El carné universitario de la UPM es un carné identificativo del alumno o personal de la universidad y que tiene diferentes funciones u objetivos. Aparte de los servicios asociados a los prestados por la entidad bancaria que gestiona el carné, este se utiliza actualmente para algunas funciones, entre las que se incluye la identificación de los alumnos para el uso de determinados servicios de la universidad (biblioteca, acceso a aulas informáticas, acceso a laboratorios, acceso a sala de plotter, acceso a instalaciones deportivas UPM, acceso a parking con barreras , etc...), su identificación en época de exámenes (de igual forma que otros carné como DNI o carné de conducir) o en su caso para realizar el control de horario laboral de determinados colectivos del personal de la universidad.

La versión actual del carné ha incorporado la tecnología NFC (Near Field Communication). NFC es una tecnología inalámbrica ampliamente conocida por ser utilizada en entornos de tarjetas de crédito para el pago "contactless" en el que se puede realizar por ejemplo un pago en un datáfono que disponga de este sistema simplemente acercando la tarjeta al mismo.

Las tecnologías contactless y el carné que proporciona la UPM permiten maximizar el potencial del propio carné para que pueda ser utilizado en otros entornos diferentes a los ya descritos. Este proyecto pretende diseñar y desarrollar un sistema para la identificación de usuarios (alumnos y personal), aprovechando las características contactless del carné de la universidad. El proyecto se centrará en el diseño y desarrollo de dos elementos. Por una parte un dispositivo (controlador) que permita leer la información contenida en el carné universitario (en la actual versión que usa NFC pero también en versiones anteriores del carné con el sistema RFID, Mayfair o mediante la lectura del código de barras del mismo) para identificar al usuario al que pertenece el carné. Por otra parte se diseñará y desarrollará una plataforma software (sistema de gestión) que permitirá almacenar los datos recopilados por los dispositivos mencionados previamente y que otras bases de datos puedan acceder a ellos para cruzarlos y analizarlos.

El proyecto tendrá dos casos de uso principales que permiten además que se justifique la realización del mismo dentro de un contexto de innovación educativa y que se describen a continuación.

Caso 1: Control de asistencia en clases

Con la implantación del Plan Bolonia se estableció que la asistencia a clase debía formar parte del sistema de evaluación de las asignaturas. Actualmente, controlar la asistencia a clase se realiza generalmente con listas de asistencia/hojas de firmas que se entregan a los alumnos en diferentes momentos de la clase (al principio, al final, en ambas ocasiones,…) y permiten realizar este control. Este tipo de control requiere por parte del docente la revisión de las listas/hojas de firmas para ir calculando la asistencia y poder al final del cuatrimestre computar el peso que esta asistencia tiene sobre el total de la asignatura siendo además este un tiempo muy valioso que podrá dedicarse a la docencia. Sin embargo, esta tarea es altamente tediosa y requiere una inversión de tiempo demasiado alta por parte del docente. Por ejemplo, en una asignatura de 6 ECTS en la que se realizan 4h semanales de clase, generalmente divididas en dos clases de 2h, durante aproximadamente 15 semanas esto implica tener que revisar por cada asignatura un total de 30 listas de asistencia. Esto, sumado a asignaturas que tengan un gran número de alumnos implica que el profesor debe invertir una gran cantidad de tiempo en verificar que alumnos han firmado y cuales no y calcular los ratios de asistencia.

Con el objetivo de ayudar a reducir los tiempos de esta tarea, se propone el uso del dispositivo mencionado en la descripción (controlador). El controlador (que será de un tamaño similar al de una cajetilla de tabaco) será un dispositivo que el profesor tendrá y que lo entregará a los alumnos para que éstos lo circulen entre ellos y acerquen al dispositivo su carné de universidad y este registre automáticamente la asistencia del alumno (como se hace con las hojas de firmas actualmente). Con una mínima configuración previa por parte del docente (para indicar la clase que se está controlando; esta configuración incluso podrá automatizarse si el sistema está perfectamente centralizado) el controlador permitirá almacenar la asistencia de los alumnos. La configuración descrita implica que el controlador se pasa de alumno a alumno (como la hoja de firmas), aunque otras configuraciones son posibles (por ejemplo: poner el controlador en la entrada del aula y que el alumno pase su tarjeta al entrar en la misma).

El uso del controlador para esta tarea ofrece además una serie de beneficios adicionales muy relevantes y de alto interés para proyectos de innovación educativa, destacando:

• Control de uso de aulas: La monitorización de los alumnos mediante el controlador permitirá cotejar los datos de asistencia (número de alumnos) para el aula concreta que se ha previsto. Esto permitirá cruzar los datos en el futuro y tratar de ver si las aulas están infrautilizadas o sobreutilizadas y generar planificaciones más acordes y certeras del uso de las aulas y en general de los recursos de la universidad en base al número de alumnos que generalmente atienden a una materia. Una forma optimizada de asignación de recursos de la universidad deberá repercutir también de forma directa en la satisfacción de alumnos y profesores.
• Análisis de correlaciones: El cruce de los datos de asistencia a una determinada asignatura con otros datos como calificaciones, uso de Moodle, asistencia a otras asignaturas, etc. permitirá obtener datos muy valiosos relativos a las tasas de absentismo, abandono, éxito, eficiencia, etc. Además permitirá realizar un seguimiento individualizado de esa posible relación causa-efecto para poder aplicar políticas específicas sobre alumnos o grupos de alumnos tratando de mejorar el rendimiento cuando sea posible. También se podrá estudiar la relación entre otros elementos como las notas y el éxito académico en función del uso intensivo/medio/esporádico (o su ausencia de uso) de los espacios de la UPM ya que el Plan Bolonia establece un trabajo de los alumnos fuera del aula y el uso de estas instalaciones (bibliotecas, salas de trabajo en grupo, aulas informáticas) puede tener una correlación con el éxito académico del alumnado.

Caso 2: Control de acceso a biblioteca

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Las bibliotecas de la UPM amplían su horario en fines de semana y festivos durante la época de exámenes. Actualmente la UPM cuenta con un total de 5 bibliotecas que ofrecen estos servicios entre las 17 bibliotecas disponibles en la totalidad del catálogo de la universidad. Cuando la biblioteca abre sus puertas en esta modalidad solo se permite la entrada a aquellos usuarios miembros de la UPM, que generalmente se identifican mediante el uso del carné de la universidad. Las bibliotecas comprueban la validez del usuario mediante la lectura del código de barras contenido en el carné de la universidad o en los carnés temporales que la biblioteca genera para aquellos alumnos o profesores que aún no disponen del carné emitido por la entidad bancaria. Esa lectura se realiza mediante una pistola de lectura de código de barras que vuelca los datos a un fichero de texto que luego es procesado por el personal de la biblioteca para tener un registro de los usuarios que acceden a la misma. Así mismo, las bibliotecas cuentan actualmente con una aplicación web donde se puede ver en tiempo real la ocupación de la biblioteca (en lo que se refiere a puestos de estudio disponibles). El nivel de ocupación se actualiza manualmente cada hora durante las 13 horas que permanece abierto el servicio por el personal de la biblioteca tras realizar un recuento manual del número de puestos disponibles.

Por otra parte, cuando las bibliotecas abren sus puertas en época de exámenes, es habitual encontrarse con grandes colas de alumnos que quieren hacer uso de las instalaciones y que deben esperar a que se realice la lectura de los códigos de barras de sus carné. Este proceso es por lo general relativamente lento y genera entre los usuarios de la biblioteca un alto grado de insatisfacción, algo problemático para el servicio de biblioteca ya que actualmente es el servicio mejor valorado de la UPM según las encuestas de alumnos desde el curso 2008-2009 y entre el primer y el segundo mejor valorado por los alumnos de máster desde el curso 2013-2014.

Además, el sistema actual no consolida datos, de forma que aunque se tiene información de las entradas, no se tienen vistas dinámicas de que ha ido ocurriendo en cada momento (comparación entre días, hora y bibliotecas). El sistema actual no permite por ejemplo obtener las horas valle y punta, ni permite predecir tendencias de uso por parte de los alumnos, algo que permitirá mejorar las políticas referidas a la apertura y cierre de las instalaciones. Por otra parte es de vital importancia que la información relativa a los puestos disponibles sea consultable desde diferentes tipos de plataformas (web, móvil,…).

El objetivo del proyecto en este caso de uso es aplicar el sistema para la monitorización de usuarios de la biblioteca. Se propone por lo tanto la instalación del controlador en la entrada (dos controladores por ejemplo) para que los usuarios de la biblioteca puedan pasar su carné y validar su entrada y salida en la biblioteca de forma automática sin la necesidad de la interacción por parte del personal en la biblioteca. El controlador registrará automáticamente la entrada del usuario y lo notificará al sistema. Esto permitirá actualizar la base de datos con la información de la disponibilidad de puestos ocupados en tiempo real sin la necesidad de que el personal de la biblioteca deba realizar de forma manual esta comprobación con el tiempo y recursos que conlleva. Esta actualización y el desarrollo asociado de la nueva página web que consume estos permitirá que los alumnos consulten desde cualquier plataforma (web, móvil, etc.) la disponibilidad de las bibliotecas en tiempo real. Adicionalmente permitirá a la biblioteca disponer de una información detallada muy necesaria para la toma de decisiones y planificación futura de servicios.

El proyecto en este caso de uso concreto permitirá, entre otras cosas:

• Controlar el acceso a la biblioteca y la ocupación en tiempo real evitando que el personal de la biblioteca deba realizar esta tarea manualmente.
• Poder tener un registro completamente centralizado de que usuarios usan la biblioteca, el tiempo que la usan, etc. Esto permitirá a la biblioteca estimar costes asociados al uso de la misma o planificar el personal necesario en un momento determinado.
• Identificación de fraudes en el uso de múltiples carnés. Existen usuarios que por determinadas circunstancias tienen diversos carné (denuncia de pérdida o robo fraudulenta, cambio de categoría, etc.), llegando a utilizarse de forma simultanea más de un carné para un supuesto único usuario. El uso de una base de datos centralizada permitirá además identificar también fraudes en tiempo real (por ejemplo, un alumno entra con un ID en agrónomos y otro con el mismo ID en industriales, impidiendo el paso al segundo por duplicidad, o realizando cualquier otra política acorde a las directrices marcadas por la biblioteca).

Aunque en principio, el caso de uso se plantea para su aplicación en periodos extraordinarios como son los fines de semana o épocas de exámenes, su uso será perfectamente aplicable para cualquier momento y horario.

Los objetivos concretos del proyecto, en base a la descripción expuesta previamente, son los siguientes:

• OB1: Análisis pormenorizado de los diferentes tipos de carné universitario que han sido ofertados en la UPM, sus tecnologías asociadas y los datos de mapeo disponibles (mapeo ID carné – usuario).
• OB2: Diseño de un dispositivo de bajo coste que permita la lectura de los diferentes tipos de carné analizados en el objetivo OB1.
• OB3: Desarrollo de un prototipo de dispositivo controlador en base al diseño especificado en el objetivo OB2.
• OB4: Diseño de un sistema software centralizado para la recogida de datos relativos a:
  • OB4.1: Asistencia a clases (por asignatura, centro, profesor, …).
  • OB4.2: Control de acceso a la biblioteca.
• OB5: Especificación y análisis de las diferentes bases de datos que puedan utilizarse para cruzar datos y así obtener correlaciones relativa al objetivo OB4.1.
• OB6: Desarrollo mínimo del sistema diseñado en el objetivo OB4.

El proyecto permitirá mejorar la calidad de diferentes aspectos. En primer lugar a nivel docente el proyecto permitirá reducir los tiempos que los profesores deben emplear tanto en la recogida de las firmas, como en el cálculo de los ratios de asistencia por alumno, ya que el sistema podrá calcular de forma completamente automática estos ratios y exportar los datos en un fichero que permita una fácil y rápida consulta. Así mismo los alumnos podrán beneficiarse del uso del sistema al dar un uso más concreto al carné universitario, algo que actualmente está infrautilizado.

Por otra parte, el cruce de datos de asistencia con otros relativos, por ejemplo, a entregas de prácticas de la asignatura, a notas asociadas a dichas prácticas o exámenes u otros indicadores permitirá analizar la evolución del alumno, posibles causas de abandono o de éxito, absentismo, etc.

Finalmente la asistencia a clase también permitirá analizar si existe una sobreutilización o infrautilización de las aulas pudiendo planificar de forma más adecuada en futuros cursos el uso de las instalaciones de la universidad.

En lo referido al contexto del caso de uso de la biblioteca, el proyecto permitirá poder controlar el acceso y monitorizar su ocupación de forma completamente automática, no siendo necesaria la intervención del personal de la biblioteca. Además la monitorización permitirá a la dirección de la biblioteca analizar los datos relativos al uso de la misma pudiendo mejorar sus proceso internos (personal implicado, reducción de costes, horarios,…). Como se ha comentado previamente también se podrá analizar la correlación entre resultados académicos, notas, etc. y el uso de las instalaciones paralelas a la docencia tradicional (biblioteca, salas de trabajo, etc.) en un contexto de innovación educativa y de ruptura del modelo tradicional docente-discente, en virtud de lo cual se produzca un renovación real de la enseñanza con modelos más activos y de auto aprendizaje por parte de los alumnos.

Todas las mejoras expuestas anteriormente supondrán una mejora considerable en la calidad de los servicios que perciban los usuarios de la universidad.

El público objetivo incluye todo el alumnado de la universidad. El desarrollo del proyecto al completo permitirá que el sistema pudiera ser instalado en cualquiera de las escuelas e instalaciones de la universidad pudiendo por lo tanto aplicarse el proyecto al conjunto de la misma.

Así mismo en el caso del caso de uso de la biblioteca el público objetivo son todos los usuarios de la biblioteca.

Fase 1: Análisis de los tipos de carné universitarios: Esta fase incluye obtención de información por parte del servicio correspondiente dentro de la UPM sobre los diferentes tipos de carné emitidos por la universidad, las tecnologías que han utilizado en cada tipo de carné y si existe algún tipo de registro que permita asociar el identificador del carné con un usuario en particular.

Fase 2: Análisis de bases de datos para el cruce de datos: En esta fase el equipo debe analizar cuáles son las posibles bases de datos disponibles que contienen información sobre el alumnado, sus notas, etc. con el objetivo de poder realizar un análisis cruzado sobre los datos académicos y de asistencia a clases.

Fase 3: Diseño dispositivo controlador: En esta fase el equipo se reunirá para discernir cual es la mejor configuración de dispositivos para crear el controlador. En función de los tipos de carné que sean objeto de uso por parte del proyecto se analizará la mejor configuración posible y se realizará un diseño básico del controlador. Esto dará lugar al desarrollo del controlador.

Fase 4: Desarrollo prototipo dispositivo controlador: En esta fase se desarrollará un prototipo del dispositivo controlador para ser probado en entorno real en los casos de uso previstos previamente. El objetivo del prototipo es comprobar que la funcionalidad prevista y requerida es adecuada y en caso de ser así proceder al desarrollo de más dispositivos.

Fase 5: Diseño sistema software: En esta fase el equipo se reunirá para diseñar la plataforma software que almacenará y servirá los datos recopilados por el controlador. Se diseñará fundamentalmente una base de datos que permitirá almacenar los diferentes datos que el controlador registrará. Así mismo se diseñará desde el punto de vista software cual es la mejor alternativa para el envío y lectura de datos (por ejemplo mediante servicios). Se realizará un diseño ad-hoc de bases de datos específicas para cada uno de los dos casos planteados.

Fase 6: Desarrollo software mínimo: Esta fase implica el desarrollo de un software mínimo para la gestión de los datos de ambos casos de uso. Implica fundamentalmente la creación de la base de datos diseñada previamente así como un pequeño software que permita recibir datos de los controladores e insertarlos y consultarlos.

Fase 7: Evaluación y pruebas: La fase actual implica realizar una serie de pruebas y evaluación sobre el sistema software desarrollado. Se generarán pruebas que permitan verificar el correcto funcionamiento del sistema y el acceso a los datos de forma correcta.

Fase 8: Estudio de ampliación y patente: El proyecto pretende generar un dispositivo y un sistema software que pueden tener una amplia utilidad tanto en entornos educativos, como el planteado, así como en muchas otras administraciones públicas y privadas. El objetivo del proyecto es que se genere un producto de utilidad real y cotidiana por parte de la UPM, no siendo un mero proyecto especulativo que no genere utilidad alguna. Dadas las características del mismo se plantearán futuras opciones como la patente del controlador y sistema (según posibilidades y legislación) o su posible comercialización así como colaboraciones con entidades públicas que puedan beneficiarse de los resultados para su utilización (ligado con la línea de trabajo E6. Aprendizaje-Servicio).

No procede la elaboración ni utilización de material docente.

La fase 7 se encargará de la evaluación del proyecto. Se realizarán pruebas tanto a nivel del software generado, como del dispositivo, para garantizar el correcto funcionamiento del sistema en su conjunto. Por otra parte, se verificará a la finalización del proyecto que se han cumplido todos los objetivos definidos en la memoria. El seguimiento del proyecto será continuo, con reuniones que permitan verificar la correcta ejecución del proyecto para cada una de las fases en determinados puntos de las mismas (inicial, intermedio y final). Se generará documentación asociada a cada una de las fases, a la finalización de cada una de ellas, pudiendo por lo tanto verificar el cumplimiento de los objetivos.

Los productos resultantes fundamentalmente serán:

• Informe carné universitario: Se generará un informe donde se mostrarán los diferentes tipos de carné existentes y las tecnologías que incorporan en lo referido a la posible lectura de la información contenida en el carné a través de medios inalámbricos o no inalámbricos. Este informe también contendrá información sobre los registros de datos existentes que permitan el mapeo entre los identificadores de los carné y los usuarios.
• Informe de bases de datos adicionales: Se creará un informe donde se reflejarán las bases de datos a utilizar para el cruce de información de tipo académico con la información obtenida por el proyecto. Se describirá la forma de acceso y cuáles son los datos de particular interés en cada una de las bases de datos.
• Informe técnico sobre el diseño del dispositivo (controlador): Se creará un documento de tipo técnico que describirá el diseño del controlador. Se mencionará la plataforma básica del controlador (Raspberry Pi, Arduino, microcontroladores…), los módulos de adquisición/lectura de carné (NFC, RFID, código de barras), elementos adicionales como baterías externas, pantallas, módulos WiFi y el lenguaje de programación y librerías a utilizar para el desarrollo del software que gestionará la lectura y envío de los identificadores.
• Informe técnico sobre el diseño del software del sistema: Se generará un documento técnico donde se describirá la arquitectura general del sistema, el diseño de la(s) bases de datos a utilizar, el lenguaje de programación a utilizar y la infraestructura sobre la que se debe desplegar el sistema software y las posibles librerías a utilizar.
• Sistema software mínimo: Se entregará como parte de los resultados del proyecto el software mínimo generado que servirá como caso de estudio para ver la funcionalidad del proyecto.
• Prototipo dispositivo controlador: Se construirán al menos dos prototipos del dispositivo controlador en base a las especificaciones realizadas en el diseño.

Informe de evaluación final: Se redactará un informe de evaluación con las pruebas realizadas sobre la plataforma software y sus resultados. También contendrá las diferentes conclusiones sobre la realización del proyecto a nivel general y especificando posibles problemáticas o comentarios para cada una de las fases y objetivos.

Se creará una página web con información del proyecto, equipo, colaboraciones activas y en caso de ser susceptible de ser material público los diferentes informes a generar. También se podrá generar una publicación para su difusión dentro de la UPM sobre la tecnología a generar.

Se realizará una colaboración directa con:

• Servicio de Biblioteca Universitaria UPM. Vicerrectorado Servicios tecnológicos.
• Planificación de Sistemas de información. Vicerrectorado Servicios tecnológicos.
• Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos. Prueba de prototipo para control de asistencia a clase ligado a la asignatura obligatoria “Bases de datos” del 2º curso del Grado de Ingeniería Informática y del Grado en Matemáticas e Informática.
• Vicerrectorado de servicios tecnológicos