Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Arturo Rubio Dobón, Business Development Manager, Smart Systems Division, ELT
Resumen
La interoperabilidad de los servicios municipales es clave cuando se abordan proyectos dirigidos a la realización de una gestión urbana más eficiente, sostenible y centrada en el ciudadano, comúnmente incluidos en el marco de lo que conocemos como Smart City. Proporcionar estos servicios avanzados es si cabe mucho más difícil en el entorno rural, donde a priori parece muy difícil dotar a nuestro territorio de las ventajas de una gestión inteligente equiparable a las que se plantean en los proyectos de Smart City un entorno urbano. Describiremos un proyecto pionero denominado SLUX (smart lighting for urban experience), consistente en la implantación de una instalación de alumbrado público inteligente gestionado por el sistema STELARIA de ELT de forma remota punto a punto desde una aplicación en nube y su integración con la plataforma ya existente de gestión municipal (e-government) en una población rural española.
Palabras clave
Alumbrado, Interoperabilidad, Conectividad, Eficiencia, Smart City, IoT, Adaptibilidad, Servicios Municipales
Introducción
La interoperabilidad de los servicios municipales es clave cuando se abordan proyectos dirigidos a la realización de una gestión urbana más eficiente, sostenible y centrada en el ciudadano, comúnmente incluidos en el marco de lo que conocemos como Smart City. Sin embargo, no siempre es fácil integrar armónicamente los distintos servicios municipales debido a su estructura heterogénea y a la ausencia de estándares tecnológicos para ello.
Proporcionar estos servicios avanzados es si cabe mucho más difícil en el entorno rural donde la dispersión de los núcleos habitados, así como la escasez de población unida a la falta de inversiones parecen inconvenientes a priori insalvables para dotar a nuestro territorio de las ventajas de una gestión inteligente equiparable a las que se plantean en los proyectos de Smart City un entorno urbano.
Sin embargo, los últimos avances tecnológicos surgidos en el ecosistema del Internet de las cosas (IoT) hacen posible abordar dicho problema de una manera más optimista. En este sentido contamos con un potencial aliado inesperado, la red de alumbrado público.
El alumbrado público inteligente
La red de alumbrado público está presente en los lugares más remotos y cubre todos los lugares habitados del territorio, proporcionando desde su privilegiada posición cerca de los ciudadanos y conectada a la red eléctrica no solo el imprescindible servicio de alumbrado, sino también una plataforma ideal para servir de soporte a otros muchos servicios.
Al igual que el resto del sector de la iluminación, el alumbrado público está viviendo una doble revolución tecnológica en muy poco tiempo. Primero fue la irrupción de la tecnología SSL (Solid State Lighting), comúnmente conocida como LED, hoy por hoy ya una realidad extendida. La tecnología SSL ha actuado como catalizador de una segunda revolución, ya en marcha, que consiste en dotar de inteligencia y conectividad a las luminarias como parte de un entorno caracterizado por la comunicación e interacción de los objetos a través de internet (IoT – Internet of Things). Para que esto sea posible el equipo de control de la luminaria (Driver o convertidor LED) ha de incorporar capacidad de adquisición, almacenamiento y tratamiento de datos mediante arquitecturas digitales basadas en microprocesador, y disponer de la capacidad de almacenamiento e intercambio bidireccional de esta información.
Esto hace posible que cada luminaria para alumbrado exterior se pueda convertir de facto en un servidor de datos (data-enabled lighting). La infraestructura de alumbrado pasa de este modo a convertirse en un servicio: además de ser puntos de luz, las luminarias son nodos de la infraestructura de Internet de las Cosas (IoT).
Actualmente se está produciendo una incipiente renovación de las instalaciones de alumbrado de nuestros municipios, adoptando tecnologías más eficientes basadas en la fuente de luz de estado sólido, comúnmente conocida como LED, la cual aporta una mayor eficiencia lumínica, una iluminación de calidad y una vida útil de la luminaria más prolongada, además de una excepcional capacidad de regulación.
No obstante, no siempre estas renovaciones se están haciendo de una manera adecuada, eligiendo bien la tecnología de la luminaria y teniendo visión de futuro de cara a maximizar la cuantiosa inversión necesaria para renovar el parque de alumbrado público de nuestros municipios.
Para que esto sea posible las nuevas y renovadas instalaciones de alumbrado deberían estar dotadas de sistemas de gestión remota punto a punto de alumbrado y que además permitan la adquisición, parametrización, procesado e intercambio de datos procedentes de las luminarias con aquellos procedentes de otros diversos sistemas de gestión de infraestructuras tales como la administración digital, gestión del agua, tratamiento de residuos, movilidad, demografía, seguridad y emergencias etc. de modo que el sistema sea capaz de calcular y proponer diferentes escenarios de iluminación en respuesta a cada necesidad específica, en cada momento concreto en el lugar donde sea necesario.
La elección de cada tecnología usada es clave, no sólo para alcanzar el fin anteriormente mencionado, sino para que las infraestructuras de alumbrado tengan la capacidad de evolucionar e incorporar tecnologías futuras y responder a los nuevos requerimientos que se planteen en el futuro.
Interoperabilidad del sistema en el ecosistema IoT
La posibilidad de adquisición de datos de las instalaciones de alumbrado público anteriormente mencionada y la capacidad de actuar sobre ellas puede ir más allá de la mera gestión de un servicio urbano básico, como lo es el alumbrado. Una vez que se dispone de la capacidad de transporte y tratamiento de los datos activos de alumbrado es posible combinarlos con otras fuentes de datos urbanos, y crear herramientas de análisis e inteligencia para plantear mejores políticas urbanas y soluciones de valor añadido para ciudadanos y gestores municipales. El conjunto de información generada por las poblaciones es, de este modo, susceptible de usos distintos a los inicialmente definidos.
Stelaria, la solución inalámbrica punto a punto para la gestión de alumbrado público de ELT incorpora dicha plataforma de almacenamiento y tratamiento de datos, con la correspondiente capacidad de inteligencia de negocio y con herramientas de presentación y visualización de resultados, que permite que determinados datos activos intercambiados en los sistemas de gestión remota del alumbrado público se pueden combinar con datos pasivos de los sistemas de gestión municipales o con los datos de cualquier otro servicio municipal (residuos, agua, tráfico, emergencias, e-administración, etc.).
Para hacer esta interoperabilidad posible el sistema de gestión del alumbrado debe poseer ciertas características e incorporar tecnologías muy concretas:
Es necesario disponer de un sistema de comunicaciones con las luminarias que sea bidireccional y de una plataforma de almacenamiento y tratamiento de datos, con la correspondiente capacidad de inteligencia de negocio y con herramientas de presentación y visualización de resultados. La elección de la tecnología y de los dispositivos de comunicaciones está basada en diferentes criterios:
- Debe ser un sistema orientado en su arquitectura a la evolución de las luminarias como centro servidor de datos (data enabled lighting), gestionable desde una infraestructura siempre disponible, en nube, y controlada desde cualquier lugar, mediante dispositivos smart, para hacer realidad las oportunidades del nuevo modelo de negocio basado en los servicios.
- Debe ser un sistema fácil de instalar, configurar y mantener, compatible con prácticamente cualquier luminaria.
- Debe utilizar tecnologías radio robustas y probadas, funcionales en cualquier lugar del mundo, atendiendo a criterios de propagación radioeléctrica y modulación de la señal, eligiendo la banda de frecuencias ISM (Industrial, Scientific & Medical) más adecuada en la red mesh y la tecnología GSM (2G/3G/4G) para su comunicación con el exterior, por su extensión y uso global, y por su capacidad de evolución hacia modelos de conectividad todavía más flexibles y económicos en un futuro próximo. El protocolo de red utilizado se basa en 6lowPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), protocolo estándar e interoperable propuesto por el IETF (The Internet Engineering Task Force) para redes inalámbricas de sensores WSN (Wireless Sensor Network).
- Debe, finalmente, proporcionarse soporte y servicio de planificación, puesta en marcha y mantenimiento de la red de comunicaciones, de forma que no se traslade la complejidad del sistema a los gestores de la iluminación.
La necesidad de adquisición, tratamiento de datos y presentación de la información, hace que el sistema deba incorporar arquitecturas en nube con diferentes tecnologías de implementación, compatibles e interoperables:
- Es necesario un módulo interno de mensajería (comunicaciones), encargado de recibir los datos de cientos, miles de luminarias en instalaciones de todo el mundo. Este módulo de comunicaciones debe procesar mensajes conteniendo datos para la gestión de la iluminación con mensajes de gestión de la red de comunicaciones, utilizando protocolos específicos para cada tarea
- Es necesario un módulo de gestión que trate y presente al usuario toda la información necesaria para la gestión de la iluminación y de la red de comunicaciones y lo envíe a la capa superior de presentación y uso de la información.
- Tan importante como la adquisición y procesado de datos es la presentación de resultados, que permitan la capacidad de gestión y la información necesaria para la toma de decisiones:
- Es necesario una aplicación de gestión de la infraestructura de luminarias, de una manera sencilla e intuitiva, una aplicación de usuario con distintos módulos funcionales, de gestión web, multidispositivo y con diferentes perfiles de usuario, basado en la representación geolocalizada de las luminarias.
- Es necesario, así mismo, un módulo de interoperabilidad con otras aplicaciones, sistemas o plataformas smart city o de gestión de ciudad, basadas en estructuras SOA y RESTfull, y en el concepto de servicio web.
Por último, pero no por ello menos importante, garantizar la seguridad, privacidad y fiabilidad del sistema es fundamental y prioritario para asegurar un buen servicio de la instalación:
- Para ello, y de manera transversal, se han implementado diferentes niveles y mecanismos de protección para que las comunicaciones y los datos sean seguros de extremo a extreme.
- Al ser el alumbrado una infraestructura crítica, el sistema debe garantizar la autenticación y autorización de aquellos usuarios de la aplicación que realmente tengan la capacidad y responsabilidad de manejar el sistema.
El proyecto
En esta línea de trabajo, se ha llevado a cabo un proyecto pionero, por parte de la empresa ELT mediante la implantación de una instalación de alumbrado público inteligente gestionada por Stelaria, sistema que incorpora las características anteriormente descritas y su integración con la plataforma ya existente de gestión municipal.
Dicho proyecto, denominado SLUX (smart lighting for urban experience), tiene como objetivo la realización de un alumbrado eficiente, inteligente, dinámico, autónomo y adaptable en tiempo real a las necesidades cambiantes de los ciudadanos.
El objeto del proyecto es doble, por una parte, probar la tecnología que implementa todos los conceptos mencionados con anterioridad, así como la interoperabilidad del sistema del alumbrado con otros servicios urbanos, en este caso la plataforma de gestión municipal, de modo que se pueda adecuar el servicio del alumbrado, también teniendo en cuenta los datos provenientes de otras fuentes ajenas a la infraestructura de iluminación propiamente dicha.
Con este fin se ha desarrollado e incorporado a Stelaria un módulo específico del mismo nombre (SLUX) que combina los datos activos obtenidos de instalación de alumbrado público, con datos pasivos de los sistemas de gestión municipales tales como padrón, contabilidad, inventario, normativa técnica etc., para proporcionar una base sólida de indicadores operativos y unos algoritmos para el planeamiento de futuras instalaciones y el ajuste especifico de la iluminación a la evolución del municipio y las necesidades de sus ciudadanos.
A continuación se detallan algunos de los principales elementos que componen dicho módulo SLUX y que nos permiten modular una parte relevante de la instalación de alumbrado del municipio de Torres de Berrellén en Zaragoza con criterios adicionales de optimización del servicio adicionales a los comúnmente establecidos de eficiencia energética y operativa así como de eficacia lumínica.
Un buen ejemplo de estos indicadores operativos es el demográfico. Podemos adaptar el alumbrado en un área concreta de la ciudad dependiendo de la cantidad de personas que habitan allí, su edad, sexo etc. Atendiendo al mismo tiempo a las posibles variaciones poblacionales que sucedan. Lo cual es de especial interés en aquellos municipios turísticos con una gran fluctuación poblacional y de presencia en las calles dependiendo de la época del año en al que nos encontremos (Fig. 2).
Otro indicador fundamental a la hora de decidir cómo debe ser la iluminación de una calle es el que nos muestra el tipo de actividad predominante en zona (Fig. 3). Esto puede influir de forma determinante en los horarios escogidos para el encendido y apagado de la misma, así como para las reducciones de flujo y su intensidad. No son las mismas necesidades, por ejemplo, las que plantea una zona residencial que aquellas dedicadas a los negocios, el comercio o el ocio.
Desde el punto de vista análisis económico, podemos usar esta herramienta para evaluar el impacto de la inversión del alumbrado en los ciudadanos, así como articular eventualmente una reciprocidad entre el servicio recibido y el coste repercutido al ciudadano en cada caso (Fig. 4).
Todo ello facilita al responsable de la gestión del alumbrado la elección del alumbrado más adecuado, tanto en su aspecto físico (tipo de luminaria, tecnología, flujo luminoso, rendimiento) como funcional (valores e intervalos de regulación, horarios de funcionamiento). Por otro lado nos proporciona a su vez una herramienta fundamental para su correcto mantenimiento y operación (Fig. 5).
Es importe resaltar de nuevo, que por medio de un sistema de gestión punto a punto, como lo es Stelaria, podemos configurar de una manera extremadamente sencilla el comportamiento de cada luminaria individualmente, lo que nos permite una flexibilidad total a la hora de plantear el alumbrado de nuestra ciudad, posibilitando que este sea verdaderamente dinámico y eficiente.
Con ayuda de los indicadores mencionados anteriormente, el responsable de la instalación de alumbrado es capaz pues de tomar las decisiones más oportunas para dotar al municipio del alumbrado más idóneo en cada momento y lugar. Este módulo evolucionará hacia la implementación de una inteligencia autónoma del sistema de gestión del alumbrado a la hora de configurar el funcionamiento de las luminarias en base a los indicadores y algoritmos específicamente definidos para cada instalación de alumbrado.
Conclusiones
Un sistema como el descrito anteriormente es capaz de elevar la gestión de las infraestructuras de alumbrado público al máximo nivel posible de la iluminación inteligente, donde cada luminaria para alumbrado exterior se ha convertido en un servidor de datos (data-enabled lighting). La infraestructura de alumbrado pasa de este modo a convertirse en un servicio: además de ser puntos de luz, las luminarias son nodos de la infraestructura de Internet de las Cosas (IoT).
Los dispositivos de comunicaciones y la arquitectura de red de un sistema de alumbrado de estas características están preparadas para facilitar la incorporación de sensores adicionales (medioambientales, movimiento). Permite y habilita su integración en plataformas Smart City y facilita la instalación e integración de otros servicios del ecosistema IoT, tales como gestión de la información que transmiten los sistemas de gestión del agua, los residuos, la seguridad ciudadana, las emergencias o el tráfico.
La solución tecnológica descrita es una herramienta avanzada e intuitiva, que proporciona a los gestores de las infraestructuras de alumbrado de titularidad pública, la capacidad de mejorar el servicio que prestan al ciudadano, mejorando la fiabilidad y seguridad de dicho servicio ahorrando simultáneamente en costes maximizando la reducción del consumo eléctrico hasta de un 72%, la reducción de potencia contratada en un 53%, todo ello optimizando el mantenimiento y operación de las instalaciones. Todo ello redunda a su vez en entorno urbano mucho más sostenible y confortable para los habitantes.
En el caso de los municipios más pequeños en el entorno rural, al que pertenece el municipio de Torres de Berrellén, el ratio de puntos de luz por habitante es todavía mucho mayor que en las grandes ciudades, por lo que el gasto en alumbrado por habitante es también proporcionalmente mucho más elevado. Esto hace que el servicio de alumbrado sea si cabe menos eficiente en dichas localidades pequeñas y por tanto potencialmente mucho más mejorable. La dispersión, aislamiento, despoblación y ausencia de servicios hace esta tarea más difícil.
Un sistema de alumbrado inteligente y conectado es capaz de evitar estos inconvenientes proporcionando a cada un núcleo habitado un alumbrado eficiente y adaptado a sus necesidades reales. El potencial de mejora del servicio de alumbrado y por tanto también de ahorro energético y de mantenimiento que proporciona el alumbrado inteligente es por tanto enorme y de gran impacto en los ciudadanos.
Un sistema de estas características, por su arquitectura escalable es perfectamente asumible por agrupaciones de municipios, mancomunidades, comarcas etc., con el objeto de beneficiarse de sus prestaciones, pero compartiendo los costes derivados y la gestión.
Debemos aprovechar el proceso renovador de las instalaciones de alumbrado de modo que este servicio no solo no quede ajeno a la revolución tecnológica que estamos viviendo y a las nuevas necesidades que las exigentes y dinámicas sociedades actuales plantean, sino que pueda contribuir activamente a la mejora de otros servicios que las nuevas tecnologías del ecosistema IoT hacen posible.