AquaSentinel

AquaSentinel: Plataforma de Predicción y Simulación Social para Eventos de Inundación

El desafío de las inundaciones

Las inundaciones, agravadas por el cambio climático y la urbanización descontrolada, son una amenaza constante en América Latina. En la región metropolitana de Panamá, las lluvias intensas y las áreas de baja elevación generan desbordamientos que afectan comunidades, infraestructuras y economías. Un ejemplo devastador ocurrió en noviembre de 2008, cuando el desborde del río Tocumen, Panamá dejó más de 10,000 damnificados, cientos de viviendas destruidas y pérdidas económicas millonarias. Este evento destacó la necesidad urgente de herramientas predictivas para mitigar desastres. AquaSentinel aborda este desafío con mapas dinámicos y simulaciones que ayudan a servicios de emergencia y ciudadanos a prepararse.

NUESTRA SOLUCIÓN 

AquaSentinel va más allá del monitoreo: incorpora simulaciones sociales en desarrollo que permitirán a gobiernos y servicios de emergencia prepararse no solo con mapas, sino con escenarios.

AquaSentinel es una aplicación web de vanguardia que monitorea cuerpos de agua e inundaciones, combinando datos satelitales de Copernicus, redes viales de OpenStreetMap (OSM) y modelos de simulación. Nuestra solución evalúa la vulnerabilidad de intersecciones y carreteras mediante pesos de riesgo, calculados a partir de probabilidades de inundación de Copernicus derivadas de un método de ensamblaje de tres algoritmos GFM (Global Flood Monitoring). Estos análisis, respaldados por principios estadísticos y físicos, generan alertas precisas, mapas interactivos y simulaciones que muestran cómo las comunidades responden ante desastres, ayudando a salvar vidas y reducir pérdidas. Las características clave incluyen:

• Panel para servicios de emergencia: Proporciona mapas detallados y simulaciones dinámicas generadas con modelos basados en agentes que representan individuos, combinados con principios hidrológicos para modelar la propagación del agua y los impactos en carreteras. Estas simulaciones ofrecen información accionable para que los servicios de emergencia planifiquen evacuaciones y asignen recursos de manera óptima en escenarios reales de inundación. (En desarrollo)
• Interfaz pública: Desarrollada con Leaflet, presenta mapas interactivos que clasifican nodos y carreteras según pesos de riesgo derivados de datos Sentinel-1 (valores de probabilidad de inundación GFM a 20 m, ensamblaje de tres algoritmos), y HydroSHEDS (HydroLAKES, HydroRIVERS, HydroATLAS para excluir cuerpos de agua), guiando a los ciudadanos hacia rutas seguras durante inundaciones.

Con un enfoque riguroso en simulación y estadística, AquaSentinel garantiza una precisión técnica excepcional. Diseñada para Panamá, con planes para escalar a América Latina, promoviendo resiliencia urbana. 

A diferencia de los mapas de riesgo estáticos que suelen ofrecer entidades gubernamentales o portales internacionales, AquaSentinel integra datos satelitales actualizados con modelos dinámicos que permiten visualizar, anticipar y actuar ante eventos de inundación. Nuestra solución no solo muestra zonas vulnerables, sino que simula escenarios de evacuación, asigna pesos de riesgo personalizados por tramo vial, y ofrece rutas seguras, algo que las herramientas tradicionales no contemplan. Esta capacidad de análisis predictivo y acción inmediata convierte a AquaSentinel en una herramienta proactiva, no solo informativa.

¿Quiénes somos?

AquaSentinel fue desarrollado por un equipo multidisciplinario de estudiantes panameños de física, ciencias de la computación e ingeniería en sistemas, unidos por el objetivo de crear soluciones tecnológicas con impacto real frente a los desastres climáticos. Nuestra experiencia combina modelado científico, desarrollo web, bases de datos y visualización geoespacial.

• Luis – Estudiante de Computer Science, Universidad de Guelph
  Desarrollador del sistema de red vial y de la base técnica del mapa interactivo. Apasionado por el análisis de datos, machine learning y desarrollo web. Ha creado herramientas tecnológicas para estudiantes, mascotas y accesibilidad con IA. Es facilitador en el Google Developer Student Club (GDSC) y creador de contenido educativo sobre marketing y tecnología.
• Eduardo – Estudiante de Ingeniería de Sistemas Informáticos, Universidad Latina de Panamá
  Responsable del diseño y la integración de la aplicación web. Tiene experiencia como Administrador de Bases de Datos (DBA) en Telered, donde trabajó en la gestión y seguridad de datos críticos. Su enfoque está en la innovación tecnológica, los sistemas distribuidos y la eficiencia en soluciones empresariales.
• Derek – Estudiante de Física Biológica y Médica, Universidad de Guelph
  Encargado del análisis de datos, modelado estadístico y simulaciones. Tiene experiencia en programación científica (Python, R, Julia) y es coautor en estudios en desarrollo, aplicando machine learning al análisis de datos. Ha trabajado en proyectos personales enfocados en simulación computacional y modelado con datos.

Datos utilizados

AquaSentinel combina fuentes de datos robustas:

• Copernicus GLO-30 DEM: Modelo de elevación de 30 metros para mapear topografía.
• Copernicus Sentinel-1: Probabilidades de inundación con resolución de 20 metros para calcular los pesos de la red vial con un mapa probabilístico de inundaciones.
• HydroSHEDS: Datos de HydroLAKES, HydroRIVERS y HydroATLAS para fortalecer el mapa probabilístico de inundaciones.
• OpenStreetMap (OSM): Redes viales para modelar infraestructura urbana, incluyendo altitudes extraídas para análisis topográfico.

Desarrollo

Para más información, consultar el documento de detalles técnicos en el apartado de Adjuntos.

Productos

AquaSentinel ofrece herramientas visuales y analíticas para mitigar riesgos hídricos, diseñadas para ser intuitivas y accionables:

• Mapas dinámicos: Proveen visualizaciones en tiempo real de riesgos de inundación y elevaciones dentro de la aplicación web, permitiendo a los usuarios identificar áreas vulnerables al instante. Al integrar datos DEM, Sentinel y OSM, los mapas usan escalas de colores (e.g., rojo para zonas de alto riesgo) para resaltar áreas críticas, apoyando la planificación proactiva de autoridades y ciudadanos.
• Panel de emergencia: Ofrece simulaciones dinámicas a los servicios de emergencia, modelando la propagación del agua y los impactos en carreteras con modelos hidrológicos basados en física y evaluaciones estadísticas de riesgo. Facilita la planificación rápida de evacuaciones y la asignación de recursos al visualizar escenarios de inundación en tiempo real y sus impactos sociales.
• Interfaz pública: Proporciona mapas interactivos mediante Leaflet, mostrando nodos y carreteras seguras basados en gradientes de elevación y pesos de riesgo calculados a partir de altitudes OSM y datos de inundación. Empodera a los ciudadanos para navegar de manera segura durante inundaciones, ofreciendo visualizaciones claras de rutas seguras.
• Simulaciones de respuesta societal: Visualizan escenarios de inundación, como bloqueos viales y patrones de evacuación, usando modelos hidrológicos y estadísticos integrados. Ayudan a los servicios de emergencia a planificar respuestas, a las aseguradoras a evaluar riesgos y a los ciudadanos a prepararse al comprender los impactos comunitarios durante eventos de inundación.

Resultados de Simulación: ¿Funciona AquaSentinel?

Para validar el impacto real de AquaSentinel, simulamos una evacuación con distintos tipos de comportamiento:

• Aleatorio: No usan ninguna guía.

• Explorador: Buscan por su cuenta.

• Gratis: Siguen las rutas seguras de AquaSentinel.

• Premium: Usan rutas optimizadas y alertas en tiempo real.

Resultado 1: Quiénes lograron evacuar

Más del 95% de los usuarios que siguieron rutas de AquaSentinel (gratis o premium) lograron evacuar con éxito. En contraste, solo el 1% de los agentes aleatorios evacuaron y ~75% de los exploradores evacuaron.

Resultado 2: Tiempo de evacuación

Los usuarios de AquaSentinel evacuaron hasta cuatro veces más rápido que los agentes sin guía. Menos tiempo, más seguridad.

¿Qué significa esto?

Nuestra plataforma salva más vidas y lo hace más rápido. No solo muestra mapas bonitos: cambia el comportamiento de las personas durante una emergencia real.

Usuarios y membresías

AquaSentinel sirve a múltiples actores, cada uno beneficiándose de herramientas específicas:

• Servicios de emergencia: Utilizan el panel de emergencia para planificar evacuaciones y respuestas, aprovechando simulaciones en tiempo real para predecir impactos de inundaciones en infraestructuras y poblaciones, asegurando acciones rápidas y efectivas.
• Aseguradoras: Analizan mapas de riesgo para evaluar la exposición en áreas propensas a inundaciones, permitiendo ajustes precisos de primas y estrategias de mitigación de riesgos basadas en datos estadísticos confiables.
• Ciudadanos: Acceden a la interfaz pública para ver rutas seguras durante inundaciones, usando mapas interactivos para tomar decisiones informadas sobre seguridad y preparación personal.
• Autoridades: Utilizan mapas dinámicos y simulaciones para informar la planificación urbana resiliente, integrando datos de riesgo en políticas para reducir la vulnerabilidad en zonas de alto riesgo.
• Investigadores: Estudian patrones de riesgo hídrico y respuestas sociales usando los datos y visualizaciones de AquaSentinel, contribuyendo a investigaciones sobre resiliencia climática y gestión de desastres.

Membresías AquaSentinel:

1. Gratuita
   Accede a mapas interactivos, alertas personalizadas y crowdsourcing para reportar inundaciones. Ideal para ciudadanos que buscan seguridad básica y contribuyen a mejorar nuestras predicciones. 
2. Premium
   Incluye un dashboard avanzado, simulaciones dinámicas y una API segura. Perfecta para SINAPROC, municipios y aseguradoras como ASSA, con pilotos de 3 meses para evaluar su impacto.
3. Especial
   Ofrece una API de datos históricos, simulaciones con agentes y análisis en tiempo real. Diseñada para universidades y startups.

Plan de Negocio

1. Socios Estratégicos

AquaSentinel se apoya en alianzas clave para garantizar la efectividad del proyecto y su expansión futura:

• SINAPROC: Actuará como principal coordinador de emergencias y socio en la implementación de pruebas piloto. Su rol será esencial para validar la solución en escenarios reales y garantizar la interoperabilidad con los sistemas existentes.

• Universidad Tecnológica de Panamá (UTP): Brindará soporte técnico, infraestructura (servidores y créditos en AWS) y mentorías académicas. Además, facilitará recursos humanos a través de estudiantes capacitados para el desarrollo y mantenimiento de la plataforma.

• Cruz Roja Panameña: Participará en la distribución del servicio en comunidades vulnerables, así como en campañas de concienciación y capacitaciones comunitarias.

• Fundación Interamericana (IAF): Posible financiador inicial, con base en antecedentes donde ha aportado más de $32.5 millones a proyectos de resiliencia en Panamá.

Estas alianzas fortalecen la legitimidad del proyecto y reducen significativamente los costos iniciales, facilitando el acceso a financiamiento y recursos técnicos.

2. Actividades Claves

El núcleo operativo de AquaSentinel se basa en la tecnología y en la ciencia de datos para ofrecer soluciones predictivas y preventivas:

• Recolección y procesamiento de datos satelitales y geoespaciales: Uso de Sentinel-1 (Copernicus), OpenStreetMap (OSM) e HydroSHEDS como fuentes principales. Estas bases permiten modelar inundaciones y generar rutas seguras en tiempo real.

• Desarrollo de mapas interactivos y simulaciones: Implementación de modelos predictivos basados en IA (XGBoost, Random Forest) y simulaciones de comportamiento social mediante modelos basados en agentes. Estas simulaciones ayudan a planificar evacuaciones y optimizar la asignación de recursos.

• Algoritmo de rutas seguras: Integración de Dijkstra para calcular rutas óptimas considerando el nivel de riesgo, el flujo vehicular y condiciones del terreno.

• Mantenimiento y actualizaciones continuas: Incluye correcciones técnicas, mejoras en la interfaz y actualizaciones de mapas en la aplicación móvil/web (desarrollada en Leaflet).

3. Propuesta de Valor

AquaSentinel ofrece beneficios diferenciales que impactan tanto en la seguridad ciudadana como en la eficiencia institucional:

• Mapas dinámicos y rutas seguras para ciudadanos en tiempo real, reduciendo riesgos en desplazamientos durante emergencias.

• Simulaciones sociales y predicciones precisas para entidades gubernamentales y aseguradoras, facilitando la toma de decisiones basada en datos.

• Reducción de pérdidas humanas y económicas mediante alertas tempranas y optimización de planes de evacuación.

• Escalabilidad regional: Diseño adaptable a otros países latinoamericanos con alta vulnerabilidad climática.

4. Relaciones con el Cliente

Para asegurar confianza y adopción temprana, la estrategia de relación con clientes se basa en:

• Acceso gratuito para ciudadanos mediante un modelo freemium, lo que garantiza inclusión social y generación de datos colaborativos.

• Pruebas piloto de 3 meses con SINAPROC y municipios priorizados (Panamá y Colón), para demostrar la efectividad del sistema en escenarios reales.

• Capacitaciones trimestrales dirigidas a gobiernos, aseguradoras y ONGs, asegurando el uso adecuado de herramientas avanzadas.

• Actualizaciones periódicas de mapas y alertas, con notificaciones en tiempo real para mantener la confianza del usuario.

5. Segmentación de Clientes

AquaSentinel se dirige a tres segmentos estratégicos:

• Servicios de Emergencia (SINAPROC): Necesitan herramientas predictivas y simulaciones para mejorar la respuesta a desastres.

• Gobiernos Municipales (Panamá y Colón): Requieren mapas dinámicos y planes de evacuación escalables que cumplan con la Política Nacional de Gestión Integral de Riesgos de Desastres (PNGIRD).

• Aseguradoras privadas (ASSA, Mapfre): Demandan información precisa para evaluar riesgos y ajustar primas, reduciendo siniestralidad.

• Ciudadanos: Acceso gratuito para proteger su vida y bienes durante inundaciones.

6. Estructura de Costos

El modelo financiero prioriza eficiencia y sostenibilidad, aprovechando recursos gratuitos y alianzas estratégicas:

• Desarrollo inicial: $0 (prototipo creado en hackathon con herramientas open source).

• Servicios en la nube (AWS): $1,200/año (costo estimado tras aprovechar el Free Tier y créditos educativos).

• Mantenimiento técnico: $2,000/año (soporte por estudiantes).

• Marketing y alianzas: $2,000/año (campañas digitales y reuniones estratégicas).

Costo total anual estimado: $5,200 (financiado inicialmente por ONGs y SINAPROC).

7. Impacto Social y Ambiental

AquaSentinel contribuye directamente a la reducción del riesgo climático y la protección de comunidades:

• Protección de vidas: Alertas y rutas seguras para evacuaciones.

• Reducción de pérdidas económicas: Beneficio directo para aseguradoras, municipios y ciudadanos.

• Resiliencia urbana: Herramienta para la planificación ante cambio climático.

• Alineación con ODS 11 (Ciudades y comunidades sostenibles): Favorece financiamiento climático internacional.

8. Sostenibilidad Financiera

El modelo asegura ingresos recurrentes y escalabilidad:

• Ingresos iniciales: Financiamiento externo de ONGs y fondos climáticos internacionales.

• Ingresos recurrentes: Suscripciones premium ($1,000-$10,000/mes) para gobiernos, aseguradoras y consultoras.

Proyección de autosostenibilidad: Alcanzar equilibrio financiero en 2 a 3 años, con expansión a América Latina.

Conclusiones

A diferencia de otras soluciones centradas en la predicción del evento, AquaSentinel incorpora simulaciones sociales en desarrollo que permiten anticipar cómo reaccionará la población. Esta visión proactiva nos posiciona como una herramienta de preparación estratégica, no solo de monitoreo.

• Impacto social: AquaSentinel equipa a comunidades, servicios de emergencia y aseguradoras con herramientas para reducir pérdidas humanas y económicas, mejorando la preparación.
• Precisión técnica: Análisis estadísticos avanzados, como autocorrelación espacial y cálculos de gradientes topográficos, aseguran predicciones de inundaciones y evaluaciones de riesgo confiables.
• Escalabilidad: Diseñada para Panamá, es fácilmente adaptable a otras regiones de América Latina, abordando desafíos regionales diversos.
• Innovación local: Creada por estudiantes panameños, AquaSentinel aborda problemas regionales con tecnología de vanguardia, arraigada en experiencia local.

AquaSentinel transforma la gestión de riesgos hídricos, protegiendo vidas y fomentando un futuro resiliente en América Latina.