Outliers de datos funcionales para la detección de caudales anómalos en el sector hidráulico

Abstract

Este trabajo está basado en el proyecto llevado a cabo en una beca de investigación para la Cátedra Facsa de Innovación del Ciclo Integral del Agua de la UJI. El estudio realizado consiste, en líneas generales, en la detección de caudales anómalos nocturnos para el descubrimiento de posibles fugas en la red de distribución de agua. Las técnicas utilizadas para llevar a cabo este proyecto se enmarcan dentro del campo emergente denominado Big Data. Es conocido que durante la última década ha crecido exponencialmente la cantidad de datos generados y almacenados por empresas e instituciones, algunas fuentes, ya en 2011 apuntaban a que el 90% de los datos existentes se habían generado durante los dos últimos años. Actualmente, las metodologías y arquitecturas basadas en bases de datos tradicionales no son suficientes para gestionar la complejidad que aporta el tratamiento de toda esa inmensa cantidad de datos. En este sentido, la metodología que proponemos no utiliza las técnicas clásicas de la estadística multivariante sino que hemos decidido enfocar el problema desde la perspectiva de datos funcionales, donde, por cada día, en lugar de tener varias variables se tiene una función que representa los valores de caudal registrados en un sector. Se ha decidido utilizar esta técnica, además de por la naturaleza de los datos, por sus numerosas ventajas, entre las que destacan, que puede haber valores faltantes, que no es necesario tener los datos medidos en los mismos instantes de tiempo y que se puede eliminar el ruido en los datos aplicando técnicas de suavizado. Esta última ventaja es sin duda una de las más importantes, ya que el ruido puede distorsionar fácilmente los resultados y, por tanto, las conclusiones obtenidas. Como el objetivo de este trabajo es la detección de caudales anómalos, de entre todos los problemas que se pueden plantear en el análisis de datos funcionales, se ha decidido utilizar técnicas de detección de outliers funcionales. En este documento se recoge tanto la fundamentación teórica de las técnicas utilizadas como los resultados obtenidos para los caudales del consumo hídrico de tres sectores de la provincia de Castellón.