ES2638715B1 - Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices - Google Patents

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ES2638715B1 ES201600319A ES201600319A ES2638715B1 ES 2638715 B1 ES2638715 B1 ES 2638715B1 ES 201600319 A ES201600319 A ES 201600319A ES 201600319 A ES201600319 A ES 201600319A ES 2638715 B1 ES2638715 B1 ES 2638715B1
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Abstract

Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos.#Consiste en el despliegue de una red de dispositivos, incorporados en puntos fijos o móviles (vehículos), con sensores para medir parámetros ambientales coma NO{sub,2}, O{sub,3} o CO cuya información es enviada mediante tecnología inalámbrica ZigBee. De esta forma es posible conocer el estado de salud ambiental en municipios o en puntos interurbanos (dependiendo del alcance de la red) en tiempo real a través de mapas con niveles cuantitativos, en los distintos puntos donde son situados los dispositivos finales, o cualitativos asociados a vías con solo disponer de una aplicación en su Smartphone o accediendo a la aplicación web mediante un enlace, el cual, puede estar situado por ejemplo, en la página web del cliente.Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices. # Consists of the deployment of a network of devices, incorporated in fixed or mobile points (vehicles), with sensors to measure environmental parameters such as NO { sub, 2}, O {sub, 3} or CO whose information is sent using ZigBee wireless technology. In this way it is possible to know the state of environmental health in municipalities or at interurban points (depending on the scope of the network) in real time through maps with quantitative levels, at the different points where the final devices, or associated qualitative ones are located via just having an application on your Smartphone or accessing the web application through a link, which, for example, can be located on the client's website.

Description

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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos.Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices.

Sector de la técnicaTechnical sector

El área científica al que corresponde la invención es al de Tecnología del Medio Ambiente, eficiencia energética y telecomunicaciones. La invención va dirigida a la medición de la Calidad del Aire en sectores concretos como son: la industria, la construcción, el transporte, la agricultura y ganadería o el sector residencial, comercial e institucional para satisfacer los planes sectoriales de Calidad de Aire y Protección de la Atmosfera.The scientific area to which the invention corresponds is that of Environmental Technology, energy efficiency and telecommunications. The invention is directed to the measurement of Air Quality in specific sectors such as: industry, construction, transport, agriculture and livestock or the residential, commercial and institutional sector to meet the Air Quality and Protection sector plans of the Atmosphere.

Según la Comisión Europea, para cumplir el mandato establecido en el Sexto Programa de Acción Ambiental, se fija como objetivo "alcanzar niveles de calidad del aire que no den lugar a riesgos o efectos negativos Significativos en la salud humana o el medio ambiente" Por tanto, la invención es posible aplicarla en todo tipo de espacios, en especial en ciudades, espacios protegidos o puntos donde la contaminación atmosférica es alta debido a la presencia de una concentración de actividad industrial y es, de especial interés para los distintos organismos gubernamentales De igual forma es posible aplicarlo para realizar vigilancia ambiental mediante el despliegue de una red de dispositivos o su inclusión en drones. También es aplicable a entidades privadas para controlar sus propias emisiones para cumplir con la normativa vigente.According to the European Commission, in order to fulfill the mandate established in the Sixth Environmental Action Program, it is set the objective "to reach air quality levels that do not give rise to significant negative risks or effects on human health or the environment" Therefore , the invention is possible to apply in all types of spaces, especially in cities, protected areas or points where air pollution is high due to the presence of a concentration of industrial activity and is of special interest to different government agencies. In this way it is possible to apply it to carry out environmental surveillance by deploying a network of devices or including them in drones. It is also applicable to private entities to control their own emissions to comply with current regulations.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Para la determinación del estado de la técnica de los sistemas de medición de la calidad del aire se han analizado los siguientes documentos.The following documents have been analyzed to determine the state of the art of air quality measurement systems.

US 2004/0050188 A1: La invención consiste en un dispositivo portable para incorporar un sensor que puede llegar a ser hasta una cámara y envía los datos vía PCMCIA, una tecnología ya anticuada, dependiendo además de una red Ethernet o WiFi cercana. Añade la opción de guardar los datos recogidos para su posterior volcado en una computadora.US 2004/0050188 A1: The invention consists of a portable device to incorporate a sensor that can be up to a camera and sends the data via PCMCIA, an already outdated technology, also depending on a nearby Ethernet or WiFi network. Add the option to save the collected data for later dumping on a computer.

Las siguientes invenciones recogidas en los documentos US 7302313B2, US 2013/0278427 A1 y CN 203949696 U incorporan sensores y envían los datos de forma inalámbrica, pero la tecnología que usa es punto a punto mediante redes de banda ancha GSM/GPRS o a través de bluetooth a computadoras o bluetooth comunicando con el teléfono para su posterior alojamiento en el servidor de datos.The following inventions contained in documents US 7302313B2, US 2013/0278427 A1 and CN 203949696 U incorporate sensors and send the data wirelessly, but the technology used is point to point via GSM / GPRS broadband networks or via bluetooth to computers or bluetooth communicating with the phone for later hosting on the data server.

WO/2009/114626 A3 describe una invención, similar a las anteriores debido a que usa la tecnología inalámbrica. Sin embargo, proporciona un esquema de servidor para la visualización de los datos a tiempo real valida aunque con una arquitectura distinta a la invención propuesta.WO / 2009/114626 A3 describes an invention, similar to the previous ones because it uses wireless technology. However, it provides a server scheme for real-time data visualization valid although with an architecture different from the proposed invention.

W0/2002/041095 A1 propone un sistema para monitorizar y ajustar la calidad de aire en interiores y minimizar el coste de aire acondicionado. La propuesta la ejecuta mediante una red de área local para comunicar el sistema con la computadora.W0 / 2002/041095 A1 proposes a system to monitor and adjust indoor air quality and minimize the cost of air conditioning. The proposal is executed through a local area network to communicate the system with the computer.

WO/2016/005805 propone una tarjeta para insertar varios sensores de distinto tipo y, al igual que nuestra invención, utiliza tecnología ZigBee para transmitir los datos mediante una red en malla. Sin embargo el uso del mismo es distinto puesto que se enfoca en unWO / 2016/005805 proposes a card to insert several sensors of different types and, like our invention, uses ZigBee technology to transmit the data through a mesh network. However, its use is different since it focuses on a

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sistema de alarma para alertar a trabajadores que se encuentran trabajando en espacios con condiciones laborables adversas.alarm system to alert workers who are working in spaces with adverse working conditions.

Explicación de la invenciónExplanation of the invention.

La invención consiste en el despliegue de una red de sensores para medir los parámetros medioambientales mediante el diseño y desarrollo de dispositivos compactos de telemedición de la calidad del aire incorporados en puntos móviles o fijos.The invention consists in the deployment of a network of sensors to measure environmental parameters by means of the design and development of compact air quality telemetry devices incorporated in mobile or fixed points.

A los dispositivos compactos de telemedición empleados se le dió originalmente el nombre de USAB (cuyas siglas significan Unidad Sensorial Adaptada a la Bicicleta) debido a que su desarrollo ha tenido lugar como resultado del proyecto ECOBICI. Posteriormente se ha demostrado que estos dispositivos son de aplicación acoplándolos a cualquier medio físico móvil y por supuesto a cualquier elemento fijo. Cada uno de estos dispositivos constituye el final en la red inalámbrica y transmite la información de los sensores que incorpora con la frecuencia temporal que se considere oportuna (en las pruebas oficiales se fijó en 10 segundos) En adelante, en esta memoria se denominará a estos dispositivos como dispositivos finales.The compact telemetry devices used were originally given the name of USAB (whose acronym stands for Sensory Unit Adapted to the Bicycle) because its development has taken place as a result of the ECOBICI project. Subsequently it has been shown that these devices are applicable by coupling them to any mobile physical medium and of course to any fixed element. Each of these devices constitutes the end in the wireless network and transmits the information of the sensors that it incorporates with the temporary frequency that is considered opportune (in the official tests it was fixed in 10 seconds) From now on, in this memory they will be called these devices as end devices.

La red la incorpora un dispositivo denominado coordinador que se encarga de recibir todos los paquetes de datos enviados por los dispositivos finales y transmitirlos hacia el servidor WEB mediante tecnología Wifi o vía Ethernet para su posterior alojamiento en el mismo.The network incorporates a device called coordinator that is responsible for receiving all the data packets sent by the end devices and transmitting them to the WEB server using Wifi technology or via Ethernet for later accommodation in it.

La citada red se complementa con los repetidores de serial, encargados de asegurar que dichos datos lleguen de los dispositivos finales al coordinador en tiempo real aún cuando no exista visibilidad directa entre los dispositivos finales y coordinador.The aforementioned network is complemented by serial repeaters, responsible for ensuring that said data arrives from the final devices to the coordinator in real time even when there is no direct visibility between the final devices and the coordinator.

El esquema de servidor web ha sido debidamente diseñado para poder adaptar o compartir la información generada de forma óptima en cualquier sistema de visualización o base de datos del cliente.The web server scheme has been properly designed to adapt or share the information generated optimally in any client viewing system or database.

Para ello se ha dividido la estructura en tres instancias: una para el servidor de base de datos, otra para la aplicación web (API web) y la última para el servidor donde se implementan los servicios web y algoritmos para la conexión de los datos con los mapas.To this end, the structure has been divided into three instances: one for the database server, another for the web application (web API) and the last one for the server where web services and algorithms for data connection with the maps.

Según lo anterior:As above:

- En los servicios WEB está alojado el programa que integra toda la información recogida por los dispositivos finales De esta forma se asegura que toda la información sea tratada en un solo punto Simplificando la aplicación de Android.- The program that integrates all the information collected by the final devices is hosted in the WEB services. This ensures that all the information is treated in a single point Simplifying the Android application.

- La información es guardada en el servidor de base de datos especial creada para tal efecto.- The information is stored in the special database server created for this purpose.

- Mediante otro servidor WEB se realizan consultas hacia los servicios web para obtener la información a visualizar en los mapas e informes creados para ello.- Through another WEB server, web services are consulted to obtain the information to be displayed on the maps and reports created for it.

Finalmente, el usuario podrá tener acceso a la información a través de una aplicación WEB (API WEB) o una aplicación (APP) móvil desarrollados a tal efecto.Finally, the user may have access to the information through a WEB application (WEB API) or a mobile application (APP) developed for this purpose.

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Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Figura 1: Esquema parcial del sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos En el se distingue:Figure 1: Partial scheme of the air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices The following is distinguished:

D1 a Dn: Dispositivos finales.D1 to Dn: Final devices.

R1 a Rn: RepetidoresR1 to Rn: Repeaters

C: CoordinadorC: Coordinator

S: ServidorS: Server

Figura 2: Esquema completo del sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos.Figure 2: Complete scheme of the air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices.

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

Los pasos necesarios para la puesta en marcha de la invención, suponiendo que existan vanos dispositivos compactos presentes en el sistema, son:The necessary steps for the implementation of the invention, assuming that there are several compact devices present in the system, are:

1. Fabricación de las placas de circuito impreso.1. Manufacture of printed circuit boards.

2. Montaje de los componentes mediante soldadura en las placas de circuito impreso.2. Assembly of the components by welding on the printed circuit boards.

3. Test de cada uno de los dispositivos finales para comprobar el funcionamiento de los mismos.3. Test of each of the final devices to check their operation.

4. Configuración de cada dispositivo USAB que conlleva:4. Configuration of each USAB device that entails:

• Precarga del código USAB en microcontrolador.• Preload of the USAB code in microcontroller.

• Configuración dispositivo inalámbrico con los parámetros adecuados para su introducción en la red en malla que se va a formar.• Wireless device configuration with the appropriate parameters for its introduction in the mesh network to be formed.

5. Configuración del dispositivo coordinador que conlleva:5. Configuration of the coordinating device that entails:

• Precarga del código Coordinador en microcontrolador.• Preload of the code Coordinator in microcontroller.

• Configuración dispositivo inalámbrico con los parámetros adecuados para su introducción en la red en malla que se va a formar.• Wireless device configuration with the appropriate parameters for its introduction in the mesh network to be formed.

6. Configuración del dispositivo inalámbrico de los repetidores de señal para su introducción en la red.6. Wireless device configuration of signal repeaters for introduction into the network.

7. Test de comunicación de cada uno de los dispositivos finales con el coordinador para comprobar la correcta transmisión y recepción de los paquetes de datos.7. Communication test of each of the final devices with the coordinator to check the correct transmission and reception of the data packets.

8. Encapsulado de los dispositivos finales.8. Encapsulated end devices.

9. Instalación de los distintos dispositivos en los emplazamientos designados en el proyecto correspondiente.9. Installation of the different devices in the locations designated in the corresponding project.

10. Puesta en marcha de la red de dispositivos.10. Commissioning of the device network.

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11. Apertura de la Plataforma web creada a tal efecto para la visualización de los datos a tiempo real.11. Opening of the Web Platform created for this purpose for the visualization of real-time data.

Dispositivos finalesFinal devices

Cada dispositivo compacto de telemedición de la calidad del aire denominado en esta memoria dispositivo final, está compuesto por una carcasa estanca que incorpora al menos un dispositivo para ser fijado en cualquier emplazamiento fijo o móvil. Para emplearlo en la bicicleta, la carcasa incorpora al menos como medio para la sujeción una pinza tipo cangrejo con presilla, además de una abertura para conector tipo Jack para la conexión del dispositivo a la batería de la bicicleta de asistencia al pedaleo También puede emplearse en cualquier medio que disponga de una batería a la cual adaptarse para permitir su funcionamiento de forma autónoma.Each compact air quality telemetry device referred to herein as the final device is composed of a sealed housing that incorporates at least one device to be fixed in any fixed or mobile location. For use on the bicycle, the carcass incorporates at least as a means of clamping a crab-type clamp with a clip, in addition to an opening for a Jack-type connector for connecting the device to the battery of the pedaling assistance bicycle. It can also be used in any medium that has a battery to adapt to allow its operation autonomously.

En su interior incorporan un sistema de posicionamiento global (GPS), microcontrolador módulo de transmisión inalámbrica con protocolo ZigBee y sensores de monóxido de carbono (CO), de dióxido de nitrógeno (nO2) y de ozono (O3). Pueden incorporar otro tipo de sensores en sustitución de los anteriores como: SO2, partículas PM10 o temperatura y humedad Transmite los valores de los parámetros ambientales recogidos a tiempo real junto la posición donde son capturados, mediante el despliegue de una red de dispositivos inalámbricos funcionando a frecuencias libres de 433MHz, 868MHz. 2,4GHz y 5GHz hacia un dispositivo denominado coordinador que se encarga de subir la información a un servidor web, para lo cual se configura una red en malla de los dispositivos para la entrada de los datos a un servidor web.Inside they incorporate a global positioning system (GPS), wireless transmission module microcontroller with ZigBee protocol and carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (# 2) and ozone (O3) sensors. They can incorporate another type of sensors in substitution of the previous ones like: SO2, PM10 particles or temperature and humidity It transmits the values of the environmental parameters collected in real time together with the position where they are captured, by means of the deployment of a network of wireless devices operating at Free frequencies of 433MHz, 868MHz. 2.4GHz and 5GHz towards a device called coordinator that is responsible for uploading the information to a web server, for which a mesh network of the devices is configured to input the data to a web server.

Las principales ventajas que presenta este dispositivo son su reducido tamaño, el reducido consumo energético que presenta y la visualización de los datos capturados en tiempo real. Gracias a esto, pueden ser incorporados en diversos tipos de emplazamientos, incluidos transportes como drenes, bicicletas o transportes públicos, entre otros.The main advantages of this device are its small size, the reduced energy consumption and the visualization of the data captured in real time. Thanks to this, they can be incorporated into various types of locations, including transport such as drains, bicycles or public transport, among others.

Además presenta un sistema de posicionamiento global que permite localizar de forma inmediata el dispositivo.It also presents a global positioning system that allows immediate location of the device.

La tecnología usada para la transmisión de los datos de forma inalámbrica es actual y está siendo de gran implantación puesto que usa el protocolo de transmisión ZigBee que es el usado en soluciones para SmartCities.The technology used for wireless data transmission is current and is being widely implemented since it uses the ZigBee transmission protocol that is used in solutions for SmartCities.

El código utilizado para programar el microcontrolador de ATMEL ha sido processing que es un lenguaje de programación basado en wiring Este tipo de microcontroladores puede venir precargado con un cargador de arranque o bootloader que permite cargar este código mediante un adaptador conectado al puerto USB del PC.The code used to program the ATMEL microcontroller has been processing which is a wiring-based programming language. This type of microcontrollers can be preloaded with a bootloader or bootloader that allows this code to be charged using an adapter connected to the USB port of the PC.

Configuración de la red ZigBeeZigBee network configuration

Los diferentes dispositivos compactos de telemedición de la calidad del aire que emplee el sistema son desplegados siguiendo una red en malla donde existen dos tipos de dispositivos más además de los dispositivos finales, tal y como se muestra en la figura que se muestra más adelante: repetidores y un Coordinador.The different compact air quality telemetry devices used by the system are deployed following a mesh network where there are two types of devices in addition to the final devices, as shown in the figure shown below: repeaters and a coordinator.

Esta es una solución modular y escalable, fácil de adaptar si el número de dispositivos finales aumenta en una ciudad. Los repetidores son colocados de forma estratégica para asegurar que los datos lleguen desde los dispositivos finales hasta el coordinador en aquellos casos en los que no existe visibilidad directa entre ambos. Para ello, tanto elThis is a modular and scalable solution, easy to adapt if the number of end devices increases in a city. The repeaters are strategically placed to ensure that the data arrives from the final devices to the coordinator in those cases where there is no direct visibility between them. To do this, both the

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coordinador como los repetidores están provistos de la tecnología inalámbrica que se usa en la red con protocolo ZigBee para la comunicación de los datos.Coordinator as repeaters are provided with the wireless technology used in the network with ZigBee protocol for data communication.

El coordinador contiene un microcontrolador programado debidamente para realizar la recepción de los datos procedentes de la red y su posterior envío al servidor web mediante tecnología WiFi y Ethernet.The coordinator contains a microcontroller properly programmed to receive the data from the network and then send it to the web server using WiFi and Ethernet technology.

Los dispositivos finales envían de forma única los valores de los sensores junto con la hora, la posición donde se capturan dichos valores y la dirección física del dispositivo hacia el coordinador. Esta comunicación la pueden hacer de forma directa si está dentro del alcance o mediante los repetidores. El coordinador es el que se encarga de gestionar de forma inteligente la ruta de los paquetes y de recibir todos los datos para su posterior envío hacía el servidor WEB.The end devices uniquely send the sensor values along with the time, the position where these values are captured, and the physical address of the device to the coordinator. This communication can be done directly if it is within range or through repeaters. The coordinator is the one in charge of intelligently managing the route of the packages and receiving all the data for later sending to the WEB server.

El Servidor webThe web server

El esquema de servidor web ha sido debidamente diseñado para poder adaptar o compartir la información generada de forma óptima en cualquier sistema de visualización o base de datos del cliente. Para ello la estructura se dividió en tres instancias: una para el servidor de base de datos, otra para la aplicación web (API web) y la última con el servidor donde se implementan los servicios web y algoritmos para la conexión de los datos con los mapas. Las distintas tecnologías seleccionadas para su desarrollo han sido:The web server scheme has been properly designed to adapt or share the information generated optimally in any client viewing system or database. For this, the structure was divided into three instances: one for the database server, another for the web application (web API) and the last one with the server where the web services and algorithms for the data connection with the data are implemented. maps The different technologies selected for its development have been:

• Se ha elegido REST (Representational State Transfer) para el desarrollo de la aplicación web (API web). REST es un tipo de arquitectura web que se apoya totalmente en el estándar HTTP REST permite crear servicios y aplicaciones que pueden ser usadas por cualquier dispositivo o cliente que entienda HTIP, por lo que es más simple y convencional que otras alternativas que se han usado en los últimos diez años como SOAP y XML-RPC. Podríamos considerar REST como un "Framework" para construir aplicaciones web respetando HTTP.• REST (Representational State Transfer) has been chosen for the development of the web application (web API). REST is a type of web architecture that relies fully on the HTTP REST standard to create services and applications that can be used by any device or client that understands HTIP, so it is simpler and more conventional than other alternatives that have been used in the last ten years as SOAP and XML-RPC. We could consider REST as a "Framework" to build web applications respecting HTTP.

• Plataforma de desarrollo NET puesto que ofrece herramientas óptimas para llevar a cabo el desarrollo del producto y la gestión del equipo a tiempo real. Una de sus características más importantes es que integra infraestructura común para distintos desarrollos y sus librarlas son comunes para todos los lenguajes.• NET development platform since it offers optimal tools to carry out product development and team management in real time. One of its most important characteristics is that it integrates common infrastructure for different developments and its release is common to all languages.

• SQL Server para la base de satosdado que presenta las siguientes ventajas:• SQL Server for the base of satosdado that presents the following advantages:

• Facilidad de integración con Entity Framework, sistema que usaremos desde nuestros web services para el mapeo de la base de datos.• Ease of integration with Entity Framework, a system that we will use from our web services for the mapping of the database.

• Capacidad de escalado y fácil operabilidad desde Amazon RDS (Amazon Relational Database Service).• Scalability and easy operability from Amazon RDS (Amazon Relational Database Service).

• Posibilidad de crear ejecuciones periódicas con el SQL Agent.• Possibility of creating periodic executions with the SQL Agent.

• Posibilidad de analizar consultas o rendimiento de la base de datos (SQL profiler).• Possibility to analyze queries or database performance (SQL profiler).

• Posibilidad de indexación espacial, para mejorar así las consultas que dependan de tablas con campos geográficos.• Possibility of spatial indexing, to improve the queries that depend on tables with geographical fields.

• Proporciona una serie de funciones para el tratamiento de datos geográficos suficiente para nuestra funcionalidad.• Provides a series of functions for the treatment of geographic data sufficient for our functionality.

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• Posee una herramienta de migración de datos geográficos. Así podemos tratar los shp de origen de los carriles bici de Andalucía e incluirlos en nuestra base de datos.• It has a geographic data migration tool. Thus we can treat the shp of origin of the Andalusian bike lanes and include them in our database.

• Gmaps para el desarrollo del sistema GIS con shapes o capas que se añaden sobre los mapas. Esta es la opción más viable, dado que realizan la actualización de mapas con gran periodicidad y los usuarios están más familiarizados con ellos. Además consta de una gran comunidad de desarrolladores que facilitan cualquier tipo de duda sobre su funcionamiento.• Gmaps for the development of the GIS system with shapes or layers that are added on the maps. This is the most viable option, since they carry out the updating of maps with great periodicity and the users are more familiar with them. It also has a large community of developers that facilitate any doubt about its operation.

Cálculo de índice de calidad del aireCalculation of air quality index

La Consejería de Medio Ambiente y Ordenación de territorio de la Junta de Andalucía realiza el cálculo de los índices de calidad del aire siguiendo los valores límite de la normativa europea. En la misma página de informes de diarios de las estaciones de muestreo de la Consejería muestran los criterios a considerar para el cálculo de los índices parciales de calidad del aire y globales. En cada estación se calcula un índice individual para cada contaminante, conocido como índice parcial y a partir de los índices parciales se obtiene el índice global que coincide con el índice parcial del contaminante que presente el peor comportamiento.The Ministry of Environment and Land Management of the Junta de Andalucía performs the calculation of air quality indices following the limit values of European regulations. On the same page of newspaper reports of the sampling stations of the Ministry show the criteria to consider for the calculation of partial air quality indices and global. In each station an individual index is calculated for each pollutant, known as a partial index and from the partial indices the global index is obtained that coincides with the partial index of the pollutant that has the worst behavior.

En nuestro caso dicho criterio lo aplicaremos en las trazas en las que hemos dividido los carriles para la visualización del mismo tal y como explicaremos en el siguiente apartado y se han desarrollado una serie de algoritmos de codificación de valores atendiendo a su visualización según un rango de colores. Cada traza tendrá un índice global de calidad del aire asociado.In our case, this criterion will be applied in the traces into which we have divided the lanes for the visualization of the same as we will explain in the following section and a series of algorithms of coding of values have been developed attending to their visualization according to a range of colors. Each trace will have a global index of associated air quality.

Respecto a las partículas en suspensión, el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire, establece unos valores limites aplicables a las partículas en suspensión antropogénicas. A continuación se muestran los valores cualitativos según rango de valores del índice parcial.With respect to suspended particles, Royal Decree 102/2011, dated January 28, regarding the improvement of air quality, establishes limit values applicable to anthropogenic suspended particles. The qualitative values are shown below according to the range of partial index values.

Valor del Indice  Index Value
Calidad del aire Color  Air quality Color

0-50  0-50
Buena Verde  Good green

51-100  51-100
Admisible Amando  Admissible Loving

101-150  101-150
Mala Rojo  Bad red

>150  > 150
Muy mala Marrón  Very bad Brown

El índice parcial del contaminante viene expresado según la Agencia de Protección Medioambiental {EPA) según el siguiente cálculo:The partial pollutant index is expressed according to the Environmental Protection Agency {EPA) according to the following calculation:

lo - Ifn - lio (Cp ~ BPLo ) + ll0lo - Ifn - lio (Cp ~ BPLo) + ll0

BPh,-BPLoBPh, -BPLo

donde:where:

lp = índice parcial para el contaminante plp = partial index for the contaminant p

Cp = concentración medida para el contaminante pCp = measured concentration for the contaminant p

BPHI = punto de corte mayor o igual a CpBPHI = cut point greater than or equal to Cp

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BPLo = punto de corte menor o igual a Cp IHi = valor del PSI correspondiente a BPHi ILo = valor del PSI correspondiente a BPLoBPLo = cut-off point less than or equal to Cp IHi = PSI value corresponding to BPHi ILo = PSI value corresponding to BPLo

El rango de variaciones valido actual de los índices de parámetros que nos interesa expresados en microgramo por metro cúbico son:The current valid range of variations of the parameter indices that interest us expressed in micrograms per cubic meter are:

' m1'm1

Calidad cei aire  Cei air quality
Valor del índice NOj_ O? CO  NOj_ O index value? CO

Buena  Good
0-50 0-100 0-60 0-5000  0-50 0-100 0-60 0-5000

Admisible  Admissible
51-100 100-200 60-120 5000-10000  51-100 100-200 60-120 5000-10000

Ma¡a  Maa
101-150 200-300 120-180 10000-15000  101-150 200-300 120-180 10000-15000

Muy mala  Very bad
>150 >300 >180 >15000  > 150> 300> 180> 15000

Los sensores que del dispositivo USAB han sido configurados para que envíen los valores en parte por billón (ppb) que es una unidad empleada usualmente para valorar el volumen de un gas por cada billón de unidades de volumen de aire.The sensors of the USAB device have been configured to send the values in part per billion (ppb), which is a unit usually used to assess the volume of a gas per billion units of air volume.

Para establecer el valor cualitativo de los mismos hacemos la conversión de ’gg/m3' a ‘ppb' siendo:To establish their qualitative value, we convert from ’gg / m3 'to‘ ppb' being:

M V(utm,Ta)M V (utm, Ta)

Nppb ~ m** MNppb ~ m ** M

donde M es la masa molecular del gas en cuestión y V(atm, Ta) el volumen de un mol del gas a determinada presión de atmosferas y temperatura en Kelvin. Siendo la masa de los parámetros a medir las siguientes:where M is the molecular mass of the gas in question and V (atm, Ta) the volume of one mole of the gas at a given atmospheric pressure and temperature in Kelvin. The mass of the parameters to be measured is the following:

* MnCW=46,01 g/mol; Mcc^S.Ol g/mol, M33=48 g/mol* MnCW = 46.01 g / mol; Mcc ^ S.Ol g / mol, M33 = 48 g / mol

Y de la relación "PV = nRT" obtenemos el volumen, donde: n = moles de gas; P = presión absoluta; V = Volumen del gas; T = Temperatura absoluta; R = Constante universal de los gases ideales (R = 0,08205746).And from the relation "PV = nRT" we obtain the volume, where: n = moles of gas; P = absolute pressure; V = Volume of gas; T = absolute temperature; R = Universal constant of ideal gases (R = 0.08205746).

RT (273 + 20 )KelvinRT (273 + 20) Kelvin

V = — = 0 082---------—----------= 24,04 litrosV = - = 0 082 ---------—---------- = 24.04 liters

P 1 atmP 1 atm

Sustituyendo en la primera fórmula obtenemos los valores limites en 'ppb' de los para metrosSubstituting in the first formula we obtain the limit values in 'ppb' of those for meters

imagen1image 1

Tipo  Kind
Calidad del aire N02(ppb) 03(ppb) CO(ppb) Color  Air quality N02 (ppb) 03 (ppb) CO (ppb) Color

Buena  Good
0-50 0-52 0-30 0-4291 Verde  0-50 0-52 0-30 0-4291 Green

Admisible  Admissible
51-100 52-104 30-60 4291-8583 Amarillo  51-100 52-104 30-60 4291-8583 Yellow

Mala  Bad
101-150 104-156 60-90 8583-12874 Roio^  101-150 104-156 60-90 8583-12874 Roio ^

Muy mala  Very bad
>150 >156 >90 >12874 Marrón  > 150> 156> 90> 12874 Brown

Claims (10)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty REIVINDICACIONES 1. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos que comprende:1. Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices comprising: a) Uno o más dispositivos compactos de telemedición de la calidad del aire, denominados dispositivos finales, compuestos cada uno de ellos por una carcasa estanca que incorpora al menos un dispositivo para ser fijado en cualquier emplazamiento fijo o móvil, en cuyo interior se incorporan los siguientes elementos electrónicos que forman parte del dispositivo.a) One or more compact air quality telemetry devices, called final devices, each consisting of a sealed housing that incorporates at least one device to be fixed in any fixed or mobile location, inside which the following electronic elements that are part of the device. • Un sistema de posicionamiento global (GPS).• A global positioning system (GPS). • Un microcontrolador.• A microcontroller. • Un módulo transmisión inalámbrica con protocolo ZigBee.• A wireless transmission module with ZigBee protocol. • Sensor de monóxido de carbono.• Carbon monoxide sensor. • Sensor de dióxido de carbono.• Carbon dioxide sensor. • Sensor de ozono.• Ozone sensor. • Entrada al dispositivo mediante conector Jack.• Input to the device through Jack connector. b) Un dispositivo Coordinador compuesto por una placa de circuito impreso dotada con:b) A Coordinating device composed of a printed circuit board equipped with: • Un módulo transmisión/recepción inalámbrica con protocolo ZigBee.• A wireless transmission / reception module with ZigBee protocol. • Un microcontrolador.• A microcontroller. • Tecnología WiFi y Ethernet.• WiFi and Ethernet technology. c) Uno o más dispositivos repetidores compuestos por:c) One or more repeater devices composed of: • Un módulo de transmisión/recepción inalámbrica con protocolo ZigBee.• A wireless transmission / reception module with ZigBee protocol. d) Un servidor web, compuesto por tres instancias.d) A web server, consisting of three instances. 2. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 1, caracterizado porque los dispositivos finales transmiten los valores de los parámetros ambientales recogidos a tiempo real junto la posición donde son capturados, mediante el despliegue de una red de dispositivos inalámbricos funcionando a frecuencias libres de 433MHz, 868MHz, 2,4GHz y 5GHz.2. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 1, characterized in that the end devices transmit the values of the environmental parameters collected in real time together with the position where they are captured, by means of the deployment of a network of wireless devices operating at free frequencies of 433MHz, 868MHz, 2.4GHz and 5GHz. 3. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 2, caracterizado porque para la transmisión de los datos de forma inalámbrica emplea el protocolo de transmisión ZigBee.3. Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices, according to claim 2, characterized in that the ZigBee transmission protocol is used for wireless data transmission. 4. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 3, caracterizado porque los dispositivos finales transmiten sus datos hacia un dispositivo denominado coordinador4. Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices, according to claim 3, characterized in that the end devices transmit their data to a device called coordinator 55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five que se encarga de subir la información a un servidor web, para lo cual se configura una red en malla de los dispositivos para la entrada de los datos a un servidor web.which is responsible for uploading the information to a web server, for which a mesh network of the devices is configured to enter the data to a web server. 5. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 4, caracterizado porque para asegurar que los datos lleguen desde los dispositivos finales hasta el Coordinador se hace uso de repetidores cuyo número vendrá determinado por el número de dispositivos finales a atender y deberán colocarse de forma fija en sitios estratégicos.5. Air quality telemetry system for real-time visualization of a network of compact devices, according to claim 4, characterized in that to ensure that the data arrives from the final devices to the Coordinator, repeaters are used whose number will be determined by the number of final devices to attend and should be placed in a fixed way in strategic sites. 6. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 5, caracterizado porque los dispositivos finales envían de forma única los valores de los sensores junto con la hora, la posición donde se capturan dichos valores y la dirección física del dispositivo hacia el coordinador.6. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 5, characterized in that the end devices uniquely send the sensor values together with the time, the position where they are captured said values and the physical address of the device towards the coordinator. 7. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 1, caracterizado porque el código utilizado para programar el microcontrolador de los dispositivos finales de ATMEL ha sido processing.7. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 1, characterized in that the code used to program the microcontroller of ATMEL final devices has been processing. 8. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 1, caracterizado porque la carcasa del dispositivo final incorpora al menos una pinza tipo cangrejo con presilla, además de una abertura para conector Jack para la conexión del dispositivo a la batería de una bicicleta de asistencia al pedaleo o a cualquier batería que permita el funcionamiento de forma autónoma.8. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 1, characterized in that the end device housing incorporates at least one clamp-type clamp with clip, in addition to an opening for Jack connector for the connection of the device to the battery of a bicycle for pedaling assistance or any battery that allows autonomous operation. 9. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 1, caracterizado porque las instancias de que cuenta el servidor son una para la aplicación web (API web), una para la implementación de los servicios web y algoritmos para la conexión de los datos con los mapas y otra para el servidor de base de datos.9. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 1, characterized in that the instances of the server are one for the web application (web API), one for the implementation of web services and algorithms for connecting data with maps and another for the database server. 10. Sistema de telemedición de calidad del aire para la visualización en tiempo real de una red de dispositivos compactos, según reivindicación 9, caracterizado porque las tecnologías en las que se ha desarrollado son:10. Air quality telemetry system for real-time display of a network of compact devices, according to claim 9, characterized in that the technologies in which it has been developed are: • REST (Representational State Transfer) para el desarrollo de la aplicación web (API web).• REST (Representational State Transfer) for the development of the web application (web API). • Plataforma de desarrollo NET.• NET development platform. • SQL Server para la base de satos.• SQL Server for the satos base. • Gmaps para el desarrollo del sistema GIS con shapes o capas que se añaden sobre los mapas.• Gmaps for the development of the GIS system with shapes or layers that are added on the maps.
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