El sistema experto MHS para la conservación preventiva del patrimonio cultural

Comunicación presentada al II Congreso Edificios Inteligentes:

Autores

• Juan Carlos Prieto Vielba, Director General, FSMLRPH
• Jesús Castillo Oli, Director del Departamento de Conservación del Patrimonio, FSMLRPH
• Marian Chiriac, Responsable de I+D, FSMLRPH
• Daniel Basulto García-Risco, Arquitecto del Departamento de Conservación del Patrimonio, FSMLRPH
• Mario Tena Marín, Ingeniero del Departamento de Conservación del Patrimonio, FSMLRPH

Resumen

El sistema experto MHS se ha desarrollado para la gestión inteligente, dinámica y adaptada del patrimonio histórico, y viene siendo implementado y testado, desde el año 2005, por la Fundación Santa María la Real del Patrimonio Histórico. El sistema permite registrar, controlar, evaluar y analizar los parámetros decisivos en la conservación del patrimonio cultural, enfocado a la toma de decisiones, con el objetivo de optimizar los planes de conservación preventiva, y asegurar la sostenibilidad y eficiencia en la gestión.

Introducción

El proceso de degradación de los bienes culturales es continuo e irremediable, necesitando de constantes acciones de conservación e intervenciones que recuperen su condición y prorroguen su ciclo de vida útil.

Las políticas de conservación preventiva (I.P.C.E., 2011), basadas en la sostenibilidad y la eficiencia, priman las acciones de conservación en el ámbito del mantenimiento preventivo, e incluso predictivo, en contraposición con una gestión tradicional que normalmente actúa, con carácter de urgencia, una vez detectado un deterioro relevante, primando además criterios subjetivos según el técnico que analice el bien cultural. La conservación preventiva, desde un punto de vista cualitativo, debe aplicar un mantenimiento constante para evitar, o ralentizar, en lo posible la degradación propia del paso del tiempo y prevenir daños irreversibles.

No obstante, el ingente volumen de bienes culturales desborda las capacidades de gestión de los diferentes actores responsables de su conservación. Resulta pues perentorio cambiar el modelo de actuación y tener la capacidad de adelantarse al deterioro, conociendo la información precisa para evaluar la situación de cada edificio o bien mueble, en todo momento, y hacerlo de manera sostenible, desde un punto de vista económico, ambiental y social, con un mínimo de recursos. La viabilidad operativa para satisfacer esta necesidad se supedita inexorablemente a una automatización del proceso y a la aplicación de nuevas tecnologías.

El reto, a nivel técnico y económico, reside en la obligatoriedad de mantener este legado patrimonial en las mejores condiciones y, a su vez, rentabilizar las inversiones. Esta rentabilidad obedece directamente a criterios de sostenibilidad en materia de conservación del patrimonio y a su posterior explotación, directa o indirecta.

El desarrollo del sistema experto Monitoring Heritage System, en adelante MHS, realizado por la Fundación Santa María la Real del Patrimonio Histórico, en adelante FSMLRPH, es una consecuencia directa de la necesidad práctica de gestionar y proteger los bienes patrimoniales. A lo largo de más de 20 años de actividad en el campo de la conservación y restauración del patrimonio, la FSMLRPH ha detectado la necesidad de desarrollar un equipamiento funcional adecuado a las necesidades específicas del patrimonio, modulable, fácil de instalar y mantener, con un consumo mínimo, invisible para el visitante y al mismo tiempo económico, que permita priorizar unas acciones sobre otras, en base a criterios técnicos y una toma de datos. Como resultado podemos ejercer una toma de decisiones objetiva, fundada en los principios de la conservación preventiva, y con base en la eficiencia y sostenibilidad de los bienes patrimoniales.

Tradicionalmente la gestión del patrimonio cultural ha tendido a considerar los bienes culturales de forma individualizada, sin dar el valor que le corresponde a su entorno y a los agentes que interactúan con el bien. El sistema experto MHS permite el tratamiento común de un gran número de bienes culturales, de forma remota, gestionando un territorio y los elementos en él contenidos.

Descripción del sistema experto MHS

Se considera el MHS como un sistema experto, capaz de emular el razonamiento de un experto en el ámbito patrimonial. La base de conocimientos de este sistema, junto con aplicaciones relativas a la inteligencia artificial, le permite imitar el razonamiento humano para resolver distintos problemas, recogiendo y almacenando los datos referentes al llamado conocimiento declarativo (hechos y situaciones sobre un determinado objeto), y el conocimiento de control (información sobre el seguimiento de una acción).

Este sistema ha sido desarrollado como herramienta de control de parámetros ambientales, estructurales, de gestión de uso, y de seguridad en patrimonio, tanto mueble como inmueble, con un doble objetivo: por un lado implementar una metodología de conservación preventiva de los bienes patrimoniales y por otro,  generar un sistema y una infraestructura que permita una gestión integral de forma sostenible.

Actualmente el sistema experto MHS se encuentra en una fase avanzada de desarrollo (Chiriac et. al, 2014), por lo que satisface en gran medida los requerimientos que pueden esperarse de un sistema de este tipo. El sistema recoge y almacena los datos referentes al conocimiento declarativo y de control, y tiene implementados algoritmos que imitan el razonamiento deductivo humano, permitiendo extraer conclusiones y recomendaciones. Asimismo, dispone de actuadores integrados que reciben la información del sistema y actúan en consecuencia, permitiendo resolver algunas situaciones sencillas de modo automático. No obstante, el desarrollo de un sistema experto es un proceso largo y complejo, en el cuál siempre se pueden presentar nuevos campos de la técnica que requieran ser implementados, asimismo, los umbrales óptimos, recomendaciones, y estimación de vida útil, son campos que requieren de una actualización constante de los valores de sus parámetros, permitiendo el ajuste en el procesado de la información y la corrección, a medio plazo, de los propios modelos que ejercen de maestros.

Equipamiento y funcionamiento

El sistema se compone tanto de una parte física o hardware (Chiriac et. al, 2013), que incluye el equipamiento necesario para la medición, recepción, transmisión y almacenamiento de datos, como de aplicaciones informáticas, o paquete software que, principalmente, realizan tareas de interpretación y gestión de la información.

El sistema experto MHS comprende los siguientes elementos:

• Un Centro de control inteligente que procesa toda la información recibida desde los edificios patrimoniales bajo supervisión de un técnico especialista. Aquí reside el servidor que engloba una base de datos MySQL, donde se almacena el histórico de datos procedentes de los sensores de todos los edificios monitorizados.
• Una plataforma local de recolección y almacenamiento de datos provenientes de la infraestructura de sensores, cuya función es gestionar todo lo relativo a los sensores, su estado, la recepción de medidas originadas en los sensores, el envío de “comandos” u órdenes a los actuadores, el almacenamiento e indexación de las mediciones en bases de datos estructuradas específicas, y la implementación de mecanismos de notificación a las aplicaciones que se suscriban a eventos o sensores concretos.La infraestructura de sensores de cada edificio histórico, recopila medidas en tiempo real de parámetros con distintas magnitudes físicas, químicas, mecánicas, de seguridad o de uso. Cada sensor está conectado a un nodo local que envía los datos periódicamente al nodo central mediante tecnología ZigBee.

Todos los nodos locales MHS han sido diseñados y optimizados por la FSMLRPH basando su desarrollo en el uso de un circuito mínimo, optimizado para las necesidades del entorno patrimonial.

El nodo central de cada edificio histórico recopila toda la información recibida por los sensores inalámbricos. A su vez, los nodos centrales de todos los edificios estarán conectados a través de la infraestructura disponible con el Centro de control inteligente.

Actualmente la transmisión de los datos se realiza a través de los nodos locales, que recogen la información de los sensores y la envían al nodo coordinador de manera directa o por medio de un nodo intermedio, configurado como router y alimentado por la red eléctrica. Los datos recibidos por el coordinador son interpretados por medio de una aplicación software, que los almacena en una BBDD o fichero de texto y los envía al Centro de control por medio de internet, M2M o SMS, según las peculiaridades de cada escenario.

Un conjunto de interfaces de usuario con las cuales se puede acceder y configurar los distintos componentes, así como recibir toda la información reportada por el sistema. El acceso a los datos generados y guardados en la BBDD puede ser realizado a través de un navegador web, o mediante un acceso local en una aplicación desarrollada a tal efecto. Ambas interfaces permiten la generación de gráficos a partir de los datos provenientes de una consulta, la exportación de los datos a un formato editable, así como la generación de informes automatizados, cuyo aspecto es configurable y personalizado, y que ofrecen información sobre los análisis de datos realizados y sus recomendaciones.

A partir de 2014, como plataforma de almacenamiento de datos, previa al Centro de control, el sistema utiliza, en base al partenariado existente entre la FSMRPH y Telefónica, la plataforma IoT, desarrollada por Telefónica (www.movilforum.com). Para el proceso de transmisión de los datos el sistema experto MHS emplea la plataforma Smart M2M Solution, desarrollada también por Telefónica y permite a FSMLRPH la conexión, gestión y control de las comunicaciones M2M a nivel de operador.

Sistema multiplataforma

El sistema experto MHS ha sido creado como una plataforma flexible que permite la integración con otros tipos de plataformas (IoT, Smart M2M, Hydra, etc.) que podemos encontrarnos actualmente, lo que facilita su interacción e integración con las Smart City. La plataforma cuenta con una arquitectura de hardware que permite ser modificada para su adaptación a las distintas necesidades prácticas, y con una estructura de software que puede cruzarse e integrarse con otras plataformas con un simple retoque en el código fuente MHS. Además facilita la adaptación al sistema de diversos servicios y dispositivos procedentes de otras plataformas, como es el caso de los dispositivos de Bean Air, National Instruments, etc. o servicios de BIM o Cloud. Esta versatilidad es un aspecto imprescindible ante la compleja realidad que presenta la variedad de plataformas y sistemas existentes para la gestión conjunta de grandes volúmenes de información, cuyos datos presentan características propias, diferente procedencia, formato, uso, escala, etc.

El sistema experto MHS como herramienta de gestión integral para Smart Heritage

Se define el concepto de Smart City como una estrategia de gestión y desarrollo urbano sostenible, donde se dispone un ecosistema de innovación apoyado en la tecnología, la información y la colaboración y un ecosistema de servicios apoyados en una infraestructura de información. Esta información, que está disponible de forma muy heterogénea inicialmente, crece de forma exponencial, y de su gestión parte la base para el desarrollo de una Smart City. La gestión de la información facilita la coordinación administrativa, el desarrollo sostenible y la gestión eficiente de los recursos, así como la transparencia en la gestión y la cercanía al ciudadano. Esta capacidad de gestión de datos presta soporte a la toma de decisiones, permitiendo una respuesta rápida y objetiva.

Las ciudades poseen una serie de elementos que las conforman, desde la población que reside en ellas, hasta los servicios que presta, la industria que genera recursos y empleo, las instituciones, etc. A pesar de las variaciones o diferencias aparentes que puedan existir, estos elementos son comunes a todos los núcleos urbanos siendo, entre todos ellos, el patrimonio cultural el elemento que diferencia y señala a una ciudad como única. La identidad de la ciudad viene determinada por su historia y queda reflejada en su patrimonio cultural, fruto de la misma. Por ello entendemos que éste debe ser una parte fundamental de la estrategia municipal y constituirse en pieza imprescindible de los proyectos de Smart City en desarrollo.

Por tanto se plantea modificar el paradigma de las Smart City en su relación con el patrimonio cultural. Un proyecto Smart City contempla la ciudad como un único conjunto en el que desarrollar una gestión integral y relacionada entre todos sus componentes, con el objetivo de optimizar su funcionamiento. De este modo cada elemento de la ciudad, según sus características, queda comprendido en una de las diferentes capas que conforman la Smart City (gestión de tráfico, de visitantes, etc.), siendo uno de esos elementos el patrimonio cultural.

No obstante, el concepto de patrimonio cultural no queda completo sin contemplar su contexto (López et. al, 2012), y para ello requiere una visión más amplia que el de la ciudad inteligente, necesita implementar un territorio inteligente que dé cabida a todos los condicionantes que permiten optimizar la gestión del patrimonio cultural. Esto evidencia el tratamiento distintivo que requiere, pues necesita de una gestión, enmarcada en una estrategia territorial, en la que el patrimonio pueda ocupar su nivel correspondiente dentro de cada Smart City y, al mismo tiempo formar parte de una estructura territorial común.

La directiva europea Infrastructure for Spatial Information in Europe (U.E., 2007) establece las reglas generales para una infraestructura de información espacial en la comunidad europea, que exige la armonización de datos e interoperabilidad de los distintos sistemas. Dar respuesta a estas cuestiones y adaptarlas al patrimonio cultural, requiere una herramienta de gestión muy flexible, que contemple las singularidades que este presenta en cada conjunto urbano, y con una estructura definida que permita su integración en cada Smart City y su gestión conjunta, lo que permitirá establecer correlaciones entre los distintos escenarios, y plantear estrategias comunes de conservación preventiva, gestión de usuarios e itinerarios, consumo energético, reservas en la hostelería, número de pernoctaciones, etc. Se trata, por tanto, de un planteamiento innovador, un nuevo concepto, definido como Smart Heritage.

Una estrategia de gestión de la información debe interconectar la información de diferentes escalas (territorio, ciudad, distrito, edificio, elemento), ámbitos y temáticas. Una vez obtenida la información es necesario gestionarla para convertirla en conocimiento. Para ello se canaliza cada capa de información y se concreta en distintas acciones. Estas acciones repercutirán en los servicios (transporte, eficiencia energética, hostelería, etc.), en las personas (turismo y residentes, gestión de reservas, visitas programadas, etc.) y en el patrimonio (mantenimiento preventivo, gestión eficiente del inmueble, etc.).

Uno de los objetivos fundamentales de esta estrategia debe ser el conocimiento del balance económico de cada uno de los bienes patrimoniales, en cada momento, en función del mantenimiento, gestión e inversiones realizadas, de modo que pueda dar soporte a la toma de decisiones.

Una plataforma única representa un ahorro de costes muy importante, porque se comparte la tecnología y el desarrollo frente a distintas soluciones que pretendan resolver el mismo problema, además esta red conlleva la ventaja del conocimiento compartido, lo que supone un avance técnico, y de la información disponible, que mejora el conocimiento y la comprensión del patrimonio cultural y su entorno. La plataforma es ampliable puesto que el modelo se puede replicar y escalar.

La plataforma Smart Heritage, cuyo motor es el sistema experto MHS (Chiriac et. al, 2010), se desarrolla en base a seis ejes de trabajo, necesarios para su correcto desempeño:

• Consultoría y análisis para conocer qué elementos van a formar parte del sistema.
• Infraestructura tecnológica para la ciudad, para la obtención de datos y conocer el pulso de la ciudad.
• Soluciones software y tratamiento de datos, para transformar la información en conocimiento.
• Aplicaciones para los residentes y visitantes, de modo que las personas puedan verse beneficiadas directamente por la plataforma.
• Educación de los usuarios y difusión, para garantizar que el proyecto llegue a todos los ciudadanos.
• Control y auditoría, manteniendo el sistema para que siga desarrollando correctamente sus funciones, garantizando así su durabilidad.

El objetivo final de la plataforma Smart Heritage es la sostenibilidad, desde tres enfoques diferentes, el económico, el social y el ambiental.

Conclusiones

Más allá de restringir el proyecto a un mero sistema de monitorización del patrimonio enfocado a la conservación preventiva, se pretende desarrollar las posibilidades de la estructura técnica planteada en el sistema experto MHS como potente, eficaz y completa herramienta de gestión integral del patrimonio cultural. De este modo se dota de conocimiento al sistema de monitorización, permitiendo su desarrollo como un sistema experto, que contiene el conocimiento como base en sus algoritmos, e interactúa con los usuarios y, más allá de ser un sencillo suministrador de datos, los analiza, ofrece recomendaciones e interactúa con otros elementos para ejecutar acciones sencillas enfocadas a la sostenibilidad económica, social y ambiental.

La integración del patrimonio en el contexto de una ciudad inteligente se realiza a través de la plataforma Smart Heritage, cuyo motor se basa en el sistema experto MHS. La funcionalidad del sistema viene determinada por la ventaja de operar de manera centralizada en torno a tres campos de actuación para una eficaz y eficiente gestión del patrimonio: conocimiento, conservación y uso. La información útil recopilada por el sistema, su enfoque holístico, en integración con el resto de disciplinas y procesos, facilita sustancialmente la toma de decisiones objetiva por parte de técnicos e instituciones, con un control económico horizontal.

Referencias

• Chiriac, M., Prieto, J.C. & Castillo, J., 2010, El Sistema MHS un modelo sostenible del Patrimonio, VII International AR&PA, Valladolid.
• Chiriac, M., Basulto, D., López, E., Prieto, J.C., Castillo, J. & Collado, A., 2013, The MHS system as an active tool for the preventive conservation of cultural heritage, International Congress «Science and Technology for the Conservation of Cultural Heritage», Santiago de Compostela.
• Chiriac, M., Basulto, D. & Prieto, J.C., 2014, Development and Implementation of the MHS Algorithm for the Preventive Conservation of Heritage Monuments, II International Congress «Science and Technology for the Conservation of Cultural Heritage», Sevilla.
• I.P.C.E., 2011, Plan Nacional de Conservación Preventiva, Instituto del Patrimonio Cultural de España, Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, Madrid.
• López, E., Chiriac, M., Basulto, D., Prieto, J.C. & Castillo, J., 2012, Desarrollo e innovación en los sistemas de gestión del patrimonio. MHS (Monitoring Heritage System) sistema de monitorización del patrimonio como herramienta de gestión integral, VIII International AR&PA, Valladolid.
• U.E., 2007, Directiva 2007/2/CE del 14 de marzo de 2007 por la que se establece una infraestructura de información especial en la Comunidad Europea (Inspire), Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea, Diario Oficial de la Unión Europea, Bruselas.
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