Las redes de sensores inalámbricas en las ciudades inteligentes: aplicación a la monitorización y evaluación de la molestia del ruido de tráfico
| Autor | Juan Miguel Navarro Ruiz/Juan Emilio Noriega Linares |
| Páginas | 221-250 |
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El siglo XXI está llamado a ser el siglo de las ciudades. A comienzos del año 2014, la población humana alcanzó los siete mil doscientos millones de personas, y ya a finales de 2008 más del 50 % de la población era urbana, superando por primera vez a la población rural1. La población urbana mundial experimentará un crecimiento muy rápido en los próximos años, llegando a ser el 75 % de la población mundial para el año 20502. En esta situación, las ciudades deben desarrollar un crecimiento ambiental y, a la vez, económicamente sostenible, con el fin de mejorar la calidad de vida de los ciudadanos.
El constante cambio en los entornos urbanos requiere de una mejora de la gestión de los recursos, un aumento de la calidad de vida y el desarrollo de un sistema sostenible y eficiente. En el año 2010, Europa se plan-teó la necesidad de enfrentarse a una transformación general, tanto econó-mica como social, provocada en gran parte por la crisis económica. Por este motivo, se publicó la Estrategia Europa 2020, que constituye una visión de la economía social de mercado de Europa para el siglo XXI, enfocada hacia tres pilares. En primer lugar, plantea la necesidad de una economía basada en el conocimiento y la innovación. Como segunda prioridad, propone una economía que haga un uso más eficaz de los recursos, que sea más ecológica y competitiva. Finalmente, es imprescindible una economía con alto nivel de empleo que tenga cohesión a nivel social y territorial.
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Esto ha dado lugar a una evolución en los modelos de gestión de las ciudades. Para lograr este paso, la aplicación de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) tiene un papel protagonista. Esto se traduce en el concepto Smart City y el llamado Internet de las Cosas. Se define Smart City como aquella ciudad que usa las TIC para hacer que, tanto su infraestructura crítica como sus componentes y servicios públicos ofrecidos, sean más interactivos y eficientes y los ciudadanos puedan ser más conscientes de ellos3.
Para el desarrollo del Internet de las Cosas4,5 y de las Smart Cities6, se están utilizando las llamadas Redes de Sensores Inalámbricas7. Una red de sensores es una red de pequeños ordenadores o nodos, equipados con sensores, que colaboran en una tarea común. Este tipo de nodos pueden estar conectados entre sí a través de tecnologías inalámbricas. El uso de estas redes de sensores permite la monitorización en tiempo real de muchos parámetros que pueden ser usados para facilitar estilos de vida sostenible, ahorrar costes y mejorar la calidad de vida de las personas.
Los habitantes de las ciudades actuales se encuentran expuestos a niveles de ruido excesivos que les provocan molestia8. Esta molestia acústica es el resultado de la exposición repetida y prolongada a estos elevados niveles de ruido, lo que conlleva una disminución de la calidad de vida, interfiriendo en sus labores cotidianas, aumentando el estrés y la fatiga, disminuyendo la concentración y el descanso, y llegando a producir afecciones en la salud9. El ruido de tráfico es el principal causante de molestias por ruido en entornos urbanos, poniendo en peligro la salud de miles de personas sin que éstas siquiera lo perciban10. Es por ello que será el caso de estudio en esta investigación.
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En anteriores trabajos de investigación publicados, las redes de sensores inalámbricas se han usado para realizar medidas acústicas, centrán-dose en la obtención de parámetros básicos como el nivel de presión sonora11,12 para, principalmente, realizar mapas de ruido en ciudades. En este trabajo de investigación, con el uso de redes de sensores inalámbricas se pretenden obtener unos datos más completos y avanzados sobre la señal de sonido, no sólo el nivel de presión sonora, llevando los resultados a unas conclusiones que dibujan lo que, en términos
del canadiense Murray Schafer, se denomina
paisaje sonoro13. Este concepto, que ubicó en
el congreso nacional de medio ambiente en el
2012, nos pone de manifiesto que en un paisaje sonoro contaminado encontramos afecciones a la salud de las personas a través de reacciones fisiológicas y psicológicas que surgen
como consecuencia del deseo natural de auto-protección generado por sonidos elevados.
Para llevar a cabo este estudio, ha sido necesario diseñar una metodología completa de evaluación de la contaminación acústica en las ciudades. Tal y como se muestra en la Figura 1, esta metodología incluye la monitorización, el procesamiento, la valoración y la caracterización de los ambientes sonoros. Para lograr este propósito, se deben obtener datos de muchos puntos de manera simultánea y de forma continua en el tiempo, para lo que se usarán las redes de sensores inalámbricas.
Para la evaluación de la molestia se proponen unos parámetros de medición avanzados que tengan en cuenta el carácter cambiante y subjetivo de la contaminación
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acústica, así como el carácter objetivo de ésta. Estos parámetros son calculados in situ en la red de sensores y los resultados son transmitidos a una plataforma intermedia que permite almacenar y mostrar los datos para su análisis más detallado.
Este documento está dividido en varios apartados que se explican a continuación. En primer lugar, se introduce desde un punto de vista técnico el concepto de Smart City y cómo las redes de sensores inalámbricas juegan un papel fundamental para el desarrollo de las mismas, mostrándolo con una aplicación concreta de monitorización de ruido. Para ello, es necesario definir los conceptos básicos sobre contaminación acústica y los parámetros acústicos que se proponen para la caracterización de la molestia por ruido en el apartado siguiente. Posteriormente, se describen los dispositivos electrónicos creados como sensores acústicos, analizando las etapas de procesado de sonido requeridas. Finalmente, se presenta un caso práctico de utilización de estos sensores y la discusión sobre los resultados obtenidos.
Ante el nuevo escenario mundial donde, tal y como se ha presentado en el apartado 1, se nos muestra un entorno urbano con una demanda creciente de eficiencia, desarrollo sostenible, calidad de vida y gestión de los recur-sos escasos, se hace necesario que las administraciones se planteen una evolución en los modelos de gestión de las ciudades. En estos nuevos mode-los, la aplicación de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) se convierte en imprescindible. De este modo, en los últimos años ha aparecido el concepto de Smart City, también llamada Ciudad Inteligente o Ciudad Eficiente. Tal y como se expone en este apartado, el concepto de Ciudad Inteligente está muy ligado, a través de sus servicios, con lo se denomina Internet de las Cosas, así como con la Internet del Futuro.
Una Smart City ha sido definida desde diferentes aproximaciones física, social y humana14,15 aunque la mayoría de estas definiciones contienen
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como elemento común el uso de las tecnologías para la mejora de la calidad de la vida de sus habitantes, asegurar el desarrollo económico, social y ambiental, así como la sostenibilidad y eficiencia de los servicios públicos16. Destacar a continuación la propuesta por la Comisión Europea17:
«Una Smart City tiene tres áreas prioritarias de actuación: energía, transporte y TIC. El objetivo de la aplicación de la tecnología a estas áreas, es la mejora de la eficacia, así como la reducción de consumo energético y de la emisión de gases de efecto invernadero».
Sin embargo, no existe aún un acuerdo sobre los elementos mínimos que deben estar presentes en una ciudad para poder ser considerada como inteligente. En España, a través del Plan Nacional de Ciudades Inteligentes18, descrito en el Agenda Digital, se sigue la definición propuesta por el Grupo Técnico de Normalización 178 de la Asociación Española de Normalización y Certificación (AENOR), con el apoyo de la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información (SETSI) y coordinado por la Red Española de Ciudades Inteligentes (RECI), que se describe a continuación:
«Ciudad Inteligente (Smart City) es la visión holística de una ciudad que aplica las TIC para la mejora de la calidad de vida y la accesibilidad de sus habitantes y asegura un desarrollo sostenible, social y ambiental en mejora permanente. Una ciudad inteligente permite a los ciudadanos interactuar con ella de forma multidisciplinar y se adapta en tiempo real a sus necesidades de forma eficiente, en calidad y en costes, ofreciendo datos abiertos, soluciones y servicios orientados a los ciudadanos como personas, para resolver lo efectos del crecimiento de las ciudades, en ámbitos públicos y privados, a través de la integración innovadora de infraestructuras con sistemas de gestión inteligente».
En la actualidad estamos siendo partícipes en una revolución deter-minada por el Internet de las Cosas (Internet of Things (IoT) en termino-
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logía...
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