Sistema Informático basado en estándares Darwin Core para presentar la información de las colecciones de historia natural: distribución geográfica de especies y jerarquización sistémica de especímenes del Herbario QCA procedentes de la Reserva Ecológica Antisana.

Abstract

In 2013 the Pontifical Catholic University of Ecuador (PUCE) as part of its multidisciplinary research work between the School of Biological Sciences and Systems Engineering project called was performed: Development of a computer system for disseminating information generated by research projects at the School of Biological Sciences at the Antisana Ecological Reserve (REA), in order to promote the dissemination of the results of such investigations.

In this collaborative work it allowed the scope to propose a project: Expand the computer system developed and release some of the biodiversity information stored in the database of the Herbarium QCA.
A computer system of base rate taxonomic scientific data was developed using the Darwin Core standards biodiversity additionally features modular design, users multi-level which use the management different modules or use them together, the development of a geographical display optimized for kml download files and georeferenced information presentation botanical applying Extreme programming Methodology (XP), Model View Controller (MVC), class diagram, use case testing and verification of results.
The result is a computer system, a database of scientific type with information regarding species Pteridophytes deposited in the QCA herbarium with distribution in the REA and other areas of the country for analysis of diversity, conservation and management of plant resources It includes taxonomic information, collection sites and correct location geographical coordinates determines the spatial distribution of species through geographic displays online, photographic documentation of the species identified as types, paratypes, holotypes performing migration of 8,000 of these registry, additional permits information export, which seeks to contribute to knowledge researchers and the general public.

Full text

Sistema Informático basado en estándares Darwin
Core para presentar la información de las
colecciones de historia natural: distribución
geográfica de especies y jerarquización sistémica de
especímenes del Herbario QCA procedentes de la
Reserva Ecológica Antisana.
Francisco Rodríguez a, Luis Cárdenas b, Juan Calle a, Andrés Jiménez a, Daniel Vargas a, Ana Umaquinga c, Hugo Navarrete b
a Escuela de Ingeniería en Sistemas, Facultad de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica del Ecuador
b Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Pontificia Universidad Católica del Ecuador
c Carrera de Ingeniería en Electrónica y Redes de Comunicación, Facultad de Ingeniería en Ciencias Aplicadas, Universidad
Técnica del Norte
frodriguez@puce.edu.ec, LCARDENAS690@puce.edu.ec , jcalle@puce.edu.ec, ajimenez@puce.edu.ec ,
dvv@hotmail.com, acumaquinga@utn.edu.ec, hnavarrete@puce.edu.ec
Resumen
En el año 2013 la Pontificia Universidad Católica del
Ecuador (PUCE) como parte de su trabajo investigativo
multidisciplinario entre las Escuela de Ciencias Biológicas y
de Ingeniería de Sistemas se realizó el proyecto
denominado: Desarrollo de un sistema informático para la
difusión de la información generada por los proyectos de
investigación de la Escuela de Ciencias Biológicas en la
Reserva Ecológica Antisana (REA), con el fin de promover
la difusión de los resultados de dichas investigaciones.
En dicho trabajo colaborativo permitió el plantear un
alcance al proyecto: Ampliar el sistema informático
desarrollado y liberar parte de la información de
biodiversidad almacenada en la base de datos del Herbario
QCA.
Para ello se desarrolló un sistema informático de tipo de
base de datos científica taxonómica utilizando los estándares
Darwin Core de biodiversidad, adicionalmente cuenta con
diseño modular, usuarios multi-niveles que permite
administrar distintos módulos o usarlos en conjunto, el
desarrollo de un visualizador geográfico optimizado para la
descarga de archivos kml y presentación de información
botánica georeferenciada aplicando Metodología
Programación Extrema (XP), Modelo Vista Controlador
(MVC), diagrama de clases, caso de uso, pruebas y
verificación de resultados.
El resultado es un sistema informático, una base de datos
de tipo científica con información referente a las especies de
Pteridofitas depositadas en el herbario QCA con
distribución en la REA y otras áreas del país para el análisis
de la diversidad, conservación y manejo de recursos
vegetales, incluye información taxonómica, sitios de colecta
y correcta ubicación coordenadas geográficas que determina
la distribución espacial de las especies mediante
visualizadores geográficos en línea, documentación
fotográfica de las especies identificadas como tipos,
paratipos, holotipos realizándose la migración de 8000 de
estos registros, adicional permite la exportación de
información, con lo que busca contribuir con conocimiento
a investigadores y ciudadanía en general
Palabras Claves— Darwin Core, Programación Extrema,
Taxonomía, Pteridofitas, Biodiversidad, Endemismo, Sistema
Modular
Abstract
In 2013 the Pontifical Catholic University of Ecuador
(PUCE) as part of its multidisciplinary research work
between the School of Biological Sciences and Systems
Engineering project called was performed: Development of
a computer system for disseminating information generated
by research projects at the School of Biological Sciences at
the Antisana Ecological Reserve (REA), in order to promote
the dissemination of the results of such investigations.

In this collaborative work it allowed the scope to propose
a project: Expand the computer system developed and
release some of the biodiversity information stored in the
database of the Herbarium QCA.
A computer system of base rate taxonomic scientific data
was developed using the Darwin Core standards biodiversity
additionally features modular design, users multi-level
which use the management different modules or use them
together, the development of a geographical display
optimized for kml download files and georeferenced
information presentation botanical applying Extreme
programming Methodology (XP), Model View Controller
(MVC), class diagram, use case testing and verification of
results.
The result is a computer system, a database of scientific
type with information regarding species Pteridophytes
deposited in the QCA herbarium with distribution in the
REA and other areas of the country for analysis of diversity,
conservation and management of plant resources It includes
taxonomic information, collection sites and correct location
geographical coordinates determines the spatial distribution
of species through geographic displays online, photographic
documentation of the species identified as types, paratypes,
holotypes performing migration of 8,000 of these registry,
additional permits information export, which seeks to
contribute to knowledge researchers and the general public.
Keywords— Darwin Core Extreme Programming, Taxonomy,
Pteridophytes, Biodiversity, Endemic, Modular System.
I. INTRODUCCIÓN
De acuerdo al Centro de Monitoreo de la
Conservación del Ambiente UNEP-WCMC, perteneciente
al Programa de las Naciones Unidas para el Medio
Ambiente, son 17 los países megadiversos donde se
concentra el 70% de la biodiversidad del planeta, los
mismos que se encuentran ubicados en América Latina,
África y Asia, siendo el Ecuador uno de estos países por el
número de distintas especies que alberga: en una extensión
de 256.370 km2 , equivalente al 0,17% de la superficie
terrestre del planeta, posee más del 11% de todas las
especies de vertebrados terrestres; 16.087 especies de
plantas vasculares que incluyen 595 especies exóticas de las
cuales, 346 especies son cultivadas u ornamentales y
249 se han introducidas de manera accidental; alrededor
de 600 especies de peces marinos, 400 especies en anfibios;
1.562 especies en aves y ostenta el cuarto puesto mundial,
600 especies de peces de agua dulce; cinco veces más de los
que se pueden encontrar en toda Europa. [1]
En el Ecuador el ecosistema tropical también llamado
páramo, se encuentra generalmente a una altitud promedio
de 3.300 msnm, y varía debido a condiciones geológicas,
climáticas y antrópicas, haciendo que lleguen a
encontrarse incluso desde los 2.800 msnm,
principalmente al sur del país [3].
En los páramos ecuatorianos se encuentran 659 especies
endémicas, 273 crecen exclusivamente en el páramo [4].
En este contexto e importancia la REA es una de las áreas
protegidas en el Ecuador [1] [4], creada el 21 de julio de
1993 mediante resolución No. 0018 RNINEF AN publicada
en el Registro Oficial No 265 del 31 de agosto del mismo
año [5].
REA se sitúa en la vertiente oriental de la Cordillera Real
de los Andes, en las provincias de Pichincha y Napo, cuenta
con un área de 120.000 ha, y un rango altitudinal entre los
1.200 y 5.758 msnm. [6], se halla flanqueada por otras áreas
protegidas: la Reserva Ecológica Cayambe-Coca, situada al
nororiente y el Parque Nacional Sumaco - Napo Galeras al
oriente y los Bosques Protectores: Antisana y Tambo al
occidente y suroccidente y el Bosque Protector Guacamayos
al sur [5].
Por las importantes características que presenta el
ecosistema de páramo instituciones como Ministerio del
Ambiente de Ecuador MAE, Consorcio para el Desarrollo
Sostenible de la Ecorregión Andina CONDESAN, Empresa
Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento
EPMAPS, Fondo para la Protección del Agua FONAG,
EcoCiencia, Pontificia Universidad Católica del Ecuador
PUCE, The Nature Conservancy, Fundación Antisana,
entre otras, han desarrollado algunos proyectos de
investigación en el área de la Reserva Ecológica Antisana
que han proporcionado información importante que ha
servido para el planteamiento de iniciativas y estrategias
dirigidas principalmente al manejo sustentable y a la
conservación de los recursos naturales de la REA.
El Equipo investigador de la PUCE presenta el Sistema
Informático para la difusión de la información generada por
los proyectos de investigación de la Escuela de Ciencias
Biológicas en la Reserva Ecológica Antisana REA, en el
cual se adaptó los estándares de recolección de insectos ,
plantas y con la utilización de un sitio web se distribuyó la
información para mostrar la biodiversidad del Ecuador en la
REA entre investigadores y el público en general ,
manifestando la necesidad de obtener un sistema basado en
estándares de recolección, distribución de fichas y
colecciones taxonómicas en posicionamientos geográficos y
jerarquización sistémica de especímenes. [7], siendo uno de
los propósitos del presente estudio el de generar una base de

datos científica taxonómica según un sistema modular la
cual permita el crecimiento del sistema.
Es aquí donde se precisa el uso del estándar Darwin Core
para la publicación de datos e integración de la información
sobre biodiversidad, utilizado por la Infraestructura Global
de Información sobre Biodiversidad (GBIF del inglés
Global Biodiversity Information Facility) cuenta
aproximadamente con índices de alrededor de 300 millones
de registros formateados con Darwin Core, más de 340
organizaciones en 43 países, a la vez que, está
incursionando en el estudio de nuevas áreas como
metagenómica y recursos genéticos[8]. Darwin Core
también describe un grupo mínimo de estándares para la
búsqueda y la recuperación de las bases de datos de
colecciones de diversidad biológica y observaciones,
incluye los elementos básicos de los datos, probablemente
disponibles para la mayoría de los registros de datos sobre
especímenes [7].
En la sección II se presenta la metodología aplicada,
requerimientos de metadatos de especies,diagrama de clases,
casos de uso, herramientas aplicadas, en la sección III se
presenta los módulos resultantes del sistema informático,
por último en sección IV se presentan las principales
conclusiones y aportes obtenidos con el presente estudio.
II. MÉTODO
Metodología de Desarrollo del Sistema: Se aplicó
Programación Extrema XP planeación, diseño, codificación,
pruebas, interacciones, colaboración entre el desarrollador y
el usuario en reuniones de trabajo, seguimiento, facilitando
la organización, comunicación, procesamiento y
sistematización de la información. A la vez se realizó
Modelo Vista Controlador, diagramas de clase y de casos de
uso para mejor entendimiento del sistema.
A continuación, en la Tabla I se presenta las actividades
realizadas para el diseño de Modelo de datos y el desarrollo
del sistema informático:
Tabla I: Descripción general de actividades realizadas en
el desarrollo del sistema informático.
Actividades
Descripción
Diseño de Modelo
de Datos
- Diseño de base de datos con el
requerimiento basado en Darwin
Core.
- Depuración de la base de datos,
para la correcta relación entre la
información y los campos
diseñados para el sistema.
Selección,
- Preparación una estructura en
migración de
registros botánicos
al sistema
informático
hojas en Excel con
correspondencia a la estructura
del sistema informático.
- Migración de 8000 registros
aproximadamente con
información de Pteridofitas del
Ecuador de la base de datos del
Herbario QCA PUCE
Integración a la base
de datos de un
registro fotográfico
- Integración de imágenes
referenciales a los principales
grupos taxonómicos
seleccionados.
Preparación de la
Página Web
- Integración de contenidos el
Herbario QCA
Visualización de la
información
geográfica
almacenada en la
base de datos en
Google Maps
- Integración de las distintas
coberturas en formato de las
especies de las bases de datos al
visualizador de Google Maps
desde aplicaciones como ArcGIS
Pruebas del Sistema
- Funcionamiento, visualización
de los módulos, validación del
motor de búsqueda.
Para la creación de la base de datos basado en Darwin
Core se realiza:
Definición de metadatos de especies: Selección de
principales metadatos:
● Elementos de registro: Información relacionada a
instituciones, colecciones de la muestra de la especie
y la naturaleza de los datos del registro en general.
● Registro biológico (Ocurrencia): Evidencia de la
especie en la naturaleza donde fue recolectado,
registro de los observadores de la recolección,
comportamiento de la especie, medios asociados ya
sean digitales o físicos y referencias de la
recolección.
● Evento: Protocolos de muestreo y métodos de
registro de la recolección de la especie además de la
fecha, la hora y notas extra de campo.
● Ubicación: Referencia geografía de la recolección del
espécimen, descripciones de la localidad, país,
continente, región, datos de codificación de
coordenadas espaciales.
● Contexto geológico: Tiempos geológicos de los
especímenes recolectados.
● Identificación: Asociaciones y relaciones entre los
taxones y los registros biológicos.
● Taxón: Nombres científicos, comunes, usos de
nombres, conceptos básicos del taxón como
estructuras jerárquicas y la relación entre ellos.
● Tipo Taxón: Clasificación jerárquica para los tipos de

taxones en el sistema, orden, y relación con los
taxones. A partir de colecciones de especies se
utilizan los siguientes elementos de metadatos
principales para el sistema.
● Colección: Información de la creación y
modificación de un conjunto de especies ingresadas
al sistema bajo un solo nombre único.
● Ficha: Contiene el autor que creó el taxón y su fecha
de ingreso del taxón al sistema.
● Ficha Especie: Contiene información específica del
espécimen taxón y claves para su identificación,
descubrimiento e información científica del taxón.
● Media: Contiene toda la información visual
relacionada a un taxón.
● Persona: Contiene usuarios o identificadores
responsables de la creación o modificación de
colecciones, fichas, taxones, referencias.
● Referencia: Contiene información de las referencias
establecidas para la identificación de especies y
taxones.
Diagrama de Clases: que demuestra las estructuras de las
diferentes clases que componen al sistema
Figura 1. Diagrama de clases del Sistema
Diagrama de Casos de Uso: Requerido para el análisis de
actores y procesos dentro del sistema informático
Figura 2: Extracto de diagrama de casos de uso: ficha
especie
Modelo conceptual de Bases de datos: Para
comprender de mejor manera al Sistema Informático.
Figura 3. Extracto modelo conceptual del sistema
informático
Herramientas utilizadas para la implementación del
sistema:
Servidor: Sistema operativo Linux, Ubuntu Server.
Servidor de aplicaciones: JBoss 8.2
Lenguaje: Java 1.6 en adelante.
Motor de base de datos: PostgreSQL 9.4 .
IDE de desarrollo para el sistema: Eclipse
Para Diseño Entidad-Relación: Power Designer
III. ANÁLISIS DE RESULTADOS
El resultado de este estudio fue un sistema web resultante
que se encuentra en:
Url: http://www.bio-puce.com/catalogoBiologia/
Licencia de uso: El código del sistema bajo distribución
de licencia GNU GPL.
Módulos: El sistema cuenta con dos tipos de módulos:
Los módulos comunes o pequeños y los módulos grandes o
Meta-Módulos, que hacen uso de los módulos menores, en
la Tabla II que se presenta a continuación se detalla la
funcionalidad de los módulos principales.
Tabla II: Descripción de los Módulos del Sistema
Informático.
Módulos
Función
Taxones
- Módulo mayor que envuelve a la
mayoría de módulos.
- Permite ingresar, modificar, borrar y
buscar los datos ingresados de las
recolecciones de especímenes.
- Utiliza el módulo de: Taxón, Media,
Ubicaciones y Ocurrencias.
Ficha de
Especies
- Permite ingresar datos extra sobre
especies para nuevos estudios de
especímenes.
- Utiliza el módulo de Taxones,
Referencias y Media.

Ocurrencias
- Es una tabla aparte de la Taxonomía
pero es un módulo que se maneja en
conjunto con Taxonomía.
- Utiliza los módulos de Preparaciones
Media Asociada, Life Stage,
Disposiciones, Referencia Asociada.
Depende directamente de Ubicaciones
Ubicaciones
- Maneja las estaciones o puntos de
donde se recolectan los datos para las
ocurrencias.
- Utiliza los módulos Estado de
Verificación, Cuerpos de Agua,
Localidad, Contexto Geológico, Zona.
Depende directamente de Eventos.
Eventos
- Maneja los datos de fechas de la
ocurrencia e información extra del
mismo.
- Utiliza módulos Sampling, Hábitats.
Colecciones
- Maneja las colecciones de las fichas
especies.
- Utiliza el módulo de Elemento
Registro.
Usuarios
- Administrador: Crea y modifica
usuarios. Acceso total al sistema.
- Editor: Sin acceso al módulo de
Usuarios. Permite modificar de
información.
- Invitado: Acceso a la lectura del
sistema.
Misceláneos
Son una serie de módulos menores que
interactúan con varios módulos, por
ejemplo: personas, que tiene muchas
relaciones con Ficha, Taxonomía,
Ocurrencias y Ubicaciones.
Pantallas Principales del Sistema Informático:
Figura 4. Panel de control, menú de opciones con usuario
Administrador
Figura 5. Panel de control y módulo Taxones
Figura 6. Administrador de Documentos
Figura 7. Detalle de pestaña documentos, Administrador
de documentos, ingreso de metadatos del documento, como
título, palabras claves, descripción, autor.
Figura 8. Ingreso de relaciones e identificadores
Conexiones con JSON: El sistema se puede comunicar con
otras aplicaciones por lo cual se creó un servlet que
devuelve las imágenes georeferenciadas.
Figura 9. Ejemplo para el uso de coordenadas que
devuelve la información de las imágenes en formato
xml/json

Para la verificación de la compatibilidad del sistema del
proyecto en navegadores de Internet se tomó las
conclusiones del estudio realizado por la Universidad CEU
Cardenal Herrera del ranking de navegadores de internet
más usados: Internet Explorer con un 57.38%, Chrome con
un 24.69% y Firefox con un 11.6%, entre otros. [7]
Con los 3 navegadores de internet más usados: Chrome,
Mozilla Firefox, Internet Explorer se tomó módulos de login
del sistema, el panel de control principal, el panel de ficha
especie y por último el formulario de taxonomía, la
visualización es excelente.
Pruebas integrales de los módulos:
En esta sección se realizaron pruebas con los Meta-
Módulos del sistema, estos utilizan a todos los módulos
secundarios y posee todas las funcionalidades del sistema.
Estos módulos principales son: Usuario, Taxonomía, Media
y Ficha Especie.
Mapa temático:
La distribución de especies es realizada por la altitud de la
reserva ecológica como se puede apreciar
http://www.biodiversidad-antisana.com de la Figura 10:
Figura 10. Distribución de especies por altitud de la
reserva ecológica
El usuario al pulsar en la imagen le permite visualizar
información de la especie acorde a la altitud, como se
muestra en la figura 11.
Figura 11. Visualización de resultados
A continuación, en la figura 12 se presenta una
visualización de datos informativos que ofrece la aplicación
Figura 11. Datos informativos
IV. CONCLUSIONES
Una vez realizadas todas las pruebas en el sistema, tanto
de compatibilidad como de implementación, con las
herramientas y metodologías aplicadas se concluye que el
sistema. Sistema Darwin Core georeferenciado taxonómico
cumple con la recolección de datos establecida por el
estándar Darwin Core, El funcionamiento del sistema en los
3 navegadores de internet más usados funciona
exitosamente, así como la georreferenciación con ayuda de
coordenadas en Google Maps
Es de importancia tanto para el área de ciencias de la vida
como de tecnología ya que permite la difusión del
conocimiento de la biodiversidad a la comunidad
investigativa y al público en general.
Como estudio futuro: Debe considerarse el desarrollar o
adaptar la aplicación para dispositivos móviles
(smartphones, iPhone y Android) que permitan desplegar
guías interactivas de la flora y la fauna características y otra
información relevante, entre ellos de los proyectos de
investigación en REA.
REFERENCIAS
[1] E. Bravo Velásquez, La Biodiversidad en el Ecuador. Abya-
Yala/UPS, 2014.
[2] K. Beltrán, S. Salgado, F. Cuesta, S. León-Yánez, K. Romoleroux, E.
Ortiz, A. Cárdenas, y A. Velástegui, «Distribución espacial, sistemas
ecológicos y caracterización florística de los páramos en el Ecuador»,
EcoCiencia Proy. Páramo Andino Herb. QCA Quito Ecuad., 2009.
[3] G. Morales y R. Germán, «Caracterización ecológica de la hacienda
El Sinche en el sector El Arenal, parroquia Guanujo, cantón
Guaranda, provincia de Bolívar», B.S. thesis, 2016.
[4] Ministerio del Ambiente, «Reserva Ecológica Antisana | Sistema
Nacional de Áreas Protegidas del Ecuador». [En línea]. Disponible
en: http://areasprotegidas.ambiente.gob.ec/es/areas-
protegidas/reserva-ecol%C3%B3gica-antisana. [Accedido: 25-sep-
2016].
[5] F. Antisana, «Plan de Manejo de la reserva Ecológica Antisana»,
Quito Httpalfresco Ambiente Gob Ec, vol. 8096, 2002.
[6] Birdlife Internacional, «Birdlife Data Zone». [En línea]. Disponible
en: http://www.birdlife.org/datazone/sitefactsheet.php?id=14597.
[Accedido: 25-sep-2016].
[7] D. Vargas Vallejo, «Desarrollo de un sistema basado en los
estándares Darwin Core para facilitar el intercambio de información
en un portal web sobre la incidencia geográfica de las especies y la
jerarquización sistémica de especímenes en colecciones
taxonómicas.», Pontif. Univ. Católica Ecuad., 2015.
[8] J. Wieczorek, D. Bloom, R. Guralnick, S. Blum, M. Döring, R.
Giovanni, T. Robertson, y D. Vieglais, «Darwin Core: An Evolving
Community-Developed Biodiversity Data Standard», PLOS ONE,
vol. 7, n.o 1, p. e29715, ene. 2012.