Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autores
- Francisco Javier Díez Trinidad, Investigador, IK4-Tekniker
- Joseba Izaguirre Luquin, Investigador, IK4-Tekniker
- Roberto García, Director, Dinycon
- Unai Elósegui, Director, Hispavista
- Iker Barrena, Director, Hispavista Labs
- Aitor Alzaga, Coordinador Ámbito Infraestructuras, IK4-Tekniker
Resumen
El proyecto e-Menhir pretende desarrollar un elemento modular que sirva para sensorizar la ciudad para ofrecer servicios diversos, tanto al gestor como al ciudadano. Estos servicios pueden ser desde ambientales o de movilidad hasta seguridad o gestión energética del alumbrado pasando por conectividad. La principal característica del nodo e-Menhir es su modularidad. Permite ofrecer diferentes funcionalidades dependiendo de los módulos que se incorporen. Esto a su vez permite ajustar el precio de los nodos que solo requieran funcionalidades simples. El nodo e-Menhir se complementa con la plataforma de monitorización, procesamiento y análisis de datos donde se realiza el despliegue de los servicios. En el proyecto e-Menhir, financiado por el programa ETORGAI (CAPV), participan 8 empresas y 4 centros de la red vasca de ciencia y tecnología.
Palabras clave
CPSS, IoT, Smartcity, Plataforma Gateway, Sensor Modular
Introducción
Todas las ciudades comparten elementos comunes como la gestión de los servicios públicos (limpieza de vías públicas, recogida de residuos urbanos, alumbrado, etc.), el transporte, la seguridad ciudadana y también retos comunes como el aumento de su población, del consumo de energía y emisiones de CO2. Este contexto común hace que los ayuntamientos se planteen nuevos modelos de gestión urbana.
En este contexto surge la oportunidad de ofrecer a los gestores una herramienta que permita recoger y gestionar la gran diversidad de datos que se generen en la ciudad, para desplegar servicios asociados a los mismos. Esta idea se ha plasmado en el proyecto e-Menhir.
La Figura 1 muestra unos ejemplos de servicios con una serie de datos asociados que pueden ser monitorizados o facilitados a través del e-Menhir.
Descripción Proyecto
El sistema desarrollado se puede dividir en dos grandes bloques; el nodo e-Menhir y la plataforma de servicios. A continuación de describen ambas partes.
Nodo e-Menhir
La infraestructura local del sistema e-Menhir se basa en una subred de nodos inalámbricos interconectados entre sí a través de una red mallada de comunicaciones inalámbricas, donde uno de los nodos actúa como concentrador y pasarela de datos hacia las capas superiores, esto es, hacia la plataforma de control y servicios.
Los nodos e-Menhir constituyen la base de esta infraestructura local, y proporcionan el nexo de unión entre el mundo real y los servicios asociados. Se concibe como un elemento físico multifuncional, modular y escalable:
- Multifuncional: Un nodo e-Menhir puede proporcionar simultáneamente diversas funcionalidades dependiendo de los servicios que se quieran facilitar, las características del entorno y de los requisitos técnico-económicos.
- Modular: Los nodos e-Menhir se diseñan a partir de una concepción modular, sobre unas plataformas hardware base a las que es posible añadir módulos hardware adicionales acordes con la funcionalidad deseada.
- Escalable: Estos módulos hardware pueden combinarse según las funcionalidades deseadas permitiendo desde configuraciones básicas hasta configuraciones más complejas.
Por otra parte, el concepto de nodo e-Menhir proporciona una serie de activos relevantes para cualquier solución que se deba desplegar en espacios públicos, como son: un tamaño reducido, una estética que se integra de forma natural con el equipamiento urbano, posibilidad de personalización para integrar la marca de la ciudad en la que se instale, y un coste reducido, tanto por materiales y fabricación como por facilidad de instalación, puesta en marcha y mantenimiento.
Plataforma
La plataforma permite la integración de todos los datos adquiridos por todos los nodos, así como otros tipos de datos, en un solo lugar, usando el paradigma de computación en la nube.
La plataforma de servicios se descompone en tres capas. Adquisición, procesamiento y servicios.
Para la capa de adquisición de datos se ha desplegado un middleware que permite la captura de datos en tiempo real de forma escalable y flexible mediante un módulo basado en Redis. La arquitectura general se ha provisto de una infraestructura redundante y a prueba de fallos para salvar las posibles incidencias que pudieran ocurrir.
La adquisición de datos se basa en el protocolo ligero REST (Representational State Transfer). Al ser un protocolo estándar puede ser implementado por cualquier tipo de dispositivo o aplicación con conectividad. Una de las virtudes de dicho protocolo que se soporta sobre el protocolo HTTP es que permite que su implementación sea realizada por dispositivos con pocos recursos y su adquisición no necesite sistemas con grandes rendimientos.
El procesamiento de los datos es realizado por un motor de procesamiento complejo de eventos (CEP) apoyado en un modelo semántico unificado. Los datos históricos se pueden almacenar en una base de datos relacional como MySQL o en una base de datos NoSQL como MongoDB.
La capa de servicios consta de una infraestructura básica para el despliegue de servicios en la forma de servidor de aplicaciones. La construcción de servicios y aplicaciones se puede realizar además de una forma independiente en base al paradigma publicación-subscripción. Los servicios se subscribirán para recibir determinados datos adquiridos por la plataforma y a su vez pueden generar nuevos datos que son publicados en la plataforma. De esta forma se produce una realimentación que genera un enriquecimiento de los datos disponibles.
Metodología
El punto de partida para el desarrollo del proyecto e-Menhir era considerar las ciudades como un ecosistema complejo donde Ayuntamientos, Empresas y, sobre todo, Ciudadanos, tienen que contribuir a la calidad de vida de las personas y la generación de riqueza a partir del desarrollo de nuevas oportunidades de negocio, turismo y similares.
La Figura 4 muestra los paquetes de trabajo del proyecto. La primera tarea importante fue la especificación de los casos de uso que se han pilotado. Para ello ha sido necesario realizar numerosas reuniones con diferentes personas de cada Ayuntamiento dada la gran cantidad de funciones y competencias con las que se inter-relaciona el proyecto.
Por otra parte, se ha descompuesto el trabajo en cuatro grandes bloques; sensores, nodo concentrador, plataforma y servicios, que han podido trabajar de una forma paralela con interacciones entre pares. El desarrollo de los sensores se ha coordinado con el desarrollo de nodo concentrador, a su vez éste con la plataforma y finalmente la plataforma con los servicios. Estas relaciones junto con los roles de cada empresa pueden verse en la siguiente figura:
Finalmente se está realizando la validación de los desarrollos que se presentan en la siguiente sección.
Resultados
Los despliegues que se han realizado en los dos municipios del proyecto se describen a continuación.
Zamudio
Se han desplegado 3 nodos con el objeto de detectar el tráfico de vehículos en los accesos al municipio. Se combina la detección de vehículos por visión artificial con la detección mediante Bluetooth. También mediante visión artificial otro nodo permite conocer la ocupación del aparcamiento situado en el centro urbano. Este nodo también ofrece conectividad Wi-Fi a los clientes de Euskaltel. A estos datos hay que añadir lo que se obtienen de una estación meteorológica publicados como Open Data. Esta información se complementa con sensores virtuales que muestran información agregada calculada por el CEP.
La siguiente figura muestra el despliegue de Zamudio:
Bilbao
En el caso de uso de Bilbao se va a realizar un despliegue por fases. En la primera fase se va a implementar la detección de vehículos no autorizados en zonas de carga y descarga mediante visión artificial. Gracias a la integración de Open data también el estado de ocupación de parkings y la velocidad media de los vehículos en determinadas zonas.
En una segunda fase se desplegará la detección de flujos de personas y vehículos no autorizados por las calles más problemáticas de la zona antigua mediante visión artificial y detección de conectividad Wi-Fi.
La siguiente figura muestra el despliegue en Bilbao:
Discusión
En toda solución de Smart City, la puesta en funcionamiento de la infraestructura local de unos casos piloto presenta numerosas dificultades. En el caso de la solución e-Menhir no se parte de un producto comercial a integrar, sino que su tecnología se diseña y desarrolla como parte del propio proyecto, por lo que a las dificultades habituales de planificar, coordinar y realizar una instalación/despliegue en espacios públicos, se les añaden dificultades adicionales que afectan a la propia concepción incluso de los casos de uso. Es necesaria una estrecha colaboración con las entidades públicas, que son en definitiva los usuarios finales de la solución, para enfocar, concretar y adaptar en el tiempo los desarrollos tecnológicos de una solución modular como e-Menhir para que finalmente respondan a los usos y necesidades que demandan los usuarios finales, que como en los casos piloto finalmente puestos en marcha en e-Menhir, pueden ser muy dispares.
Un aspecto muy importante que queda por validar es la viabilidad de un modelo de negocio en el que participan varias empresas desde los desarrolladores de sensores básicos a los proveedores de servicios pasando por integradores y proveedores de infraestructuras. Además, recientemente hemos visto aparecer un nuevo modelo de negocio en el que gracias a un Marketplace cualquier persona puede desarrollar aplicaciones móviles basada en datos abiertos que gracias a la imaginación y flexibilidad consiguen resultados a los que no han llegado grandes corporaciones.
Conclusiones
e-Menhir es el aliado perfecto para conocer qué ocurre en la ciudad. Gracias a su modularidad y escalabilidad es capaz de proveer diferentes tipos de información que ayuden al gestor de la ciudad a tomar decisiones tanto en tiempo real como de cara a la planificación de espacios.
Gracias a los dos municipios participantes en el proyecto se ha podido comprobar que el planteamiento del proyecto es perfectamente válido tanto para municipios pequeños como Zamudio como municipios de tamaño grande como Bilbao.
Durante el proyecto ya se han detectado numerosas funcionalidades que son posibles implementar gracias a e-Menhir, pero probablemente la mayor aportación de valor se generará en el futuro, cuando gracias al análisis de los datos recogidos se puedan hacer predicciones y simulaciones de comportamiento de la ciudad.
Agradecimientos
Agradecimientos al resto de empresas y centro de investigación del consorcio; Maser Microelectrónica, STT Ingeniería y Sistemas, Ibermática, Euskaltel, Gaia e Instituto Ibermática de Innovación.
Agradecimientos a los ayuntamientos de Bilbao y Zamudio por participar en los casos piloto.
Agradecimientos al Gobierno Vasco por las ayudas a la financiación del proyecto dentro del programa Etorgai.
Referencias
- e-Menhir (1 Febrero 2017)
- Wikipedia. Transferencia de Estado Representacional (1 Febrero 2017)
- EspertTech (1 Febrero 2017)
- Redis (7 Febrero 2017)
- MySQL (1 Febrero 2017)
- MongoDB (1 Febrero 2017)