ruido ambiental

Herramienta para la visualización gráfica de grandes paquetes de información en el marco del monitoreo de ruido ambiental

J.D. Parraa & V.H. Lobob

a Departamento Ruido, Lumínica y Olores, Ministerio del Medio Ambiente, JParra@mma.gob.cl b Departamento Ruido, Lumínica y Olores, Ministerio del Medio Ambiente, VLobos@mma.gob.cl

Abstract— Con el fin de generar antecedentes para la toma de decisiones en la gestión del control del ruido ambiental, es necesario caracterizar, interpretar y comprender el fenómeno que se quiere analizar. En este sentido, una red de monitoreo de ruido produce grandes paquetes de información que van siendo generados de manera continua, para cada una de las estaciones que componen la red. Estos paquetes de información requieren, en primera instancia, de una comprensión general pero a la vez especifica que permita reconocer patrones en cuanto a la magnitud, tendencia y variación temporal de los niveles de ruido medidos. Así como también poder reconocer aquellos eventos discretos y ajenos al comportamiento habitual del ambiente acústico que se representa en los niveles de ruido medidos en la localización de cada estación. Esto revela la necesidad de contar con herramientas gráficas que permitan visualizar de forma global una gran cantidad de datos de niveles de ruido, con el fin de entregar al visualizador una primera aproximación del total de información, de manera sintetizada y rápida, que permita una comprensión suficiente y efectiva del proyecto. Este trabajo busca desarrollar una herramienta para la visualización de grandes paquetes de información acústica, con el fin de obtener una visión acertada del ruido ambiental en distintos lugares a partir de una red de monitoreo de ruido.

Keywords—palabras claves; monitoreo de ruido ambiental; acústica ambiental; visualización de datos.

1. INTRODUCCIÓN

La contaminación acústica es uno de los principales tipos de contaminación en ciudades alrededor del mundo, siendo responsable de numerosos efectos negativos dañinos para la salud y bienestar de las personas, y nuestro entorno ambiental [1]. Los altos niveles de ruido, combinados con la creciente aspiración de las personas por tener ciudades sostenibles, agradables y respetuosas con el medio ambiente, han convertido rápidamente al ruido en una molestia de primer orden, que se debe caracterizar y controlar [2]. Es así como la caracterización y control del ruido ambiental se encuentran hoy entre las principales preocupaciones de los especialistas, por propender a ciudades sostenibles [3-4]. En Chile, a partir de los antecedentes generados por el Ministerio del Medio Ambiente [5], se establece que 2.000.000 de personas, correspondientes a población urbana del Gran Santiago, se encuentran potencialmente expuestas a niveles inaceptables durante el día y 1.400.000 personas están potencialmente expuestas a niveles inaceptables durante la noche. En relación a lo anterior, un 3.7% de las enfermedades isquémicas del corazón (tipo más común de enfermedad cardiaca), son atribuibles a la exposición a elevados niveles de ruido, generados por el tránsito vehicular. Así también, el porcentaje de personas con alta perturbación del sueño en el Gran Santiago es el 6% del total de la población, lo que equivale aproximadamente a 400.000 personas. De esta forma, surge la necesidad de fortalecer la caracterización y comprensión del comportamiento temporal y espacial del ruido ambiental, para así optimizar el control de la exposición de la población a este contaminante. De esta forma, el monitoreo continuo de ruido, se configura como una de las herramientas más importantes para el levantamiento de antecedentes detallados sobre ruido ambiental. Una red de monitoreo de ruido es un sistema de medición en puntos estratégicos y representativos de una ciudad, conformada por estaciones de medición de niveles de ruido propios del entorno sonoro en el cual se encuentran. Podemos decir que una red de monitoreo de ruido se conforma como el sentido de audición de una ciudad, a través de la cual se puede “escuchar”, entender y tomar decisiones.

Este ejercicio cuenta con complejidades importantes, dentro de las cuales se encuentra el manejo de los grandes paquetes de información que se generan y su forma de visualización. Mientras mayor sea el periodo de medición, mayor será la cantidad de información que se debe procesar. Así también, mientras mayor sea la resolución de información (menor tiempo de muestreo, por ejemplo, descriptores de 1 minuto) mayor aún será la cantidad de datos que se deben manejar y desplegar.

En este sentido, se requiere una herramienta para visualizar de manera sintetizada y rápida la totalidad de información, que permita una comprensión suficiente y efectiva de los distintos lugares donde se localiza una estación de medición. Con esto se espera que, por ejemplo, personas ajenas al lenguaje técnico acústico, puedan obtener en una presentación breve, una visión acertada del comportamiento del ruido ambiental a partir de una red de monitoreo de ruido.

2. MONITOREO DEL RUIDO AMBIENTAL EN CHILE

El Ministerio del Medio Ambiente cuenta con una Red de Monitoreo de Ruido Ambiental desde el año 2018, con la instalación de 7 estaciones de medición de ruido ambiental en el Gran Santiago. La ubicación de cada estación se relaciona principalmente con la vía o calle que enfrenta, su cantidad y tipo de vehículos. El objetivo general de esta Red es generar antecedentes que permitan un mejor diseño y evaluación de las políticas públicas respecto al control del ruido ambiental.

En lo específico la red de monitoreo tiene los siguientes objetivos:

● Identificar la reducción de ruido asociada al recambio de buses de locomoción colectiva y la incorporación de buses eléctricos. ● Evaluar la efectividad de las normas de emisión de ruido vigentes para fuentes móviles: para buses de locomoción colectiva y para vehículos livianos, medianos y motocicletas. ● Generar información para diseñar y elaborar una Norma

Primaria de Calidad de Ruido Ambiental. Desde agosto de 2020, la Red de Monitoreo de Ruido Ambiental se ha ampliado a 10 estaciones de medición en el Gran Santiago1 .

Fig. 1: A la izquierda la distribución inicial (2018-2019) y a la derecha la actual (2020) de la red de monitoreo de ruido ambiental del Ministerio del Medio Ambiente, en la ciudad de Santiago.

3. CRITERIO DE DISEÑO DE LA HERRAMIENTA DE VISUALIZACIÓN GRÁFICA

La visualización de la información de una red de monitoreo continuo de ruido ambiental reviste gran importancia, particularmente cuando se busca tomar decisiones para el desarrollo de políticas públicas al respecto. En este contexto, la visualización de la información de niveles de ruido ambiental debe contar con criterios que permitan un claro entendimiento del comportamiento del fenómeno para la toma de decisiones.

Por otro lado, la información generada a partir de una red de monitoreo de ruido ambiental, generalmente presenta los siguientes paquetes de datos:

● Niveles de ruido equivalentes por minuto (LA-min). para diferentes descriptores (L10, L90, Lmáx, Leq, etc.). ● Espectro sonoro para cada minuto de medición. ● Niveles de ruido equivalentes por hora (LAeq-h). ● Niveles de ruido equivalentes para el periodo diurno (Ld) y para el periodo nocturno (Ln). Archivos de audio.

Como se aprecia, la cantidad de información que entrega una red de monitoreo continuo de ruido ambiental puede ser muy extensa. No obstante, existe información, por ejemplo, los niveles equivalentes día y noche (Ld y Ln), que por su resolución podría no ser suficiente para identificar eventos puntuales que generan gran aporte al nivel promedio resultante para cada periodo horario.

Aun cuando pudiera ser interesante ver la dinámica de una hora minuto a minuto, el descriptor presenta demasiada resolución para abarcar, desde una vista rápida, la información en su totalidad y más aun su comprensión. Por otro lado, el mostrar el espectro sonoro de una muestra o un grupo de ellas, ciertamente presentará complejidades de comprensión para un visualizador que carezca de conocimientos técnicos en acústica. Así, este tipo de información no se considera adecuada para una representación sintetizada de la información.

El descriptor de ruido nivel equivalente hora (LAeq-h) permite ponderar la información contenida en una hora de medición, incluyendo los eventos sonoros anómalos que en ella se generen, entregando a su vez una comprensión del ciclo diario de medición y, por ende, de la construcción acústica de los niveles equivalentes día y noche (Ld y Ln). En este sentido, buscando un equilibrio entre la cantidad de información y resolución de la misma, para el diseño de la herramienta se utilizará el descriptor de ruido nivel equivalente hora (LAeq-h).

Por otro lado, para el diseño de la herramienta es necesario considerar la ventana de información que se buscará representar. Con la finalidad de lograr un despliegue de información suficiente para entender el comportamiento sonoro de un determinado entorno, se considera que un periodo de un año calendario permitirá representar la diversidad de actividades presentes en dicha ventana de información, desde los periodos estivales hasta días festivos o eventos específicos que forman parte de las dinámicas sociales del entorno de monitoreo de ruido. No obstante, la herramienta permitirá realizar un acercamiento a un mes de medición, por ejemplo, con el fin de aumentar la resolución de la visualización para identificar eventos sonoros que marquen presencia en la distribución anual.

4. HERRAMIENTA PARA LA VISUALIZACIÓN GRÁFICA DE GRANDES PAQUETES DE INFORMACIÓN DE RUIDO AMBIENTAL

La herramienta presentada en este documento se desarrolla a partir de los archivos madre del monitoreo continuo de ruido ambiental, en formato .csv. Dichos archivos son extraídos desde el servidor de origen de registro de datos, en donde se despliega el nivel equivalente hora de cada día de medición. Luego, mediante un código simple desarrollado en Matlab para el procesamiento de estos datos, la información es extraída desde los archivos .csv a un archivo .xls, en donde cada día es tabulado con su marca horaria. De esta forma, el archivo se prepara un nuevo código de procesamiento de datos, para representar gráficamente la información.

La preparación del paquete de datos consiste en verificar la correcta tabulación de los mismos según las marcas horarias y eliminar los ceros que se presentan en algunos casos. Dichos ceros son reemplazados por el promedio energético de los días anterior y posterior, del nivel equivalente hora correspondiente al mismo periodo de medición. Una vez preparado el archivo, se trabaja directamente en un código de procesamiento Matlab, con el comando contourf se representan los niveles de ruido equivalentes hora en una gráfica de superficie. El código de procesamiento permite caracterizar la figura con las etiquetas de datos correspondientes a los días y horas, haciendo referencia a la hoja de ruta del archivo .xls. Para representar un número mayor de estaciones, se agrupan los vectores generados en un solo gráfico, con la misma escala.

Fig. 2: Sistema de gráficos para la representación anual de una red de monitoreo de ruido ambiental (Red de Monitoreo de Ruido Ambiental 2018-2019, MMA).

De igual forma, los datos pueden ser presentados singularmente, lo cual permite un acercamiento y comprensión de la dinámica de ruido de cada estación, como se presenta a continuación.

Fig. 3: Representación anual de los niveles equivalentes hora de una estación de monitoreo (Estación Maipú, Red de Monitoreo de Ruido Ambiental 2018-2019, MMA).

Adicionalmente, la disposición de los datos permite un acercamiento a cada mes de medición. Considerando el descriptor seleccionado para la visualización del dato, es posible tener un entendimiento más preciso del mes que se desea consultar, particularmente si existen eventos asociados que resalten de la dinámica usual del entorno sonoro, como fue el caso de las manifestaciones y el toque de queda establecido a partir del estallido social en Octubre de 2019.

Fig. 4: Representación mensual de los niveles equivalentes hora de una estación de monitoreo (Estación Alameda, Red de Monitoreo de Ruido Ambiental 2018-2019, MMA).

Finalmente es posible, mediante el comando surf en Matlab, lograr una visualización más atractiva de la información, por ejemplo, de manera tridimensional, lo cual permite identificar con mayor claridad las dinámicas de ruido que se presentan en el periodo que se está mostrando. Inclusive la herramienta permite generar un video rotacional de la superficie generada, con la finalidad de visualizar desde diferentes perspectivas la dinámica del periodo de medición, en este caso, un mes. Dicho video es posible de generar y almacenar con el siguiente script:

fps = 15; sec = 2; vidObj = VideoWriter('estación_alameda.avi'); vidObj.Quality = 75; vidObj.FrameRate = fps; open(vidObj); for i=1:360 camorbit(1,0,'data') writeVideo(vidObj,getframe(gcf));

end clse(vidObj); Una comprensión rápida del fenómeno del ruido ambiental será mínima o acabada dependiendo de la forma de visualización gráfica de la información que se dispone, sobre todo cuando es una gran cantidad de información. Esto porque es necesario caracterizar la situación con una adecuada y detallada resolución temporal, por ejemplo, en horas, días y meses de mayor y menor nivel de ruido presentes en un determinado sector.

Sin duda, la utilización de adecuadas herramientas graficas que posibiliten la visualización y comprensión simple de fenómenos complejos dado el detalle de su caracterización y dinámicas intrínsecas, predecibles e impredecibles, como lo son en este caso los niveles de ruido ambiental presentes en una ciudad, abre un espacio de conocimiento sobre este fenómeno que permitirá acercar a la ciudadanía a entender mejor su convivencia con este contaminante.

REFERENCIAS

[1] Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June 2002 relating to the assessment and management of environmental noise (END). Brussels, the European Parliament and the Council of the European Union, 2002. [2] WHO. World health Organization. Burden of disease from environmental noise. Quantification of healthy life years lost in Europe. ISBN: 978 92 890 0229 5. 2011. 126p. [3] Mohammadi, 2009. An Investigation of Community Respond to Urban Traffic Noise. J Environment Health Science, 2, 137 . [4] Zannin, P.H.T., Engel, M.S., Fiedler, P.E.K., Bunn, F., 2013. Characterization of Environmental Noise Based on Noise Measurements, Noise Mapping and Interviews: a Case Study [5] MMA, 2016. Ministerio del Medio Ambiente (MMA). Actualización del mapa de ruido del Gran Santiago. Ficha de Licitación N°608897-160LP15

Fig. 5: Representación mensual de los niveles equivalentes hora de una estación de monitoreo (Estación Pedro de Valdivia, Red de Monitoreo de Ruido Ambiental 2018-2019, MMA).

Uno de los desafíos para consolidar la implementación de esta herramienta consiste en la validación de la misma, optimizando cada una de sus etapas de cálculo y metodologías de despliegue de información en una plataforma sintetizada que permita que el usuario pueda interactuar con el paquete de datos.