Desarrollo de un sistema electrónico orientado a la transmisión y recepción de datos e imágenes digitales basado en el módulo de comunicaciones lora

Abstract

El presente trabajo propone realizar un sistema de comunicación de banda angosta orientado a la transmisión de datos e imágenes para el monitoreo de variables de medición y eventos remotos. Actualmente, el monitoreo de eventos meteorológicos e hidrológicos lo realiza el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI), quien emplea redes satelitales o el Servicio General de Paquetes Vía Radio (siglas en inglés GPRS). Estos sistemas de comunicación no cuentan un alto nivel de confiabilidad debido a la falta de uso de métodos de redundancia. Además, su bajo ancho de banda limita la transmisión de imágenes digitales. Por otro lado, en algunas zonas todavía emplean procedimientos de vigilancia visual que ponen en riesgo a las personas. En el estado del arte las publicaciones científicas proponen diferentes codificadores de imagen para transmitir en sistemas con bajo ancho de banda. De la revisión del estado del arte se observan limitaciones en tamaño de imagen, codificadores no personalizados, distancias cortas de transmisión y alta carga computacional. En contrapartida, el equipo electrónico propuesto soluciona estas limitaciones utilizando diferentes técnicas con un equilibrio adecuado entre calidad de imagen, compresión, decodificación secuencial y complejidad computacional. Este equipo se valida con métricas de calidad de imagen PSRN, SSIM y MOS, y pruebas a diferentes distancias de transmisión. Los resultados muestran que la propuesta obtiene una calidad de imagen reconstruida aceptable con una gran tasa de compresión que permite transmitir imágenes a una resolución de 248x1504 píxeles cada 5 minutos en una distancia máxima de 16 km aproximadamente.

The present work proposes the development of a narrowband communication system oriented to data and image transmission for the monitoring of measurement variables and remote events. Currently, the monitoring of meteorological and hydrological events is carried out by the National Meteorological and Hydrological Service of Peru (SENAMHI), which uses satellite networks or the General Packet Radio Service (GPRS). These communication systems do not have a high level of reliability due to the lack of use of redundancy methods. In addition, their low bandwidth limits the transmission of digital images. On the other hand, in some areas they still employ visual surveillance procedures that put people at risk. In the state-of-the-art scientific publications propose different image encoders to transmit in low bandwidth systems. From the review of the state of the art, limitations in image size, noncustomized encoders, short transmission distances and high computational load are observed. On the other hand, the proposed electronic equipment solves these limitations using different techniques with an adequate balance between image quality, compression, sequential decoding, and computational complexity. This equipment is validated with PSRN, SSIM and MOS image quality metrics, and tests at different transmission distances. The results show that the proposal obtains an acceptable reconstructed image quality with a high compression rate that allows transmitting images at a resolution of 248x1504 pixels every 5 minutes over a maximum distance of approximately 16km.