Estableixen com digitalitzar, optimitzar i protegir la gestió de l'aigua a les ciutats intel·ligents

La sequera i les fugues massives d'aigua en el subsol de les grans ciutats, com les reportades recentment a l'àrea metropolitana de Barcelona, fan més necessària que mai la millora de la gestió dels recursos hídrics en els entorns urbans. L'adopció de sistemes connectats i intel·ligents per a les infraestructures de subministrament i purificació d'aigua té avantatges clars i arribarà amb el temps. Però actualment el sector té un baix nivell de digitalització, per la qual cosa aquesta transició s'ha de fer de manera àgil, però també controlada.

Una recerca de Cristina Villar, alumni de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) que treballa en una de les principals empreses tecnològiques del país dissenyant solucions de digitalització i seguretat de múltiples infraestructures, ha establert les bases sobre com s'hauria de fer aquest procés. El seu treball, en el marc del màster universitari d'Enginyeria de Telecomunicació, analitza els requisits necessaris per a aquesta renovació i també proposa l'arquitectura de xarxa i el tipus de maquinari específic per assegurar la cadena de subministrament de l'aigua, un recurs que el canvi climàtic i l'augment de població fan cada vegada més preuat.

"En el tractament i la gestió de l'aigua falta molt desenvolupament i estandardització dels protocols digitals i, en comptes de crear un disseny únic i inflexible, hem volgut establir les bases de funcionament per adaptar aquest entorn a les necessitats de la indústria 4.0 i la legislació espanyola", apunta Cristina Villar, primera autora de la recerca. El seu treball final de màster, publicat en obert, va ser dirigit per Victor Monzon Baeza, actualment investigador a la Universitat de Luxemburg. Després dels excel·lents resultats, el treball va ser publicat per la revista MDPI Smart Cities, i va comptar amb la col·laboració de Raúl Parada, investigador del Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya, i de Carlos Monzo, professor dels Estudis d'Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació.

Una arquitectura complexa

Segons el seu criteri, la renovació de les infraestructures crítiques relacionades amb la cadena de subministrament hídric s'hauria de configurar amb una arquitectura que inclogués un grup d'acció i mesurament (l'ampli dispositiu de sensors sobre el terreny) i una xarxa sense interferències per donar cobertura i enviar les dades que es generin al grup central de computació, eix principal de la solució. Aquesta part del sistema s'encarregaria de recopilar totes les dades dels sensors i executar comandaments que enviaria als actuadors. Aquests comandaments podrien ser configurats manualment pels responsables de manteniment del sistema o es podrien automatitzar per millorar l'agilitat d'acció del sistema de control hídric. Totes les dades s'emmagatzemarien en bases de dades NoSQL com ara MongoDB, desplegades idealment en servidors amb alta disponibilitat situats en centres de processament de dades (CPD) privats. Aquests servidors comptarien amb un sistema de còpies de seguretat i estarien duplicats perquè, en cas de contingències, el sistema continués actiu i no patís talls de servei.

Aquesta informació es podrà extreure i estudiar a través dels processadors d'anàlisi de dades i es podrà pujar al núvol per a una major computació i aplicació de la intel·ligència artificial. Els autors proposen l'adopció del protocol NB-IoT per als dispositius sobre el terreny, ja que fa servir tots els protocols de seguretat de comunicació necessaris, així com la cobertura de xarxa mòbil 4G per a la connectivitat, atès que el seu nivell de desplegament de cobertura és alt.

La seguretat, prioritària

Tot això hauria de complir una sèrie de requisits per adaptar-se als criteris de regulació actual i aconseguir un funcionament òptim. Entre aquests destaquen factors com l'alta disponibilitat dels sistemes utilitzats, que es puguin actualitzar sense afectar la continuïtat del servei, que permetin un pla de manteniment amb supervisió remota 24/7 i que les dades que generin es puguin homogeneïtzar per poder processar-les.

De cara a mantenir la seguretat del sistema, també interessa tenir infraestructures diferents i segmentades, ja siguin físiques o virtuals, i "una infraestructura d'alta disponibilitat amb diversos tallafocs en mode clúster per assegurar la redundància dels sistemes que permeten la solució", detallen els autors.

"La ciberseguretat juga un paper vital en aquestes infraestructures crítiques i, per tant, és crucial considerar les pautes recomanades, com la distribució dels tallafocs i servidors en zones geogràficament independents, per assegurar l'alta disponibilitat, de tal manera que una caiguda en una d'aquestes zones no afecti la resta, assegurant l'ús de dos CPD. Ningú vol que un hacker pugui entrar al sistema i deixi un poble sense aigua", explica Villar.

Millores automàtiques

Amb aquest procés de digitalització es podrien automatitzar moltes operatives i aconseguir millores de diversa índole, com ara controlar que la depuració de l'aigua sigui prou alta per no alterar l'entorn ecològic, mesurar la quantitat d'energia consumida pel sistema, detectar i actuar amb celeritat davant les fugues en la cadena de subministrament, supervisar el nivell de tractament de depuració d'aigua o conèixer la mitjana anual d'hores d'interrupció del servei de proveïment d'aigua.

Entre els avantatges que s'obtindrien amb la infraestructura proposada figuren el baix cost econòmic i el baix consum dels sensors NB-IoT, l'àmplia gamma de sensors disponibles amb la solució LPWAN, que permet llargs rangs de comunicació a través de la xarxa cel·lular, i el baix cost d'inversió, ja que s'aprofita la infraestructura d'estacions ràdio 4G ja existents per als operadors de telefonia. A més, l'ús d'una plataforma de gestió de codi obert millora la compatibilitat amb altres codis d'aplicacions que es puguin integrar amb la plataforma.

Aplicació d'intel·ligència artificial

Mirant més enllà, els autors també aposten per l'ús de sistemes d'hiperautomatització i intel·ligència artificial com una altra implementació que cal tenir en compte en el futur per reforçar el manteniment preventiu dels components de la xarxa i evitar així incidents pel desgast de les peces. Aquests processos robòtics també evitarien, en gran manera, possibles errades humanes, encara que sempre seria necessari disposar d'operadors tècnics per a possibles casos imprevistos.

"A Espanya els sistemes de control de l'aigua encara estan molt verds pel que fa a la digitalització. Són molt tradicionals i difícils de connectar a internet, però és el moment ideal per fer un big bang i poder implementar un control en temps real a fi d'evitar malgastar un bé tan preuat per a la humanitat com és l'aigua", conclou l'enginyera formada a la UOC.

Aquest projecte afavoreix els objectius de desenvolupament sostenible (ODS) número 6, sobre aigua neta i sanejament, i número 11, sobre ciutats i comunitats sostenibles, entre altres.

 

Article de referència:

Villar Miguelez, C.; Monzon Baeza, V.; Parada, R.; Monzo, C. Guidelines for Renewal and Securitization of a Critical Infrastructure Based on IoT Networks. Smart Cities 2023, 6, 728-743. https://doi.org/10.3390/smartcities6020035

 

Contacte per a premsa

Rubén Permuy
rpermuy@uoc.edu
+34 659 05 42 39

 

UOC R&I

La recerca i innovació (R+I) de la UOC contribueix a solucionar els reptes a què s'enfronten les societats globals del segle XXI mitjançant l'estudi de la interacció de la tecnologia i les ciències humanes i socials, amb un focus específic en la societat xarxa, l'aprenentatge en línia i la salut digital.

Els més de 500 investigadors i investigadores i més de 50 grups de recerca s'articulen entorn dels set estudis de la UOC, un programa de recerca en aprenentatge en línia (e-learning research) i dos centres de recerca: l'Internet Interdisciplinary Institute (IN3) i l'eHealth Center (eHC).

A més, la Universitat impulsa la innovació en l'aprenentatge digital mitjançant l'eLearning Innovation Center (eLinC), i la transferència de coneixement i l'emprenedoria de la comunitat UOC amb la plataforma Hubbik.

Els objectius de l'Agenda 2030 per al Desenvolupament Sostenible de les Nacions Unides i el coneixement obert són eixos estratègics de la docència, la recerca i la innovació de la UOC. Més informació: research.uoc.edu.