La compañía deep tech Bettair Cities ha sido premiada por sus mapas de calidad del aire en los galardones a la excelencia e innovación en computación de alto rendimiento HPC Innovation Excellence que otorga anualmente la empresa Hyperion Research.
Hyperion Research ha anunciado los ganadores de la 17ª edición de los premios HPC Innovation Excellence, que reconocen los logros del mundo real que usan computación de alto rendimiento (HPC – High Performance Computing) y tienen un potencial significativo para beneficiar a la sociedad.
Han sido galardonados Bettair Cities, por sus mapas de calidad del aire; el Centro de Supercomputación de Stuttgart, Rolls Royce, la Universidad de Hokkaido y la farmacéutica Qubit.
Mapas de calidad del aire de Bettair Cities
Bettair Cities, en colaboración con el departamento de Computer Applications in Science and Engineering (CASE) del Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) en el marco del programa de financiación europeo FF4EuroHPC y el proyecto iBAM, ha desarrollado una solución para mapear la calidad del aire en ciudades de forma precisa. Se han tenido en cuenta aspectos como el efecto del viento, la geometría urbana, el uso del suelo y los patrones de tráfico.
En las ciudades, las concentraciones de contaminantes varían de forma abrupta en cuestión de escasos metros. Hay una parte que llega transportada por el viento desde fuera del entorno urbano, pero en mayor medida los problemas de calidad del aire suceden a nivel de calle y a pocos metros de su origen.
Hasta el momento, la forma de solucionar este cálculo era mediante técnicas complejas de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) que requieren de mucho cálculo computacional y no hacen viable el mapeo de ciudades en toda su extensión. Bettair Cities ha emulado este cálculo, pero usando técnicas de inteligencia artificial (IA), consiguiendo precisiones similares, pero con una reducción de 8.000 veces el coste computacional, con la consiguiente disminución del coste energético con resoluciones de 1 m³ y en tiempo real.
Esta nueva herramienta, aplicable a cualquier urbe, elimina la necesidad de usar HPC en condiciones de operación, permitiendo y abriendo un sinfín de aplicaciones con un coste asequible, y realizar mapas de calor de la calidad del aire con precisión y exactitud.
Para su desarrollo, se usaron como base 30 modelos en 3D de áreas de un kilómetro cuadrado de geometrías urbanas reales de capitales europeas para realizar las simulaciones CFD del flujo del viento con una resolución de un metro para poder recrear la dispersión de contaminantes.
Predicción de características del viento y dispersión de contaminantes
Como resultado, Bettair Cities y BSC-CNS generaron dos tipos de conjuntos de datos numéricos: un primer conjunto de simulaciones de viento de alta precisión en las 30 ciudades europeas que relacionan las condiciones meteorológicas de mesoescala con el campo de viento urbano para una geometría particular; y un segundo conjunto de datos que relaciona la dispersión de contaminantes dentro del área urbana para 450 escenarios de emisión diferentes y las condiciones meteorológicas anteriormente mencionadas.
Los datos se generaron con ALYA, un software de CFD desarrollado por investigadores del BSC-CNS que se ejecuta en HPC. En paralelo, se creó un conjunto de datos experimentales a partir de una campaña de mediciones en El Prat de Llobregat (Barcelona). Bettair Cities complementó las dos estaciones de referencia de calidad del aire ya existentes con ocho sensores de calidad del aire bettair, cinco anemómetros sónicos 2D y un anemómetro sónico 3D que se encuentran estratégicamente repartidos por la ciudad para recopilar datos de validación en localizaciones relevantes.
Los datos experimentales fueron recabados durante un año y se utilizaron para validar la precisión de los modelos entrenados con los datos numéricos. El modelo de IA entrenado con el primer conjunto de datos y validado con el segundo fue capaz de predecir las características del viento y la dispersión de contaminantes con suficiente precisión y un tiempo de solución sustancialmente inferior al requerido por las técnicas tradicionales de CFD. Además, para la validación de resultados también se utilizó el dataset recogido en Roma por 13 monitores de calidad del aire bettair y 3 estaciones tradicionales.