Koncepcja w której urządzenia codziennego użytku będą połączone w jeden spójny system, oddziałujący na siebie wzajemnie, jest bardziej kojarzona z filmami science-fiction niż z rzeczywistością. Tak samo jak miasta przyszłości, których obraz, zazwyczaj szary, ponury i bardziej zdegradowany niż wspierany przez technologię przedstawiany jest często na ekranach kin. Jednak miasta przyszłości nie muszą tak wyglądać i nie są tak odległe jak mogłoby się to wydawać. Pisałem o tym w poprzednim artykule. Również technologia, które może uczynić nasze miasta, miastami przyszłości istnieje już dzisiaj. Wymaga jednak czasu na adaptację i upowszechnienie jej w codziennym użytku. Technologia zaczyna kierować trendami, jednak różnice w jej użyciu, mimo, że z roku na rok się zacierają, to dalej są widoczne między pokoleniami.
Ponadto, o ile rynek komercyjny korzysta z nowych technologii, o tyle ich zastosowanie w większej skali rodzi problemy, na które nie ma oczywistej odpowiedzi i to z wielu powodów. Miasto należy do miasta. Technologia i innowacje w większości przypadków są domeną dużych firm technologicznych lub start-upów. Powoduje to konieczność zderzenia, a późniejszym czasie współpracy kilku podmiotów, które funkcjonują w zupełnie inny sposób. To jednak temat na osobny wpis. Wróćmy do technologii.
Internet Rzeczy – co to jest?
Internet Rzeczy (z ang. IoT – Internet of Things), pojawiający się w ostatnich latach jako jeden z gorętszych trendów w IT, jest postawą układu nerwowego systemów informatycznych inteligentnych miast. Urządzenia brzegowe zbierające i analizujące dane, pełniące również funkcje reakcyjne powinny mieć możliwość komunikowania się ze sobą w celu wymiany, agregacji czy analizy danych o środowisku zewnętrznym. Część z tych urządzeń – aktuatory, będą mogły również podejmować decyzje w czasie rzeczywistym lub zbliżonym do rzeczywistego, na podstawie danych uprzednio zebranych przez czujniki. Taki system będzie wzajemnie oddziałowywał na siebie na zasadzie akcji, spodziewanej reakcji i być może kolejnych akcji.
Czujniki, dane analiza
Uproszczoną wersją urządzeń brzegowych są czujniki, które odpowiadają za zbieranie danych ze środowiska zewnętrznego. Mechanizmami, które reagują na przesłane dane są aktuatory, które wprawiają w ruch kolejne mechanizmy. Czujnik jest tutaj neuronem, który odbiera odpowiednie bodźce, podczas gdy aktuator staje się mięśniem takiego systemu. Systemy mając więcej danych wyjściowych mogą podejmować dokładniejsze działania w ramach projektowanych funkcjonalności. Zwiększanie dostępności sensorów umożliwia zbieranie danych i tworzenie systemów, które w przeszłości nie były możliwe do utworzenia lub były ograniczone ze względu na koszty.
Czujniki zbierające zadane parametry (takie jak np. temperatura, oświetlenie, wilgotność) mają za zadanie przesyłania informacji do mniejszych jednostek, które automatycznie podejmują proste decyzje lub przesyłanie danych do autonomicznych systemów eksperckich, które będą w stanie analizować zebrane dane z wielu czujników/obszarów i podejmować na tej podstawie decyzje oraz uczyć się nowych algorytmów decyzyjnych. Bardzo często takie sensory są już „na miejscu”. Telefony komórkowe, samochody, czy inne urządzenia posiadają na tyle rozbudowaną elektronikę, że ich podzespoły mogą służyć za czujniki. Przykład? Geolokalizacja w telefonie komórkowym, czujnik temperatury w samochodzie-chłodni, czy inne dane zbierane ze sprzętów codziennego użytku.
Niektóre systemy inteligentnych miast mogą wymagać utworzenia cyfrowego planu (miasta), który będzie oparty o rzetelne dane związane z geolokalizacją wszystkich urządzeń, należących do jego przestrzeni. System ten będzie zatem oparty o technologię geoprzestrzenną, która umożliwia precyzyjne określanie położenia jego elementów. Geolokalizacja daje ramy do zbierania danych i umożliwia odpowiednie dopasowanie reakcji systemu do czynników zewnętrznych biorąc pod uwagę przestrzenny wymiar miasta.
Największym problemem związanym z czujnikami jest komunikacji i zasilanie. O ile zbieranie samych danych odbywa się bardzo małym kosztem energetycznym, to przesłanie danych dalej bywa niekiedy kłopotliwe. Wykorzystywanie połączeń przewodowych w Inteligentnych miastach nie wchodzi w grę, ze względu na wysokie koszty infrastruktury, możliwość uszkodzenia przewodów, potrzebę zasilania, czy brak elastyczności rozmieszczenia, etc. Wykorzystując klasyczne sposoby komunikacji bezprzewodowej takie jak 5G, Bluetooth, czy WiFi, czujniki wymagałyby kosztownej obsługi przy wymianie baterii. Traci to sens zwłaszcza w przypadku systemów, które mają czujniki rozmieszczone na dużych obszarach, w trudno dostępnych miejscach. Stąd producenci czy twórcy czujników korzystają z protokołów o niskim poborze zasilania. Mnoży to niestety trudności, ponieważ duża liczba protokołów, zbierana z różnych czujników powinna zostać „przetłumaczona” na jeden język w miejscu, które będzie mogło posłać dalej bardziej zrozumiałe pakiety informacji.
Gateway, czyli komputer brzegowy
Brak standaryzacji w protokołach, jest rozwiązywany w gatewayu, który jest niczym innym jak komputerem brzegowym. Analogowe sygnały przeniesione na sygnały w mikrokomputerach bądź mikrokontrolerach czujników trafiają do gateway’a i tutaj są składowane i poddawane prostej analizie. Lokalne przetwarzanie danych umożliwia sprawne reakcje w czasie rzeczywistym na odpowiednie bodźce oraz przesyłanie wniosków z zebranych danych do dalszej analizy w systemach eksperckich. Dzięki temu, że część danych przetwarzana jest lokalnie, możliwe są szybkie reakcje, niezależnie od stanu reszty systemu. Ponadto komunikacja między urządzeniami brzegowymi, a systemem centralnym może się odbywać za pomocą ustandaryzowanych protokołów. Gwarantuje to większą uniwersalność jak również większą możliwość zabezpieczenia takich połączeń.
A jak miałoby to działać? Przykładowo, mając rozproszoną po mieście sieć czujników podpiętych lokalnie pod urządzenia brzegowe, które zrzucają dane do chmury, zdarzenie mogłoby przestać być aktualne, zanim dane zostałyby przeanalizowane. Jeśli proste decyzje są podejmowane lokalnie, odpowiedź jest natychmiastowa. W późniejszym czasie dane wejściowe i zdarzenia, przesyłane przez urządzenia brzegowe trafiają do chmury, gdzie są analizowane przez sztuczną inteligencję. Na przykładzie dotychczasowych zdarzeń wyciągane są wnioski które służą optymalizacji, a przede wszystkim umożliwiają predykcję zdarzeń lub rozpoznawanie symptomów na bazie pozornie niezwiązanych ze sobą czynników. Systemy takie uczą się odpowiednich zachowań w reakcji na bodźce.[1]
Blockchain – łańcuch połączeń
Nowym rozwiązaniem pojawiającym się w dziedzinie Inteligentnych Miast jest wykorzystanie technologii Blockchain. Umożliwienie bezpiecznego przechowywania i wymiany danych, zwiększając jednocześnie transparentność i pozwalając na rezygnację z centralizacji przechowywania i zarządzania danymi, jest na razie nową koncepcją, jednak można się spodziewać, że będzie to technologia wprowadzana w tego typu systemy w najbliższych latach. Rozproszenie danych umożliwi przede wszystkim wielowymiarowe bezpieczeństwo, zarówno jeśli chodzi o bezpieczny dostęp i zapobieganie fałszowaniu danych jak i odporność całego systemu na awarię. Bezpieczeństwo samych danych jest jednak nadrzędne w systemie, który jest przestrzennie rozległy i poza jednostką centralną, praktycznie pozbawiony nadzoru. Jak bowiem zapewnić nadzór nad czujnikami które rozmieszczone są na terenie całej dzielnicy. Konkretne technologie leżące u podstaw rozwiązań inteligentnych miast są mocno uzależnione od funkcji i rozwiązywanego w mieście, czy na obszarze, problemu.
Technologia to jednak nie wszystko.
Poza technologicznymi rozwiązaniami istnieją również pasywne metody uczynienia miasta inteligentnym, czyli bardziej przyjaznym dla człowieka. Są to wszelkie usprawnienia, które likwidują negatywne skutki funkcjonowania dużych aglomeracji oraz wpływają pozytywnie na funkcjonowanie miasta, samopoczucie i środowisko życia mieszkańców. Mogą to być proste zabiegi jak np. nasadzenia zieleni usuwające zanieczyszczenia z powietrza oraz regulujące temperaturę i wilgotność czy zabiegi urbanistyczne regulujące nasłonecznienie, przewietrzanie, procentowy udział terenów zielonych w mieście czy wilgotność. Paradoksalnie takie metody mimo, że nie związane z nową technologią mogą być trudniejsze do wdrożenia niż wymyślne systemy IT. Takie zabiegi można stosować w nowo-powstających dzielnicach czy kwartałach zabudowy.
Technologia z jednej stronu otwiera nowe możliwości, z drugiej przez swoją niedojrzałość nakłada na nas ograniczenia, „przyklejając” do dobrych pomysłów kartkę z napisem „na później”. W wielu przypadkach ograniczenia nie wynikają jednak z technologii, a jedynie ze sposobu myślenia, który zmienia się dużo wolniej. Budujące jest jednak to, iż mimo wolnego tempa, nowe technologie zaznaczają swoją obecność coraz mocniej już na etapie planowania przestrzeni publicznej.
Michał Antoszewski, Technical Sales Representative, Dell Technologies Poland.
[1] https://www.geospatialworld.net/blogs/six-technologies-crucial-for-smart-cities/
