta Sensibilidad

El núcleo del hardware requería el despliegue de una Red de Sensores Inalámbricos (WSN) de bajo costo escalar. Tras evaluar tecnologías comerciales como ZigBee o LoRa, las cuales elevaban el presupuesto y disminuían la viabilidad del retorno de inversión para el municipio , se optó por transceptores de radiofrecuencia NRF24L01 configurados lógicamente para emular una topología de red en malla (Mesh).

• Procesamiento y Conectividad: Módulos ESP8266 (NodeMCU) actuando como nodos de la red y pasarelas (gateways) hacia la nube.
• Transmisión Inalámbrica: Antenas de radiofrecuencia NRF24L01. Aunque nativamente no operan en malla, se configuraron mediante librerías específicas para comportarse bajo una topología Mesh (Malla), garantizando que si un nodo fallaba, los datos pudieran buscar rutas alternativas.
• Telemetría: Tras evaluar opciones como GPS (descartado por su margen de error métrico) y RSSI (potencia de señal) , se implementó el sensor MPU6050 (giroscopio y acelerómetro). Este componente permitió registrar variaciones de velocidad angular y aceleración, convirtiendo estas métricas en vectores de desplazamiento tridimensionales (X, Y, Z).
• Optimización de Ancho de Banda: Para evitar la saturación de la red y el consumo innecesario de almacenamiento en la nube, apliqué principios básicos de Computación al Borde (Edge Computing) directamente en el firmware del microcontrolador Arduino. Los nodos realizaban una limpieza local de datos y filtraban el ruido blanco; el dispositivo Gateway (un ESP8266 / NodeMCU) únicamente transmitía un paquete JSON hacia la nube si la variación del movimiento superaba un umbral crítico en un intervalo de tiempo determinado.

2. Cobertura Óptima mediante Triangulación de Delaunay

Para optimizar el diseño de la red y garantizar la cobertura espacial del terreno bajo la metodología Top-Down, implementé el algoritmo matemático de Triangulación de Delaunay modelada en MATLAB. Introduciendo las coordenadas geográficas del terreno y su baricentro, el algoritmo dividía el área en triángulos equivalentes, calculando la posición exacta de cada nodo para garantizar una cobertura inalámbrica total basada en su radio de alcance. Esto nos garantizó cubrir el área de riesgo sin puntos ciegos, optimizando al máximo la cantidad de sensores para mantener un bajo costo de implementación.

Fase 3: Aplicación Web “Firebase al Rescate”

Con la topología de red definida y el hardware listo para transmitir telemetría, nos enfrentamos a la última capa del sistema: la aplicación web. El requerimiento era claro, necesitábamos almacenar grandes volúmenes de datos en la nube, visualizarlos en un dashboard dinámico en tiempo real y orquestar un motor de emisión de alertas.

Había un pequeño gran detalle: mi experiencia construyendo arquitecturas de Backend en ese momento era prácticamente nula. Levantar servidores, configurar bases de datos relacionales, gestionar WebSockets y programar APIs desde cero parecía una montaña inescalable frente a los plazos del proyecto.

Fue exactamente en este punto de inflexión, al borde del bloqueo técnico, donde encontré la pieza clave que cambiaría mi forma de desarrollar para siempre. **Firebase llegó al rescate.**

Firebase al Rescate

Como ingeniera enfocada en la arquitectura de hardware y redes, enfrentarme al desarrollo de un backend robusto desde cero, configurar servidores físicos, diseñar bases de datos no relacionales y gestionar protocolos MQTT representaba un cuello de botella que amenazaba con dilatar los tiempos de la investigación. El requerimiento del sistema era exigente: necesitaba persistencia de datos en tiempo real, lógica de negocio en la nube, autenticación segura y un entorno rápido para alojar mi app web en Angular. Mi experiencia en desarrollo web era limitada.

Fue entonces cuando, en un meetup de la comunidad tecnológica, recibí el consejo que cambió el rumbo del proyecto: “Divide y vencerás… Escuché de Firebase. ¿Por qué no investigas sobre Firebase?”.

Firebase, la plataforma de desarrollo respaldada por Google, opera bajo el modelo Backend-as-a-Service (BaaS). Para una investigadora de IoT, esta abstracción eliminó por completo la fricción técnica de provisionar infraestructura tradicional. En cuestión de días, Firebase se convirtió en el ecosistema clave de mi proyecto, resolviendo de manera unificada la base de datos, la lógica en la nube y el despliegue web.

https://firebase.google.com/

Así fue como, impulsada por la necesidad y el apoyo de la comunidad, estructuré mi primera arquitectura Serverless:

Realtime Database y Computación al Borde

El ESP8266 enviaba telemetría en formato JSON directamente a la nube. Para optimizar el ancho de banda (y aplicando principios de Edge Computing en el propio Arduino), los nodos solo transmitían datos si detectaban una variación crítica en el movimiento.

Alertas Automatizadas con Cloud Functions y Twilio

La criticidad de un Sistema de Alerta Temprana radica en su capacidad de respuesta automática. Utilizando funciones serverless (Cloud Functions), configuré disparadores (triggers) que se activaban inmediatamente al escribirse nuevos datos en la base de datos. La lógica implementada categorizaba los niveles de riesgo según el comportamiento de la red de sensores:

• Alerta Amarilla: Movimiento detectado en un único nodo de monitoreo.
• Alerta Roja: Movimiento síncrono en tres o más nodos dentro de una misma zona delimitada, indicando un desplazamiento inminente de masa crítica de tierra.

Al activarse la Alerta Roja, la Cloud Function realizaba una petición HTTP externa a la API de Twilio para despachar alertas masivas vía mensajes SMS a los teléfonos celulares de las autoridades de gestión de riesgos y de los líderes comunitarios del sector afectado (como el área piloto del Valle de las Flores).

Firebase Hosting

Aloje mi dashboard construido en Angular, permitiendo visualizar los nodos en un mapa dinámico, la data en tiempo real, modulo de administración de usuarios, de proyectos y de nodos, asegurando una carga rápida y una disponibilidad continua.

geomon-b2518.web.app

geomon-b2518.firebaseapp.com

geomon.adrianaticonipagutierrez.com

La Evolución de Firebase

Han pasado años desde aquel proyecto en 2019. Hoy en día, Firebase ha evolucionado a pasos agigantados. Hemos visto el rediseño de su identidad visual y logotipo, pero, sobre todo, una explosión de nuevas capacidades.

Si construyera este SAT hoy, la arquitectura sería aún más limpia:

• Migraría de Realtime Database a Firestore para consultas geoespaciales más complejas.
• Ya no necesitaría programar la integración con Twilio o correos electrónicos desde cero; utilizaría las Firebase Extensions, que son paquetes Plug-and-Play que hacen el trabajo pesado en segundos.
• Integraría análisis predictivo con las nuevas capacidades de Machine Learning en la plataforma.

Tech for good

El por qué de “Tecnología” en mi lema “La educación, la tecnología y la identidad cultural son las mejores herramientas para hacer un mundo mejor”.

Así fue como construí mi primera aplicación con Firebase. Más que la culminación de un proyecto académico, el estudio de los deslizamientos fue un punto de inflexión. Me hizo dimensionar el poder transformador de la tecnología cuando se utiliza para intervenir en las crisis más urgentes de nuestra sociedad.

Aquí se encendió mi verdadera pasión investigativa: la Gestión de Riesgos de Desastres y la Mitigación del Cambio Climático. Al adoptar Firebase, experimenté lo que llamo “el efecto liberador” de la nube. Al abstraer por completo la pesada configuración de la infraestructura y el backend, la plataforma me devolvió el recurso más valioso para cualquier investigador: tiempo. Tiempo para enfocarme en entender el problema geodinámico, modelar el terreno y diseñar una solución tecnológica con un propósito humano.

Resiliencia

El camino de la investigación científica aplicada está lleno de imponderables. Durante las primeras fases de desarrollo, equilibrar la exigencia académica con mi compromiso activo en comunidades tecnológicas (como voluntaria en GDG y Women Techmakers) representó un desafío de gestión crítico. Esta etapa me dejó una lección inquebrantable de liderazgo: la tecnología requiere una priorización absoluta para materializar su verdadero impacto.

A esto se suma la implacable realidad del hardware. La ingeniería de campo no sabe de simulaciones perfectas. Enfrenté desde antenas de radiofrecuencia quemadas por sobrevoltajes durante la calibración, hasta un imprevisto logístico extremo el mismo día de mi defensa pública: una caída accidental de los prototipos físicos desestabilizó la red Mesh en plena simulación en vivo.

No obstante, en la ingeniería moderna, el éxito no radica en la ausencia de fallos técnicos, sino en la solidez y resiliencia de la arquitectura subyacente. Fue el rigor científico del proyecto, junto con la capacidad de demostrar analíticamente el flujo de datos del sistema, lo que validó la investigación.

De la Educación a la Ingeniería

Antes de sumergirme en las ciencias de la computación, mi vocación inicial se forjó en las aulas de la Escuela Superior de Formación de Maestros. Sin embargo, pronto comprendí que para generar un cambio estructural profundo en mi país, necesitaba amplificar mi alcance. Pivoté de carrera no por abandonar la enseñanza, sino para adquirir las capacidades técnicas que me permitieran diseñar soluciones ingenieriles. Mi visión siempre ha sido converger ambos mundos: el rigor analítico y metodológico de la ingeniería con la vocación de transferir conocimiento tecnológico a la sociedad, motivar.

Hoy, las tecnologías emergentes como los ecosistemas Cloud nos dotan de una capacidad sin precedentes para escalar arquitecturas y combatir problemáticas críticas en nuestra región. Mi compromiso profesional trasciende la escritura de código; asumo la responsabilidad de liderar y guiar demostrando que el código de mayor valor no es solo el que es técnicamente eficiente, sino aquel que se diseña para generar un impacto sistémico alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Este artículo ha sido el punto de partida para narrar cómo nació mi pasión por la ingeniería con propósito. Estamos ante una oportunidad única para transformar ideas en soluciones tangibles: Prototipos IoT para Sistemas de Alerta Temprana (SAT) Multi-Amenaza, o plataformas de Monitoreo de Calidad del Agua en tiempo real diseñado para analizar y mitigar el impacto ambiental de la actividad minera en regiones altamente vulnerables como Potosí, entre otras iniciativas.

La tecnología es, en esencia, una herramienta de empoderamiento. Todo nace de una idea, pero se materializa a través de la disciplina, la documentación y el intercambio de conocimiento. Mi misión es demostrar que la tecnología no solo previene desastres, sino que es el motor fundamental para construir sociedades más resilientes y sostenibles.

“La educación, la tecnología y la identidad cultural son las mejores herramientas para hacer un mundo mejor.”