Despliegue eficiente de servicios municipales en la vía pública a través de Armario Inteligente: el ejemplo de Barcelona

Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:

Autores

• Juan Carlos Arrébola, Responsable C.P. Producto, Dirección de Negocio Nordeste, Elecnor Deimos
• David Ruiz, Responsable de Zona, Dirección de Negocio Nordeste, Elecnor Deimos
• Josep Martí, Director Gerente, NearbySensor

Resumen

El Ayuntamiento de Barcelona ha promovido un nuevo modelo de despliegue unificado de los servicios de vía pública (alumbrado, semáforos, wi-fi, riego, bicing, sensórica, etc.) mediante una arquitectura homogénea de distribución de la energía y las comunicaciones, a partir de armarios inteligentes que sustituyen a los tradicionales armarios pasivos unifuncionales. Este nuevo modelo, ya en funcionamiento en un gran eje viario de la ciudad, presenta amplias eficiencias económicas, ambientales y de gestión. Elecnor y NearbySensor, con una fuerte inversión en I+D, han sido los responsables de desarrollar las tecnologías físicas y de control IoT que permiten obtener dichas eficiencias, con soluciones innovadoras trasladables a cualquier entorno urbano.

Palabras clave

Infraestructuras, Vía Pública, Eficiencia, Organización, Energía, Armarios, Sensores, Fog Computing

Introducción

La ciudad de Barcelona ha formulado y seguido, desde hace ya más de una década, una estrategia clara de evolución hacia un modelo propio de ciudad inteligente. Se ha involucrado en ellas a todos los niveles y órganos de la administración municipal, desde el Pleno Municipal hasta las áreas de gestión y las empresas y organismos autónomos. La visión de ciudad inteligente no se ha centrado ni limitado en la introducción de las TIC en la gestión de la ciudad sino en la consecución de objetivos transversales relacionados con la calidad de vida de los ciudadanos, la calidad medioambiental, y la calidad urbanística.

Promover un urbanismo de calidad ha sido una constante para Barcelona en los últimos treinta años. Siguiendo esta línea, se ha trabajado en la idea de cómo seguir desplegando un urbanismo de calidad en un espacio público que debía superar el reto de hacerse «smart», aprovechando las nuevas posibilidades y retos que presenta la Internet de la Cosas para repensar aspectos del ordenamiento urbano.

Es este un elemento de discusión “de fondo” poco frecuente, eclipsado a menudo por los beneficios más inmediatos de implantar aplicaciones verticales orientadas a la mejora de servicios concretos. Sin embargo, resulta indiscutible que la idea de disponer de forma masiva sensores y actuadores en el espacio público supone un importante reto de ordenación pues, a priori, el número de nuevos elementos a situar en un entorno urbano ya muy presionado como el de Barcelona puede ser extraordinariamente grande y diverso. Cualquier nuevo dispositivo a instalar va a tener que ser integrado en el entorno y tendrá requisitos para funcionar, empezando por las comunicaciones y la energía, pero también pensando en el mantenimiento necesario. A la vez, hay que considerar que los sistemas evolucionarán y que los dispositivos pueden quedar obsoletos o bien se deberá instalar nuevos dispositivos complementarios. Cualquier planteamiento que no considere estas realidades puede desembocar en complejidad, ineficiencias y baja calidad de servicio al ciudadano.

En esta ponencia presentamos el ámbito, dentro del modelo global de Ciudad Inteligente en Barcelona, más recientemente desarrollado y que trata de ofrecer una respuesta a este reto de despliegue ordenado de infraestructuras y servicios, y en el que los firmantes han tenido la posibilidad de participar.

El caso de Barcelona: breve resumen de algunos elementos clave

Situación de partida. La vía pública como suelo técnico exterior

En mayo del año 2014, el Pleno del Ayuntamiento de Barcelona aprobó una medida de gobierno para el Despliegue de Infraestructuras Smart en el Espacio Público (DISEP). Esta medida persigue trasladar una metodología de desarrollo, a nivel de dotación de infraestructuras TIC, al espacio público de la ciudad para ordenar la incorporación de los nuevos servicios. Teniendo en cuenta el importante rol que le corresponde al espacio público como base (suelo técnico) de las aplicaciones y servicios Smart City, la idea de la Medida era definir un estándar de la infraestructura necesaria para sacar provecho de la evolución tecnológica, ante el proceso de incorporación progresiva de aplicaciones Smart.

 

Cuando se considera el despliegue de infraestructuras en una Ciudad Inteligente se suele privilegiar el papel de las redes de comunicaciones (FO, 5G, Wi-fi, etc). Sin embargo, la energía eléctrica juega un rol igualmente importante en la provisión de los nuevos servicios y debe tener su esquema propio de ordenación y desarrollo. Hasta ahora la provisión de energía en el espacio público no ha tenido patrón. Para cada necesidad se ha tomado energía según un análisis de oportunidad, y siempre con lógica sectorial: cada servicio municipal gestionaba sus contratos con la operadora. Para poder revertir este hecho, se realizó un análisis exhaustivo de la distribución de las acometidas y armarios de servicio, así como una reflexión en relación a la posible estructuración corporativa del suministro eléctrico, de la misma manera que se había hecho anteriormente con las telecomunicaciones. En los años anteriores, Barcelona modeló una red de FO unificada (y una red Wi-Fi complementaria) con capacidad de servir a los diferentes servicios municipales. En este sentido se realizó en los últimos años un proceso de consolidación de las distintas redes de FO municipales (áreas de Informática, Movilidad, Riego…) que ha permitido un desarrollo y explotación bajo unas reglas únicas.

A partir de este referente de éxito se encargó, como se ha indicado, un estudio de detalle de la situación de partida a nivel de armarios de servicios públicos con acometida eléctrica. Posteriormente se determinó mediante un análisis basado en GIS cuál era, a escala real, la posibilidad de integración teórica de esos armarios existentes en un armario unificado. La figura 1 recoge bajo ese código de 4 colores los diferentes niveles de integración posibles en cada cruce de la ciudad. Esta información permitió crear unas mesas de discusión con representantes de las distintas áreas municipales, con la misión de definir las características y requisitos de los elementos físicos que iban a ser soporte del nuevo tipo de despliegue integrado. De esas discusiones emergieron los modelos de referencia de seis tipologías distintas de armario multiservicio que daban respuesta a las diversas necesidades funcionales y morfologías de vía pública.

En este punto, se validó económicamente el nuevo modelo incorporando al cálculo sus beneficios, es decir valores como el número de metros cuadrados de espacio público que quedarían sin afectación y las eficiencias de gestión y energéticas conseguidas. Igualmente, se derivó un modelo de gobernanza.

Tecnología de referencia de conexión de sensores y actuadores

El plan estratégico DISEP describe también nivel inmaterial complementario a la capa de despliegue físico. Es el llamado Sistema Operativo de Ciudad o CityOs, mediante el cual se estructuran todas las aplicaciones informáticas que harán uso de los datos extraídos de los sensores. Un elemento característico de esta arquitectura es Sentilo, la plataforma de publicación y suscripción que ejerce funciones de broker de información de todos los sensores urbanos. Gracias a este esquema los datos devienen un recurso horizontal disponible para cualquier aplicación, rompiéndose así el clásico problema de los silos.

Sin embargo, este es un modelo que funciona perfectamente a nivel de recursos y aplicaciones centralizados pero que, si no se complementa, mantiene los silos en el edge (límite de la red), puesto que a menudo cada sensor instalado actualmente requiere su electrónica de comunicación. Se planteó por tanto el requisito de que pudieran existir pasarelas compartidas a nivel de vía pública para los sensores que necesitaran un concentrador que los comunique con los niveles superiores, aunque pertenecieran a servicios diferentes. Igualmente, se tuvo en cuenta que no todas las aplicaciones basadas en sensores se sustancian en la Nube. Aquellas aplicaciones de origen más industrial o eléctrico y que están orientadas a completar un proceso y no únicamente a transferir un dato, y típicamente se deben resolver en local, puesto que el tiempo de proceso debe minimizarse (más información en NTT Group). Por todo ello, el modelo requería ser completado.

El trabajo a partir del modelo DISEP ha permitido desarrollar un modelo de capa para la vía pública que incorpora la gestión de la diversidad de sensores y actuadores y la necesidad de computación en el edge, mediante arquitecturas de Fog Computing. Esta definición de arquitecturas se ha trabajado desde el Ayuntamiento con diversas empresas y centros de investigación, entre ellas Cisco Systems, NearbySensor y el Centro Nacional de Supercomputación (BSC). A partir de este modelo, a medio y largo plazo, se podrá acometer la virtualización sobre un único HW de las aplicaciones urbanas de control, como son el control de alumbrado, la regulación semafórica u otros servicios que por seguridad o por tiempo de reacción deben ejecutarse en local. Este modelo de virtualización permitirá desacoplar los procesos del hardware que los ejecute, ofreciendo un grado más de libertad a los gestores.

Modelo Barcelona de Armario Urbano Smart City

Elecnor fue una de las empresas integradoras expertas que desarrolló un prototipo de armario que cumpliera con las especificaciones requeridas por el Ayuntamiento, incorporando también elementos de valor propios de su experiencia como fabricante e instalador de este tipo de infraestructuras.

Características Físicas

Los retos constructivos y las soluciones desarrolladas, gracias a la interacción y el trabajo colectivo entre el gestor (servicios municipales), la ingeniería y el fabricante quedan descritos en la siguiente tabla. Muchos de esos aspectos suponen una innovación real en el mercado de los armarios de vía pública.

Elecnor desarrolló sus prototipos en los primeros meses del año 2016 para su validación por parte de los responsables de cada servicio municipal involucrado, y tras las pertinentes revisiones pudo librar los primeros modelos en el mes de agosto.

Nuevo sistema de control para el armario. Pasarela unificada de sensores.

Debido a que distintas características de diseño determinan necesidades a nivel de telecontrol o automatización, y que el requisito de espacio máximo era taxativo, se definió un Sistema de Control de Armario que, a partir de las arquitecturas tecnológicas descritas, pudiera:

• Gestionar de modo unitario todas las necesidades de control y conexión con los diversos sensores y actuadores del armario, para poder dar respuesta a todas las necesidades con un solo hardware.
• Ofrecer una plataforma de gestión unificada de dichos equipos basada en estándares y generalizable a diversos proveedores, ya que la extensión del modelo iba a comportar la existencia de miles de equipos con características similares en armarios ubicados en todas las calles de la ciudad.
• Ofrecer una pasarela a cualquier sensor o actuador, relativo a cualquier servicio municipal, que tuviera que ubicarse en el exterior, en las cercanías de un armario, y que requiriera energía y comunicaciones mediante cable. Es contemplable pues que un futuro cercano los equipos de control de armario participen de modo concurrente en el telecontrol del riego, la monitorización de la calidad del aire, etc
• Ser capaz de interactuar con una arquitectura de Fog Computing, de modo a proveer los datos en los formatos que este tipo de estándares requieren.

En definitiva, se planteó una arquitectura de control abierta y muy flexible, fuertemente innovadora. La empresa NearbySensor se ofreció a hacer un prototipo, partiendo de los desarrollos software propios de esta compañía start-up barcelonesa. El resultado principal es que Barcelona, gracias a este proyecto, dispone de una arquitectura de control a nivel de calle que complementa la arquitectura central, capaz de trabajar con los paradigmas de computación Cloud o Fog.

Así pues, a nivel físico, los nuevos modelos de armario incorporan multitud de sensores y actuadores, entregando entre 30 y 40 variables según los modelos. Se ejecuta de modo concurrente, en un único equipo, de tipo pc industrial, el control de acceso, el control ambiental y energético. El sistema ejecuta de modo autónomo los procesos definidos por el Ayuntamiento y, en paralelo, envía los datos significativos a Sentilo para su aprovechamiento por cualesquiera aplicaciones corporativas. Se trata, en definitiva, de un modelo de “armario IoT” que aúna tecnologías IT y tecnologías industriales y que supone un salto significativo respecto de las tradicionales infraestructuras pasivas.

Modelo de gestión

Finalmente, el sistema requiere en su back-office de elementos de gestión que permitan aprovechar al máximo todas las capacidades que ofrece el nuevo modelo de despliegue de servicios. Por ejemplo, se desarrolla una aplicación de análisis de la energía consumida, puesto que a partir de ahora podrá ser historificada, lo que permitirá encontrar eficiencias. Igualmente, se integrarán los sistemas inteligentes del armario con los aplicativos GMAO (Gestión de Mantenimiento Asistida por Ordenador) de los diversos mantenedores (alumbrado, movilidad, riego…) de forma que las diversas alertas o alarmas que lance el sistema de control generen automáticamente Órdenes de Trabajo (o notificaciones a la policía municipal).

Resultados

Barcelona cuenta con un territorio urbanizable “finito”. Los cambios urbanísticos se suelen hacer de forma vegetativa, como una nueva norma de obligado cumplimiento en cada re-urbanización de una vía pública. El primer conjunto de armarios urbanos unificados se ha instalado en la vía más importante que estaba en fase de reforma, en este caso la Travessera de Dalt, uno de los tramos del eje llamado Ronda del Mig.

Se han instalado cinco armarios (siete volúmenes), con sus respectivas cinco acometidas eléctricas. Estos armarios sustituyen a 21 armarios anteriores (y a siete acometidas), por lo que la ganancia en espacio afectado es en una relación 1:3. En el conjunto de Barcelona, según los cálculos exhaustivos realizados, la extensión plena del modelo podría hacer que de los aproximadamente actuales 4.900 armarios se pudiera pasar a una franja de 3.200-3.400. Pero estos últimos no solo absorberán los actuales sino la previsión de tres mil futuros armarios de FO municipal que ya no deberán construirse, por lo que debe considerarse que la ganancia será como mínimo en una relación 1:2.

A nivel de gobernanza, la Agencia de la Energía de Barcelona ha recibido el encargo de ser la unidad gestora principal de estos armarios, responsable de la contratación de los suministros, y de la coordinación de los sucesivos proyectos y mantenimientos. En este momento los armarios reportan datos de los sensores en tiempo real y se ha iniciado el proceso para la elaboración de las aplicaciones de explotación de dichos datos, que ya han sido definidas.

La empresa municipal BIMSA, responsable de la contratación y control de la ejecución de obras de promoción municipal en la ciudad ha redactado una especificación por la cual todas los proyectos de ingeniería y las posteriores licitaciones de obras de renovación de vía pública a partir de 2017 deberán incorporar la solicitud a las empresas constructoras de que incluyan estas tipologías de armario.

Discusión de los resultados

La valoración de los resultados permite afirmar que los beneficios que arroja el modelo son en mayor medida relacionados con hacer aflorar más espacio para los ciudadanos y con una mayor eficacia y eficiencia de gestión que directamente económicos. En cualquier caso, los beneficios objetivos son:

Conclusiones

Barcelona dispone en este momento no solamente de un modelo marco global de Ciudad Inteligente que abarca tanto el ámbito material como el inmaterial de ciudad, sino que ha sido pionera en la definición práctica de los elementos que, en una realidad tan compleja como la vía pública, han de sustentar este modelo. Elementos tanto infraestructurales como infoestructurales que han superado la etapa de prototipo o prueba piloto para empezar a formar parte del día a día de la gestión municipal.

Si bien durante un largo tiempo deberán coexistir lo antiguo con lo nuevo, cabe recordar que las ciudades no podrían avanzar si no fueran capaces de asumir largas transiciones hasta que las novedades técnicas puedan llegar al conjunto de su territorio. Así ocurrió con el saneamiento, el alumbrado, el transporte o la pavimentación de calles. De hecho, cabe esperar que, una vez consolidada la imagen de los beneficios que aporta, puedan surgir oportunidades que permitan una aceleración significativa del proceso de despliegue del modelo de gestión unificada de comunicaciones, energía y sensórica urbana a través de los nuevos tipos de armario.

Agradecimientos

Expresamos nuestro agradecimiento a Cristina Castells, Directora de la Agencia de la Energía de Barcelona, y a Francisco Rodríguez, director del Institut Municipal d’Informàtica de Barcelona. Asimismo, dejamos constancia de nuestra gratitud a Ramon Sagarra y Yolanda Blasco, de la empresa EACOM.

Referencias

• Ayuntamiento de Barcercelona. ‘Pla Director de les TIC: Desplegament d’Infraestructures “Smart” a l’Espai Públic (PDTIC)’ (2014)
• Sentilo
• NTT Group. Announcing the “Edge computing” concept and the “Edge accelerated Web platform” prototype to improve response time of cloud applications.
• OpenFog Consortium