Polskę czekają nowoczesne, cyfrowe miasta – nie da się uciec przed smart city

Już niebawem, nasz kraj czeka spora zmiana w myśleniu o planowaniu i budowie naszych miast. Jej kierunek wyznaczy idea smart city. Inteligentne miasta będą działać efektywniej, optymalizując jakość usług zarówno dla mieszkańców, jak i znajdujących się w ich zasięgu przedsiębiorstw. Ręcznie zarządzane zasoby miejskie przestają spełniać wymagania – każdy z nas może to obserwować w postaci korków, przepełnionej i często spóźnionej komunikacji miejskiej czy choćby nieefektywnego wykorzystywania energii elektrycznej dziś często marnowanej choćby na oświetlanie ulic, którymi nikt nie chodzi.

Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji i Internetu rzeczy nastąpiło rozpowszechnienie usług przetwarzających informacje w ramach cloud computingu. Jednak moc obliczeniowa chmur danych nie jest wystarczająca, aby w czasie rzeczywistym analizować wszystkie materiały z sieci. Z pomocą przyjdzie nowe rozwiązanie – brzegowe przetwarzanie informacji.

Inteligentne miasto – co to oznacza?

Według szacunków Organizacji Narodów Zjednoczonych w 2030 r. ponad 60 proc., a w 2050 r. aż dwie trzecie ludzkości będzie mieszkać w miastach. Już dzisiaj życie w dużych aglomeracjach bywa trudne. Korki, zanieczyszczenia, hałas, to tylko niewielka część codziennych problemów ich mieszkańców. Alternatywą jest spokojne życie na przedmieściach, które bywa jednak uciążliwe poprzez codzienne długie dojazdy do pracy oraz brak  wystarczającej infrastruktury, takiej jak żłobki, przychodnie czy transport publiczny. Wiele wskazuje na to, że od kilku lat stajemy się świadkami powoli wprowadzanych zmian w podejściu do planowania, aby poprawić jakość życia w mieście. Rozwiązaniem mają być smart cities. Inteligentne miasta, to koncepcja urbanistyczna, która zakłada rozwój obszarów miejskich w oparciu o technologie informatyczne i komunikacyjne. Dzięki wprowadzeniu nowoczesnych rozwiązań cyfrowych przestrzeń miejska już niebawem może stać się przyjazna dla mieszkańców, przedsiębiorców i turystów.

 
Rozwiązania smart – gdzie można je  spotkać?

Miasta ciągle ulegają przeobrażeniom. Urbaniści od lat zastanawiają się, jak nowe technologie mogą poprawić życie mieszkańców coraz większych, bardziej zatłoczonych i zanieczyszczonych miast – pojawiła się koncepcja smart city. Dzięki zastosowaniu rozwiązań informatyczno – komunikacyjnych inteligentne miasta efektywniej wykorzystują zasoby oraz poprawiają jakość życia mieszkańców. Już dzisiaj mieszkańcy wielu miast mogą korzystać z rozwiązań smart. Znaczna liczba osób do tego stopnia się do nich przyzwyczaiło, że uważa je za codzienność – np. tablice informacyjne na przystankach, które na bieżąco aktualizują rozkład jazdy. Kolejnym takim przykładem są inteligentne przejścia dla pieszych, które poprawiają bezpieczeństwo, a także aplikacje umożliwiające śledzenie ruchu w mieście i zaplanowanie trasy przejazdu. Na świecie już od lat istnieją miasta, które w dużym stopniu wykorzystują technologie smart, aby ułatwić i zmodernizować życie mieszkańców, a także codzienne działania przedsiębiorstw oraz władz. W Wiedniu zastąpiono tradycyjne autobusy elektrycznymi, które wykorzystują energię głównie z odnawialnych źródeł, a dla pasażerów stworzona została aplikacja pozwalająca na bieżąco śledzić ruch drogowy. W Londynie system SCOOT kontroluje działanie świateł na skrzyżowaniach, a w Madrycie powstała platforma, której zadaniem jest ułatwienie zarządzania usługami miejskimi, jak wywóz śmieci, recykling czy organizacja terenów zielonych. To tylko kilka przykładów realizacji koncepcji smart city na świecie. Ale również w Polsce pojawia się coraz więcej takich rozwiązań. Należą do nich system ITS wykorzystywany we Wrocławiu, który za pomocą kamer, czujników oraz tablic informacyjnych wspiera sterowanie ruchem w mieście czy inteligentny system oświetlenia ulicznego w Lublinie. Latarnie redukują moc oświetlenia, gdy nie wykrywają ruchu i zwiększają strumień światła,  gdy zbliża się pieszy, rowerzysta czy samochód.

 
- Wraz ze wzrostem gęstości zaludnienia miasta stają przed trudnymi wyzwaniami infrastrukturalnymi, jak zagrożenia bezpieczeństwa czy zarządzanie tłumem i ruchem drogowym. Większość problemów można rozwiązać za pomocą technologii inteligentnych miast oraz zwiększonej automatyzacji. Smart city zależy od kluczowych technologii – 5G i architektury edge computing, czyli przetwarzania brzegowego. Dzięki przesunięciu mocy obliczeniowej bliżej źródła przetwarzanie ,,na krawędzi” i 5G umożliwiają czujnikom Internetu rzeczy (IoT) szybszą analizę danych i natychmiastowe reakcje – mówi Adam Wojtkowski, General Manager CEE w Red Hat.

Edge computing, czyli przetwarzanie brzegowe

Przetwarzanie brzegowe powoli przejmuje stery w środowisku IT. Według raportu opublikowanego przez firmę Gartner do 2025 roku aż 75% danych generowanych przez przedsiębiorstwa będą tworzone i analizowane poza scentralizowanym miejscem przetwarzania danych, w tym również poza chmurą[1]. Czym tak naprawdę jest ta dynamicznie zyskująca na popularności technika Internetu rzeczy? Przetwarzanie brzegowe pomaga rozwiązywać problemy związane z opóźnieniami i nieefektywnością podczas przesyłania danych między milionami połączonych urządzeń a chmurą. Jej główną ideą jest zarządzanie zasobami w momencie ich generowania zamiast przesyłaniu ich do scentralizowanego punktu, w którym do tej pory przetwarzane były w tradycyjny sposób. Jednym z kluczowych powodów rozwijania tego modelu infrastruktury jest analizowanie i transmitowanie danych, ale coraz częściej również analiza oraz autonomiczne przenoszenie procesów podejmowania decyzji w oparciu o algorytmy uczenia maszynowego. Dodatkowo, rozwiązanie oparte na przetwarzaniu brzegowym, pozwala efektywnie pracować na zasobach przy gorszej łączności, dając jednocześnie doskonalsze możliwości chronienia prywatności i zarządzania zbiorami informacji. Przykładem takiego rozwiązania może być miejski autobus wyposażony w odpowiednie systemy informatyczne. Dzięki temu sygnalizacja świetlna wykrywa zbliżający się pojazd i może odpowiednio przygotować wymagane światło. Nie musi jednocześnie odwoływać się do miejskiego centrum przetwarzania danych, a całość niezbędnych operacji zostanie wykonana lokalnie. Sygnalizacja może zatem wziąć pod uwagę czy autobus jedzie o czasie lub czy jest opóźniony, może przeanalizować sytuację drogową na sąsiednich ulicach oraz natężenie ruchu i na tej podstawie zdecydować czy konieczne jest przydzielenie temu konkretnemu pojazdowi pierwszeństwa przejazdu przez skrzyżowanie.

Dlaczego przetwarzanie brzegowe staje się tak popularne?

Głównym impulsem do wdrożenia Edge computingu są ogromne ilości danych generowanych m.in. w środowisku IoT, gdzie analityka służy do optymalizacji wydajności. Szacuje się, że w 2020 roku, na całym świecie było zainstalowanych aż 31 mld urządzeń IoT, a co sekundę do sieci podłączane są dodatkowe 1271. Wszystkie te informacje spływające do chmury spowalniają prędkość, z jaką jesteśmy w stanie je gromadzić oraz przetwarzać. Technologia cloud jest jednym z optymalniejszych rozwiązań dzisiejszych czasów, ale nie sprawdzi się w sytuacji, gdy potrzebne jest uzyskanie danych w czasie rzeczywistym.

 
Obecnie przetwarzanie brzegowe stosuje się w prawie każdej branży na świecie, aby w znacznie mniejszym stopniu bazować na chmurze i analizie prędkości. Jednymi z popularniejszych przykładów zastosowania powyższego modelu infrastruktury są systemy telekomunikacyjne wpływające na poprawę jakości transmisji danych, branża usług finansowych w obszarze poprawy działania algorytmów informujących o decyzjach konsumentów, aż w końcu zarządy miast. Przyszłość inteligentnych miast to szansa na zmniejszenie przestępczości, uniknięcie zagrożeń pogodowych czy poprawę warunków na drogach.

- Takie systemy mogą także wymiernie wpłynąć na zmniejszenie kosztów działania miast. Tutaj przykładem mogą być wspomniane wcześniej systemy miejskiego oświetlenia. W miejscach, gdzie stopniowo maleje, a w pewnych godzinach wręcz zanika ruch samochodowy i pieszy latarnie mogą się komunikować ze sobą. Przy pustych drogach i chodnikach mogą zostać wygaszane lub świecić z minimalną mocą, jednak wykrycie pieszego czy informacja przesłana z pobliskiego skrzyżowania o nadjeżdżającym pojeździe natychmiast zmieni ich tryb pracy. Podobnie może wyglądać zarządzanie gospodarką odpadami. Dziś śmieci odbierane są w określone dni tygodnia niezależnie od tego czy w pojemniku znajduje się jeden worek, czy jest on wypełniony po brzegi. Technologie oparte o Open Source takie jak np. Red Hat Open Shift są w stanie stworzyć system, w którym codzienna trasa pojazdów oczyszczania jest tak zaplanowana i zoptymalizowana, aby pojazd pokonał jak najkrótszą trasę odwiedzając jedynie te miejsca, które tego naprawdę wymagają – dodaje Adam Wojtkowski, General Manager CEE w Red Hat.

Równie ciekawą możliwością miast przyszłości jest poprawa ich bezpieczeństwa. Już dziś algorytmy są w stanie rozpoznawać zachowania, noszące znamiona przestępstwa i bez problemu – na podstawie obrazów z kamer – rozróżnić np. wandala niszczącego elewację budynku farbą w spray, od osoby która myje okna tej elewacji. Podobnie systemy łatwo wyłapią wypadki samochodowe czy awarie np. sieci wodociągowej kierując w takie miejsca odpowiednie służby, zanim te dostaną oficjalne zgłoszenie od mieszkańców.

Słuszne obawy o prywatność

Wiele elementów inteligentnych miast opiera się na autonomicznych czujnikach internetu rzeczy (IoT), jednak nie da się zbudować wydajnego systemu bez rozbudowanego systemu miejskiego monitoringu. To może rodzić słuszne obawy o prywatność mieszkańców i ich nieustanne śledzenie. Miasta muszą bardzo pilnować, aby nie przekroczyć granicy pomiędzy zapewnieniem wygody i bezpieczeństwa, a inwigilowaniem swoich obywateli. Poczucie bycia kontrolowanym zrodzi bowiem opór i niechęć do nawet najlepszych rozwiązań. Wymaga to dwojakiego podejścia. Po pierwsze odpowiedniego oprogramowania, które jest w stanie spełnić wysokie wymogi dotyczące prywatności, odpowiednich poziomów dostępu dla obsługujących go pracowników, czy wreszcie zgodności z wymogami prawa. Oprogramowanie wykorzystywane przez miasta musi być także bardzo dobrze zabezpieczone przed nieuprawnionym dostępem z zewnątrz czyli próbą zarówno przejęcia danych, jaki kontroli nad działaniem całego systemu. Po drugie konieczne stanie się silniejsze uregulowanie właśnie zapisów prawa, które dotyczą naszego wizerunku czy aktywności w przestrzeni miejskiej. Bez takiego podejścia mieszkańcy mogą sprzeciwiać się zmianom, które w ich odczuciu odbierają im wolność i prywatność.

Technologia smart city – przyszłość dla miast

Inteligentne miasta to koncepcja, która zakłada zrównoważony rozwój terenów zurbanizowanych przy wykorzystaniu nowoczesnych technologii informatycznych i komunikacyjnych. Sztuczna inteligencja oraz przetwarzanie brzegowe pozwolą w znacznym stopniu analizować ogromne ilości danych. Kluczową kwestią jest znaczne zautomatyzowanie procesów decyzyjnych. Dzięki przetwarzaniu ,,na krawędzi” oraz dynamicznemu rozwojowi IoT jesteśmy w stanie zbierać i analizować informacje na bieżąco. Jednak jak przy każdej zmianie środowiskowej główną rolę odgrywa społeczeństwo – czy zaufa projektom smart city i czy za 10-15 lat będziemy funkcjonowali w pełni inteligentnych miastach, które będą poprawiać jakość naszego życia.

[1] What Edge Computing Means For Infrastructure And Operations Leaders (gartner.com)