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Meio ambiente inteligente: IPT mapeia qualidade do ar na Avenida Paulista por meio de redes de sensores móveis embarcados em veículos

Os índices de poluição do ar por material particulado fino na cidade de São Paulo são superiores ao teto estabelecido pela Organização Mundial da Saúde (OMS) para considerar a qualidade do ar aceitável: a informação está contida em um relatório divulgado em 2016 que analisou a situação de três mil cidades no mundo. O levantamento se concentrou na avaliação das partículas PM 2,5, que são aquelas cujo tamanho chega até 2,5 micrômetros e podem ser encontradas em nevoeiros e na fumaça. Para a OMS, uma cidade somente pode afirmar que tem um ar limpo quando apresenta uma média de, no máximo, 10 microgramas de PM 2,5 por metro cúbico – no caso de São Paulo, a taxa encontrada foi de 19 microgramas de PM 2,5 por metro cúbico.

Respirar o ar carregado de poluentes pode trazer problemas sérios de saúde. E a situação tende a se agravar porque o principal causador da poluição do ar na cidade é a frota urbana de veículos: somente no primeiro semestre de 2017, entre os meses de janeiro e junho, o Departamento Estadual de Trânsito de São Paulo (Detran) realizou a lacração de 110.191 veículos novos, entre leves, ônibus, caminhões e reboques. Para a execução de políticas públicas destinadas a solucionar ou ao menos minimizar o problema, é preciso conhecer o cenário das grandes cidades, e um projeto em execução pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) pode auxiliar no mapeamento de regiões onde exista maior probabilidade de ocorrência de problemas com concentração de poluentes e, consequentemente, de prejuízos à qualidade do ar na capital paulista.

O projeto do IPT, que é feito pela Seção de Automação, Governança e Mobilidade Digital e pelo Laboratório de Recursos Hídricos e Avaliação Geoambiental, é baseado em soluções de Internet das Coisas – o conceito faz referência a qualquer equipamento (ou componente de equipamento) que possa ser considerado como um elemento potencial para ser adicionado à Internet, com capacidade para enviar informações em tempo real que serão analisadas por algoritmos criados especialmente para esta finalidade e capazes de lidar com grandes quantidades de dados.

“O conceito da Internet das Coisas aplicado em cidades inteligentes está aqui ligado à ideia de a cidade sentir o que está acontecendo e se preparar para reagir a uma situação”, explica o pesquisador Alessandro Santiago dos Santos. Um exemplo de solução para cidades inteleigente pode ser visto em Boston, nos EUA, que colocou em operação nesta década a questão de monitoramento de lixo urbano em contêineres controlados remotamente, que enviam um sinal a uma central quando estão próximos da capacidade máxima de armazenamento; no Brasil, outro exemplo é o município de Jundiaí, onde sensores foram instalados em 2012 para melhorar o controle semafórico. A ideia era permitir que os faróis, em alguns cruzamentos, executassem uma adaptação automática e em tempo real dos tempos de verde e vermelho de acordo com a demanda de veículos nas vias.

Em termos técnicos, o projeto do IPT envolve a instalação em veículos de sensores que coletam amostras de ar e fazem medições das concentrações de CO, ozônio e NO2, além de dados sobre temperatura, pressão e umidade. Um GPS é também instalado para informar o posicionamento do veículo. Estes dispositivos, que recebem a denominação de nó sensor, ficam instalados no topo do veículo – eles são autônomos e equipados com capacidades de sensoriamento do ambiente, processamento de informações e comunicação para que sejam descarregadas as informações coletadas.

Resultados dos mapeamentos feitos na Avenida Paulista - valores de monóxido de carbono (CO)

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Mapa de qualidade do ar no dia 27 de agosto de 2016 (sábado, dia da 1ª carreata de veículos híbridos e elétricos)

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no dia 9 de dezembro de 2016 (sexta-feira, dia de movimento normal)

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no dia 27 de maio de 2017 (sábado, dia da 2ª carreata de veículos híbridos e elétricos)

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e finalmente no dia 28 de maio de 2017 (domingo, dia de circulação restrita a pedestres e bicicletas)

“O veículo circula e, a cada 30 segundos, os sensores fazem a coleta dos dados; no final do trajeto, as informações são enviadas para armazenamento na nuvem”, explica o pesquisador. A cobertura do sensor é de até 100 metros de raio a partir do ponto de leitura. Os sensores foram adquiridos pelo IPT no mercado, mas a montagem do kit, o encapsulamento e toda a concepção do software e da arquitetura foram feitos pelo IPT.

As informações são então transmitidas a uma base de dados no IPT para serem geoprocessadas pelo pesquisador Luiz Gustavo Faccini, do Laboratório de Recursos Hídricos e Avaliação Geoambiental. Os dados coletados são discretos, ou seja, é apenas um conjunto de pontos distribuído ao longo de uma via, que representam os locais onde houve a coleta das amostras. “É preciso então transformá-los em dados contínuos, fazendo uma interpolação para a construção do mapa”, explica Faccini.

Diferentes métodos de interpolação espacial foram avaliados e a escolha foi pela média ponderada pelo Inverso da Distância de cada ponto. Esta interpolação é baseada na primeira lei da Geografia, explica o pesquisador, ou seja, “tudo está relacionado com tudo o resto, mas coisas próximas estão mais relacionadas do que coisas distantes. Assim a interpolação pondera os valores das medições atribuindo maior ou menor peso de acordo com a proximidade". É feito um cruzamento dos resultados com a base de ruas ou com imagens da cidade para a montagem do mapa – "para cada dado coletado, é criado um mapa”, completa ele.

Avenida Paulista – Sete mapeamentos de poluição do ar na Avenida Paulista foram feitos em 2016 e 2017: no ano passado, a equipe do IPT instrumentou um ônibus elétrico, no dia 27 de agosto, durante a 1ª carreata de veículos híbridos e elétricos, organizada pela Associação Brasileira do Veículo Elétrico (ABVE), e um veículo de passeio, que circulou em uma sexta-feira de movimento normal e em um sábado.

Este ano, um caminhão elétrico de coleta de lixo foi instrumentado para coleta de amostras em 27 de maio, quando aconteceu a 2ª carreata de veículos híbridos e elétricos, e também dois veículos de passeio (com circulação em dias de tráfego normal) e uma bicicleta em um domingo, dia de fechamento da via para carros e aberta apenas para pedestres e ciclistas. “É importante ressaltar que não existe diferença na instrumentação de uma bicicleta, ônibus ou veículo de passeio, porque todos estão no meio da via”, diz Santos. O principal cuidado, explica ele, está na hora de instalação do sensor nos veículos, porque é necessário manter uma determinada distância dos escapamentos, por conta dos motores a combustão – caso contrário, isso poderia afetar a coleta dos dados.

O geoprocessamento feito no IPT mostra as camadas cartográficas com as representações das concentrações dos poluentes, com base nas informações coletadas pelos sensores. “A inteligência está em todo o circuito: desde a construção do protótipo que fica no topo do veículo até a forma da inteligência embarcada no próprio dispositivo e como os dados são transmitidos, assim como a metodologia de interpretação dos dados e a apresentação dos mapas”, resume Santos.

Os pesquisadores lançaram mão do padrão de código de cores da Cetesb que é usado, por exemplo, nos relógios instalados nas vias públicas de São Paulo para indicar a qualidade do ar – dependendo do índice obtido, o ar recebe uma qualificação, como se fosse uma ‘nota’: Boa (Verde), Moderada (Amarelo), Ruim (Rosa), Muito Ruim (Vermelho) e Péssima (Vinho).

Executar um projeto como este pode auxiliar uma localidade a ter noção da poluição em uma região, um trabalho complementar ao executado pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), que é o órgão oficial que faz o monitoramento contínuo com estações fixas. “No entanto, a abrangência que hoje existe da coleta da qualidade do ar é muito pequena frente às necessidades das cidades”, completa ele, lembrando que a Região Metropolitana de São Paulo é ainda uma área privilegiada por contar com o maior número de pontos de coleta de ar dentro da rede automática de monitoramento (17 instalados na cidade de São Paulo, e mais 13 em municípios da região).

Santos chama a atenção para o fato de os mapeamentos do projeto feito no IPT apresentarem um raio-X de um determinado momento – isso significa que dados coletados em intervalos diferentes, por exemplo, podem indicar cenários distintos. Segundo ele, a montagem de um quadro dentro dos princípios técnicos demandaria um monitoramento contínuo nos mesmos moldes de Cetesb, ou seja, 24 horas por dia nos sete dias da semana. “Não é possível indicar, a partir destes mapas momentâneos, a realidade de uma determinada região. Nossa ideia é ter um número maior de pontos que darão uma visão em microescala, em regiões que não são plenamente cobertas pelas estações”, finaliza ele.

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