شهرهای هوشمند، چگونه هوشمندسازی می‌شوند؟

شهرهای هوشمند با کمک تکنولوژی‌های گوناگون اطلاعاتی و محاسباتی، به ویژه شبکه‌های سنسور وایرلس، اینترنت اشیا ( IoT ) و cloud computing توسعه پیدا می‌کنند.

انتظار می‌رود تا سال 2050، شهرنشینی حداقل 70 درصد افزایش یابد. تحقیقات Frost & Sullivan پتانسیل بازار جهانی را 1.5 تریلیون دلار برای چندین بخش از یک شهر هوشمند ارزیابی می‌کند.

شهر هوشمند (Smart City ) سیستمی است که سرمایه انسانی و اجتماعی را با استفاده هوشمندانه و تعامل با منابع طبیعی و اقتصادی از طریق راه حل‌ها و نوآوری‌های مبتنی بر تکنولوژی برای رسیدگی به مشکلات عمومی و دستیابی به توسعه پایدار و افزایش کیفیت زندگی،  با مشارکت شهرداری و بر اساس سیستمی با چندین ذی‌نفع افزایش می‌دهد.

معماری شهرهای هوشمند

چشم انداز یک شهر هوشمند دربرگیرنده همه جنبه‌های زندگی شهری است. از سلامت عمومی، حاکمیت، اقتصاد، محیط زیست و آموزش و پرورش. تکنولوژی‌های مورد استفاده در این فرآیند عبارت‌اند از: اینترنت اشیا ( IoT )، تلفن‌های همراه هوشمند، سیستم شناسایی فرکانس رادیویی ( RFID )، کارت‌های هوشمند، semantic web ، cloud computing ، هوش جمعی، برنامه‌های هوشمند و هوش مصنوعی ( AI ).

معماری شهر هوشمند یک زیرساخت لایه به لایه است که از لایه حسگر، لایه ارتباطی و لایه کاربردی تشکیل می‌شود.

در شکل بالا، لایه زیرین لایه حسگر است که داده‌ها را برای نرمال‌سازی و پردازش بیشتر در اختیار لایه‌های بعدی قرار می‌دهد. لایه ارتباطی جریان اطلاعات بین لایه حسگر و لایه کاربردی را فراهم می‌کند.

Jin et al جریان داده را در چهار مرحله اصلی توضیح داده‌ است:

• جمع آوری داده‌ها
• پردازش داده‌ها
• مدیریت اطلاعات
• تفسیر اطلاعات

سنجش حسی بلادرنگ داده‌ها باید در پارادایم‌های سنجش چندگانه پیاده سازی شود. این فرآیند هم با مفاهیمی چون ترافیک شبکه، ذخیره‌سازی داده‌ها و استفاده از منابع درگیر است. پس از جمع‌آوری داده‌ها، آن‌ها باید پردازش و مدیریت شوند. آخرین مرحله در جریان داده در لایه کاربردی اتفاق می‌افتد که تفسیر داده نام دارد.

تکنولوژی‌های توانمندسازی شهرهای هوشمند

چندین تکنولوژی مختلف در همکاری با یکدیگر، شهرهای هوشمند را اداره می‌کنند. این تکنولوژی‌های توانمندسازی در خطوط زیر فهرست شده‌اند:

اینترنت اشیا ( IoT )

اینترنت اشیا یک پارادایم ارتباطی است که در آن حسگرهای بی‌سیم به صورت میدانی به کار گرفته می‌شوند تا داده‌های مهم را به دست آورند و از طریق اینترنت و برای تجزیه و تحلیل در مقیاس پیشرفته، به پردازشگرهای داده ارسال کنند. در حقیقت اینترنت اشیا یک تکنولوژی توانمندسازی بالقوه برای شهرهای هوشمند است. زیرا به طور یکپارچه دستگاه‌های هایبرید مانند سنسورهای محدود به منابع (RFID Tags )، دستگاه‌های هوشمند، دستگاه‌های gateway و دستگاه‌های الکترونیکی (دوربین، مایکروویو، یخچال) را از طریق پروتکل‌های ارتباطی ناهمگن به منابع پردازش داده متصل می‌کند.

تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ (Big data )

در یک شهر هوشمند، تعداد زیادی سنسور وجود دارد که با حجم، تنوع و شتاب بالایی داده تولید می‌کنند. برای تبدیل این داده‌ها به یک ابزار قابل سرویس کردن، باید از تکنیک‌های مدیریت داده استفاده شود. مدیریت داده‌ها چهار مرحله مختلف دارد: سنجش و جمع‌آوری داده‌ها، ترکیب داده‌ها، پردازش و تجمیع، بهره‌برداری از داده‌ها و ارائه خدمات.

در کنار open data ، big data یکی دیگر از تکنیک‌های تجزیه و تحلیل داده است که در برنامه‌های کاربردی شهرهای هوشمند مفید واقع می‌شود. open data به این معنی است که داده‌ها به طور رایگان در اختیار افراد، سازمان‌ها و شرکت‌ها قرار داده می‌شوند. که این منجر به استفاده مجدد از آن‌ها و توسعه برنامه‌های کاربردی بر اساس ارزش افزوده می‌شود.

گوشی‌های هوشمند

گوشی‌های هوشمند جزئی ضروری از زیرساخت‌ شهرهای هوشمند هستند. تلفن‌های همراه هوشمند ما حاوی تعداد زیادی سنسور کوچک اند که دائماً داده خام تولید می‌کنند و اطلاعات زمینه‌ای مربوط را در اختیار کاربران قرار می‌دهند. گوشی‌های هوشمند با تکنولوژی‌هایی مانند شبکه‌های g/4G/Long-Term Evolution (LTE) توانمندسازی می‌شوند که این قابلیت امکان اتصال سریع به هرجایی را فراهم می‌کند. همچنین باعث می‌شود که آن‌ها به عنوان relay devices مورد استفاده قرار بگیرند.

تکنولوژی گرد و غبار هوشمند ( Smart Dust )

Smart Dust یا گرد و غبار هوشمند نامی است برای اجسام محاسباتی کوچک که متشکل از سیستم‌های میکروالکترومکانیکی ( MEMS ) هستند. این اجسام قادرند تغییرات جزئی محیط مانند ارتعاشات فیزیکی یا تغییرات شیمیایی را شناسایی و حس کنند.

این اشیا را می‌توان به صورت غیرتهاجمی در محیط نصب کرد. به گونه‌ای که با فعالیت‌های منظم محیطی که در آن مستقر هستند، تداخلی ایجاد نکنند. Smart Dust را می‌توان برای اجرای برنامه‌هایی مانند نظارت بر زیست‌گاه، نظارت بر محیط داخلی و خارجی، امنیت و ردیابی افراد و اشیا، نظارت و مدیریت بر ترافیک، نظارت بر سلامت و رفاه مردم و غیره استفاده کرد.

بلاک‌چین برای شهرهای هوشمند

فرهنگ شهری شامل تبادل اطلاعات و داده‌های زیادی بین ذی‌نفعان زندگی شهری است. بلاک‌چین به ذی‌نفعان شبکه این امکان را می‌دهد تا داده‌ها را با درجه بالایی از اطمینان‌پذیری و شفافیت، و بدون نیاز به مدیریت متمرکز مبادله کنند. شهرهای هوشمند می‌توانند از کاربردهای اقتصادی بلاک‌چین، مانند قراردادهای هوشمند، بیشترین بهره‌برداری را انجام دهند.

Cloud Computing

سنسورهای تعبیه شده در اپلیکیشن‌های شهرهای هوشمند، حجم عظیمی از داده‌های خام را به صورت بلادرنگ تولید می‌کنند. که آن‌ها باید به روشی کارآمد برای تصمیم‌گیری آگاهانه پردازش شوند. در این راستا، سرویس‌های ذخیره‌سازی ابری، فضای ذخیره‌سازی عظیم و قابلیت‌های محاسباتی سریع‌تری را ارائه می‌دهند. شهرهای هوشمند می‌توانند از خدمات ابری برای ذخیره‌سازی و پردازش مفید داده‌ها استفاده کنند. با این حال، خدمات ذخیره‌سازی ابری با خطر نقض حریم خصوصی داده‌های حساس همراه است. برای رفع این مشکل، می‌توان از اسکیما‌های رمزگذاری homomorphic استفاده کرد که منجر به ایمن‌سازی داده‌ها می‌شود.

در پایان، می‌توان گفت که هدف نهایی شهرهای هوشمند، بهبود کیفیت زندگی شهروندان، کاهش هزینه‌های زندگی و دستیابی به محیطی پایدار است. با این حال، این تکنولوژی انقلابی با چالش‌های دلهره‌آوری مانند امنیت و حفظ حریم خصوصی افراد روبرو است. که در آینده و در مقالات آتی خود درباره آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

منبع: HackerNoon     نویسنده: سیدرا ظفر