SYSTEM AND CORRESPONDING PROCESSES AND USE

DESCRIPCIÓN

Campo de la invención

La invención se refiere a un sistema de adquisición de datos en un entorno urbano así como a un sistema de gestión de un entorno urbano. La invención también se refiere a unos procedimientos de adquisición de datos y de gestión de un entorno urbano, así como a un uso de unos sistemas de acuerdo con la invención.

Estado de la técnica Son conocidos los sistemas de gestión de entornos urbanos que reciben datos sobre el entorno, por ejemplo sobre las condiciones de tráfico en las vías públicas de manera que estos datos pueden ser procesados y se pueden tomar las decisiones correspondientes. Por ejemplo, en el documento EP 715.393 B1 se describe un sistema distribuido para la detección de contaminación ambiental, en particular contaminación atmosférica. El sistema tiene unos sensores dispuestos en farolas, y la información se transmite a través del cableado eléctrico que alimenta la farola. En el documento FR 2.787.193 se describe un sistema similar.

Por su parte, en el documento EP 1.006.503 B1 se describe un sistema de adquisición de datos sobre plazas de aparcamiento, donde los vehículos tienen un dispositivo que se pone en contacto con un ordenador central, emitiendo y recibiendo información relativa a las plazas de aparcamiento. Este sistema emplea preferentemente la red de telefonía móvil como medio de comunicación. En el documento EP 1.024.466 B1 se describe un sistema de recogida de datos de tráfico, en el que la información es enviada por unos dispositivos dispuestos en los vehículos. Sin embargo, los sistemas conocidos presentan diversos problemas, como su complejidad y/o su dependencia de infraestructuras ya existentes, lo que se traduce en un elevado coste para cada nueva aplicación que se desee instalar. Sin embargo, la sociedad exige cada vez más una gestión eficiente y ágil del entorno urbano que pueda adaptarse dinámicamente a unas necesidades que evolucionan con rapidez.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto un sistema de adquisición de datos en un entorno urbano caracterizado porque comprende una pluralidad de sensores que obtienen unos datos del entorno, una pluralidad de nodos concentradores, que se comunican con los sensores mediante ondas electromagnéticas, recibiendo los datos de los sensores, una pluralidad de nodos puente con una red superior de comunicaciones, que se comunican con los nodos concentradores mediante ondas electromagnéticas, y una base de datos conectada a la red superior de comunicaciones, que está en comunicación con los nodos puente a través de la red superior de comunicaciones, y que recibe y almacena los datos, donde los sensores pertenecen a por lo menos dos familias de sensores diferentes y donde los nodos concentradores son aptos para comunicarse con cualquiera de las familias de sensores.

El sistema de acuerdo con la invención presenta una pluralidad de ventajas. El sistema es capaz de trabajar con una pluralidad de sensores de familias diferentes. De esta manera todo el sistema gana en versatilidad y además permite un mejor aprovechamiento de los recursos ya que, por ejemplo, es posible incluir una familia de sensores para una nueva aplicación sin necesidad de tener que instalar toda una red de comunicaciones específica para esa nueva aplicación. Debe tenerse en cuenta que la rápida evolución en el diseño y fabricación de sensores inteligentes ha abaratado enormemente el coste de los mismos con lo cual es relativamente económico el hecho de instalar unos sensores en un entorno urbano. Dado que estos nuevos sensores pueden comunicarse con la malla de nodos concentradores ya establecida, el coste total de la nueva aplicación es mucho menor.

Ventajosamente los nodos concentradores están dispuestos en elementos de mobiliario urbano electrificados. De esta manera pueden obtener su energía a partir de la energía eléctrica que es suministrada al elemento de mobiliario urbano (farolas, semáforos, paneles indicadores electrónicos, etc.) sin necesidad de que se tenga que Instalar una acometida de energía eléctrica específica para el nodo concentrador. Por su parte, los sensores son dispositivos diseñados para tener un consumo de energía muy bajo, por lo que suelen ser autónomos energéticamente, por lo menos durante períodos muy largos de tiempo. Para conseguir esto, los sensores disponen preferentemente de unos medios de control de estado aptos para poner al sensor en un estado de bajo consumo de energía (estado "dormido") y aptos para sacar al sensor del estado de bajo consumo de energía transcurrido un periodo de tiempo preestablecido, donde el periodo en estado "dormido" es preferentemente mayor de 5 minutos, muy preferentemente de más de una hora, pudiendo ser incluso de varias horas. De esta manera el consumo energético del sensor es muy reducido y el sensor puede ser autónomo durante varios años mediante una pila o bien puede obtener su energía mediante técnicas de "energy harvesting" (recolección de energía, expresión que engloba diversas técnicas de obtención de energía del entorno). Como ya se ha indicado, ventajosamente el sensor está "dormido" durante períodos de tiempo relativamente largos. Esto trae como consecuencia que es difícil que pueda mantener una sincronía con otros dispositivos ya que para ello debería "despertarse" con cierta asiduidad para poder sincronizarse nuevamente con el nodo concentrador (o con otros sensores en el caso que establecieran también una red en malla entre ellos). En el sistema de adquisición de acuerdo con la invención esto no es necesario, y de una forma ventajosa la comunicación entre el sensor y el nodo concentrador es asincrona. Para ello es conveniente que el nodo concentrador esté permanentemente activo, a la escucha de cualquier sensor que le pueda enviar información en cualquier momento. Sin embargo esto no representa un problema dado que el nodo concentrador sí que dispone de suficiente energía para poder estar permanentemente activo ya que, como ya se ha indicado antes, el nodo concentrador se encuentra preferentemente instalado en un elemento de mobiliario urbano electrificado. Una solución preferente es que el nodo concentrador esté dispuesto en farolas, especialmente en la parte superior de las mismas. Efectivamente, las farolas son un elemento de mobiliario urbano que están espaciadas entre sí una distancia particularmente adecuada (usualmente unos 20 metros) para ser empleadas como puntos de ubicación de nodos concentradores, ya que la mayoría de las tecnologías de comunicación por ondas electromagnéticas (usualmente denominadas "wireless", es decir, inalámbricas) empleadas por los sensores de muy bajo consumo tienen unos radios de acción que pueden cubrir esta distancia adecuadamente. Por otro lado, se ha de tener en cuenta que el alumbrado público es uno de los elementos básicos de cualquier entorno urbano, por lo que su presencia es segura en cualquier entorno urbano en el que se desee instalar un sistema de acuerdo con la invención. Además, las farolas permiten poner los nodos concentradores a una altura lo suficientemente elevada como para estar a salvo de actos vandálicos, para lo que preferentemente se montan los nodos concentradores en la parte superior de las farolas, a una altura superior a los 2 m (o incluso a una altura superior a 2'5 m). De hecho, esto es válido para cualquier elemento de mobiliario urbano. Todo ello contribuye a conseguir otro de los objetivos del sistema de la invención: ser un sistema adecuado para ser instalado en el exterior ya que, de esta manera, hay una mayor proximidad entre los sensores y los nodos concentradores, y se evitan toda clase de interferencias o apantallamientos debidos a las fachadas y/o paredes de los edificios.

Sin embargo, las farolas presentan la particularidad que suelen estar encendidas únicamente unas determinadas horas al día, y que su desconexión suele tener lugar de una forma centralizada. Ello tiene como consecuencia que el nodo concentrador se queda sin suministro energético cuando se apaga la farola sobre la que está montado. Por ello, para permitir que el nodo concentrador pueda funcionar las 24 horas del día, es ventajoso que disponga de unos medios de acumulación de energía, que se acumulan durante las horas en las que la farola está encendida, y que alimentan al nodo concentrador durante las horas en las que la farola está apagada.

El sistema de acuerdo con la invención es capaz de comunicarse con una pluralidad de familias de sensores. Así, puede haber familias de sensores diferentes en función de la característica física que estén captando (luz ambiental, humedad del suelo, nivel de llenado de un contenedor de basura, presencia de vehículos, detección de funcionamiento de lámparas de alumbrado público, etc.). También puede haber familias de sensores diferentes en función de su tecnología de comunicaciones (banda de frecuencias en la que opera, protocolo de comunicaciones empleado, etc.). Para que el sistema sea lo más flexible posible, es ventajoso que los nodos concentradores sean aptos para comunicarse con los sensores a través de una pluralidad de bandas de frecuencias, donde cada uno de los nodos concentradores dispone de una pluralidad de medios de emisión y/o recepción de señales, siendo cada uno de los medios de emisión y/o recepción apto para emitir y/o recibir señales en una de las bandas de frecuencias, y donde los nodos concentradores disponen de unos medios de control aptos para procesar las señales procedentes de todos los medios de emisión y/o recepción del nodo concentrador correspondiente. De esta manera, los nodos concentradores pueden trabajar con una pluralidad de sensores de diferentes familias, lo que permite, por ejemplo, emplear la malla de nodos concentradores existente para nuevas aplicaciones sin tener que estar limitados al empleo de una banda de frecuencias y/o de un protocolo de comunicaciones determinado. Preferentemente el sistema de acuerdo con la invención opera en las bandas de frecuencias 868-868'8 MHz, 902- 928 MHz y/o 2400-2483'5 MHz.

Preferentemente los sensores son: sensores de detección de luz ambiental, sensores de detección de nivel de llenado de contenedores de basuras, sensores de detección de tráfico, sensores de detección de humedad ambiental o del suelo, sensores de detección de personas, sensores de detección de plazas de aparcamiento y/o sensores de detección de funcionamiento de lámparas de alumbrado público. Preferentemente los nodos concentradores se comunican entre sí, mediante ondas electromagnéticas, estableciendo una malla. De esta forma, la información puede ser transmitida a los nodos puente por una pluralidad de caminos posibles, lo que hace que el sistema sea particularmente robusto, ya que el fallo de cualquier nodo concentrador no implica el fallo de todo el sistema de comunicaciones. Además, gracias a esta estructura, la comunicación con la base de datos puede ser canalizada a través de un reducido número de nodos puente. Dado que los nodos puente son los de mayor coste, esta estructura permite reducir los costes del sistema completo. En una configuración típica, los nodos concentradores están distribuidos a lo largo de todas las farolas de una calle, comunicándose cada uno de ellos con los sensores dispuestos en sus inmediaciones y con otros nodos concentradores que se encuentren en su radio de acción. La información recogida de los sensores se va transmitiendo a través de los nodos concentradores hasta un nodo puente, que puede ser un único nodo puente para cada calle o para una zona relativamente amplia.

Ventajosamente los nodos concentradores tienen una antena omnidireccional. Efectivamente, los nodos concentradores cumplen una doble función. Por un lado, deben comunicarse con una pluralidad de sensores, en principio dispuestos en una pluralidad de ubicaciones a priori desconocidas, e incluso variables. Por otro lado, deben comunicarse entre ellos y/o con un nodo puente formando una malla. De hecho, la propia posición del nodo concentrador puede ser variable, ya que los entornos urbanos son diferentes entre sí, así como los posibles elementos de mobiliario urbano que servirán de soporte a los nodos concentradores. Por ello, es particularmente interesante que los nodos concentradores sean capaces de emitir y/o recibir señales omnidireccionalmente.

Preferentemente la base de datos acumula los datos recibidos de una pluralidad de las familias de sensores. De esta manera la información obtenida de los diversos sensores está disponible para cualquier aplicación que tenga acceso a la base de datos. Las aplicaciones pueden ser diversas, como por ejemplo aplicaciones que gestionen el alumbrado público gracias a la información recibida de unos sensores de luz y/o gracias a unos sensores de detección de funcionamiento de lámparas de alumbrado público que informen sobre si las bombillas están encendidas (por ejemplo, detectando el consumo eléctrico de cada lámpara individualizadamente), aplicaciones que gestionen el riego de zonas verdes gracias a sensores de humedad, aplicaciones que gestionen el aparcamiento en las vías públicas gracias a sensores de detección de plazas de aparcamiento libres, aplicaciones de gestión de acumulación de peatones (como por ejemplo acumulación de peatones en semáforos, colas para la entrada en museos, etc.) gracias a sensores de detección de peatones, aplicaciones de gestión de tráfico gracias a sensores de vehículos, aplicaciones de gestión de recogida de basuras gracias a sensores de nivel de llenado de contenedores, etc. Es importante destacar que estas aplicaciones tienen acceso no sólo a lo datos recibidos de "sus" sensores específicos sino que pueden realizar una gestión optimizada teniendo en cuenta toda la información disponible en la base de datos. Así, por ejemplo, la aplicación de recogida de basuras puede servir no sólo para avisar de los contenedores que están llenos sino también para controlar que el servicio de recogida de basuras realmente ha vaciado los contenedores, y también para ajustar el tráfico durante la recogida de contenedores, por ejemplo en calles estrechas. La aplicación que gestiona el aparcamiento puede servir no sólo para avisar al usuario de los parkings disponibles sino también para avisar a los servicios de limpieza cuando es posible acceder a ciertas zonas, al servicio de grúa cuando se detecten vehículos estacionados períodos superiores a lo previsto o extraordinariamente largos (por ejemplo como símbolo de vehículo abandonado) etc. Otro ejemplo de empleo optimizado de la información se podría dar combinando la información de la luz ambiental con la presencia de peatones, lo que permitiría realizar una iluminación de las calles más ajustada a las necesidades del público.

Preferentemente el sistema de acuerdo con la invención comprende, adicionalmente, una pluralidad de sensores dispuestos en un segundo entorno urbano que obtienen unos datos del segundo entorno, una pluralidad de nodos concentradores dispuestos en el segundo entorno y que se comunican con los sensores mediante ondas electromagnéticas, recibiendo los datos de los sensores, una pluralidad de nodos puente con una red superior de comunicaciones dispuestos asimismo en el segundo entorno y que se comunican con los nodos concentradores mediante ondas electromagnéticas, y que transmiten los datos a la base de datos del primer entorno urbano. Efectivamente, de esta manera con una única base de datos y unas aplicaciones centralizadas se pueden gestionar diversos entornos urbanos. Así, por ejemplo, un municipio pequeño que normalmente no podría costearse un sistema completo de gestión de su entorno urbano, puede tener simplemente los sensores, los nodos concentradores y el o los nodos puente necesarios, y los nodos puente pueden enviar la información a la base de datos de otro municipio que sí disponga de un sistema completo. Normalmente la base de datos y las aplicaciones son capaces de gestionar los datos correspondientes a una pluralidad de municipios. De esta manera este sistema de gestión optimizado queda a disposición de prácticamente cualquier entorno urbano.

La invención tiene también por objeto un procedimiento de adquisición de datos en un entorno urbano caracterizado porque

[a] se obtienen unos datos del entorno mediante una pluralidad de sensores, donde los sensores pertenecen a por lo menos dos familias de sensores diferentes, [b] cada uno de los sensores transmite los datos adquiridos a un nodo concentrador a través de unas ondas electromagnéticas donde el nodo concentrador es apto para comunicarse con un sensor de cualquiera de las familias de sensores,

[c] el nodo concentrador forma parte de una malla de nodos concentradores, cada uno de ellos recibiendo señales de una pluralidad de sensores,

[d] la malla de nodos concentradores transmite los datos a unos nodos puente a través de unas ondas electromagnéticas, y [e] los nodos puente transmiten los datos a una base de datos a través de una red superior de comunicaciones, donde la base de datos recibe y almacena los datos, de manera que la base de datos acumula datos procedentes de por lo menos dos familias de sensores diferentes. Preferentemente, como ya se ha indicado anteriormente, los sensores pasan de un estado de bajo consumo de energía a un estado activado en el que obtienen los datos del entorno y/o transmiten los datos a un nodo concentrador, tras lo cual vuelven al estado de bajo consumo de energía, permaneciendo en este estado de bajo consumo de energía durante periodos preferentemente superiores a 5 minutos, donde los sensores transmiten los datos al nodo concentrador de una forma asincrona y donde los nodos concentradores están permanentemente alerta, es decir, a la escucha de posibles datos transmitidos por algún sensor.

Como ya se ha visto en los párrafos anteriores, la invención tiene asimismo por objeto un sistema de gestión de un entorno urbano que comprende un sistema de adquisición de datos de acuerdo con la invención y unos medios de procesado de los datos, donde los medios de procesado de datos (es decir las aplicaciones) tienen acceso a los datos procedentes de por lo menos dos de las familias de sensores, así como un procedimiento de gestión de un entorno urbano, caracterizado porque comprende un procedimiento de adquisición de datos de acuerdo con la invención donde los datos almacenados en la base de datos y correspondientes a una pluralidad de sensores son consultados por una pluralidad de aplicaciones para la gestión de dicho entorno urbano.

El sistema de gestión puede estar conectado a unos medios de actuación de manera que, de una forma automatizada, se puedan realizar diversas acciones (encendido/apagado de luces, regado de zonas verdes, control de semáforos, etc.). De esta manera, se puede actuar en tiempo real sobre cualquier situación que lo requiera ya que puede disponer de toda la información necesaria para ello.

Finalmente la invención tiene también por objeto el uso de un sistema de adquisición de datos de acuerdo con la invención para la gestión de un entorno urbano.

Los sistemas de adquisición de datos y de gestión de acuerdo con la invención permiten mejorar el servicio ofrecido a los ciudadanos por las administraciones públicas, y simultáneamente permiten reducir los costes ya que, al ser unos sistemas muy versátiles y flexibles, los costes de instalación pueden distribuirse entre una pluralidad de aplicaciones, e incluso de municipios.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relata un modo preferente de realización de la invención, haciendo mención del dibujo que se acompaña. La figura muestra:

Fig. 1, una vista en perspectiva, esquemática, de una vía pública de un entorno urbano con un sistema de adquisición de datos de acuerdo con la invención.

Fig. 2, un esquema de un sistema de gestión de un entorno urbano de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de una forma de realización de la invención

En la Fig. 1 se muestra una vía pública de un entorno urbano en la que hay una pluralidad de sensores, por ejemplo sensores de detección de humedad de la tierra 1 , sensores de detección de plazas de aparcamiento 3, sensores de detección de nivel de llenado de contenedores de basuras 5, etc. Estos sensores se comunican con unos nodos concentradores 7, a los que transmiten los datos obtenidos. Los sensores están programados para estar en un estado de bajo consumo de energía, y periódicamente se activan para realizar una lectura y para transmitirla a un nodo concentrador 7, bien directamente o bien a través de otros sensores, en el caso de que entre ellos formen una malla. Los periodos de estado de bajo consumo de energía pueden ser diferentes, por ejemplo en función del tipo de sensor. Así, por ejemplo, los sensores de detección de humedad 1 y de nivel de llenado de contenedores 5 pueden ser muy largos, de horas, mientras que los de detección de plazas de aparcamiento 3, de detección de tráfico, de detección de personas, etc. son preferentemente más cortos, por ejemplo del orden de minutos.

Los nodos concentradores 7 están dispuestos en diversos lugares, como por ejemplo en fachadas de edificios 9, pero preferentemente están instalados en elementos de mobiliario urbano electrificados, como por ejemplo en farolas 11 , en semáforos 13, etc.

Los nodos concentradores 7 establecen entre sí una malla de comunicaciones, a través de la cual hacen llegar los datos recibidos de los sensores hasta un nodo puente 15, el cual puede, a su vez, actuar simultáneamente como nodo concentrador 7, es decir, comunicándose directamente con sensores. El nodo puente 15 tiene unos medios de comunicación 17 aptos para transmitir todos los datos recibidos a una base de datos 19 a través de una red superior de comunicaciones 21. En la Fig. 1 se han representado esquemáticamente estos medios de comunicación 17 con una antena parabólica, pero esta comunicación no es necesariamente inalámbrica, sino que también puede ser de cualquier otro modo, como por cable eléctrico, fibra óptica, etc. En la Fig. 2 se muestra un sistema de gestión de un entorno urbano de acuerdo con la invención. El sistema de gestión comprende un sistema de adquisición de datos como el mostrado en la Fig. 1, con una pluralidad de sensores (de detección de humedad de la tierra 1, de detección de personas 2, de detección de plazas de aparcamiento 3, de detección de tráfico 4, de detección de nivel de llenado de contenedores de basuras 5, etc.), que envían los datos obtenidos a unos nodos concentradores 7. Los nodos concentradores 7 transmiten esta información a unos nodos puente 15. Estos nodos puente 15 están conectados a una base de datos 19 a través de una red superior de comunicaciones 21 , que recibe y almacena los datos procedentes de todos los sensores 1 , 2, 3, 4, 5 de las diferentes familias.

El sistema de gestión comprende, adicionalmente, unas aplicaciones 23, por ejemplo aplicaciones de gestión de residuos, de gestión del arbolado (o, en general, de los espacios verdes, de gestión de movilidad (tanto de vehículos como de personas, y tanto teniendo en cuenta aspectos relacionados con el tráfico como aspectos relacionados con plazas de aparcamiento, colas o aglomeraciones de personas, etc.). Estas aplicaciones 23 comprenden unos medios de procesado y están conectadas a la base de datos 19 y, por lo tanto, tienen acceso a todos los datos recogidos, por lo que pueden optimizar su gestión empleando todos los datos a su disposición. El sistema de gestión muestra así toda su versatilidad y su flexibilidad, así como su facilidad a ser ampliado, ya que en el caso de desear ampliar el sistema con una nueva aplicación es suficiente con instalar los sensores y desarrollar la nueva aplicación informática, pudiéndose aprovechar tanto las redes de nodos concentradores 7 y nodos puente 15 como la base de datos 19 y todo el conjunto de datos almacenado en ella.