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Cidades Inteligentes
Antonio Alfredo F. Loureiro
Departamento de Ciência da Computação
Universidade Federal de Minas Gerais
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
5
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.
6
Luzes das cidades de hoje
7
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 inteligente
Características
• 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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13
Mobilidade inteligente
Framework
14
Uso eficiente do espaço urbano
15
“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
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Entidades
ContextoElementos de
sensoriamento
têm
Amplo espectro
de dados
Cloud
LógicoFísico
obtido por meio de
classificado comocapturam
armazenados na
são de Tipos
diferentes
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
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
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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
Entidades
físicas
Entidades
lógicas
Fusão de informação para
contextos 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
CCDF
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Tempo entre sensoriamento(Local popular)
6
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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6
Sensoriamento por dia
Foursquare dataset40
Sensoriamento por hora
Foursquare dataset41
28% of American Adults use mobile and social Localização-based services
http://pewinternet.org/Reports/2011/Localização/Report/Smartphones.aspx
Smartphones e sensoriamento
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Localização e rastreamento
Motivação
• 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
ContextoElementos de
sensoriamento
têm
Amplo espectro
de dados
Cloud
LógicoFísico
obtido por meio de
classificado comocapturam
armazenados na
são de Tipos
diferentes
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/
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