Presentación

Bienvenido a QGISRed. En esta página encontrarás todo aquello que probablemente desearías conocer al tomar contacto por primera vez con este producto.  ¿Qué es y cuáles son los objetivos buscados? ¿Cómo surge? ¿Para qué sirve? ¿Cómo puedo instalarlo? ¿Quiénes están detrás de él?.  Te animo a visitar las secciones siguientes de esta página para contestar a todas tus preguntas de principiante.

Si quieres profundizar más en conocer todas las capacidades del producto y su estado actual de desarrollo, sobre cómo usar la aplicación, las publicaciones donde se cuentan sus fundamentos, o cómo conectar con nosotros para obtener soporte o colaborar en este apasionante proyecto, visita las otras secciones de esta web. Ah! Y también puedes registrarte para estar permanentemente informado de las novedades.

Qué es QGISRed

QGISRed es un complemento de QGIS (o plugin) destinado a facilitar la tarea de construir y analizar modelos hidráulicos de redes de distribución de agua, desde los esquemas más sencillos hasta el nivel de detalle requerido por los Gemelos Digitales. 

El plugin es de uso libre y aprovecha todas las ventajas de trabajar en un entorno GIS para georreferenciar los elementos de la red, superponerlos sobre fondos geográficos, editar la información gráfica y alfanumérica, visualizar la información por capas, personalizar la simbología, realizar operaciones de geoprocesamiento, etc.

A diferencia de otros plugins, QGISRed no es un conjunto de herramientas aisladas para facilitar determinadas tareas, sino que constituye una plataforma de trabajo desde la cual se puede construir o importar el modelo de la red, editar su trazado, declarar las propiedades de los elementos, construir un escenario de cálculo y analizar los resultados, todo desde el mismo entorno. De este modo QGISRed puede emular todas las capacidades de EPANET 2.2, ampliando sus opciones de edición y de cálculo.

Además de ello, QGISRed ofrece algunas ayudas para confeccionar los modelos, como la verificación de todos los datos, el cálculo automático de longitudes, la interpolación de cotas a partir de un MDT, la asignación de rugosidades a las tuberías a partir del material y edad, la asignación de las demandas a los nudos a partir de los datos de población o de los consumos medios registrados, y la gestión de escenarios de cálculo. 

 

Como herramienta de modelación avanzada, QGISRed ofrece opciones adicionales para ampliar el modelo y conectarlo con los datos reales, convirtiendo así de forma progresiva el modelo hidráulico de la red en un Gemelo Digital. Por ejemplo, a través de las acometidas se pueden cargar los datos de facturación o telelectura al modelo, y a través de los sensores comparar las medidas de campo con los valores simulados. Las válvulas de corte permiten aislar cerradas para realizar operaciones de mantenimiento o para sectorizar la red de modo temporal o permanente. Teniendo acceso a los datos reales se pueden realizar balances hídricos, obtener indicadores de desempeño (o KPIs), etc.

Emular las capacidades de EPANET permite acelerar la curva de aprendizaje en el manejo de QGISRed. Además, los conocimientos requeridos de QGIS para su uso son mínimos, pues se han desarrollado herramientas propias para llevar a cabo todas las operaciones necesarias. Sin embargo, los especialistas en QGIS podrán sacar aún mucho más provecho a las prestaciones ofrecidas por QGISRed.

A través de esta página se ofrecen numerosas ayudas para convertirse en poco tiempo en un experto en la modelación de redes, y ofrecer soluciones profesionales a las empresas mediante las herramientas asociadas al Gemelo Digital. 

Finalmente cabe resaltar que el modelo de datos utilizado por QGISRed es público y con una estructura muy simple, orientada fundamentalmente a realizar todo tipo de análisis, lo que permite conectar QGISRed con otras aplicaciones de modelado de redes como EPANET, InfoWorks o WaterGEMS.

QGISRed (pronunciado como Koo_his_rred siguiendo la fonética española) se ofrece por ahora solo en Inglés, y en breve estará también en Español. Potencialmente podría llegar a ofrecerse en los más de 40 idiomas soportados por QGIS.

Antecedentes

La idea de potenciar las prestaciones de EPANET mediante su conexión con un GIS no es nueva para nuestro grupo de investigación. Ya en 2004 Fernando Martínez, director del actual proyecto QGISRed, dirigió un proyecto con similares objetivos y prestaciones, denominado GISRed. Hubo por entonces dos versiones, la 1.0 y la 2.0, y se difundieron sus capacidades a través de varias publicaciones.

GISRed se programó en el lenguaje Avenue para ArcView 3.2, un precedente de lo que después fue ArcGIS, y llegó a estar configurado por más de 600 scripts.  Se utilizó internamente como herramienta de ayuda para confeccionar varios planes directores de mejora de abastecimientos, entre ellos el abastecimiento a la ciudad de Valencia y su área metropolitana, con una población servida de 1,5 millones de habitantes, como hito más importante.

 

A continuación, se muestran algunas pantallas de aquella aplicación. 

Sin embargo, la falta de robustez del producto limitó su difusión en primera instancia, y al poco tiempo ArcView quedó obsoleto, siendo abandonado también el lenguaje Avenue.

En los 15 años siguientes ninguna aplicación, dejando aparte los productos comerciales, llegó a proporcionar las prestaciones que GISRed ofrecía para ayudar en la confección de modelos de redes de abastecimiento. Mientras tanto el código de EPANET fue liberalizado, y en 2015 se fundó una sección dentro de la Open Water Analytics (OWA) para continuar desarrollando el módulo de cálculo de EPANET (también conocido como Toolkit), con la contribución ahora de toda la comunidad investigadora. Finalmente, en Diciembre 2019 se lanzó desde esta plataforma la última versión 2.2 de la Toolkit, vigente hasta el día de hoy. Poco después, en Julio de 2020 la EPA mejoró también la interfaz gráfica de EPANET a su versión 2.2, en la cual integró la última versión de la Toolkit.

Sin embargo, estos avances en EPANET no potenciaron las herramientas de ayuda para confeccionar modelos, ni incorporaron nuevos tipos de elementos a la red. Básicamente se limitaron a hacer accesible a los programadores todos los datos de un escenario y ofrecer la opción de utilizar la librería de funciones en modo concurrente, siendo la mayor aportación la posibilidad de ejecutar modelos con demandas dependientes de la presión (PDA). 

Los desafíos del antiguo GISRed seguían presentes, de modo que, en 2018, tras los espectaculares avances del software libre QGIS, nos decidimos a reproducir las prestaciones de GISRed en este nuevo entorno, y a mejorar de paso tanto las prestaciones de aquel producto inicial, equiparándolas a las que ofrece la última versión de EPANET 2.2.  La primera presentación en público del nuevo producto, ya denominado QGISRed, se realizó durante la Conferencia CCWI de 2019, en Exeter (UK)

Por otra parte, la experiencia adquirida por los autores en el desarrollo de uno de los primeros Gemelos Digitales del mundo para la ciudad de Valencia, nos llevó a potenciar aún más las prestaciones del nuevo plugin para permitir migrar de un modelo hidráulico convencional a la construcción de un Gemelo Digital.

El resultado de este esfuerzo es el producto QGISRed que aquí se presenta, con la intención de marcar un hito entre los productos de uso libre orientados a facilitar la construcción de modelos de redes de distribución de agua, los cuales van a ser cada vez más requeridos por las empresas gestoras de los servicios de abastecimiento de agua para la toma de decisiones, en un momento en el que la digitalización de este sector empieza a ser galopante.

QGISRed está aún en construcción, y las prestaciones de la última versión oficial se pueden consultar en la sección CAPACIDADES, donde se detallan especialmente las últimas novedades, y las prestaciones futuras por desarrollar. Se espera completar el alcance de todos los objetivos propuestos en la hoja de ruta, para la versión libre de este producto, en el plazo máximo de un año.

Aplicaciones

Todo este esfuerzo no lo habríamos hecho si el uso de los modelos de simulación no fuera cada vez más requerido y necesario. Las redes de distribución llegan a convertirse con el tiempo en sistemas complejos de manejar, por su continua expansión y adaptación en función de las necesidades. Por otra parte, su comportamiento altamente no lineal, debido no ya a la ecuación de pérdidas de las tuberías, sino sobre todo por el modo de funcionamiento de los elementos de regulación, con continuos arranques, paros y cambios en las consignas, hacen que la intuición de los operadores de las redes a la hora de estimar su comportamiento falle en numerosas ocasiones.

Los modelos se emplearon en principio con fines de diseño, y para ello bastaba con simular el caso más desfavorable, normalmente la situación punta, sobre una red simplificada. Con el tiempo se extendió su uso para simular el comportamiento dinámico de las redes en explotación, normalmente para un día tipo, buscando en principio reproducir las variaciones de nivel en los depósitos, o determinar los valores extremos de presiones, caudales y velocidades a lo largo del día, y siendo potenciado finalmente su uso para hacer predicciones sobre la evolución de la calidad del agua mientras es transportada por la red.  Hoy se les pide a los modelos que reproduzcan fielmente el comportamiento de la red en cualquier instante del pasado o presente, y que predigan su comportamiento a corto plazo a través de los gemelos digitales.

QGISRed pretende cubrir todas estas situaciones, siendo las principales aplicaciones cada caso:

En cualquier caso, hay que dejar claro que la versión libre del QGISRed no va a ofrecer soluciones a todos estos problemas formulados, ni es su intención.  QGISRed se limita a simular el comportamiento de la red bajo unas condiciones predefinidas, tal como hace actualmente EPANET. Solo que ofrece muchas más herramientas de modelación, contempla más tipos de elementos, y permite conectar el modelo con los datos reales.

Mientras que reproducir la realidad es un reto contrastable, ofrecer soluciones a muchos de los problemas planteados pasa por tener en cuenta el criterio de los responsables de gestionar la red. La solución en estos casos no es única, y a menudo se recurre a técnicas de optimización o de inteligencia artificial para alcanzar soluciones factibles. Estas técnicas quedan por ahora fuera del alcance de la versión libre de QGISRed.  En cambio, el usuario podrá comprobar con el producto que se le ofrece la respuesta ante cualquier situación planteada, lo que supone ya un avance importante. En consecuencia, el criterio ingenieril y el buen saber hacer de los expertos resultan aún de gran valor para ofrecer soluciones acertadas a estos problemas

Instalación de QGISRed

QGISRed no es una aplicación autónoma de escritorio al uso, que haya que descargar primero y después instalar ejecutando el fichero descargado. Tampoco es una aplicación web que se descarga al momento de ejecutarla. 

QGISRed es un complemento de QGIS, y por tanto se requiere instalar previamente este producto, en su versión de escritorio, desde la página oficial https://www.qgis.org. Los usuarios pueden instalar la versión más reciente para Windows, aunque también es compatible con versiones anteriores.   

QGIS es el software de GIS libre de mayor difusión actualmente en el mundo, y ofrece en sus últimas versiones una lista innumerable de prestaciones, incluida la interoperabilidad con todo tipo de entornos y formato de los datos. Está disponible para Windows, macOS, Linux, BSD, móviles y tabletas. Sin embargo, QGISRed funciona por ahora solo sobre Windows y para versiones posteriores a la 3.2. Además, aunque QGIS puede soportar hasta 40 idiomas, QGISRed está disponible por ahora solo en inglés.

Una vez instalado QGIS, para instalar el complemento QGISRed basta con seguir los siguientes pasos:

  1. Desde el menú Complementos, elegir la opción Administrar e instalar complementos.
  2. Desde la pestaña Todos, buscar por su nombre el plugin QGISRed, y a continuación deberá mostrarse la pantalla siguiente, al ser un complemento registrado en el repositorio oficial de QGIS
  3. Pulsar el botón Instalar Complemento, y en cuestión de segundos se habrá instalado la aplicación. Cerrar finalmente la ventana.
  4. En la barra de menús aparecerá el nuevo menú de QGISRed

    y en la botonadura se mostrará también la nueva barra de botones de QGISRed,

    desde donde alternativamente se puede acceder a todas las prestaciones de QGISRed.

  5.  Falta un último paso. En cuanto intentes utilizar por primera vez cualquier opción de QGISRed se mostrará una nueva pantalla solicitando que completes la instalación con las librerías (dlls) que contienen todos los algoritmos que configuran el núcleo de QGISRed. Es solo unos segundo más.
  6. Con ello ha finalizado la instalación de una aplicación que te sorprenderá por las numerosas prestaciones añadidas sobre las que ya ofrece QGIS, todas ellas orientadas a la confección y explotación de modelos de redes hidráulicas.

Actualmente hay registrados más de 1100 complementos activos de QGIS, pero apenas media docena tienen que ver con las redes hidráulicas. De entre ellos, QGISRed es el que más prestaciones ofrece hoy en día.  Si vuelves a abrir la ventana del complemento QGISRed puedes ver un resumen de sus prestaciones, el número de descargas actuales y su valoración.

En la misma ventana tienes un enlace a la ficha de QGISRed del repositorio de QGIS (puedes llegar también pinchando aquí), donde encontrarás algunos detalles más, y el histórico de versiones desde Septiembre 2019 en que se subió la primera versión de QGISRed al repositorio. Pinchando sobre ellas puedes ver las novedades aportadas en cada una.

QGIS permite también instalar versiones beta provisionales a través de la pestaña Instalar a partir del ZIP de la misma ventana de instalación, pero ello está reservado a los usuarios colaboradores. 

Cada vez que se lance una nueva versión oficial, se mostrará un mensaje emergente informando de su existencia, el cual llevará al usuario al repositorio de plugins de QGIS para conocer las novedades, aunque también las vas a tener en esta web. 

Además, desde la propia ventana del complemento QGISRed, se invitará al usuario a actualizar la versión actual. Solo hay que pulsar el botón de la parte inferior de la ventana Actualizar Complemento, el cual se mostrará activado, para sustituir automáticamente la versión anterior por la nueva en cuestión de segundos. A continuación, al pulsar cualquier botón de QGISRed, se te pedirá que actualices también las librerías.

Finalmente, si quieres saber cuál es la versión de QGISRed actualmente instalada, solo tienes que leerla en la propia ventana del complemento o pinchando en la opción de menú About QGISRed

Proyecto en GitHub

QGISRed no es un producto cerrado. La parte del código de QGISRed que interacciona con las funcionalidades de QGIS está desarrollada en Python y es dominio público, de acuerdo con los términos de la licencia GNU GPL 2.0 de QGIS, la cual es extensible a todos los plugins distribuidos a través de su repositorio oficial.  

Dicho código es accesible a través del portal de GitHub QGISRed y aloja todas las funcionalidades que afectan a la personalización de la interfaz gráfica de QGIS tras instalar el plugin, así como a ciertas capacidades de edición y selección de los elementos de la red. 

A continuación, se muestra el contenido de la pestaña que aloja el código de QGISRed. Desde las dos últimas líneas se puede acceder también a los manuales en español e inglés 

El proyecto QGISRed está en su primera fase de implementación, y por ahora el desarrollo del código libre no es colaborativo, aunque está previsto abrirlo a la comunidad investigadora en el futuro.

En la parte de la derecha de esta pestaña se muestra también la licencia del plugin, la última versión liberada  y todas las versiones publicadas anteriormente con sus mejoras

Una sección muy importante de este portal es la pestaña Issues, que está plenamente activa, y donde los usuarios pueden reportar cualquier incidencia.  Está dividida en dos secciones, una para las incidencias Abiertas (la mayoría son mejoras sugeridas para el futuro) y otra para las incidencias Cerradas o resueltas, que son todas aquellas que afectan seriamente a alguna funcionalidad de la aplicación.

Para poder crear una nueva incidencia, los usuarios deben registrarse previamente en GitHub, a través del botón Sign up de la banda superior, y después seguir las instrucciones. A continuación, ya pueden crear una nueva incidencia desde el botón New Issue, o responder a las incidencias abiertas formuladas por otros usuarios.

También en el futuro alojaremos en la pestaña Wiki de este portal una versión abierta y colaborativa de los manuales de la aplicación, tanto en español como en inglés.

Sin embargo, la mayor parte del código de QGISRed está desarrollado en C# para Windows, configurando una serie de librerías denominadas GISRed.xxx.dll, las cuales son utilizadas por la interfaz gráfica. Estas librerías contienen la mayoría de los algoritmos, formularios y cuadros de diálogo propios de la aplicación, y se instalan en la carpeta …/AppData/Roaming/QGISRed/dlls/…  del perfil del usuario al pulsar sobre cualquier botón u opción propia del plugin, una vez instalado. Todos los algoritmos contenidos en dicha librería han sido desarrollados desde cero, y no utilizan ninguna otra librería externa, ni las propias de QGIS, no generando así ninguna dependencia,  excepto con la librería Epanet2.dll correspondiente a la Toolkit 2.2 de EPANET (Dic 2109), utilizada para lanzar las simulaciones hidráulicas y de calidad, y la librería Shaplibe.dll utilizada para leer y escribir los ficheros .shp; ambas librerías se instalan al mismo tiempo que las librerías de QGISRed. Por otras parte, los diálogos en Python se han construido utilizando la plataforma Qt , que es también de dominio público.

Créditos

El proyecto QGISRed nace por iniciativa del Grupo de Investigación en Redes Hidráulicas y Sistemas a Presión (REDHISP), del Instituto de Ingeniería del Agua y Medio Ambiente (IIAMA) de la Universitat Politècnica de València (UPV), como una propuesta para retomar las prestaciones de la antigua aplicación GISRed y adecuarlas a un entorno de trabajo más actual, promoviendo al mismo tiempo su difusión en todo el mundo.

El proyecto arranca con una Ayuda de la Generalitat Valenciana para la contratación de Personal de Apoyo a la Transferencia Tecnológica (APOTI/2018/006), por un importe efectivo de 18.300 € y duración desde Nov 2018 hasta Julio 2019. A partir de esa fecha el proyecto continua adelante a través del soporte económico del Fondo de Sostenibilidad I+D del grupo REDHISP, alimentado con recursos propios generados a través de contratos y con la colaboración de la empresa WaterPi hasta finales de 2022.

La dirección del Proyecto QGISRed está a cargo del Prof. Fernando Martínez Alzamora, Catedrático de Ingeniería Hidráulica de la UPV, con más de 40 años de experiencia en la modelación de sistemas hidráulicos a presión.  Se adjunta un breve CV, mientras que un listado de las principales publicaciones puede encontrarse en su página personal de Research Gate. 

Fernando Martínez Alzamora es Ingeniero Industrial por la Universitat Politècnica de València (1978) y Doctor por la misma universidad (1982). Desde 1995 es Catedrático de Ingeniería Hidráulica de la UPV y desde 2001 investigador del Instituto de Ingeniería del Agua y M.A. (IIAMA) de la referida Universidad. 

Imparte docencia en el área de las Máquinas Hidráulicas y sus aplicaciones industriales, incluyendo el aprovechamiento de energías renovables a través de Centrales Hidroeléctricas y Parques Eólicos. Asimismo, ha impartido asignaturas en cursos de doctorado y máster sobre el Modelado de Redes Hidráulicas y el uso de Sistemas de Información Geográfica (SIG). 

Su investigación se ha centrado en el área del análisis, diseño y operación de las redes de distribución de agua, tanto para abastecimientos urbanos como para el riego a presión. En particular ha trabajado en la mejora de algoritmos de simulación, en la integración de los modelos hidráulicos en SIG para la realización de planes directores, y la utilización de los modelos en tiempo real para la toma de decisiones, en conexión con los sistemas SCADA. En estos temas ha publicado 40 artículos en revistas de prestigio, 70 comunicaciones en Congresos nacionales e internacionales, y dirigido 11 tesis doctorales. Ha sido investigador principal de 12 proyectos de investigación nacionales y participado como team leader en 4 proyectos europeos del programa marco.

  

Colabora asiduamente como consultor o en el desarrollo de contratos con empresas del sector del transporte y distribución de agua, habiendo sido responsable hasta el presente de un total de 62 contratos. Ha desarrollado también diversas aplicaciones de software como SCARed para el control en tiempo real de la red de suministro de agua a Valencia y su área metropolitana, operativo desde hace más de 10 años, GO2HydNet para obtener modelos hidráulicos actualizados por consulta directa a las bases de datos corporativas de las empresas gestoras del agua, o QGISRed, una aplicación libre sobre QGIS para la confección de modelos avanzados de redes de agua a presión y Gemelos Digitales, en conexión con los datos reales. También ha participado en el desarrollo de HuraGIS para la optimización del uso del agua y la energía a nivel de parcela, en redes de riego a presión.

Desde 2001 es responsable del grupo de investigación en Redes Hidráulicas y Sistemas a Presión (REDHISP) del Instituto de Ingeniería del Agua y M.A. (IIAMA), del cual ha sido Director/Subidrector en el periodo 2008-2013. También ha sido Coordinador del Programa de Doctorado en Ingeniería del Agua y MA de la UPV, en el periodo 2013-17.

El código de QGISRed fue desarrollado hasta finales de 2022 por Néstor Lerma Elvira, Dr. Ing. Caminos por la UPV, y socio fundador de la empresa WaterPi Coop. V.  Gran parte de los méritos de la versión de QGISRed que aquí se ofrece se deben al buen hacer de Néstor, que ha sabido conjugar sus conocimientos de ingeniería con sus habilidades como programador. Puedes visitar su perfil investigador en la página personal de Research Gate. 

Néstor Lerma Elvira es Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos por la Universitat Politècnica de València (2010) y Doctor por la misma universidad (2017). Durante el periodo 2009-2017 se especializó en recursos hídricos, aplicando algoritmos evolutivos para optimizar la gestión en sistemas multi-embalse en el mismo proyecto final de carrera, el trabajo final del Máster en Ingeniería Hidráulica y Medio ambiente (impartido en la misma universidad) y el propio doctorado ya mencionado.

Sin embargo, combina esa experiencia con la pasión de desarrollar aplicaciones para usuarios, la cual ya empezó en los primeros años de carrera y que continúa hasta hoy en día. Los lenguajes de programación que más ha empleado han sido c# y vb.net, aunque también ha llevado a cabo otras aplicaciones en python o en typescript/javascript, aparte de tener conocimientos en SQL, VBA y R. 

Durante su etapa de investigador ya estuvo colaborando en diversos softwares para el Grupo de Recursos Hídricos de la Universitat Politècnica de València, desde su más conocido programa, AQUATOOL, utilizado en la mayoría de las Confederaciones Hidrográficas, hasta otras herramientas que le complementan como EvalHid, Caudeco, MashWin, Aquival, etc. Esta etapa también le permitió colaborar en otra aplicación a nivel internacional como es RS Minerve. Este software está siendo desarrollado por parte del centro de investigación suizo CREALP y la oficina de ingenieros HydroCosmos S.A. con colaboración de dos universidades (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne y Universitat Politècnica de València) y la asociación Hydro10.

A partir de 2018 fundó su propia empresa (WaterPi) dedicada a la consultoría de ingeniería aplicada a la gestión de recursos hídricos y a proyectos medioambientales, aunque también desarrolla diversas aplicaciones para varias empresas.

Fue en ese mismo año cuando se unió al grupo de investigación liderado por Fernando Martínez Alzamora y comenzó a programar lo que es hoy en día QGISRed, empezando una nueva especialización en el campo de las redes de distribución de agua en presión. Tras un año bastante fructífero en el que se sentaron las bases, continuó colaborando activamente en los desarrollos de QGISRed a través de WaterPi.

A parte de otros proyectos que lleva en WaterPi, compagina su tiempo con otra empresa dedicada a la creación de una plataforma digital para la gestión integral del agua, asesorando, investigando y desarrollando la propia aplicación.

QGISRed v1.0 está registrado en los servicios de CARTA de la UPV, con el número de registro S-072-2021, y licencia GNU GPL 2.0, siendo la titularidad 100 % de la UPV.  La descarga y uso del plugin es libre, sin requerir ningún tipo de registro previo. Sin embargo, en cualquier uso de tipo profesional o educativo que se haga del plugin debe mencionarse su procedencia y proporcionar un enlace a esta página web.  

No obstante, los usuarios que voluntariamente quieran registrarse para estar al día de las novedades o contactar con los desarrolladores puede hacerlo desde nuestro formulario de contacto

Aunque los resultados ofrecidos por QGISRed han sido contrastados en varias ocasiones con los proporcionados por EPANET 2.2, los autores del plugin declinan cualquier responsabilidad sobre la exactitud de los mismos y el uso de que se haga de ellos.