USO DE LÓGICA DIFUSA PARA LA
DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE CALIDAD

DEL AIRE EN LA CIUDAD DE MÉXICO

MEDIANTE INFERENCIA MAMDANI

USE OF FUZZY LOGIC TO DETERMINE THE AIR QUALITY

INDEX IN MEXICO CITY USING MAMDANI INFERENCE

Wendy Bonilla Leyva

Universidad Autónoma del Estado de México

Dora María Calderón Nepamuceno

Universidad Autónoma del Estado de México

Dra. Patricia Delgadillo Gómez

Universidad Autónoma del Estado de México

Dra. Carmen Liliana Rodríguez Paez

Universidad Autónoma del Estado de México
pág. 556
DOI:
https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24035
Uso de lógica difusa para la determinación del índice de calidad del aire en
la Ciudad de México mediante inferencia Mamdani

Wendy Bonilla Leyva
1
wendy080599@gmail.com

https://orcid.org/
0009-0006-3592-837X
Universidad Autónoma del Estado de México

México

Dora María Calderón Nepamuceno

dmcalderonn@uaemex.mx

https://orcid.org/
0000-0002-4296-4049
Universidad Autónoma del Estado de México

Pais México

Dra. Patricia Delgadillo Gómez

pdelgadillog@uaemex.mx

https://orcid.org/
0000-0001-7871-4925
Universidad Autónoma del Estado de México

México

Dra. Carmen Liliana Rodríguez Paez

clrodriguezp@uaemex.mx

https://orcid.org/
0000-0002-3856-0797
Universidad Autónoma del Estado de México

México

RESUMEN

La evaluación de la calidad del aire en entornos urbanos representa un reto importante debido a la com-
plejidad de los contaminantes atmosféricos y su impacto en la salud pública. En la Ciudad de México,
el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (IMECA) proporciona información técnica que resulta
difícil de interpretar para la población general. En este trabajo se presenta el diseño e implementación
de un sistema basado en lógica difusa para determinar el nivel de riesgo asociado a la calidad del aire
utilizando como variables de entrada las concentraciones de ozono (O₃) y monóxido de carbono (CO).
El modelo utiliza funciones de pertenencia trapezoidales y un sistema de inferencia tipo Mamdani para
generar una clasificación lingüística del riesgo ambiental. Los resultados obtenidos muestran que el
sistema permite traducir valores cuantitativos en interpretaciones cualitativas comprensibles, facilitando
la toma de decisiones relacionadas con actividades al aire libre. Este enfoque demuestra la viabilidad de
la lógica difusa como herramienta de apoyo en sistemas inteligentes de monitoreo ambiental.

Palabras clave:
lógica difusa, calidad del aire, IMECA, Mamdani, sistemas inteligentes ambientales.
1
Autor principal
Corresponddencia:
wendy080599@gmail.com
pág. 557
Use of Fuzzy Logic to Determine the Air Quality Index in Mexico City
Using Mamdani Inference

ABSTRACT

Air quality assessment in urban environments represents a major challenge due to the complexity of

atmospheric pollutants and their impact on public health.
In Mexico City, the Metropolitan Air Quality
Index (IMECA) provides technical information that is often difficult for the general population to inter-

pret. This paper presents the design and implementation of a fuzzy logic
-based system to determine the
risk
level associated with air quality using ozone (O₃) and carbon monoxide (CO) concentrations as
input variables.
The model uses trapezoidal membership functions and a Mamdani inference system to
generate a linguistic classification of environmental risk. Results show that the system translates

quantitative values into qualitative interpretations understandable by use
rs, facilitating decision-making
regarding outdoor activities. This approach demonstrates the feasibility of fuzzy logic as a support tool

in intelligent environmental monitoring systems.

Keywords:
fuzzy logic, air quality index, Mamdani inference, intelligent systems, environmental moni-
toring.

Artículo recibido 25 abril 2026

Aceptado para publicación: 25 mayo 2026
pág. 558
1. INTRODUCCIÓN

La contaminación atmosférica constituye uno de los principales problemas ambientales en zonas met-

ropolitanas de alta densidad poblacional como la Ciudad de México. La exposición prolongada a con-

taminantes como el ozono (O₃) y el monóxido de carbono (CO)
(Molina & Molina, 2002) representa un
riesgo significativo para la salud humana, especialmente en grupos vulnerables.

Actualmente, la evaluación de la calidad del aire se realiza mediante el Índice Metropolitano de la Cal-

idad del Aire (IMECA)
(García-Reynoso et al., 2009), el cual proporciona valores cuantitativos basados
en mediciones horarias obtenidas mediante estaciones de monitoreo ambiental. Sin embargo, la inter-

pretación de estos valores suele resultar compleja para usuarios no especializados.

Ante esta problemática, la lógica difusa representa una alternativa eficiente para modelar información

incierta mediante variables lingüísticas similares al razonamiento humano. En este contexto, el presente

trabajo propone el desarrollo de un sistema basa
do en inferencia difusa tipo Mamdani para determinar
el nivel de riesgo asociado a la calidad del aire en función de contaminantes atmosféricos relevantes.

2. ESTADO DEL ARTE

La lógica difusa ha sido ampliamente utilizada en aplicaciones relacionadas con control ambiental, mon-

itoreo atmosférico y sistemas inteligentes de soporte a la toma de decisiones
(Carrasco et al., 2012).
Desde su introducción por Zadeh (1965), esta técnica ha permitido representar fenómenos complejos

mediante reglas lingüísticas interpretables.

Diversos estudios han demostrado la efectividad de los sistemas difusos en la evaluación de la calidad

del aire debido a su capacidad para integrar múltiples variables contaminantes en modelos interpreta-

tivos robustos
(Kaufmann & Gupta, 1991). Particularmente, los modelos basados en inferencia
Mamdani han mostrado resultados satisfactorios en aplicaciones ambientales debido a su simplicidad y

facilidad de implementación
(Mamdani & Assilian, 1975).
En el contexto mexicano, el uso del índice IMECA constituye una herramienta fundamental para evaluar

la exposición a contaminantes atmosféricos; sin embargo, existen oportunidades para mejorar su inter-

pretación mediante técnicas de inteligencia computacion
al.
pág. 559
3. METODOLOGÍA

El sistema propuesto se basa en un modelo de inferencia difusa tipo Mamdani compuesto por cuatro
etapas:

fuzzificación
base de conocimiento
inferencia difusa
defuzzificación
Se definieron como variables de entrada:

ozono (O₃)
monóxido de carbono (CO)
y como variable de salida:

nivel de riesgo por calidad del aire
De acuerdo con la Norma Ambiental NADF-009-AIRE-2017
(NOM-020-SSA1-2014), se tomaron los
siguientes valores lingüísticos. Las variables lingüísticas utilizadas fueron:

Buena
Regular
Mala
Muy malaExtremadamente mala
Los valores oscilan entre 0 a 500 IMECAS por las partículas de ozono, y de 0 a 5000 por las partículas
de Monóxido de carbono. (SEMARNAT, 2017) como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1 Entrada: Valores para el conjunto difuso (Elaboración propia. 2026).

Valor lingüístico
Ozono Monóxido de carbono
Baja
0 - 50 0 - 500
Moderado
51 - 100 501 - 1000
Alto
101 - 150 1001 - 1500
Muy alto
151 - 200 1501 - 2000
Extremadamente alto
201 - 500 2001 - 5000
pág. 560
Entrada

Salida

Los valores lingüísticos para la salida se desarrollaron tomando en cuenta la
Norma Ambiental NADF-
009
-AIRE-2017 y representan si el aire representa un riesgo a la salud de la población como se muestra
en la table 2
:
Riesgo Bajo (B)
Riesgo Moderado (M)
Riesgo Alto (A)
Riesgo Muy Alto (MA)
Tabla 2 Índice para la calidad del aire (Elaboración propia, 2026)

Índice
Valor lingüístico Mensaje sobre la salud para población susceptible
1-3
Riesgo bajo Disfruta de tus actividades normales al aire libre
4-6
Riesgo moderado Considera reducir o reprogramar las actividades
que requieran esfuerzo físico del aire libre si pre-
senta síntomas.

7-10
Riesgo alto Reduce o vuelve a reprogramar las actividades
que requieran esfuerzo físico al aire libre si pre-
senta síntomas o mantente en interiores.

10+
Riesgo muy alto Evita realizar actividades al aire libre.
Se emplearon funciones de pertenencia trapezoidales debido a su eficiencia computacional y facilidad
de interpretación en sistemas difusos aplicados a monitoreo ambiental
(Pedrycz & Gomide, 2007).
La base de conocimiento del sistema está compuesta por 25 reglas difusas del tipo:

SI Ozono es buena Y CO es buena

ENTONCES riesgo es bajo

Estas reglas permiten modelar la interacción entre contaminantes atmosféricos dentro del sistema de
inferencia
(Klir & Yuan, 1995) .
pág. 561
CO (Monóxido de carbono)

O3 (Ozono)

Buena
Regular Mala Muy mala Extr. mala
Buena
RB RM RA RMA REA
Regular
RM RM RA RMA REA
Mala
RA RA RA RMA REA
Muy mala
RMA RMA RMA RMA REA
Extr. mala
REA REA REA REA REA
4. Implementación del sistema difuso

El sistema fue implementado utilizando el lenguaje de programación Java en el entorno NetBeans, per-
mitiendo modelar las funciones de pertenencia, las variables lingüísticas y la base de reglas difusas

(Acampora & Loia, 2005)
.
Durante la etapa de fuzzificación, los valores de entrada son transformados en grados de pertenencia
dentro del intervalo [0,1]. Posteriormente, el sistema de inferencia Mamdani evalúa las reglas activadas
mediante operadores lógicos AND utilizando el operador mínimo
(Saini et al., 2020).
Finalmente, la etapa de defuzzificación utiliza el método del centroide para obtener un valor numérico
representativo del nivel de riesgo ambiental
(Ross, 2010).
5. Resultados experimentales

Para validar el funcionamiento del sistema se utilizaron los siguientes valores de entrada:

Ozono = 43 IMECAS

CO = 430 IMECAS
pág. 562
Durante la etapa de fuzzificación se obtuvieron grados de pertenencia simultáneos en las categorías
“buena” y “regular” para ambas variables.

El sistema activó cuatro reglas difusas correspondientes a condiciones de riesgo bajo. Posteriormente,
mediante el método del centroide se obtuvo el valor:

x = 4.79
pág. 563
Este resultado corresponde a un nivel de riesgo bajo dentro de la escala definida por el sistema difuso.

Los resultados obtenidos demuestran la consistencia del modelo propuesto para representar condiciones
reales de calidad del aire.

6. DISCUSIÓN

Los sistemas basados en lógica difusa permiten representar información ambiental compleja mediante
reglas interpretables por humanos. Esto representa una ventaja significativa frente a modelos determi-
nísticos tradicionales.
Para proyectar el modelo hacia entornos de Ciudades Inteligentes e IoT (Marques
et al., 2019)

El modelo propuesto permite integrar múltiples contaminantes en una sola métrica interpretable, lo que
facilita la toma de decisiones relacionadas con actividades al aire libre y estrategias de prevención en
salud pública.
Para correlacionar el índice cualitativo con la prevención médica active (Pope et al.,
2002)

Además, el sistema puede adaptarse fácilmente a otras ciudades siempre que exista disponibilidad de
datos provenientes de estaciones de monitoreo ambiental.

7. CONCLUSIONES

Se desarrolló un sistema basado en lógica difusa tipo Mamdani capaz de determinar el nivel de riesgo
asociado a la calidad del aire utilizando concentraciones de ozono y monóxido de carbono como varia-
bles de entrada.
pág. 564
El modelo permite traducir valores técnicos del índice IMECA en interpretaciones comprensibles para
la población general, facilitando la toma de decisiones relacionadas con la exposición a contaminantes
atmosféricos.

Los resultados obtenidos confirman la viabilidad del uso de lógica difusa como herramienta de apoyo
en sistemas inteligentes de monitoreo ambiental urbano.

9. REFERENCIAS
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