Projecte AIRE
PROJECTE D'INVESTIGACIÓ I DESENVOLUPAMENT COOPERACIÓ DENOMINAT "Plataforma d'Intel·ligència Artificial per a la predicció de la qualitat de l'aire a partir de dades de sensors de serveis Copernicus" IDI-20230570
Estat: conclòs
Àmbit: nacional (Bettair des de l’Hospitalet de Llobregat, Barcelona, Catalunya)
Expedient: IDI-20230570
Inversió total del projecte: 1.154.359 euros
Coordinador: DEISTER,S.A.
El projecte ha estat cofinançat pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER) a través del “Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación“.
“Europa se siente”
Abast
El Consorci (DEISTER, STA i BETTAIR) uneix la seva experiència i els seus coneixements per al desenvolupament d’AIRE, una plataforma d’Intel·ligència Artificial (IA) per a la predicció i projecció d’escenaris futurs de la qualitat de l’aire en zones urbanes i semi-industrials que ajudin els usuaris finals a prendre decisions d’impacte mediambiental.
Objectius
Dissenyar i desenvolupar una plataforma basada en tècniques d’adquisició massiva de dades i IA que modeli els fenòmens que afecten la qualitat de l’aire en regions urbanes, predigui episodis i simuli potencials escenaris d’alta contaminació ambiental mitjançant un enfocament innovador, utilitzant com a novetat dos nivells diferents de dades: macro (dades satèl·lits) i micro (mesuraments de camp, amb especial atenció als sensors IoT (Internet of Things).
El Projecte consta de 6 objectius tècnics principals:
- Desplegament d’una nova generació de sensors IoT de baix cost amb IA a l’edge (AIoT) que permet proporcionar mesuraments precisos dels contaminants de l’aire incloent NO₂, NO, O₃, CO, SO₂ i partícules en suspensió, entre d’altres, tant en zones urbanes com en zones semi-industrials.
- Recerca de la viabilitat de l’ús de dades ambientals, meteorològiques i espacials tant a nivell micro (estacions tradicionals de monitorització de qualitat de l’aire, sensors IoT) com a nivell macro (satèl·lit) per a la millora dels models actuals de predicció de la qualitat de l’aire (evolució espai-temporal).
- Desenvolupament d’un model predictiu basat en models existents proporcionats pels socis del consorci i millorat amb l’addició de dades micro d’alta qualitat, que han estat prevalidades per tècniques d’IA (dades heterogènies, dades degradades, sèries incompletes).
- Estudi i disseny d’una capa de simulació basada en models normalitzats que permetin l’anàlisi i validació de plans d’acció abans de la seva execució o l’anticipació ràpida i efectiva a les conseqüències d’emergències químiques.
- Disseny i desenvolupament d’una plataforma basada en IoT per a l’adquisició, emmagatzematge i processament de dades procedents de la xarxa de sensors i de les fonts de dades obertes (per exemple, sèries temporals de dades de Copernicus, Instituts Geogràfics Nacionals i fonts similars) que proporcionen una font de dades heterogènia per a l’avaluació d’indicadors ambientals.
- Validació de la viabilitat de la plataforma mitjançant la creació d’una única interfície integrada que reuneixi totes les eines esmentades anteriorment, proporcionant un accés fàcil d’usar per a l’usuari final, l’Administració Pública, entre d’altres.
Resultats
S’ha dissenyat i implementat la plataforma AIRE basada en Intel·ligència Artificial per predir (forecast) la contaminació de l’aire gràcies a dades satèl·lits i mesuraments de camp tant de les estacions de referència com dels dispositius IoT bettair. Els dispositius bettair permeten tenir més punts de mesurament amb dades fiables a un cost assequible. La consecució dels resultats es detalla a continuació per fita:
FITA-1
- Identificació de deu paràmetres de qualitat de l’aire a monitoritzar i setze ubicacions dels productors de dades (vuit estacions de referència i vuit dispositius IoT de les quals recollir dades per a la plataforma).
- Redacció del catàleg de requisits de la plataforma, recollint sis requisits funcionals i cinc requisits no funcionals.
- Desenvolupament del disseny conceptual de la plataforma AIRE.
- Disseny de la plataforma AIRE segons els requeriments descrits al catàleg de requisits i en base al disseny conceptual.
- Actualitzacions en estacions de referència de monitorització de la qualitat de l’aire de la ciutat de Saragossa.
- Fabricació de vuit dispositius IoT, especificant els paràmetres a mesurar per cadascun dels dispositius.
- Instal·lació dels vuit dispositius IoT, segons pla definit, a les estacions fixes de referència de Saragossa. Tres dispositius en una mateixa estació i la resta en estacions diferents.
- Extracció de dades d’estacions de referència mediambientals.
- S’ha començat a integrar les dades de diferents fonts (dispositius IoT) a la plataforma AIRE.
- Obtenció del conjunt de datasets que serviran com a base per a la creació del model predictiu.
- S’han provat models preliminars, incloent Random Forest i Regressió Lineal Lasso, entre d’altres i s’ha triat el millor.
- Anàlisi preliminar per identificar les variables amb més valor predictiu, destacant la possible correlació entre diferents contaminants.
- Desenvolupament d’scripts que possibiliten el preprocessament i transformació de les dades.
FITA-2
- Integració de les diferents fonts dades i s’establiren els processos d’homogeneïtzació d’aquests.
- Anàlisi de les tecnologies d’emmagatzemaments de dades més apropiades, les tecnologies de processaments més recomanables des del punt de vista de l’escalabilitat.
- Disseny d’una arquitectura de dades que integri les diferents tecnologies.
- Desenvolupament de diferents formats de representació de les dades, s’han analitzat diferents tècniques per a l’elecció, disseny i creació de la interfície més adequada.
- Definició de les bases de la interoperabilitat i accessibilitat de la plataforma.
- Evolució dels algorismes dels dispositius IoT per millorar les seves prestacions i eficiència.
- Es van avaluar i establir els models d’estimació més adequats, així com l’algorisme de predicció i el seu entrenament més d’acord en funció dels de qualitat d’aire disponibles a partir de les diferents fonts.
- Comparativa dels resultats predictius de la plataforma AIRE amb els proporcionats per CAMS.
- Definició dels criteris d’avaluació i entorn de proves de la plataforma.
FITA-3
- Validació de la integració completa de les diferents fonts de dades i establint els processos d’homogeneïtzació de les dades.
- Elaboració dels materials tècnics per a futurs desplegaments i comercialització de la plataforma.
- Elecció de la forma jurídica de protecció intel·lectual del projecte desenvolupat. I la contínua i bona comunicació entre els socis del projecte per arribar a conclusions conjuntes, progressar i finalitzar el projecte.
