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Cidades Inteligentes. Antonio Alfredo F. Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais. Agenda. Conceitos relacionados Fundamentos relacionados Desafios Oportunidades. Primeira parte. Conceitos relacionados. Cidade.
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Cidades Inteligentes Antonio Alfredo F. Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais
Agenda • Conceitos relacionados • Fundamentos relacionados • Desafios • Oportunidades
Primeira parte Conceitos relacionados
Cidade “Uma cidade ou urbe é uma área urbanizada, que se diferencia de vilas e outras entidades urbanas através de vários critérios, os quais incluem população, densidade populacional ou estatuto legal, embora sua clara definição não seja precisa, sendo alvo de discussões diversas”. – Wikipedia
Cidade ideal Quadro de Fra Carnevale (c.1480) Este quadro exemplifica os ideais renacentistas de planejamento urbano, respeito à antiguidade greco-romana e o domínio da perspecitva central
Algumas cidades “antigas Çatalhüyük, Turquia, foi um assentamento neolítico muito grande na Anatólia (c. 6700 aC). Mostra um estágio cultural refinado, com casas de tijolos crus nas quais se entrava pelo teto, possivelmente por uma escada de madeira. O trânsito entre as casas se fazia por cima destas, já que não havia ruas entre elas. Roma é conhecida internacionalmente como "A Cidade Eterna" pela sua história milenar. Segundo o mito romano, a cidade foi fundada por volta do ano 753 aC por Rómulo e Remo, dois irmãos criados por uma loba, que são atualmente símbolos da cidade. Desde então tornou-se no centro da Roma Antiga. Chegou a ter 165000 habitantes no ano de 120 dC.
Cidades inteligentes • Atualmente, o desenvolvimento urbano não depende apenas de infraestrutura física (capital físico) mas fundamentalmente da disponibilidade e qualidade da comunicação de conhecimento e infraestruturas sociais • Capital intelectual • Capital social • Capital social é base para as cidades inteligentes • Cidade inteligente é fundamentada em TICs
Cidades inteligentes e suas dimensões • Economia • Mobilidade • Ambiente • Pessoas • Moradia • Governança • Próxima etapa da urbanização
Mobilidade inteligente • Base da política e de ação para as necessidades de transporte das pessoas e empresas • Deve abordar mudanças climáticas • Compromete-se com um sistema de transporte responsável com o social e ambiente
Por que mobilidade inteligente? • Responde às necessidades de transporte das pessoas e das empresas • Aborda a mudança climática • Promove a equidade social e justiça ambiental • Suporta o desenvolvimento econômico e da comunidade • Reduz o VKmT (vehicle kilometers traveled) por pessoa
Mobilidade inteligenteCaracterísticas • Acessibilidade local, nacional e internacional • Disponibilidade de TIC • Sistemas de transporte sustentável, inovador e seguro BRT – Bogotá, Colômbia ITS – Intelligent Transportation System
Segunda parte Fundamentos relacionados
Computação urbana(Urban Computing) • Processo de aquisição, integração e análise de fontes de dados heterogêneos provenientes de sensores, smartphones, pessoas, veículos, prédios, infraestruturas, etc • Interconecta tecnologias não intrusivas, gerenciamento e análise de dados, métodos de visualização para aplicações e serviços em ambientes urbanos • Ajuda a entender a natureza do fenômeno urbano
Algumas questões • Qual é o papel da computação e, de forma mais ampla das TICs, no projeto de cidades inteligentes? • Este é um problema de engenharia ou existem questões científicas a serem resolvidas? • Qual é o papel das pessoas (instituições) no projeto de cidades inteligentes? • Este é um problema de “educação” ou existem questões morais e éticas a serem tratadas? • A personalização deve ser tratada? Como?
Criando cidades inteligentes • Infra-estruturas digitais (acesso aberto) • Acesso de próxima geração (NGA) – mais que velocidade • Internet do futuro e virtualização, redes baseadas em nuvem • Ativos digitais – importantes para o século 21 • Criatividade e inovação (conteúdo aberto) • Criação de novos mercados • Novas possibilidades novos empregos novas habilidades
Criando cidades inteligentes • Capital social (participação livre) • Serviços gerados para o usuário • Inclusão digital e cooperação • Novos modelos de negócios (sustentabilidade) • Redes sociais para empresas sociais • Eficiência de serviços: fazer melhor com menos • “Rede de comércio livre" – novos mercados colaborativos
Levando à cidade inteligente • Usar a Internet do futuro para transformar a maneira como vivemos e trabalhamos • formas e locais mais flexíveis de trabalho • mobilidade inteligente, ambientes inteligentes, aprendizagem inteligente • Projeto e desenvolvimento de serviços para as pessoas • diferentes tipos • personalização
Levando à cidade inteligente • Ter um ambiente mais verde, mais limpo e mais saudável • edifícios inteligentes, uso inteligente de energia e atividades de baixo carbono • Tornar as cidades inteligentes mais democráticas, resilientes e atrativas • uso de redes sociais para promover o engajamento cívico • Incentivar a criatividade, a inovação e a diversidade • atividades integradas à tecnologia servindo de base para empregos e abilidades
Entidades Tipos diferentes têm devem se ajustar obtido por meio de são de Contexto Elementos de sensoriamento capturam classificado como Físico Lógico Amplo espectro de dados armazenados na Cloud
Entidades • Nome técnico para “coisa” (ou seria trem?!) • Diferentes classes com diferentes propriedades • Usuário • Software • Hardware • ... • Dependendo do conjunto de entidades, podemos ter Internet das coisas, Web das coisas, …
Contexto • “Caracteriza” uma dada entidade • Estado, propriedades, dados, … • Classificado como • físico • lógico • Depende da entidade
Contexto físico • Tipicamente medido por um sensor físico • Exemplo: entidade é uma pessoa • Define o estado físico da pessoa • Pode depender da localização da pessoa (e.g., casa, escritório)
Contexto lógico • Não existem muitos sensores • Usual: “sensores sociais” • Exemplo: entidade é uma pessoa • Define o estado lógico da pessoa • Pode depender da percepção da pessoa
Sensoriamento • Espectro amplo • Desafio: • Tratamento de fontes individuais e a combinação delas Complexidade Entidades físicas Entidades lógicas Sensores físicos: • Objetos • CO2 • Pessoas • Animais • …. Sensores virtuais: • Eventos definidos por um predicado • Pessoa: social sensing • Informação: origem, evolução, disseminação • ... • Informação é personalizada, participatória
Desafio fundamental • Sabemos fazer fusão de dados em redes de sensores tradicionais • No entanto, em cenários heterogêneos estamos longe ainda Entidades físicas Entidades lógicas Fusão de informação para contextos físico & lógico 32
Fusão de informação em sistemas ubíquos • Entidades podem ter diferentes tipos de dados sensoriados • Dados sensoriados têm atributos espaço-temporais • Fusão de informação torna-se um processo dinâmico devido • mobilidade • mudança de contexto • predição • ... 33
O que precisamos • Considere como exemplo o projeto de circuitos integrados • Para a maioria dos blocos básicos da computação urbana e, consequentemente, cidades inteligentes, precisamos estabelecer os princípios Princípios Técnicas Metodologia Ferramentas 34
Alguns blocos básicos • Fusão de informação • Comunicação • Mobilidade e informação topológica • Localização e rastreamento • Segurança e privacidade • ... • Desafio: prover serviços úteis às pessoas possivelmente de forma personalizada 35
Modelos de mobilidade para comunicação social • Exemplo: checkins no Foursquare funcionam como sensores sociais 36
Cobertura Aspectos geográficos comuns Alta cobertura Além dos aspectos econômicos, existem diferenças cuturais? 37
Sensoriamento por localidade Power law CCDF
Tempo entre sensoriamento(Local popular) Rajadas de atividade 6 6 Longos períodos de inatividade Sensoriamento é eficiente enquanto os usuários estão motivados a seus recursos e dados sensoriados frequentemente Sensoriamento pode acontecer em momentos específicos (restaurante hora do almoço)
Sensoriamento por dia Foursquare dataset
Sensoriamento por hora Foursquare dataset
Smartphones e sensoriamento 28% of American Adults use mobile and social Localização-based services http://pewinternet.org/Reports/2011/Localização/Report/Smartphones.aspx 42
Localização e rastreamentoMotivação • Diferentes entidades requerem ou podem se beneficiar de algum tipo de informação de localização: • Roteamento • Disseminação de dados • Aplicações • Serviços • ... • Diferentes requisitos 43
Dimensões da localização e rastreamento • Tipos de entidades • Técnicas: ambientes interno vs. externo • Papéis • Requisitos de QoS • Privacidade • … 44
Que tipos de entidades? • Diferentes possibilidades dependendo do cenário • Usuário • Aplicação • Serviço • Protocolo 45
Técnicas de localização • Desafios de pesquisa/práticos Interessantes • Diferentes capacidades e possibilidades • Diferentes soluções 46
Papéis • Aplicações/serviços e protocolos podem se beneficiar da informação de localização • Localização e rastreamento podem ser usados como: • papel principal • papel de apoio • Além de informação de localização, técnicas de rastreamento podem ser usadas para: • Detectar and predizer trajetórias de alvos simples ou múltiplos (serviço básico) • Prover serviços personalizados para usuários (devem se tornar muito comuns) 47
Papéis • Principal • Técnicas em si são os objetivos • Por exemplo, dirigir ou andar em um ambiente desconhecido • Apoio • Objetivo é prover informação para outras entidades • Por exemplo, disseminação de dados para usuários, aplicações, … • Várias possibilidades/oportunidades 48
Rastreamento cooperativo de alvos • Entidades cooperam para executar o rastreamento • Técnicas de rastreamento de alvo podem ser aplicadas para aumentar a percepção das entidades de seu contexto • Resultados podem ser usados para atuar na entidade, ambiente, etc 49
Como processar tudo isso? são de Entidades Tipos diferentes têm devem se ajustar obtido por meio de Contexto Elementos de sensoriamento capturam classificado como Físico Lógico Amplo espectro de dados armazenados na Cloud 50