Algeciras: sistema de monitorización en tiempo real de la calidad del cielo nocturno

La contaminación lumínica en Algeciras ha ido adquiriendo una importancia mayor en estos últimos años tras las sucesivas ampliaciones de los terrenos del Puerto Marítimo, y el consiguiente aumento de sus actividades que se mantienen 24 horas al día, los 7 días de la semana, así como un continuo crecimiento de la actividad industrial y del polo petroquímico que se extiende por toda la Bahía de Algeciras.

El efecto directo de la contaminación lumínica es la pérdida de calidad del cielo nocturno que tiene unas consecuencias económicas, sociales, culturales y ambientales de gran repercusión.

Por tanto, el reto propuesto por el Ayuntamiento de Algeciras tenía como objetivo resolver de forma integral la contaminación lumínica a través de una solución de tecnología FIWARE con la que se pudiera llevar a cabo una monitorización en tiempo real de la calidad del cielo nocturno de la ciudad. Los objetivos que se han perseguido han sido: conocer la situación y evolución de la calidad del cielo en el municipio; tener datos que permitan diseñar un sistema de alumbrado público inteligente y sostenible; mostrar los datos de la calidad del cielo y dinamizar la economía local promoviendo el ecoturismo.

LA SOLUCIÓN

Green Globe, empresa ganadora del Reto Challenge IOT de FIWARE ZONE, ha planteado una serie de medidas para satisfacer las necesidades del reto. Para ello ha propuesto:

• El despliegue de una red de sensores de medida con distintos tipos de sensórica de monitorización del cielo nocturno.
• Una solución basada en FIWARE para el almacenamiento de los datos, así como un portal web para la visualización de estos.
• Complementariamente a esto, realizar una serie de actividades de dinamización del sector y generación de una serie de informes y trabajos para conocer la situación de partida del municipio y proponer los mejores cambios en el alumbrado público para reducir el problema expuesto en el reto.

Red de Sensores

Para poder conocer los niveles de contaminación lumínica es necesario disponer de una red de sensores que nos permitan monitorizar este parámetros. Esta red de sensores está compuesta por dos tipos de dispositivos distintos:

• Estaciones de medida de la calidad del cielo – Night Eye
• Cámara All Sky

La red de medidas de ​ calidad del cielo nocturno se realiza con el dispositivo innovador desarrollado por Green Globe llamado Night Eye. Este dispositivo ha sido desarrollado tras años de investigación, trabajo y de conocimiento de las necesidades del mercado. Es un dispositivo desarrollado, diseñado y fabricado por Green Globe, lo cual permite el control y la modificación de los parámetros del dispositivo sin tener que depender de un tercero para cualquier modificación o ampliación.

Night Eye está compuesto por 4 fotómetros equipados con lentes y filtros que conforman el módulo óptico del dispositivo. Además tiene un módulo de detección de nubes y validación de datos, así como un módulo de comunicaciones.

El dispositivo mejora los sistemas de medición de calidad del cielo existentes con las siguientes características:

• Medidas en 4 bandas. Night Eye cuenta con 4 sensores (Fotómetros) que con la instalación de distintos filtros permiten medir en 4 bandas distintas. El dispositivo mide la calidad del cielo nocturno (brillo de fondo del cielo) en magnitudes de segundos de arco cuadrado (mag/arcsec2). Las magnitudes indican el brillo de un objeto celeste visto por un observador desde la tierra y los segundos de arco al cuadrado es una unidad de área. Esta unidad es el estándar para la medida del cielo nocturno en todo el mundo. Además, todas las unidades de medida de la luminotecnia se definen considerando como «filtro» efectivo la curva de sensibilidad espectral del ojo humano en condiciones fotópicas (diurnas), pero en astronomía interesa la emisión de los cuerpos celestes en todas las longitudes de onda del espectro, tanto las visibles como las poco visibles o incluso las invisibles. Por lo tanto, en lo que se refiere al estudio del cielo nocturno hay que considerar la contaminación lumínica no solo en el intervalo visible, sino también fuera de él. De ahí que las unidades luminotécnicas resulten inadecuadas para la medida y diagnóstico del resplandor difuso del cielo nocturno. Gracias a los 4 fotómetros con distintos filtros se puede tener un seguimiento de cómo cambian las medidas de fondo de brillo del cielo en función del color de luminarias que se instalen. Debido a esto se puede identificar la componente de luz blanca azulada y con ello detectar el uso de leds azules así como su variación. Esta característica es muy importante, pues permite diferenciar el tipo de luminaria que emite más cantidad de radiación en base a las mediciones en los distintas bandas espectrales acotadas por el filtro, permitiendo comprender mejor ​ los datos arrojados, y planificar de una forma más efectiva las acciones pertinentes en el alumbrado, en base a las distintas lecturas de los sensores con distintos filtros.
• Detección de nubes. Mediante un sensor de infrarrojos y un termómetro el Night Eye permite, de una manera innovadora, la validación de las medidas de la calidad del cielo nocturno detectando si el cielo está nublado. Esta característica tiene una gran relevancia porque las medidas de calidad del cielo son solamente válidas en cielos despejados. Los cielos con nubes causan reflexión de la luz y alteran las medidas de brillo de fondo del cielo.

OTRAS ACCIONES

Además de la monitorización en tiempo real del cielo nocturno, se realizan otra serie de acciones:

• Medidas de la calidad del cielo en Itinerario. Con el doble objetivo de cubrir todo el territorio con medidas de calidad del cielo y el de disponer de medidas de contaminación lumínica de forma anterior a la instalación de los sensores Night Eye, se realizan medidas de calidad del cielo nocturno en itinerario. El sistema de medidas en itinerario se lleva a cabo con un automóvil que circula por las carreteras sin alumbrar del extrarradio del núcleo de población de Algeciras así como por distintos caminos del municipio. En el techo del vehículo se colocan adosadas las sondas de medida de la calidad del cielo. Estas sondas se orientan hacia el cenit y trabajan conectadas a un hardware desarrollado específicamente para la toma automatizada de medición. Además del dato de calidad del cielo en mag/arcsec2 registra la posición donde se toma y la temperatura. Estos datos son procesados y tratados en gabinete para eliminar la influencia de los faros del propio vehículo y tener datos manejables y visuales que sirvan para tener una primera aproximación de la calidad del cielo en el municipio de Algeciras así como para decidir el emplazamiento de los Night Eye.
• Mapa Lumínico. Con el objetivo de tener una idea de la situación de los niveles de alumbrado al inicio y al final del proyecto se realizan dos mapas lumínicos de las principales zonas y viales alumbrados del municipio. Con este mapa se puede conocer los niveles de iluminancia real en lux de los viales alumbrados que servirán para la toma de decisiones de cambio de alumbrado y de ajustes de los niveles de iluminación.
• Acciones para promover los valores científicos, culturales y paisajísticos de Algeciras con el objetivo de dinamizar la economía local. Disponer en Algeciras de un cielo nocturno de calidad conlleva poder explotar un recurso cada vez más apreciado, con un gran potencial para dinamizar y mejorar la economía local. Es por ello que es necesario emprender acciones de promoción, comunicación y difusión que permitan dar a conocer este recurso y que repercutan en la creación de puestos de trabajo y mejorar del sector turístico del municipio. A continuación se resumen las acciones que se llevarán a cabo para el reto por Green Globe.

CÓMO FUNCIONA

Los datos se comunican por medio de MQTT con el sistema, siendo empleado el IoT Agent con este transporte para la escritura de los datos en el sistema. Para los históricos se emplea una base de datos de series temporales (Time Series Data Base), idónea para este tipo de tareas. El Generic Enabler utilizado para esta solución, por tanto, es Quantum Leaps, pero existe la posibilidad de desplegar Cygnus y cualquier otro motor de almacenamiento.

Igualmente, al ser una arquitectura basada en el Context Broker, es posible configurar suscripciones para sincronizar los datos con otras plataformas “Powered by FIWARE”.

Además, se han desarrollado una serie de componentes específicos para el reto:

• Un portal web para la promoción del astroturismo
• Un portal web de mando para la generación de informes
• Una serie de herramientas (scraper) para la inclusión de datos de terceros, tales como los datos meteorológicos o de predicción.

Portal web para divulgación del astroturismo “cielosdealgeciras.es”

Se ha creado un portal web con diseño moderno, accesible y adaptado a la visualización para dispositivos de escritorio, portátiles, tablets y móviles. Este portal es el centro de comunicación del proyecto y allí donde se albergue la información y resultados del mismo. El diseño del portal cuenta con las siguientes características:

• Da información en tiempo real de las medidas de calidad del cielo nocturno y de la presencia de nubes que arroje cada uno de los Night Eye. Así mismo se integrarán fuentes de datos externas tales como previsión meteorológica, calidad del aire (en caso que exista una estación que publique los datos abiertos) etc. que permita recomendar las zonas con mejor calidad del cielo para realizar observaciones astronómicas.
• Permite visualizar los históricos de medidas realizadas por cada uno de los Night Eye instalados en el proyecto así como conocer los datos más relevantes (máximo, mínimos, medias) por días, meses, años.
• Ofrece información y concienciar a la ciudadanía de la importancia de preservar la calidad del cielo nocturno para la mejora social, ambiental y económica y cómo pueden tomar acciones de reducción.
• Genera un sitio de referencia para el astroturista que permita encontrar lugares de observación astronómica, conocer las previsiones meteorológicas y la oferta de actividades relacionadas con la preservación de la calidad del cielo.
• Tiene una base de datos de empresas e instituciones que realicen actividades relacionadas con el astroturismo, alojamientos rurales, guías especializados en astroturismo, asociaciones astronómicas, etc.
• Es el centro de comunicaciones del proyecto donde se publican las distintas noticias, actividades de divulgación y promoción en materia de turismo astronómico que se realicen en Algeciras.

El portal consume la información de los sensores generada en FIWARE y permite realizar recomendaciones en función de los datos obtenidos.

También es posible observar el cielo en tiempo real por medio de la cámara All sky, permitiendo al usuario hacerse una idea visual de cómo se encuentra el cielo en el punto donde está situada la cámara All-sky.

BENEFICIOS DE LA SOLUCIÓN

La puesta en funcionamiento de la red de medición de contaminación lumínica ha permitido:

• Tener una idea inicial del estado de la calidad del cielo del municipio.
• Establecer y priorizar las acciones en la gestión del alumbrado que permitan reducir el impacto de la contaminación lumínica en el municipio.
• Tener indicadores de calidad del cielo que permitan medir su evolución.
• Algeciras cuenta con más de la mitad de su territorio protegido por espacios naturales de alto valor ambiental. Disponer de una red de medición que permita medir el impacto de la contaminación lumínica es de alto valor no sólo para mejorar la oscuridad natural del cielo sino para emprender acciones de promoción del turismo basado en la observación astronómica. Este segmento de turismo se complementa muy bien con el turismo ecológico y de naturaleza que el municipio de Algeciras está impulsando en los últimos años.
• Esta solución posiciona al Ayuntamiento de Algeciras como referente en la puesta en funcionamiento de un alumbrado sostenible proyectando los futuros cambios en base a los datos de la calidad del cielo nocturno.

PRÓXIMOS PASOS

El Ayuntamiento de Algeciras ha puesto en marcha inversiones en proyectos de renovación del alumbrado público, con la cofinanciación de un 80% del fondo Europeo FEDER. Se trata de dos grandes actuaciones.

La primera se ha enmarcado en la Estrategia de Desarrollo Urbano Sostenible Integrado en el Barrio de la Caridad, que ha consistido en la renovación de 682 luminarias con 618 puntos de luz en toda la zona de actuación,y que han significado un reducción del 50% en el consumo de energía en algunas zonas y de hasta el 65% en otras,  y por tanto de la misma reducción de emisiones de  gases de efecto invernadero. El importe total de la inversión es de 1.500.000€.

Por otro lado el Ayuntamiento está poniendo en marcha el gran proyecto a nivel ciudad, por el que se sustituirán 5.522 puntos de luz y 78 de alumbrado ornamental, suponiendo aproximadamente una reducción del 53% del consumo energético, y por tanto de reducción de GEI. La inversión asciende a un total de 5.000.000€

Otros pasos:

• Promoción web y redes sociales. El portal web del proyecto se albergará las noticias, novedades e información relacionadas con el astroturismo en el municipio. sobre actividades Concienciar a la ciudadanía de la importancia de preservar la calidad del cielo. Promover los recursos turísticos y las actividades que se realicen en relación con la astronomía en el municipio así como albergar la información y eventos de las empresas y emprendedores del sector turístico relacionados con el astroturismo.
• Creación de una mesa de trabajo con empresas y emprendedores relacionadas con el astroturismo. Se creará una mesa de trabajo coordinada por Green Globe y coordinación con el Ayuntamiento de Algeciras invitando a empresas del sector turístico, del sector ambiental y científico. El objetivo principal de esta mesa será dinamizar la colaboración y promover acciones turísticas conjuntas en relación al potencial de turismo astronómico del municipio.
• Acciones de divulgación en materia de calidad del cielo y astroturismo. Se realizarán acciones de divulgación para toda la ciudadanía en materia de calidad del cielo y astroturismo. Se contará con la Sociedad Malagueña de Astronomía para la realización de observaciones astronómicas en enclaves de Algeciras y se contactará con otras asociaciones astronómicas del entorno del Campo de Gibraltar.
• Integración con la plataforma FIWARE que permitirá interoperar con otras verticales del ayuntamiento como el sistema de alumbrado y con agentes colaboradores (Puerto de la Bahía de Algeciras).

REFERENCIAS

https://www.cielosdealgeciras.es

http://www.algeciras.es/es/detalle-de-noticia/Avanza-el-proyecto-Fireware-para-conocer-la-calidad-del-cielo-de-Algeciras-e-impulsar-el-astroturismo

https://fiware.zone/casos-de-uso/algeciras-monito…el-aire-nocturno

https://blog.aesdigital.es/green-globe-empresa-ganadora-del-primer-challenge-iot-2019

https://www.greenglobe.es

https://www.agendaurbanaalgeciras.es

AUTORES Y CONTRIBUIDORES

Javier Pedraza CEO @ Green Globe (https://www.greenglobe.es)

Contacto @ javierpedraza@greenglobe.es

Begoña @ Ayuntamiento de Algeciras (http://www.algeciras.es)

Contacto @ responsable.proyectos@algeciras.es

Daniel Villalba @ FIWARE ZONE (https://fiware.zone)

Contacto @ daniel.villalba@fiware.zone