Cidades Inteligentes Antonio Alfredo F. Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência da...

Cidades Inteligentes

Antonio Alfredo F. Loureiroloureiro@dcc.ufmg.br

Departamento de Ciência da ComputaçãoUniversidade Federal de Minas Gerais

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Agenda

• Conceitos relacionados

• Fundamentos relacionados– Desafios– Oportunidades

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Primeira parte

Conceitos relacionados

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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

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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

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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.

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Luzes das cidades de hoje

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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

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Cidades inteligentes e suas dimensões

• Economia• Mobilidade• Ambiente• Pessoas• Moradia• Governança

Próxima etapa da urbanização

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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

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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

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Mobilidade inteligenteCaracterísticas

• Acessibilidade local, nacional e internacional

• Disponibilidade de TIC• Sistemas de transporte

sustentável, inovador e seguro

ITS – Intelligent Transportation SystemBRT – Bogotá, Colômbia

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Mobilidade inteligenteFramework

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Uso eficiente do espaço urbano

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“Hierarquia de transporte verde”

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Segunda parte

Fundamentos relacionados

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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

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Computação urbana como base para cidades inteligentes

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Algumas questões

1. Qual é o papel da computação e, de forma mais ampla das TICs, no projeto de cidades inteligentes?

2. Este é um problema de engenharia ou existem questões científicas a serem resolvidas?

3. Qual é o papel das pessoas (instituições) no projeto de cidades inteligentes?

4. Este é um problema de “educação” ou existem questões morais e éticas a serem tratadas?

5. A personalização deve ser tratada? Como?

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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

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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

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“Open data & open innovation”

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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

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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

Contexto Elementos desensoriamento

têm

Amplo espectrode dados

Cloud

LógicoFísico

obtido por meio de

classificado comocapturam

armazenados na

são de Tiposdiferentes

devem se ajustar

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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, …

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Contexto

• “Caracteriza” uma dada entidade– Estado, propriedades, dados, …

• Classificado como– físico– lógico

• Depende da entidade

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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)

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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

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Espectro amplo

Desafio:– Tratamento de fontes individuais e a combinação delas

Sensoriamento

Entidadesfísicas

Entidadeslógicas

Sensores físicos:– Objetos– CO2

– Pessoas– Animais– ….

Sensores virtuais:– Eventos definidos

por um predicado

– Pessoa: social sensing– Informação: origem,

evolução, disseminação– ... Informação é personalizada,

participatória

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Complexidade

Desafio fundamental

• Sabemos fazer fusão de dados em redes de sensores tradicionais

• No entanto, em cenários heterogêneos estamos longe ainda

Entidadesfísicas

Entidades lógicas

Fusão de informação paracontextos físico & lógico

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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– ...

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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 FerramentasTécnicas Metodologia

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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

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Modelos de mobilidade para comunicação social

• Exemplo: checkins no Foursquare funcionam como sensores sociais

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Cobertura

Alta coberturaAspectos geográficos comunsAlém dos aspectos econômicos, existem diferenças cuturais?

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Sensoriamento por localidade

Power law

CCDF38

Tempo entre sensoriamento(Local popular)

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Rajadas de atividade

Longos períodos de inatividade

Sensoriamento pode acontecer em momentos específicos (restaurante hora do almoço)

Sensoriamento é eficiente enquanto os usuários estão motivados a seus recursos e dados sensoriados frequentemente

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Sensoriamento por dia

Foursquare dataset40

Sensoriamento por hora

Foursquare dataset41

28% of American Adults use mobile and social Localização-based serviceshttp://pewinternet.org/Reports/2011/Localização/Report/Smartphones.aspx

Smartphones e sensoriamento

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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

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Dimensões da localização e rastreamento

• Tipos de entidades• Técnicas: ambientes interno vs. externo• Papéis• Requisitos de QoS• Privacidade• …

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Que tipos de entidades?

• Diferentes possibilidades dependendo do cenário– Usuário– Aplicação– Serviço– Protocolo

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Técnicas de localização

Desafios de pesquisa/práticos Interessantes

Diferentes capacidades e possibilidades

Diferentes soluções46

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)

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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

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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

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Como processar tudo isso?

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Entidades

Contexto Elementos desensoriamento

têm

Amplo espectrode dados

Cloud

LógicoFísico

obtido por meio de

classificado comocapturam

armazenados na

são de Tiposdiferentes

devem se ajustar

Combinando alguns blocos básicos

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Fontes físicas

Fontes lógicas

SensoriamentoFusão L& R Contexto+ +

• Fusão de diferentes fontes de sensoriamento

• Localização e rastreamento (L&R)

• Tratamento de contexto

• Serviços para diferentes redes sem fio

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Desafio: prover serviços úteis em computação urbana/cidades inteligentes

• Comece por conhecer os dispositivos e tecnologias que estarão disponíveis:– Como podem ser usados nas diferentes dimensões das

cidades inteligentes?– Como podemos prover serviços coletivos e

personalizados?

• Muitas oportunidades de pesquisa e empreendimentos

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Boa sorte e obrigado!

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Mobilidade em cidades inteligentes

http://diycity.org/

http://www.citygoround.org/about/

http://world.waze.com/

http://www.seeclickfix.com/citizens

http://www.urbanmobilitygroup.com/

http://senseable.mit.edu/realtimerome/

http://senseable.mit.edu/eyestop/