(Temas que cruza: Tema 67 — Internet, sensorización e Internet de las Cosas; Tema 69 — Redes inalámbricas y radiocomunicaciones; Tema 51 — Sistemas de información geográfica, BIM e IDE)
La transformación digital de las administraciones públicas no se agota en la informatización de procedimientos internos, sino que se extiende también al espacio físico que la Administración gestiona: la calle, el alumbrado, el tráfico, las zonas verdes o el ciclo del agua. Es en este ámbito donde cobra sentido el concepto de Ciudad Inteligente o Smart City, entendido como aquel modelo de gestión urbana que incorpora de forma intensiva las tecnologías de la información y las comunicaciones para hacer más eficiente, sostenible y participativa la prestación de los servicios públicos. Conviene advertir, no obstante, que una ciudad inteligente no se reduce a la simple instalación de sensores, sino que constituye una cadena de valor completa que comienza en la captura del dato en el propio espacio urbano, continúa con su transporte a través de redes de comunicaciones, y culmina con su integración, modelización y explotación sobre plataformas de información geográfica que permiten convertir el dato bruto en conocimiento útil para la toma de decisiones.
El presente tema desarrolla precisamente esa cadena de valor, hilando tres bloques de contenido que, aunque pertenecen a temarios distintos, resultan inseparables en la práctica de cualquier proyecto de ciudad inteligente. En primer lugar, se abordará la capa de captura, esto es, el Internet de las Cosas y la sensorización urbana, como mecanismo mediante el cual los elementos físicos de la ciudad adquieren la capacidad de generar información digital. En segundo lugar, se analizará la capa de transporte, constituida por las redes inalámbricas y de comunicaciones móviles que permiten que esa información viaje desde el sensor hasta las plataformas centrales de proceso. Y en tercer lugar, se estudiará la capa de integración y explotación, representada por los Sistemas de Información Geográfica, los modelos BIM y las Infraestructuras de Datos Espaciales, que dotan de sentido territorial a la telemetría masiva generada por los sensores y la convierten en un instrumento de apoyo a la decisión urbanística y de movilidad. A lo largo de la exposición se irán incorporando ejemplos referidos a la propia experiencia del Ayuntamiento de Madrid, como ilustración de cómo estos conceptos se traducen en proyectos reales de gestión municipal.
Una Ciudad Inteligente puede definirse como aquel entorno urbano en el que la captación, el tratamiento y el análisis de grandes volúmenes de datos procedentes de múltiples fuentes —tráfico, calidad del aire, consumo energético, residuos, alumbrado, movilidad de personas y vehículos— se utilizan para mejorar la eficiencia de los servicios públicos, reducir el impacto ambiental de la actividad urbana y facilitar la participación de la ciudadanía en la gestión de su propio entorno. Este modelo afecta de forma transversal a ámbitos tan diversos como el urbanismo, la movilidad, la energía, el medio ambiente o la seguridad, y exige a la Administración una visión integral capaz de superar la tradicional gestión sectorial y compartimentada de los servicios.
El Ayuntamiento de Madrid ha plasmado esta visión en su Estrategia de Transformación Digital, dentro de cuyo objetivo de Inteligencia de Ciudad se enmarca la plataforma tecnológica MiNT, acrónimo de Madrid Inteligente. MiNT constituye una plataforma integral de soporte a los servicios públicos urbanos que permite gestionar de manera centralizada y georreferenciada los elementos físicos de la ciudad, integrando el mantenimiento de instalaciones, las incidencias comunicadas por la ciudadanía y las inspecciones municipales sobre un inventario único de activos. Esta plataforma constituye, en cierto modo, la materialización municipal del concepto de Smart City, y resulta el hilo conductor natural para entender de qué manera se articulan entre sí los tres bloques tecnológicos que se desarrollan a continuación. Asimismo, los principios de la doble transición verde y digital que la Unión Europea ha fijado como horizonte para las ciudades en el año 2050 inspiran buena parte de las actuaciones municipales en este ámbito, orientando la inversión tecnológica hacia la sostenibilidad y la eficiencia de los recursos.
El primer eslabón de cualquier proyecto de ciudad inteligente es la captura del dato en el propio espacio físico, y para ello es necesario partir del concepto de Internet de las Cosas, en inglés Internet of Things o IoT. Se trata de un paradigma tecnológico que consiste en dotar a los objetos cotidianos del entorno físico de capacidad de identificación, computación y conectividad, de manera que dichos objetos dejan de ser elementos pasivos y se convierten en dispositivos inteligentes capaces de percibir magnitudes de su entorno, procesarlas mínimamente y transmitirlas a través de una red de comunicaciones sin que sea necesaria la intervención directa de una persona. Este fenómeno se apoya en la evolución de la propia red Internet, que ha pasado de ser una infraestructura concebida para la comunicación entre personas y entre personas y máquinas, a convertirse en una infraestructura de comunicación masiva entre máquinas, lo que se conoce como comunicación M2M o machine to machine.
Desde un punto de vista arquitectónico, un sistema de Internet de las Cosas suele estructurarse en varias capas funcionales. La primera de ellas es la capa de percepción, integrada por los propios sensores y actuadores que se instalan sobre el mobiliario urbano, los vehículos, las infraestructuras o el medio ambiente, y que son capaces de medir magnitudes tan diversas como la temperatura, la humedad, la concentración de contaminantes, el nivel de llenado de un contenedor de residuos, la intensidad del tráfico o la presencia de plazas de aparcamiento libres. La segunda es la capa de red o de comunicaciones, que se desarrollará con detalle en el siguiente apartado, y cuya función es transportar la información captada hasta los sistemas centrales de proceso. La tercera es la capa de plataforma o de proceso, en la que la información es normalizada, almacenada y analizada mediante técnicas de big data y aprendizaje automático para extraer patrones e indicadores de valor. Y la cuarta es la capa de aplicación, que pone a disposición de los gestores municipales y de la ciudadanía los servicios finales derivados de todo ese tratamiento, ya sea en forma de cuadros de mando, alertas automáticas o aplicaciones móviles de información ciudadana.
La sensorización del espacio urbano permite, en definitiva, convertir la ciudad en un organismo capaz de informar en tiempo real sobre su propio estado. El Ayuntamiento de Madrid ha avanzado en este terreno a través de iniciativas como el Laboratorio IoT Ciudad de Madrid, conocido como IoTMADLAB, creado mediante un convenio de colaboración con el Centro de Domótica Integral de la Universidad Politécnica de Madrid con el objeto de fijar criterios técnicos comunes, estándares abiertos e interoperables y medidas de ciberseguridad para el despliegue de dispositivos IoT en la ciudad, evitando así la proliferación de soluciones propietarias incompatibles entre sí. En la misma línea, desde el año 2021 el Ayuntamiento ha instalado en distintos puntos de la capital papeleras dotadas de sensores volumétricos de llenado, que transmiten periódicamente su estado a través de redes de comunicaciones de bajo consumo, permitiendo planificar de forma dinámica las rutas de recogida y el mantenimiento preventivo del mobiliario urbano. Estas experiencias ilustran de manera muy gráfica cómo la sensorización deja de ser un concepto abstracto para convertirse en una herramienta concreta de gestión de servicios tan cotidianos como la limpieza viaria.
Una vez captado el dato por el sensor, resulta imprescindible disponer de una red de comunicaciones capaz de transportarlo hasta la plataforma central, y es en este punto donde entran en juego las redes inalámbricas y los sistemas de radiocomunicaciones móviles. Las radiocomunicaciones móviles se basan en la división del territorio en células de cobertura, cada una atendida por una estación base, de manera que los terminales pueden desplazarse de una célula a otra sin perder la comunicación gracias a los mecanismos de traspaso o handover. Dentro de este ámbito conviene distinguir, por un lado, la radiotelefonía móvil privada, destinada a colectivos cerrados de usuarios como los servicios de seguridad, emergencia o los propios servicios municipales, y por otro lado la telefonía móvil pública, orientada a la prestación de servicios de comunicaciones al conjunto de la ciudadanía.
En el ámbito de la radiotelefonía móvil privada resultan especialmente relevantes los sistemas de acceso troncal o Trunking, que permiten que un número elevado de usuarios comparta de manera dinámica y eficiente un conjunto reducido de canales de radio, asignándose automáticamente un canal libre en el momento en que un usuario inicia una comunicación y liberándolo al finalizar ésta. El estándar europeo más extendido dentro de esta filosofía es TETRA, acrónimo de Terrestrial Trunked Radio, que constituye una tecnología digital de radiocomunicaciones profesionales utilizada de forma intensiva por los cuerpos de seguridad, los servicios de emergencia y numerosos operadores de transporte público y servicios municipales. TETRA ofrece funcionalidades tan valiosas para la gestión de una ciudad como la llamada de grupo, el establecimiento de comunicación en tiempos del orden de milisegundos, la transmisión cifrada de las comunicaciones para garantizar su seguridad, y la posibilidad de cursar tráfico de datos además de voz, lo que la convierte también en un soporte válido para telemetría de infraestructuras críticas como el abastecimiento de agua o la energía.
Junto a la radiotelefonía privada, la evolución de la telefonía móvil digital pública ha resultado determinante para el despliegue masivo de la Internet de las Cosas urbana. La primera generación de telefonía móvil, de naturaleza analógica, permitía únicamente la transmisión de voz con escasas garantías de seguridad y calidad. La segunda generación, representada por el estándar GSM, introdujo la digitalización de las comunicaciones, incorporando servicios de mensajería corta y una primera capacidad limitada de transmisión de datos mediante conmutación de circuitos, que evolucionó posteriormente hacia la conmutación de paquetes con las mejoras conocidas como GPRS y EDGE. La tercera generación, basada en el estándar UMTS, multiplicó el ancho de banda disponible y permitió el desarrollo de servicios multimedia y de banda ancha móvil propiamente dicha. La cuarta generación, LTE, supuso la consolidación de una red íntegramente basada en el protocolo IP, con velocidades de transmisión muy superiores y latencias reducidas, dando lugar además a variantes específicamente diseñadas para dispositivos de bajo consumo y bajo caudal de datos, como NB-IoT y LTE-M, especialmente adecuadas para la conectividad masiva de sensores urbanos que únicamente necesitan transmitir pequeños paquetes de información de forma esporádica. La quinta generación, 5G, profundiza en esta orientación al definirse en torno a tres grandes capacidades complementarias: la banda ancha móvil mejorada, orientada a servicios de alto consumo de datos; la comunicación masiva de tipo máquina, pensada específicamente para soportar densidades muy elevadas de dispositivos IoT por kilómetro cuadrado; y la comunicación ultrafiable de baja latencia, imprescindible para aplicaciones críticas de movilidad como la gestión semafórica adaptativa o los futuros vehículos conectados. La incorporación de técnicas de troceado de red o network slicing y de computación en el borde o edge computing en los despliegues 5G permite además procesar parte de la información sensorizada muy cerca de donde se genera, reduciendo la latencia y el volumen de tráfico que debe llegar hasta la plataforma central.
No puede dejar de mencionarse, por último, la familia de tecnologías de acceso inalámbrico de banda ancha que, aun habiendo surgido en un contexto histórico distinto, resulta ilustrativa de la evolución hacia las redes capilares actuales. El servicio de distribución local multipunto, conocido como LMDS, permite ofrecer conectividad de banda ancha fija mediante enlaces de radio en bandas de frecuencia elevadas, operando como un auténtico bucle local inalámbrico allí donde no resulta viable el despliegue de fibra óptica. El servicio de distribución multicanal multipunto, MMDS, surgido originalmente para la distribución de televisión, trabaja en bandas de frecuencia más bajas que permiten alcanzar mayores distancias de cobertura. Y el sistema de distribución de vídeo multipunto, MVDS, se orientó igualmente a la difusión de contenidos audiovisuales mediante tecnología radioeléctrica. Estas tecnologías inalámbricas de acceso prefiguran, en buena medida, el papel que hoy desempeñan las redes de área amplia de baja potencia, conocidas genéricamente como LPWAN, entre las que destaca la tecnología Sigfox empleada precisamente por el Ayuntamiento de Madrid en su red de papeleras inteligentes, idóneas por su bajo consumo energético y su largo alcance para la transmisión esporádica de pequeños volúmenes de datos procedentes de miles de sensores distribuidos por toda la ciudad.
De poco serviría disponer de miles de sensores transmitiendo datos en tiempo real si dicha información no pudiera situarse en su contexto territorial y analizarse de forma conjunta. Esta es precisamente la función que cumplen los Sistemas de Información Geográfica, habitualmente denominados por sus siglas SIG, que pueden definirse como aquellos sistemas integrados por hardware, software, datos geográficos y procedimientos organizativos, diseñados para capturar, almacenar, gestionar, analizar y representar de forma eficiente toda clase de información que se encuentre referenciada a una posición concreta sobre la superficie terrestre. Un SIG trabaja habitualmente con dos grandes modelos de representación de la información geográfica: el modelo vectorial, que representa los elementos del territorio mediante puntos, líneas y polígonos asociados a tablas de atributos, resultando especialmente adecuado para representar elementos discretos como farolas, sensores, parcelas o tramos de calle; y el modelo raster, que representa el territorio mediante una malla continua de celdas o píxeles, cada una con un valor asociado, siendo idóneo para magnitudes de naturaleza continua como la temperatura, la contaminación atmosférica o la densidad de tráfico. La capacidad de un SIG para superponer distintas capas temáticas de información, realizar análisis de proximidad, calcular rutas óptimas o efectuar consultas espaciales combinadas constituye precisamente el mecanismo mediante el cual la telemetría masiva procedente del Internet de las Cosas adquiere sentido territorial y se convierte en un instrumento de planificación.
Junto al SIG, orientado fundamentalmente a la escala territorial y urbana, resulta necesario hacer referencia a la metodología BIM, acrónimo de Building Information Modeling o modelado de la información de la construcción. El BIM constituye un proceso de creación y gestión de un modelo digital tridimensional e inteligente de un edificio o de una infraestructura, en el que cada elemento del modelo no es una mera representación gráfica sino un objeto paramétrico dotado de atributos propios, de manera que el modelo incorpora información estructural, de instalaciones, de materiales o de plazos y costes a lo largo de todo el ciclo de vida del activo, desde su diseño y construcción hasta su explotación y mantenimiento. Mientras que el SIG ofrece una visión macro del contexto urbano y territorial, el BIM aporta una visión micro y de detalle constructivo de cada infraestructura concreta, y la integración de ambos enfoques, a la que suele denominarse GeoBIM, permite situar los modelos detallados de edificios e infraestructuras dentro de su entorno geográfico real, lo que resulta especialmente valioso para grandes operaciones urbanísticas como la transformación del entorno de Chamartín que se desarrolla actualmente en Madrid, en la que los criterios de ciudad inteligente se incorporan desde la propia fase de diseño urbano.
Por último, para que toda esta información geográfica pueda compartirse, descubrirse y reutilizarse de forma interoperable entre las distintas administraciones, empresas y ciudadanos, resulta imprescindible la existencia de una Infraestructura de Datos Espaciales, conocida por sus siglas IDE. Una IDE puede definirse como el conjunto de datos geográficos, metadatos, servicios web normalizados y tecnologías de catalogación y visualización que permiten el acceso interoperable a la información territorial a través de Internet, apoyándose en estándares abiertos como los definidos por el Open Geospatial Consortium, entre los que se encuentran los servicios de visualización WMS y WMTS, los servicios de descarga de datos WFS y los servicios de catálogo y localización de metadatos CSW. En el caso español, la Directiva europea INSPIRE y la Ley 14/2010, de 5 de julio, sobre las infraestructuras y los servicios de información geográfica en España, han dado lugar a la Infraestructura de Datos Espaciales de España, dentro de la cual se integra la Infraestructura de Datos Espaciales de la Comunidad de Madrid, conocida como IDEM, que pone a disposición de profesionales y ciudadanos un catálogo de información geográfica y un visor cartográfico de toda la región. El propio Ayuntamiento de Madrid cuenta además con su Geoportal municipal, que actúa como nodo local de esta misma infraestructura, permitiendo que la cartografía y los datos territoriales generados por los servicios municipales se publiquen siguiendo idénticos estándares de interoperabilidad.
Llegados a este punto resulta posible cerrar el círculo que se planteaba en la introducción. Un sensor instalado en una papelera, en un semáforo o en una estación de calidad del aire capta una magnitud física y la convierte en un dato digital. Ese dato es transportado mediante una red de comunicaciones inalámbricas, ya sea una red móvil de banda estrecha como NB-IoT, una red de área amplia de baja potencia como Sigfox, o incluso, para servicios críticos, una red troncal profesional como TETRA, hasta una plataforma central de proceso. Una vez allí, el dato se normaliza, se agrega con datos de otras fuentes y se georreferencia, integrándose en un Sistema de Información Geográfica o, cuando se trata de infraestructuras concretas, en un modelo BIM, de manera que un gestor municipal puede visualizar sobre un mismo plano la intensidad de tráfico, el estado de ocupación de los aparcamientos, el nivel de llenado de los contenedores o la calidad del aire en cada distrito, y adoptar decisiones fundamentadas en datos reales y actualizados en lugar de en estimaciones o en la mera intuición.
Esta cadena de valor es exactamente la que sustenta la plataforma MiNT del Ayuntamiento de Madrid, que constituye un inventario único y georreferenciado de los activos urbanos sobre el que se apoyan los contratos integrales de gestión de instalaciones, infraestructuras viarias, residuos, limpieza y zonas verdes, y que ha permitido, entre otras aplicaciones, el desarrollo de sistemas de gestión semafórica adaptativa orientados a mejorar los tiempos de recorrido en los corredores de mayor intensidad de tráfico. En la misma dirección se orientan los denominados Espacios Urbanos Inteligentes, definidos como emplazamientos físicos concretos de la ciudad en los que, mediante sensores instalados en el equipamiento urbano y en los propios dispositivos móviles de la ciudadanía, se recogen y explotan datos que permiten una gestión más inteligente y sostenible de dichos espacios, sirviendo además como entornos demostradores en los que ensayar a pequeña escala nuevas soluciones antes de su despliegue en el conjunto de la ciudad. En todos estos ejemplos resulta evidente que la sensorización, las comunicaciones inalámbricas y la información geográfica no constituyen compartimentos estancos, sino tres engranajes de una misma maquinaria orientada a poner el dato urbano al servicio de la decisión pública.
La consolidación de este modelo de ciudad inteligente no está exenta de dificultades que la Administración debe afrontar de manera decidida. En primer lugar, se plantea un reto de interoperabilidad, puesto que la proliferación de fabricantes y protocolos de sensores exige la adopción de estándares abiertos y de modelos de datos comunes que permitan que la información generada por unos dispositivos pueda ser utilizada por plataformas y servicios distintos de los que originariamente la capturaron, evitando así los compartimentos estancos o islas de información. En segundo lugar, aparece un reto de ciberseguridad, ya que la multiplicación de dispositivos conectados incrementa exponencialmente la superficie de exposición a ciberataques, lo que obliga a incorporar medidas de seguridad desde el propio diseño de la arquitectura, en línea con las exigencias del Esquema Nacional de Seguridad. En tercer lugar, se suscita un reto de protección de datos personales, en la medida en que buena parte de la información recogida en el espacio urbano, aunque se refiera en principio a magnitudes ambientales o de tráfico, puede llegar a ser indirectamente identificativa de personas concretas, lo que exige el cumplimiento riguroso de la normativa de protección de datos. Y, finalmente, no puede olvidarse un reto de accesibilidad y de cohesión social, puesto que los servicios digitales derivados de la ciudad inteligente deben diseñarse conforme a los principios de accesibilidad universal de los sitios web y aplicaciones del sector público, de manera que el progreso tecnológico no se traduzca en una nueva forma de exclusión para aquellos colectivos con mayores dificultades de acceso a las tecnologías.
El desarrollo expuesto permite concluir que el concepto de Ciudad Inteligente constituye, ante todo, un ejercicio de integración tecnológica en el que ningún elemento resulta suficiente por sí solo. La sensorización y el Internet de las Cosas aportan la capacidad de percibir en tiempo real el estado de la ciudad; las redes inalámbricas y de comunicaciones móviles, desde los sistemas troncales profesionales hasta las modernas redes de baja potencia y la quinta generación de telefonía móvil, aportan la capacidad de transportar esa información de forma eficiente y segura; y los Sistemas de Información Geográfica, los modelos BIM y las Infraestructuras de Datos Espaciales aportan la capacidad de situar esa información en su contexto territorial real y convertirla en conocimiento útil. El Ayuntamiento de Madrid, a través de iniciativas como la plataforma MiNT, el Laboratorio IoT Ciudad de Madrid, los Espacios Urbanos Inteligentes o su propio Geoportal municipal integrado en la Infraestructura de Datos Espaciales de España, ofrece un ejemplo concreto de cómo esta cadena de valor, bien gestionada, permite avanzar hacia una gestión urbana más eficiente, sostenible y orientada al servicio de la ciudadanía, que es, en definitiva, el fin último que debe perseguir toda actuación de modernización tecnológica de la Administración Pública.