Comunicación presentada al V Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- David García Esteller, Technical Developer, everis
- Mar González Ruiz de Larramendi, Business Analyst, everis
Resumen
Bellair es una plataforma para la monitorización de la calidad del aire en tiempo real. Pretende ofrecer una visión completa de la contaminación en toda el área urbana, mediante la combinación de una gran variedad de datos provenientes de estaciones fijas, nómadas y el open data de la ciudad. El corazón de Bellair son sus estaciones nómadas de bajo coste y tamaño que al emplearse de forma conjunta con las estaciones fijas, permiten equilibrar los costes de instalación y mantenimiento de estas últimas. Las estaciones nómadas están instaladas en vehículos eléctricos o drones, e integran distintos sensores ambientales económicos y un GPS d e alta precisión. Los datos obtenidos se transmiten a través de la conectividad 3G a una interfaz sencilla e intuitiva, en la que se ponen en relación con los datos de las estaciones fijas y el open data de la ciudad. El próximo paso será incorporar un algoritmo que permita la interpolación de los datos, para ofrecer previsiones y anticipar decisiones en cada caso.
Palabras clave
Contaminación Atmosférica, IoT, Monitorización Aire, Calidad Aire, Estaciones Nómadas, Sensor CO, PM, Partículas Contaminantes, Calidad de Vida
Introducción / Contexto
A pesar de las iniciativas que múltiples países de todo el mundo están desarrollando para el control y cuidado de la calidad del aire, los niveles de contaminación que se registran en las grandes urbes continúan siendo alarmantes: el ozono (0), el dióxido de nitrógeno (NO2) y las partículas por millón (PM) comportan grandes riesgos para la salud, desde problemas en el sistema respiratorio hasta la muerte prematura. En 2013 la Comisión Europea adoptó un programa para la mejora de la calidad del aire en Europa (A Clean Air Programme for Europe) con el objetivo de cumplir con las medidas establecidas en la legislación existente sobre la calidad del aire antes de 2020. Sin embargo, estas obligaciones impuestas no parecen suficientes para frenar las emisiones derivadas de las fábricas, el intenso tráfico y la masificación de las ciudades.
En España, a pesar de que el Gobierno aprobara en 2017 su Plan Nacional de Calidad del Aire, los niveles de contaminación no solo no han disminuido, sino que se han encrudecido en los últimos años (Planelles & De Benito, 2019, La contaminación se dispara en 26 ciudades por el anticiclón y la falta de medidas). Según el informe anual de Calidad del Aire elaborado por Ecologistas en Acción (Ceballos, et. Al, 2017) con datos de 800 estaciones medidoras situadas en 127 zonas de España, el 97% de los españoles respiró gases contaminados en 2017 y el 88% del territorio nacional estuvo expuesto a niveles de polución superiores a los recomendados por la OMS. Los datos recabados por el Comité de Enfermedades Respiratorias de Origen Medioambiental de la Sociedad Española de Neumología y Cirugía Torácica («Respirar para vivir«. Dr. Bartolomé Beltrán. Diario de Sevilla. 2/3/19) sitúan en 10.000 las muertes anuales causadas por la contaminación ambiental en España. La mala calidad del aire no solo agrava las enfermedades respiratorias y cardiovasculares, sino que puede causar afecciones de por vida en los fetos.
En este contexto, la obligación de instalar sistemas de medición de la calidad del aire que permitan localizar las fuentes de la contaminación y establecer políticas de control adecuadas a cada caso es cada vez más urgente. Sobre todo, teniendo en cuenta que la puesta en relación de los datos de ingresos hospitalarios, con los de las oscilaciones de los agentes contaminantes, puede contribuir a conocer cómo afecta la calidad del aire a la salud humana.
A pesar de que en gran parte del territorio español se hayan situado estaciones fijas para la monitorización de la calidad del aire, los costes elevados de instalación y mantenimiento frenan su desarrollo. Además, al estar ubicadas en unas coordinadas concretas, no ofrecen una visión real y completa del área urbana. Por otra parte, los datos de estas estaciones son recopilados en la mayoría de los casos por investigadores, por la industria o el gobierno, y suelen centrarse en el cuadro general sin aportar datos de interés para comunidades locales o individuos. A esto se añade el hecho de que esta información solo esté disponible a menudo en webs oficiales o bases de datos de investigación, y no llegue por tanto al conocimiento de la mayoría de los ciudadanos, impidiendo de esta forma su toma de conciencia.
Para hacer frente al excesivo coste e inmovilidad de estas estaciones, en los últimos años se han desarrollado sensores nómadas de bajo coste, que aunque no ofrezcan mediciones tan precisas, resultan eficaces para complementar la información de las estaciones fijas.
Consciente también de esta necesidad de integrar distintas fuentes de datos para medir la calidad del aire, el alcalde de Londres acaba de poner en marcha un ambicioso proyecto (C40 air quality hyper-local sensor programme – KCL) que implica la instalación de miles de estaciones fijas, cuyos datos se combinarán con la información recabada por sensores móviles ubicados en los vehículos de Google Street View.
Descripción de la solución
En esta dirección, everis está desarrollando Bellair, una plataforma eficaz e innovadora para la monitorización de la calidad del aire, que permite la combinación de datos obtenidos mediante estaciones fijas, nómadas y el open data de la ciudad, para ofrecer una visión total de la contaminación urbana en tiempo real. Todos estos datos son transferidos a una interfaz sencilla e intuitiva que informa a los usuarios de todas las fluctuaciones que se producen en el área urbana. La confrontación de diversas fuentes de datos contribuye a que los análisis de la plataforma sean precisos y completos. Además, Bellair prevé incorporar un algoritmo que permita la interpolación de los datos, ofreciendo así previsiones que ayuden a anticipar decisiones y poner en marcha medidas preventivas.
¿Qué ofrece la plataforma Bellair?
La piedra angular de Bellair son sus pequeñas estaciones de monitorización del aire, que integran distintos sensores de bajo coste (temperatura, humedad, presión, ruido, radiación UVA, ozono, NO2, CO, y PM) y un GPS de alta precisión, que transfiere los datos recogidos a la nube a través de la conectividad 3G, hasta una plataforma sencilla e intuitiva que permite supervisar y mantener estos parámetros bajo control. Gracias a su pequeño tamaño, las estaciones nómadas pueden estar instaladas en vehículos eléctricos o drones que se desplazan por la ciudad trasmitiendo los datos que obtienen a un primer repositorio en el que son filtrados y procesados. A partir de aquí, la ubicación y los parámetros de calidad del aire se cargan en un data lake para su uso analítico.
El hecho de que la interfaz de datos de Bellair esté integrada con estaciones fijas y datos públicos de la calidad del aire, permite combinar la información de las estaciones nómadas con otros datos de gran precisión. Además, la posibilidad de cotejar esta gran variedad de datos permitirá que su interpolación proporcione previsiones más fiables, promoviendo la adopción de medidas adecuadas de prevención.
Características técnicas de la solución
A continuación, se describen las características técnicas de la solución Bellair.
Adquisición de datos de las estaciones
El sistema Bellair adquiere los datos a tiempo real de las estaciones para enviarlos al software y posteriormente visualizarlos en los visores. Actualmente la solución incluye dos tipos de estaciones:
- Estaciones fijas instaladas en el mobiliario urbano: Estas estaciones se alimentan a través de un panel solar e incluyen los sensores necesarios para medir los datos de CO, NO2, PM2,5, O3, humedad, temperatura, luminosidad, radiación solar, dirección y velocidad del viento.
- Estaciones nómadas alimentadas con batería que incluyen los mismos sensores que las estaciones fijas a excepción del que mide la dirección y velocidad del viento. Estas estaciones están dotadas de un sistema de posicionamiento GPS para poder visualizar su trazabilidad por la ciudad.
Los dos tipos de estaciones disponen de comunicación GPRS/3G/4G, aunque la flexibilidad del hardware permite incluir otros tipos de comunicación en función de las demandas de la ciudad.
Monitorización de la calidad del aire
El sistema capta los datos provenientes de las distintas estaciones para una visualización funcional y práctica del estado de la calidad del aire en la ciudad. La solución de everis se basa en dos tipos de visores:
- Una interfaz web conectada al software en la nube.
- Un visor 3D utilizando tecnologías de realidad aumentada y mixta.
La interfaz web consta de un módulo Dashboard en el que se puede visualizar el estado actual de niveles de contaminación del territorio. Algunas de las características de dicho módulo son:
- Muestra a tiempo real del índice de calidad del aire (AQI).
- Muestra de datos históricos.
- Visualización a través de un mapa de la ciudad de la localización de las estaciones y el nivel de contaminación referente a uno de los cuatro parámetros: CO, NO2, PM2,5, O3.
- Gráficas con el número de excesos de cada contaminante.
- Tablas detalladas de cada uno de les excesos.
- Visualización de los datos según la Unión Europea o la Organización Mundial de la Salud.
A continuación, se muestran ejemplos del Dashboard de monitorización de la calidad del aire descrito anteriormente.
El visor 3D consta de un escenario virtual en el cual se puede visualizar los niveles de contaminación de la ciudad y sobre el que se puede interactuar gracias al uso de unas gafas de realidad mixta. Esta tecnología permite la interacción humana directamente sobre el mapa y ofrece una experiencia más envolvente y cómoda. Algunas de las características del visor 3D son:
- Libre ubicación del mapa virtual en cualquier superficie plana.
- Desplazamiento libre por la ciudad sólo con el movimiento del usuario.
- Selección de las estaciones y visualización de las mediciones mediante un solo gesto.
A continuación, se muestra una imagen de lo que se puede ver en este escenario virtual.
Gestión de las estaciones
El sistema permite la identificación y la gestión de las estaciones desplegadas por la ciudad. A través del módulo Devices incluido en la interfaz web, se puede añadir, editar y eliminar las estaciones de medición, tanto las fijas como las nómadas.
Con el módulo Categories se permite la configuración de grupos de estaciones (categorías). El módulo permite crear, editar y eliminar las categorías definidas.
Alarmas y notificaciones
El sistema permite la generación de alarmas y notificaciones en base a unos criterios programados o según la decisión de los gestores de la solución. A través del módulo Alarms se puede configurar nuevas alertas, y visualizar, editar o eliminar alertas existentes. Con el módulo de Notifications se pueden consultar las alertas activadas y las acciones recomendadas. Este módulo también permite cambiar el estado de las notificaciones entre las visualizadas y las que no.
Casos de éxito
Recientemente La Universidad de La Salle en colaboración con everis ha llevado a cabo una prueba exitosa de Bellair. Para ello se han integrado distintos sensores de bajo coste y un GPS en placas Arduino instaladas en bicicletas y en vehículos autónomos, posibilitando la monitorización continua y eficaz de la temperatura, la humedad y las partículas contaminantes. El objetivo principal de este modelo era validar que era viable emplear la tecnología IoT para construir una estación nómada de monitorización de bajo coste y tamaño reducido, que permitiera evaluar la correlación entre el empleo de estaciones tradicionales y otros sensores más económicos.
El prototipo dejó en evidencia que la reducida dimensión de la estación permitía medir de forma más adecuada la exposición de los ciudadanos a los agentes contaminantes. Esta posibilidad de monitorizar de forma sencilla la calidad del aire que afecta directamente a individuos particulares es clave para fomentar su toma de conciencia y participación activa. Además, la prueba sirvió también para comprobar que, entre los distintos vehículos posibles, el transporte público (los autobuses), al abarcar de forma exhaustiva la totalidad del área urbana, es el medio más apropiado para la medición móvil de la calidad del aire.