Redes inteligentes de gestión: Smart Cities a coste cero

Comunicación presentada al II Congreso Ciudades Inteligentes:

Autores

• Jorge Fernández de Caleya, CTO, Zwit Project S.L.
• Raúl Santos Alvarez, Director de Proyectos, Zwit Project S.L.

Resumen

La Red Inteligente de Gestión (RIG) es la pieza clave de una smart city y la más fácil – y barata- de implementar. La RIG es una única red de comunicaciones de ámbito municipal, construida al utilizar el módulo de comunicaciones de doble capa ZwitBox -ZigBee/WiFi- para la telegestión de alumbrado público: la capa ZigBee convierte a las luminarias en transmisoras de datos de otras redes de sensores: agua, contenedores, tráfico, etc., eliminando los costes de comunicaciones GPRS/3G de esas redes; la capa WiFi genera una red apta para dar servicios de alto ancho de banda: videoasistencia a ancianos, zonas wifi libres, telemedicina, etc. La RIG es la columna vertebral de una Smart City al mismo coste de cualquier solución de telegestión de alumbrado y una herramienta clave para la definición del modelo de negocio de las ciudades inteligentes.

Introducción

La aplicación de la tecnología a la gestión municipal está suponiendo una revolución en el modelo de desarrollo urbano, mejorando la eficiencia en la gestión de las infraestructuras municipales y ofreciendo nuevos servicios a los ciudadanos. Es el concepto de Smart City, que, aunque se va extendiendo con rapidez, sigue planteando grandes interrogantes, como la financiación de los proyectos, el modelo de negocio, los estándares tecnológicos a utilizar, la participación ciudadana, etc. Quizá por estos interrogantes sin resolver, de los más de 8.000 ayuntamientos existentes en España, todavía sólo 65 de ellos forman parte de la Red Española de Ciudades Inteligentes. De alguna manera la Smart City sigue pareciendo un modelo inalcanzable para los ayuntamientos medianos y pequeños, que son la mayoría en nuestro país.

En la presente comunicación se presenta un nuevo modelo de desarrollo de las smart cities, al alcance de municipios de cualquier tamaño, basado en la creación de redes municipales de comunicaciones a partir de la telegestión de cualquier infraestructura municipal y en especial del alumbrado público.

La oportunidad del alumbrado público

Todos los ayuntamientos se enfrentan al desafío de tener que mejorar la eficiencia en la gestión de las infraestructuras municipales y ofrecer nuevos servicios a los ciudadanos, al mismo tiempo que disminuyen el gasto y reducen su endeudamiento.

El alumbrado público se ha convertido en casi la única área municipal en la que es posible generar ahorros importantes al mismo tiempo que se mejora el servicio ofrecido. La sustitución de las tradicionales luminarias de vapor de sodio por luminarias LED supone ahorros inmediatos de hasta el 65% del coste del consumo energético y de mantenimiento de las instalaciones. Las inversiones necesarias se amortizan en plazos de entre 5 y 9 años en función de las posibilidades de financiación municipal. Con los sistemas de telegestión de alumbrado y las soluciones de alumbrado inteligente mediante sensores que adecuan el flujo luminoso a la presencia de peatones y vehículos, los ahorros pueden alcanzar cotas de hasta el 80%.

Sin embargo la principal ventaja de la inversión en la renovación de alumbrado público con tecnología LED y sistemas de telegestión adecuados, no es el ahorro, sino la oportunidad que supone para poner la primera piedra y quizá, la pieza fundamental de una smart city, que generará importantes beneficios futuros a los ciudadanos. Efectivamente, la utilización de estándares de comunicaciones de uso común, como ZigBee y WiFi, pueden convertir la red de telegestión de alumbrado en una red de comunicaciones de ámbito municipal, que sea la base de las aplicaciones y servicios de la smart city.

LA Red Inteligente de Gestión (RIG)

La Red Inteligente de Gestión (RIG), es una red de comunicaciones de doble capa ZigBee/WiFi, generada por el módulo de comunicaciones ZwitBox desarrollado por Zwit Project S.L. para la telegestión de infraestructuras públicas como el alumbrado, las redes de agua, saneamiento, contenedores de residuos urbanos, etc.

Las redes de alumbrado público se componen de diferentes sectores de alumbrado, constituidos por el conjunto de farolas que están bajo un mismo cuadro de mandos. Los sistemas convencionales de telegestión de alumbrado, ya sea por cable (PLC) o por radiofrecuencia, suelen concentrar los datos de las luminarias de cada sector de alumbrado en el cuadro de mandos, y mediante tecnologías de telefonía móvil (SIM/GPRS/3G) acceden a la ‘nube’ para enviar los datos al Centro de Control municipal.

El modelo de Red Inteligente de Gestión, se basa en la conexión de los diferentes sectores de alumbrado mediante la red WiFi generada por los módulos de comunicaciones ZwitBox-WiFi con que van dotados los cuadros de mando de cada sector. La red WiFi así generada puede conectar directamente con el Centro de Control municipal, o mediante un número reducido de salidas a la nube.

Por otro lado, en cada sector de alumbrado, las luminarias dotadas del módulo de comunicaciones ZwitBox generan una red ZigBee que, aparte de realizar las funciones propias de la telegestión de alumbrado (encendido/apagado, monitorización de estado, flujo luminoso, consumo, etc.) puede actuar como red transmisora de los datos procedentes de otras redes de sensores ‘vecinas’, como las de lectura inalámbrica de contadores de agua, sensores de llenado de contenedores de residuos urbanos, sensores de aparcamiento, sistemas de riego inteligentes, etc.

Gráficamente, cada sector de alumbrado, con su red Zigbee, sería un conjunto independiente de los demás, y la red WiFi sería el anillo que une a todos los sectores de alumbrado.

Servicios asociados a la Red Inteligente de Gestión

La Red Inteligente de Gestión puede ofrecer los siguientes servicios:

• Facilitar la gestión de infraestructuras y servicios públicos:
  1. alumbrado,
  2. redes de suministro de agua, saneamiento y depuración,
  3. contenedores de residuos urbanos,
  4. riego automático de parques y jardines,
  5. control de aparcamientos, tráfico y movilidad,
  6. redes de sensórica ambiental y climatológica, etc.
• Ofrecer nuevos servicios a los ciudadanos, como por ejemplo:
  1. Acceso libre y gratuito a internet a parados y colectivos en riesgos de exclusión
  2. Zonas wifi libres en los ayuntamientos, cada vez más demandadas por la población y sobre todo por visitantes y turistas. La conexión a la red wifi conecta con una pantalla de bienvenida que permite dar información a los usuarios de tipo municipal (información de eventos, actividades, etc) comercial, turística, o cultural
  3. Conexión a internet de edificios públicos en zonas rurales
  4. Videoasistencia a ancianos conectándoles mediante skype con los servicios sociales municipales, facilitando el seguimiento de los servicios de asistencia a domicilio, y ofreciendo programas online de prevención de alzheimer, etc.
  5. Vídeo consulta médica
  6. Aplicaciones de uso turístico: puntos wifi de descarga de información turística, descarga de audioguías, vídeos, imágenes, etc., de lugares de especial interés.
  7. Señalización de itinerarios turísticos, etc.

Ventajas de la Red Inteligente de Gestión

• Para los ayuntamientos las principales ventajas de la Red Inteligente de Gestión son:
• Es la puerta de acceso al concepto smart city y los servicios asociados a las smart cities
• Es una nueva infraestructura municipal creada a coste cero (al mismo coste que cualquier otro sistema de telegestión de alumbrado)
• Es una red abierta, basada en los estándares WiFi y ZigBee, lo que permite acceso a internet y creación de zonas WiFi municipales al mismo tiempo que facilita la integración de otras redes de sensores.
• Proporciona total libertad a la hora de elección de proveedores de soluciones Smart City.
• Permite la utilización de la red por empresas locales y ciudadanos para ofrecer sus propios servicios, generando dinamismo a la Smart City.
• Evita la multiplicidad de redes, y la proliferación de antenas o sistemas de comunicaciones.
• Es una red multifuncional que puede adaptarse y gestionar varias infraestructuras.
• Es una red instalable a partir de cualquier infraestructura.
• Es modular y escalable, puede implementarse por fases (escalonamiento temporal), por zonas (en unos barrios antes que en otros) y por sectores (a partir del alumbrado inteligente, la red de agua, la red de transporte inteligente, etc).
• Los sistemas convencionales de telegestión tanto por cable (PLC) como por radiofrecuencia realizan muy bien la telegestión de las luminarias, pero necesitan una ‘salida a la nube’ en cada cuadro de mandos, con el consiguiente coste mensual de explotación de la tarjeta SIM/GPRS/3G. La RIG puede salir a la nube en un único punto, que puede ser el propio centro de control municipal, con el consiguiente ahorro de costes y, sobre todo, independencia municipal frente a la compañía de telefonía móvil proveedora de la conexión SIM/GPRS/3G de los cuadros de mando.
• Los sistemas convencionales de telegestión (todos ellos basados en tecnologías propietarias ya sea de cable o inalámbrica) no pueden integrar los datos de otras redes de sensores como la de telelectura de contadores de agua o los sensores de llenado de los contenedores de residuos urbanos, que se ven obligados a depender de las salidas a la nube mediante tarjetas SIM/GPRS/3G. Nuestra propuesta permite la conexión de esas redes ya sea porque esas redes utilizan dispositivos ZigBee (considerado el estandar principal de redes de sensores municipales) que se conectarían directamente a nuestros dispositivos zigbee de las luminarias, ya sea porque aunque utilizaran tecnologías inalámbricas propietarias, siempre se podrían conectar a un router wifi que a su vez se conectaría a la red wifi de la RIG. En cualquiera de los dos casos se podría prescindir de las salidas a la nube mediante tarjetas de operadores de telefonía móvil.
• Un ayuntamiento con 100.000 habitantes tendrá como mínimo unos 25.000 contadores de agua. Suponiendo que se agrupara la señal de 25 contadores en un único punto de acceso a la nube, harían falta 1.000 puntos de acceso, lo que supondría un coste mensual de entre 4.000€ y 10.000€/mes (entre 48.000 € y 100.000€ anuales) Si la gestión del agua fuera municipal, el ayuntamiento se ahorraría el 100% de ese coste y si la gestión fuera externa, el ayuntamiento podría ofrecer su red a la empresa gestora del agua, obteniendo un alto beneficio económico de ello. De forma similar se podrían calcular los ahorros/beneficios en el caso de otras redes de sensores como la de los contenedores de residuos urbanos.

Para las empresas gestoras de infraestructuras públicas, las principales ventajas de la Red Inteligente de Gestión son:

• Evita la creación de sus propias redes de comunicaciones para dotar de conectividad a sus servicios, abaratando los costes de implantación de sus servicios
• Evita la dependencia de las tarjetas SIM/GPRS/3G,
• Reduce los costes de explotación de los servicios y de mantenimiento de la red de comunicaciones
• Evita la dependencia de un único proveedor de conectividad

Para las Empresas de Servicios Energéticos (ESE) las principales ventajas de incorporar la Red Inteligente de Gestión de Zwit Project S.L. en sus propuestas de sustitución de alumbrado tradicional por alumbrado inteligente son:

• Supone un valor añadido diferenciador de sus competidores
• Permite ofrecer servicios complementarios y mejoras innovadoras en los concursos públicos de licitación de alumbrado y energía
• Evita las tareas de mantenimiento de la red de telegestión

El módulo de comunicaciones ZwitBox y las prioridades de innovación de la Unión Europea 2020

En los últimos años los proyectos smart city han experimentado un crecimiento espectacular en todo el mundo, siendo una de la prioridades de los programas de innovación tecnológica de la Unión Europea, especialmente para el período presupuestario 2014 -2020 en el que varias de las líneas de innovación propuestas coinciden plenamente con la propuesta de la Red Inteligente de Gestión.

Efectivamente, el primer borrador del Plan Operacional de Implementación del Partenariado (OIP) publicado en enero de este mismo año 2014 por el  Sherpa Group del European Innovation Partnership  on Smart Cities and Communities (Operational Implementation Plan: First Public Draft ), que recoge los objetivos operativos y las acciones  previstas para llevar a cabo el Plan Estratégico de Implementación (SIP) del mismo programa europeo de Partenariado para la Innovación en Smart Cities and Comunities, coincide en muchos aspectos con la propuesta de Zwit Project S.L..

En el Plan Operacional se establecen tres recomendaciones clave para alcanzar los objetivos propuestos, que coinciden plenamente con el concepto base de nuestra propuesta de Redes Inteligentes de Gestión:

• Uso de standards, protocolos y formato de datos comunes que faciliten la interoperatividad entre sistemas
• Creación de redes con datos accesibles a terceras partes
• Reutilización de infraestructuras existentes y su utilización para usos múltiples.

En dicho borrador de trabajo se proponen las acciones correspondientes a las once Áreas Prioritarias definidas en el Plan Estratégico (SIP) y orientadas a conseguir los objetivos Europa 2020. De esas once áreas, el módulo de comunicaciones multifuncional ZwitBox y las Redes Inteligentes de Gestión propuestas encajan directamente en cuatro de ellas. ‘Districts and Built Environment’, ‘Integrated Infrastructures’, ‘Open Data’ y ‘Standards’.

Más concretamente, la propuesta de extensión de las Redes Inteligentes de Gestión a partir del alumbrado inteligente haciendo de la farola de alumbrado público un nodo de comunicaciones común a varias redes de sensores, es una de las ‘acciones potenciales’ de la prioridad ‘Infraestructuras Integradas’, como se recoge a continuación

Acciones potenciales:

The ‘humble lamppost’ (la ‘humilde farola’) Reducción del consumo energético y los costes de mantenimiento implementando luminarias más eficientes y de mayor duración, utilizando sensores de movimiento. Utilización de las farolas para dar conectividad WiFi. Probar modelos de negocio innovadores. Las farolas normalmente son equipamientos de un único uso -el alumbrado-. Sin embargo no es necesariamente el único papel que pueden jugar. Las Nuevas tecnologías de la Información y Comunicación pueden ayudar a transformar el papel de la ‘humilde farola’.

Objetivo

El objetivo es demostrar como el alumbrado puede proporcionar rápidos ahorros para las ciudades aportando disponibilidad de fondos para financiar soluciones integradas en las áreas de monitorización ambiental y de edificios y análisis de tráfico para la reducción global de emisiones.

En primer lugar, en términos de uso de la infraestructura física existente, -mejorada y complementada con infraestructura digital- para múltiples usos y servicios ciudadanos

En segundo lugar, en términos financieros: el alumbrado puede representar el 20% del presupuesto de electricidad de las ciudades, y se pueden conseguir ahorros en energía y costes de mantenimiento entre el 20% y el 70%, mediante la instalación de lámparas más eficientes, lo que supone una rápida ganancia para las smart cities.

Re-utilización de equipamientos: Demostración de que la farola es un equipamiento urbano que puede ser dotada de dispositivos que proporcionen servicios adicionales al de alumbrado, como por ejemplo:

• Comunicaciones, como nodos de comunicaciones WiFi (‘LiFi’)
• Provisión de servicios públicos WiFi, como una nueva infraestructura de la ciudad.
• Seguridad pública , control ambiental, mediante cámaras de seguridad en los postes
• Monitorización de la calidad del aire y de la polución acústica
• Control de tráfico mediante cámaras o radares
• Control de aparcamientos mediante sensores en los postes
• Lectura de contadores inalámbricos

La propuesta de Red Inteligente de Gestión de Zwit Project S.L., coincide plenamente con las propuestas del Sherpa Group del European Innovation Partnership  on Smart Cities and Communities:

• Utilización del alumbrado como fuente de financiación de infraestructuras integradas para dar servicios smart city
• Utilización de la farola como nodo de comunicaciones de otras redes de sensores: la Red Inteligente de Gestión como red troncal de comunicaciones de la smart city
• Conectividad WiFi como nueva infraestructura municipal

ZwitBox, ganador de la 3ª edición del programa Pasion>ie

El módulo ZwitBox de Zwit Project S.L., presentado bajo la denominación de Nbox, ha sido galardonado con el premio “Ciudades del Futuro” de la tercera edición del Programa Pasion>ie de apoyo al emprendimiento e innovación tecnológica, liderado por la Escuela de Negocios del Instituto Empresa y Accenture con el apoyo de grandes empresas como Ferrovial, Endesa, Vodafone, BBVA.