اینترنت اشیا

شهر هوشمند چیست؟

بازدید: 690 آخرین به‌روزرسانی: 19 آذر 1402

مقدمه

شهر هوشمند شهری است که در آن از فناوری‌های ارتباط و اطلاعات (ICT) برای افزایش کارآیی عملیاتی، به اشتراک‌گذاری اطلاعات با عموم مردم و بهبود کیفیت خدمات دولتی و رفاه شهروندان استفاده می‌شود.

اگرچه نمی‌توان تعریف دقیقی از شهر هوشمند ارائه کرد، اما ماموریت عمده یک شهر هوشمند بهینه‌سازی عملکردهای شهری و ترویج رشد اقتصادی است، در عین حال با استفاده از فناوری هوشمند و تحلیل داده، کیفیت زندگی شهروندان را بهبود می‌بخشد. ارزش یک شهر هوشمند بر اساس آنچه که انتخاب می‌کنند با فناوری انجام دهند، و نه فقط میزان فناوری موجود در آن است.

موفقیت یک شهر هوشمند به قدرت برقراری یک رابطه قوی بین دولت - از جمله بوروکراسی و مقررات آن - و بخش خصوصی وابسته است. این رابطه ضروری است زیرا بیشتر کارهای انجام شده برای ایجاد و حفظ یک محیط دیجیتال و داده‌محور خارج از دولت انجام می‌شود. تجهیزات نظارتی بر خیابان‌های پرترافیک ممکن است شامل حسگرهایی از یک شرکت، دوربین‌هایی از شرکت دیگر و سروری از شرکت دیگری باشد.

علاوه بر این، ممکن است پیمانکاران مستقل برای تحلیل داده‌ها استخدام شوند که سپس گزارش آن به شهرداری ارائه می‌شود. این داده‌ها می‌توانند منجر به استخدام یک تیم توسعه برنامه‌ریزی شوند که برای حل مشکلات موجود در داده‌های تجزیه و تحلیل شده استخدام شده است. اگر راه‌حل نیاز به به‌روزرسانی و مدیریت مداوم داشته باشد، این شرکت می‌تواند بخشی از سیستم شود. بنابراین، موفقیت یک شهر هوشمند بیشتر بر تأسیس روابط مثبت تمرکز دارد تا انجام یک پروژه تکی.

فناوری‌های شهر هوشمند

شهرهای هوشمند از ترکیبی از دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، نرم‌افزارها، رابط‌های کاربری و شبکه‌های ارتباطی استفاده می‌کنند. با این حال، آن‌ها در ابتدا و قبل از همه بر اینترنت اشیا (IoT) تکیه می‌کنند. اینترنت اشیا شبکه‌ای از دستگاه‌های متصل به اینترنت است - مانند خودروها، حسگرها یا لوازم خانگی - که می‌توانند تبادل اطلاعات انجام دهند. داده‌های جمع‌آوری شده توسط حسگرها و دستگاه‌های IoT در ابر یا سرورها ذخیره می‌شوند. اتصال این دستگاه‌ها و استفاده از تجزیه و تحلیل داده باعث همگرایی عناصر فیزیکی و دیجیتال شهر می‌شود و در نتیجه خواسته‌ها و نیازهای شهروندان بهبود می‌بخشد.

دستگاه‌های IoT گاهی اوقات قابلیت پردازشی به نام محاسبات لبه (Edge Computing) دارند. محاسبات لبه اطمینان می‌دهد که فقط اطلاعات مهم و مرتبط بر روی شبکه ارتباطی ارسال شود. می‌توانید مقاله محاسبات لبه و محاسبات مه را در بلاگ سیمرغ بخوانید.

سیستم امنیتی دیوار آتش (Firewall) نیز برای حفاظت، نظارت و کنترل ترافیک شبکه در یک سامانه محاسباتی ضروری است. دیوارهای آتش اطمینان می‌دهند که داده‌هایی که در طول زمان در شبکه شهر هوشمند انتقال می‌یابند امن باشند و از دسترسی غیرمجاز به شبکه IoT یا داده‌های شهر جلوگیری می‌کنند.

قابلیت‌های یک شهر هوشمند

ترکیب اتوماسیون، یادگیری ماشین و اینترنت اشیا قابلیت‌های زیادی را برای یک شهر هوشمند به ارمغان می‌آورد. به عنوان مثال، پارکینگ هوشمند می‌تواند به رانندگان کمک کند تا جای پارک خالی را از طریق اینترنت و بر روی تلفن همراه خود پیدا کنند و همچنین امکان پرداخت دیجیتالی را فراهم کند.

یک مثال دیگر، مدیریت هوشمند ترافیک است که جریان ترافیک را نظارت کرده و چراغ‌های راهنمایی را طوری مدیریت می‌کند تا ترافیک را کاهش دهد و یا بر اساس میزان تراکم، استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی را به صورت بهتری مدیریت کند.

ویژگی‌های یک شهر هوشمند شامل صرفه‌جویی در مصرف انرژی و بهره‌وری زیست‌محیطی است. برای مثال استفاده از چراغ‌های خیابانی که در صورت خالی بودن جاده‌ها کمتر روشن می‌شوند. اینگونه فناوری‌های شبکه هوشمند می‌توانند همه چیز را، از عملیات تا نگهداری و برنامه‌ریزی تا تأمین انرژی، بهبود بخشند. همچنین می‌توان از طریق جمع‌آوری زباله از طریق اینترنت و سیستم‌های مدیریت پسماندها و بهداشتی، در مقابله با تغییرات اقلیمی و آلودگی هوا و همچنین مدیریت پسماندها و بهداشت، مؤثرتر عمل کرد.

علاوه بر ارائه بهتر خدمات، شهرهای هوشمند امکانات ایمنی و امنیتی مانند نظارت بر مناطق با بالاترین سطح جرم و جنایت را فراهم می‌کنند یا با استفاده از حسگرها قابلیت هشداردهی زودهنگام را برای حوادثی مانند سیل، رانش زمین، طوفان‌ها یا خشکسالی‌ها فراهم می‌کنند.

ساختمان‌های هوشمند همچنین می‌توانند با نظارت و رصد لحظه‌ای بر سلامت سازه، زمان مورد نیاز برای انجام تعمیرات را به مالکان اطلاع دهند. شهروندان نیز می‌توانند به این سیستم‌ها دسترسی داشته باشند تا مسئولین را از بروز هرگونه مشکل مانند چاه‌های خراب در اسرع وقت مطلع سازند، در حالی که حسگرها همچنین می‌توانند مشکلات زیرساختی مانند نشتی در لوله‌های آب را نیز نظارت کنند.

علاوه بر موارد گفته شده، فناوری‌های مورد استفاده در یک شهر هوشمند می‌تواند کارایی تولید، کشاورزی شهری، استفاده از انرژی و سایر موارد را بهبود بخشد. شهرهای هوشمند قادرند تمامی خدمات مختلف را به هم پیوند داده و راهکارهای متصل به اینترنت را برای شهروندان فراهم کنند.

شهر هوشمند چگونه کار می‌کند؟

شهرهای هوشمند به منظور بهبود کیفیت زندگی و تسهیل رشد اقتصادی از طریق شبکه‌ای از دستگاه‌های اینترنت اشیا و فناوری‌های دیگر، چهار مرحله اساسی را دنبال می‌کنند:

جمع‌آوری اطلاعات: حسگرها و دستگاه‌های هوشمند داده‌های زمان واقعی را جمع‌آوری می‌کنند.
تحلیل داده‌ها: داده‌ها برای به دست آوردن درکی از عملکرد خدمات و عملیات شهری تحلیل می‌شوند.
تصمیم‌گیری: نتایج تحلیل داده‌ها به تصمیم‌گیران ارتباط داده می‌شوند.
عمل: اقداماتی برای بهبود عملکرد، مدیریت دارایی‌ها و بهبود کیفیت زندگی شهری برای ساکنان انجام می‌شود.

زیرساخت‌های ارتباطات و فناوری اطلاعات، داده‌های زمان واقعی را از منابع، اشیا و ماشین‌آلات متصل شده جمع‌آوری می‌کند تا فرایند تصمیم‌گیری را بهبود بخشد. علاوه بر این، شهروندان قادر به درگیری و تعامل با اکوسیستم‌های شهر هوشمند از طریق دستگاه‌های تلفن همراه، خودروهای متصل و ساختمان‌های هوشمند هستند. از طریق ارتباط دستگاه‌ها با داده‌ها و زیرساخت شهر، می‌توان هزینه‌ها را کاهش داد، پایداری را بهبود بخشید و عواملی مانند توزیع انرژی و جمع‌آوری زباله را بهینه سازی کرد، همچنین ترافیک را کاهش داد و کیفیت هوای شهر را بهبود بخشید.

چرا شهرهای هوشمند مهم هستند؟

۵۴ درصد از جمعیت جهان در شهرها زندگی می‌کنند و تخمین زده می‌شود که این عدد تا سال ۲۰۵۰ به ۶6 درصد افزایش خواهد یافت که باعث افزودن ۲.۵ میلیارد نفر دیگر به جمعیت شهری در طی سه دهه آینده خواهد شد. با توجه به این میزان از رشد پیش‌بینی شده، یک جامعه، نیاز به مدیریت پایدار منابع زیست‌محیطی، اجتماعی و اقتصادی دارد.

چالش‌های شهر هوشمند

با تمامی مزایایی که شهرهای هوشمند ارائه می‌دهند، چالش‌هایی نیز وجود دارد که باید آن‌ها را پشت سر گذاشت. این چالش‌ها شامل همکاری گسترده مقامات دولتی با شهروندان است. همچنین نیاز به هماهنگی بخش خصوصی و عمومی با ساکنان وجود دارد تا همه بتوانند به طور مثبت به ارتقای جامعه کمک کنند. پروژه‌های شهر هوشمند باید شفاف و قابل دسترس برای شهروندان از طریق پورتال داده‌های باز یا برنامه‌های تلفن همراه باشند. این امکان را به ساکنان می‌دهد که با داده‌ها در تعامل باشند و وظایف شخصی خود را مانند پرداخت قبوض، یافتن گزینه‌های حمل و نقل کارآمد و ارزیابی مصرف انرژی در خانه انجام دهند. همه این موارد نیازمند یک سیستم قوی و امن جمع‌آوری و ذخیره داده است تا از هک شدن یا سوء استفاده جلوگیری شود. همچنین داده‌های شهر هوشمند باید به صورت ناشناس باشند تا مشکلات حریم خصوصی ایجاد نشود.

بزرگترین چالش احتمالاً چالش اتصال است، زیرا هزاران یا حتی میلیون‌ها دستگاه اینترنت اشیاء باید به یکدیگر متصل شوند و هماهنگی کنند. این امکان را فراهم می‌کند تا خدمات به یکدیگر متصل شوند و با افزایش تقاضا، بهبودهای مداوم صورت گیرد.

علاوه بر فناوری، شهرهای هوشمند نیز باید به عوامل اجتماعی توجه کنند که بافت فرهنگی جذابی را برای ساکنان فراهم می‌کنند و احساس مکانی را ارائه می‌دهند. این مسئله به خصوص برای شهرهایی که از ابتدا در حال ایجاد هستند و نیاز به جذب ساکنان دارند، بسیار مهم است.

آیا شهرهای هوشمند امن هستند؟

شهرهای هوشمند امکانات فراوانی را برای بهبود ایمنی شهروندان ارائه می‌دهند، مانند سیستم‌های نظارتی متصل، جاده‌های هوشمند و نظارت بر ایمنی عمومی، اما چگونه می‌توان خود شهرهای هوشمند را نیز محافظت کرد؟

لازم است از حملات سایبری، هک و سرقت داده‌ها در شهرهای هوشمند جلوگیری شود، همچنین باید اطمینان حاصل شود که داده‌های گزارش شده دقیق باشند. برای مدیریت امنیت شهرهای هوشمند، نیاز به اجرای تدابیری مانند اتاق‌های امنیتی فیزیکی، مدیریت مقاومت در برابر تصدیق هویت و راه‌حل‌های شناسایی و احراز هویت وجود دارد. شهروندان باید به امنیت شهرهای هوشمند اعتماد کنند، که این به معنای همکاری دولت، شرکت‌های خصوصی، توسعه‌دهندگان نرم‌افزار، تولیدکنندگان دستگاه، ارائه‌دهندگان انرژی و مدیران خدمات شبکه است تا راه‌حل‌های یکپارچه با هدف ایجاد امنیت را ارائه دهند. اهداف اصلی امنیت را می‌توان به صورت زیر تجزیه کرد:

قابلیت دسترسی: داده‌ها باید به صورت زمان واقعی در دسترس باشند و دسترسی قابل اعتمادی داشته باشند تا تضمین شود که در نظارت بر اجزای مختلف زیرساخت شهر هوشمند کارایی خود را انجام دهند.

صحت: داده‌ها نه تنها باید به صورت آماده در دسترس باشند، بلکه باید صحیح نیز باشند. این به معنای محافظت در برابر تلاش‌های تغییر و دستکاری از خارج است.

محرمانگی: داده‌های حساس باید محرمانه و از دسترسی غیرمجاز محافظت شوند. این ممکن است شامل استفاده از دیواره‌های آتش یا ناشناس کردن داده‌ها باشد.

مسئولیت‌پذیری: کاربران سیستم باید مسئولیت اعمال و تعامل‌های خود با سیستم‌های حساس داده‌ها را داشته باشند. لاگ کاربران باید ثبت کند که چه کسی به اطلاعات دسترسی دارد تا در صورت وجود هرگونه مشکل، مسئولیت قابل اثبات باشد. در حال حاضر، در کشورهای مختلف، مانند قانون بهبود امنیت سایبری اینترنت اشیاء در ایالات متحده، قوانینی در حال اجرا قرار می‌گیرند تا در مورد تعیین و تأسیس نیازمندی‌های حداقلی امنیتی برای دستگاه‌های متصل در شهرهای هوشمند کمک کنند.

مثال‌هایی از هوشمند بودن

1-1 حمل و نقل هوشمند

مجموعه‌ای از سیستم‌های "حمل و نقل هوشمند" می‌توانند در یک شهر هوشمند پیاده‌سازی شوند. به عنوان مثال، شهرهای هوشمند می‌توانند یک سامانه مدیریت جریان ترافیک هوشمند را پیاده‌سازی کنند که می‌تواند سیستم کنترل مرکزی را با کنترل روشنایی‌های ترافیک و حسگرهایی برای تشخیص تاخیرها و حجم ترافیک در تقاطعات خاص ترکیب کند. سیستم کنترل می‌تواند زمان‌بندی روشنایی‌ها را براساس حجم ترافیک و روان شدن آن تنظیم کند. برخی از سیستم‌ها می‌توانند برای اتوبوس‌ها یا خودروهای اضطراری نیز زمان‌بندی را تنظیم کنند. همچنین، برخی از سیستم‌ها ممکن است شرایط را در جاده‌های اصلی و جاده‌های اصلی را نظارت کرده و زمان‌بندی را بر روی جاده‌های اصلی و مسیرهای جایگزین تنظیم کنند.

علاوه بر این، می‌توان برای جاده‌های پیشرفته هوشمند طرح‌ریزی کرد. به عنوان مثال، حسگرهای نصب شده می‌توانند زمانی که یک خودرو از پلازاي ورودی گذر می‌کند، آن را تشخیص داده و هزینه را از حساب کاربر کسر کند. علاوه بر این، هزینه متغیر ممکن است بر اساس شرایط ترافیک ارزیابی شود. به عنوان مثال، خطوط تاکسی سریع می‌توانند به نحوی پیاده‌سازی شوند که ترافیک را نظارت کرده و مبلغ بیشتری بر اساس میزان استفاده از خط دریافت کنند.

علاوه بر این، شهرها یا بخش‌هایی از شهرها می‌توانند به شبکه پارکینگ هوشمند مجهز شوند. به عنوان مثال، خودپردازهای پارکینگ ممکن است با حسگرها یا دستگاه‌های نظارتی دیگری که با سرور مرکزی و برنامه کاربر ارتباط برقرار می‌کنند، مجهز شوند تا هنگامی که یک جای پارک خالی است، راننده را آگاه سازند و او را به آن هدایت کنند. این سیستم‌ها شامل مدیریت جریان ترافیک هوشمند، جاده‌های پیشرفته هوشمند و شبکه پارکینگ هوشمند می‌شوند.

1-2 انرژی هوشمند

هدف هر شبکه برق الکتریکی، ارائه توان کافی در زمان نیاز (با کارایی) و کاهش زمان بیکاری و آسیب‌ها در هنگام بروز خطاها است. یک روش برای مقابله با این مسئله استفاده از شمارش‌گرهای هوشمند است که دیجیتال هستند. شمارش‌گرهای برقی می‌توانند جایگزین شمارش‌گرهای مکانیکی قدیمی شوند که نیاز به پرسنل برای "خواندن" شمارش‌گر را یک بار در ماه دارند. آن‌ها می‌توانند نظارت به موقع‌تری را بر مصرف یک مشتری خاص ارائه دهند و به صورت بی‌سیم ارتباط برقرار کنند، به طوری که هیچکس نیازی به ورود به خانه نداشته باشد. شمارش‌گرهای هوشمند همچنین به شرکت‌ها توانایی شناسایی منبع قطعی برق را به صورت سریع‌تر می‌دهند.

علاوه بر ویژگی‌های گفته شده، می‌توان برق خانه‌ها را از یک محل مرکزی و بدون نیاز به یک تیم عملیاتی میدانی به راحتی کنترل کرد. شمارش‌گرهای هوشمند همچنین امکان تأمین نرخ تفاضلی را فراهم می‌کنند. به عبارت دیگر، مصرف‌کننده می‌تواند برای مصرف بالاتر در ساعات اوج هزینه بیشتری پرداخت کند (و به دلیل دسترسی به مصرف برق خود به صورت به‌روز، می‌تواند مصرف خود را به‌ منظور تنظیم مجدد برق خود تنظیم کند).

علاوه بر این، برخی از شرکت‌های امدادرسانی پیشنهاد استفاده از شبکه‌های کوچک نیروگاهی را مطرح کرده‌اند. این شبکه‌ها شامل گروهی از بارها و منابع متصل به شبکه بزرگ‌تر هستند، اما می‌توانند به‌طور مستقل و در حالت "جزیره‌ای" عمل کنند. این شبکه‌های کوچک به عنوان پشتیبان‌ها عمل کرده وقتی در شبکه بزرگ خرابی اتفاق بیفتد، همچنین می‌توانند به صورت کارآمدتر عمل کنند.

حتی ویژگی‌های معمول شهری مانند چراغ خیابان‌ها هم می‌توانند به عنوان بخشی از شهر هوشمند شبکه‌ای شوند. برخی از شهرها، به عنوان مثال، در حال جایگزینی چراغ‌های خیابان قدیمی با چراغ‌های استفاده از دیودهای نوری (LED) با کارایی بیشتر هستند. این چراغ‌های خیابان جدید همچنین می‌توانند دوربین‌ها و حسگرهای دیگری را برای نظارت بر افراد یا مناطق پرترافیک پشتیبانی کنند. حسگرها حتی می‌توانند برای نظارت بر آلاینده‌ها نصب شوند.

جمع‌بندی

ایجاد سیستم‌های هوشمند و متصل برای مناطق شهری بسیاری از مزایایی برای شهروندان در سراسر جهان به ارمغان می‌آورد. این مزایا شامل بهبود کیفیت زندگی، حفظ پایداری و بهره‌وری بهتر از منابع است. این راه‌حل‌ها به یک رویکرد یکپارچه از سوی دولت، بخش خصوصی و خود شهروندان وابسته هستند. با حمایت و زیرساخت مناسب، شهرهای هوشمند می‌توانند از پیشرفت‌هایی مانند اینترنت اشیاء برای بهبود زندگی شهروندان و ایجاد راهکارهای متصل برای جمعیت شهری جهان در حال رشد استفاده کنند.