شهر هوشمند چیست ؟
شهر هوشمند منطقه‌ای است که از فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات یا ICT استفاده می‌کند تا کارآیی عملیات‌های خود را افزایش دهد، اطلاعات را با عموم مردم به اشتراک بگذارد و کیفیت خدمات دولت و رفاه شهروندان را ارتقاء بخشد.
تعاریف گوناگونی از شهر هوشمند ارائه شده است؛ به بیان کلی می‌توان گفت هدف نهایی از طراحی این شهر، استفاده از فناوری‌های هوشمند و تحلیل داده به منظور بهینه‌سازی کارکردهای شهری و تحریک رشد اقتصادی هم‌راستا با ارتقای کیفیت زندگی شهروندان است. آنچه ارزش شهرهای هوشمند را تعیین می‌کند، صرفاً سطح فناوری‌های موجود نیست، بلکه اقداماتی است که با تکیه بر این فناوری‌ها انجام می‌شوند.
ضرورت شهرهای هوشمند
هدف اصلی از ساخت شهر هوشمند ایجاد محیطی است که همگام با رشد اقتصادی، کیفیت زندگی بالایی برای شهروندانش فراهم کند. پس یکی از مزایای عمده‌ی شهرهای هوشمند را می‌توان توانایی‌شان در ارائه‌ی آسان خدمات بیشتر به شهروندان با نیاز به هزینه و زیرساخت کمتر دانست.
شهرها باید با استفاده‌ی کارا تر از زیرساخت‌ها و دارایی‌های خود، نیاز جمعیت رو به رشد خود را پاسخ دهند. برای تحقق این امر، ارتقای عملیات‌های شهری و بهبود کیفیت زندگی شهروندان می‌توان از نرم‌افزارهای شهر هوشمند استفاده کرد.
به کمک نرم‌افزارهای شهر هوشمند می‌توان از زیرساخت‌های قبلی ارزش دوباره به دست آورد و یا زیرساخت‌های جدید ایجاد کرد. پیشرفت‌های اخیر مسیر را برای درآمدزایی و افزایش کارآیی عملیات‌ها هموار کرده‌اند و بدین طریق، منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌های دولت‌ها و شهروندان شده‌اند.
چه معیار هایی برای شهر هوشمند در نظر گرفته شده است ؟
چندین معیار عمده برای تعیین میزان هوشمندی شهرها وجود دارد:
-
زیرساخت‌های مبتنی بر فناوری
-
اقدمات زیست‌محیطی
-
سیستم حمل‌ونقل عمومی پیشرفته و کارآمد
-
برنامه‌ریزی شهری معتبر
-
زندگی و کار انسان‌ها در شهر و استفاده از منابعش
مهمترین عامل موفقیت در پیاده سازی شهر هوشمند
موفقیت شهر هوشمند به توانایی‌اش در ایجاد رابطهای قوی بین دولت (با تمام دیوان‌سالاری‌ها و قوانینش) و بخش خصوصی بستگی دارد. ضرورت این ارتباط در این است که آنچه برای ایجاد و نگهداری یک محیط دیجیتال و داده‌بنیان انجام می‌گیرد عمدتاً از دست دولت خارج است. تجهیزاتی همچون دوربین‌ها، حسگرها و سرورها که برای نظارت بر خیابان‌های شلوغ به کار می‌روند ممکن است هر کدام مربوط به شرکت خاصی باشند.
از سوی دیگر، برای تجزیه و تحلیل داده‌هایی که به مسئولین شهر گزارش داده می‌شود، لازم است پیمانکارهای مستقل هم به کار گرفته شوند. علاوه بر این، ممکن است برای حل مشکلات مشاهده شده در این داده‌ها، نیاز به استخدام تیمی از توسعه‌گران نرم‌افزار باشد. اگر راهکارهای ارائه شده برای حل این مشکلات مستلزم به روزرسانی و مدیریت منظم باشد، تیم توسعه‌گر می‌تواند به عنوان بخشی از سیستم شروع به فعالیت کند. بنابراین، موفقیت شهر هوشمند بیشتر متمرکز بر ساخت روابط مثبت است تا رقابت بر سر پروژه‌ها.
فناوری Smart City
شهرهای هوشمند دستگاه‌های اینترنت اشیاء (IoT)، راهکارهای نرم‌افزاری، رابطهای کاربر (UI) و شبکه‌های ارتباطی را با هم ادغام می‌کنند. با این حال، بیش از هر چیز بر اینترنت اشیاء تمرکز دارند. IoT شبکه‌ای از دستگاه‌های متصل (همچون خودروها، حسگرها و تجهیزات خانگی) است که می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و به تبادل اطلاعات بپردازند. داده‌هایی که حسگرها و دستگاه‌های IoT جمع‌آوری و منتقل می‌کنند در فضای ابری یا سرورها ذخیره می‌شوند. اتصال بین این دستگاه‌ها و تحلیل داده (DA) یا data analytics مسیر را برای همگرایی عناصر فیزیکی و دیجیتالی شهر هموار می‌کند و بدین ترتیب، کارآیی بخش‌های عمومی و خصوصی را ارتقاء می‌دهد، مزایای اقتصادی فراهم می‌آورد و زندگی شهروندان را بهبود می‌بخشد.
Edge computing and Firewall
گاهی اوقات، دستگاه‌های IoT قابلیتی پردازشی به نام رایانش لبه (edge computing) دارند؛ رایانش لبه تضمین می‌کند که تنها مهمترین و مرتبط‌ترین اطلاعات در سطح شبکه منتقل شوند.
محافظت، نظارت و کنترل ترافیک شبکه در یک سیستم محاسباتی مستلزم وجود یک سیستم امنیتی دیوار آتش (firewall) است. در نتیجه‌ی استفاده از فایروال‌ها، نسبت به ایمنی داده‌هایی که پیوسته در شبکه‌ی شهر هوشمند منتقل می‌شوند، اطمینان حاصل می‌گردد. فایروال‌ها بدین منظور از هرگونه دسترسی غیرمجاز به شبکه‌ی IoT یا داده‌های شهر جلوگیری می‌کنند.
از میان سایر فناوری‌های شهرهای هوشمند می‌توان به این موارد اشاره کرد:
-
رابطه‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API)
-
هوش مصنوعی (AI)
-
رایانش ابری (cloud computing)
-
داشبوردها
-
یادگیری ماشین (ML)
-
ماشین به ماشین (M2M)
-
شبکه مِش (mesh network)
ویژگی‌های شهر هوشمند
ترندهای نوظهور دنیای فناوری همچون خودکارسازی (automation)، یادگیری ماشین (machine learning) و یا اینترنت اشیاء (IoT) مسیر را برای پذیرش شهر هوشمند هموار کرده‌اند.
1- مدیریت همه جانبه
به لحاظ نظری، همه‌ی حوزه‌های مدیریت شهری را می‌توان در برنامه‌ریزی شهرهای هوشمند به کار گرفت. مصداق بارز این امر پارک‌مترهای هوشمندی هستند که به رانندگان کمک می‌کنند جای پارک خالی پیدا کرده و دیگر نیازی به جست‌وجو در خیابان‌های شلوغ نداشته باشند.
2- حمل و نقل هوشمند
در حوزه‌ی حمل و نقل می‌توان با استفاده از مدیریت هوشمند ترافیک، بر جریان ترافیک و تحلیل آن نظارت کرد تا بر اساس جداول و زمان‌بندی‌ها، جلوی ترافیک بیش از حد را گرفت و عملکرد چراغ‌های خیابان را بهینه ساخت. حمل و نقل عمومی هوشمند از دیگر ویژگی‌های Smart City است. شرکت‌های حمل و نقل هوشمند می‌توانند خدمات‌شان را با یکدیگر هماهنگ ساخته و به صورت لحظه‌ای به نیازهای رانندگان پاسخ دهند و بدین ترتیب، کارآیی خود و رضایت راننده را بالا ببرند. سفرهای اشتراکی (با خودرو و یا با موتور/دوچرخه) نیز از خدمات متداول در شهرهای هوشمند به شمار می‌روند.
3- صرفه جویی و کاهش مصرف انرژی
کارآیی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی از جمله مباحثی است که در شهرهای هوشمند مورد توجه قرار می‌گیرند. چراغ‌های خیابانی که حسگرهای هوشمند دارند، وقتی خودرو یا عابر پیاده‌ای نباشد، نور خود را کم می‌کنند. شبکه‌های هوشمند را می‌توان برای بهبود عملیات‌ها، نگهداری، برنامه‌ریزی، تأمین انرژی موردنیاز و نظارت بر قطعی‌ها استفاده کرد.
4- خداحافظی با دغدغه های زیست محیطی
از دیگر اهداف Smart City رسیدگی به دغدغه‌های زیست‌محیطی همچون تغییرات آب‌وهوایی یا آلودگی است. بخش پاکسازی و مدیریت ضایعات را نیز می‌توان به کمک فناوری‌های هوشمند ارتقاء بخشید؛ به عنوان مثال می‌توان به سطل‌زباله‌های متصل به اینترنت و سیستم‌های مجهز به IoT مدیریت ناوگان اشاره کرد که برای جمع‌آوری و دفع زباله به کار می‌روند و یا حسگرهایی که با اندازه‌گیری پارامترهای آب، کیفیت آب آشامیدنی را تضمین می‌کنند.
5- افزایش امنیت و نظارت دقیق تر
فناوری‌های شهر هوشمند برای بهبود امنیت عمومی نیز به کار می‌روند. از جمله اقداماتی که در این حوزه انجام می‌گیرد، نظارت هوشمند بر مناطقی است که آمار جرم و جنایت در آن‌ها بالاست؛ بدین ترتیب می‌توان پیش‌آمادگی بخش‌های اورژانسی را ارتقاء بخشید. علاوه بر این، حسگرهای هوشمند را می‌توان به عنوان عنصری کلیدی از سیستم‌های هشدار به کار برد تا قبل از وقوع خشکسالی، سیل، زلزله یا طوفان به مردم اخطار دهند.
همچنین ساختمان‌های هوشمند نیز بخشی از پروژه‌ی شهرهای هوشمند به شمار می‌روند. علاوه بر ترمیم زیرساخت بناهای قدیمی، می‌توان ساختمان‌های جدیدی ساخت که با استفاده از حسگرها، امکان مدیریت لحظه‌ای فضا، تضمین امنیت عمومی و نظارت بر سلامت ساختمان را فراهم می‌آورند. حسگرها می‌توانند فرسودگی ساختمان را تشخیص دهند و به اشخاص مربوطه اطلاع‌رسانی کنند. شهروندان نیز می‌توانند در این فرآیند نقش ایفا کنند و از طریق نرم‌افزار شهر هوشمند، در صورت لزوم تعمیرات در ساختمان‌ها و سایر زیرساخت‌های شهری (همچون چاله‌ها و حفره‌ها) به مسئولین اطلاع دهند. حسگرها قابلیت تشخیص نشتی در ذخایر آب و سیستم‌های لوله‌کشی‌شده را نیز دارند و بدین طریق، به کاهش هزینه‌ها و ارتقای بازده کارکنان کمک می‌کنند.
فناوری‌های شهر هوشمند به کارآیی ساخت‌وساز و کشاورزی شهری می‌افزایند؛ برای مثال، اشتغال‌زایی کرده، بازده انرژی را افزایش داده، مدیرت فضا را بهبود بخشیده و محصولات تازه‌تری در اختیار مشتریان قرار می‌دهند.
خصوصیات یک شهر هوشمند موفق
شهرهای هوشمند با تکیه بر شبکه‌هایی متشکل از دستگاه‌های IoT و سایر فناوری‌های متصل، سعی می‌کنند کیفیت زندگی شهروندان را ارتقاء داده و به رشد اقتصادی بالا دست یابند. شهرهای هوشمند موفق از این چهار گام پیروی می‌کنند:
-
جمع‌آوری: حسگرهای هوشمند سراسر شهر به صورت لحظه‌ای داده جمع‌آوری می‌کنند.
-
تجزیه و تحلیل: داده‌های جمع‌آوری شده از طریق حسگرهای هوشمند، ارزیابی می‌شوند تا اطلاعات مفید از آن‌ها استخراج گردد.
-
ارتباطات: شبکه‌های ارتباطی قوی اطلاعاتی که در مرحله‌ی تجزیه و تحلیل به دست آمده‌اند را به تصمیم‌گیران منتقل می‌کنند.
-
اقدام: شهرها از این اطلاعات استفاده می‌کنند تا راهکارهای مناسب طراحی کرده، عملیات‌ها و مدیریت تجهیزات را بهینه ساخته و کیفیت زندگی ساکنین را ارتقاء دهند.
پایداری شهرهای هوشمند
پایداری یکی دیگر از جنبه‌های اصلی شهرهای هوشمند است. انتظار می‌رود جریان شهری‌سازی در سال‌های آینده روند رو به رشدی در پیش داشته باشد. به گزارش سازمان ملل، در حال حاضر، حدود 55% جمعیت دنیا در مناطق شهری زندگی می‌کنند. این آمار و ارقام طی چند دهه‌ی آینده رشد کرده و به 68% خواهد رسید. فناوری‌های هوشمند به شهرها کمک می‌کنند رشد و توسعه‌ای پایدار داشته باشند و علاوه بر این، رفاه شهروندی و کارآیی دولت در مناطق شهری را نیز بهبود می‌بخشند.
شهرها از نظر زیست‌محیطی مزایی همچون اشغال فضای جغرافیایی کمتر و بالتبع، اثرات منفی کمتر روی سیستم‌های بوم‌شناختی دارند؛ با این حال، آسیب‌هایی هم به محیط زیست وارد می‌کنند. به عنوان مثال می‌توان به تولید گازهای گلخانه‌ای در نتیجه‌ی اقداماتی همچون استفاده‌ی بیش از حد از سوخت‌های فسیلی اشاره کرد. فناوری‌های موجود در شبکه‌ی شهر هوشمند می‌توانند این اثرات منفی و تخریب‌کننده را بهبود ببخشند.
استفاده از سیستم حمل‌ونقل عمومی برقی دو مزیت عمده به همراه دارد: مصرف سوخت را کاهش می‌دهد و با ایجاد هماهنگی بین زیرساخت‌های برقی شهر، تعداد باتری‌های در حال شارژ طی ساعات اوج مصرف را کمتر می‌کند. علاوه بر این، در صورتی که هماهنگی‌های لازم انجام گیرد، می‌توان خودروهای برقی را، در حالتی که استفاده نمی‌شوند، به منظور تنظیم فرکانس شبکه‌ی برق شهری به کار برد.
انتظار می‌رود هرچه شهرها هوشمندتر شوند، نرخ استفاده از خودروهای شخصی در آن‌ها کاهش یابد. خودروهای خودران احتمالاً رویکرد مردم نسبت به ضرورت مالکیت خودروی شخصی را تغییر می‌دهند. رواج خودروهای خودران احتمالاً خواهد توانست تعداد خودروهای شخصی در خیابان‌ها را کاهش دهد و بدین ترتیب، میزان تولید گازهای گلخانه‌ای را پایین بیاورد.
چالش‌ها و دغدغه‌های شهر هوشمند
اقدامات شهر هوشمند باید تمام مردمی که هدف قرار می‌دهد را در نظر بگیرد. این جامعه می‌تواند شامل ساکنین شهر، شاغلین و مسافران باشد. رهبران شهر موظف‌اند آگاهی شهروندان نسبت به مزایای فناوری‌ها را بالا ببرند و دسترسی آن‌ها به دیتاست‌های متن‌باز و مردمی را ارتقاء دهند. اگر مردم بدانند در این فناوری‌ها و مزایایش سهمی دارند، احتمال تعهدشان به تغییرات بیشتر خواهد بود.
تعمل و همکاری کلید توسعه شهر هوشمند
کلید ایجاد جامعه‌ای متعهد برای شهر هوشمند، پرورش همکاری بین بخش عمومی و خصوصی و ساکنین شهر است؛ چنین جامعه‌ای امکانات لازم برای ایفای نقش مثبت در ارتقای شهر را نیز در اختیار خواهد داشت. پروژه‌های شهر هوشمند باید با استفاده از پرتال‌های متن‌باز یا نرم‌افزارهای موبایل، داده‌ها را شفاف‌سازی کرده و در دسترس شهروندان قرار دهند. در نتیجه‌ی این امر، شهروندان با داده‌ها ارتباط برقرار کرده و کاربرد آن‌ها را درک می‌کنند. به علاوه، شهروندان می‌توانند با استفاده از نرم‌افزار شهر هوشمند، امور شخصی خود را نیز انجام دهند و برای مثال، مصرف انرژی خود را بررسی کنند، قبوض را بپردازند و وسیله‌ی حمل و نقل عمومی مدنظر را پیدا کنند.
سوءاستفاده از حریم خصوصی شهروندان !
منتقدین شهر هوشمند نگران‌اند مدیران شهری از پس برآورده‌سازی الزامات حریم خصوصی و امنیت برنیایند. اولین دغدغه‌ای که در این مباحث به ذهن می‌رسد این است که داده‌های شهروندان در معرض خطر هک یا سوءاستفاده قرار بگیرند. علاوه بر این، حضور حسگرها و دوربین‌ها را نیز می‌توان تجاوز به حریم خصوصی یا حتی راهی برای نظارت دولت در نظر گرفت. از جمله اقداماتی که می‌توان برای حل این مشکلات برداشت، هویت‌زدایی از داده‌های جمع‌آوری شده است، به نحوی که تشخیص هویت افراد بر اساس آن‌ها امکان‌پذیر نباشد.
اتصال ضعیف: مرگ شهر هوشمند
با این وجود، بزرگ‌ترین چالش پیش روی شهرهای هوشمند را می‌توان مسئله‌ی اتصال دانست. در صورتی که اتصال قوی وجود نداشته باشد، هزاران یا حتی میلیون‌ها دستگاه IoT در سراسر شهر بلااستفاده می‌شوند و شهر هوشمند هم می‌میرد.
اهمیت ثبات در شهر هوشمند
حمل و نقل عمومی، مدیریت ترافیک، امنیت عمومی، مدیریت آب و فاضلاب، تأمین برق و گاز طبیعی ثبات کافی را ندارند و هرچه سن سیستم بیشتر شود، این مشکل تشدید خواهد شد. از سوی دیگر، با گسترش شهرها و افزایش تقاضا در بخش زیرساخت‌ها، این عملیات‌ها اهمیت بیشتری می‌یابند. با نگهداری و آزمایش مداوم سیستم‌های زیرساختی می‌توان از کارکرد درست آن‌ها اطمینان حاصل کرد.
چالش عدم وجود جمعیت در شهر های هوشمند نوبنیان
یکی دیگر از چالش‌های پیش روی شهرهای هوشمند این است که بدون در دست داشتن هیچ‌گونه بافت فرهنگی، باید به دنبال راه‌های جدید برای جذب و نگهداری شهروند باشد. ماهیت فرهنگی یک منطقه همان چیزی است که افراد را به خود جذب می‌کند؛ فرهنگ را نه می‌توان برنامه‌نویسی کرد و نه می‌توان با کمک حسگرها کنترل کرد. به همین دلیل، اگر شهرهای هوشمند نتوانند احساس تعلق، تمایز و اصالت به افراد بدهند، ممکن است به تزلزل بیفتند.
از سوی دیگر، برخی از شهرهای هوشمند از بنیان ساخته می‌شوند؛ برای مثال، نئوم در عربستان سعودی و یا بوکی در آریزونا شهرهای هوشمندی هستند که در صحرا بنا شده‌اند. این شهرها با مشکل نبود جمعیت روبرو هستند و نمی‌توانند شهروند جذب کنند. در فرآیند ساخت بوکی و نئوم، حتی این دغدغه مطرح شد که آیا اصلاً منبع آب پایداری برای آن‌ها وجود دارد یا خیر.
نمونه‌هایی از شهرهای هوشمند
در سراسر جهان، شهرهای فراوانی شروع به پیاده‌سازی فناوری‌های هوشمند کرده‌اند؛ با این حال، تنها معدودی از آن‌ها در فهرست موفق‌ترین‌ها جای می‌گیرند:
- کانزاس‌سیتی، میزوری
- سن‌دیگو، کالیفرنیا
- کلومبوس، اوهایو
- نیویورک‌سیتی، نیویورک
- تورنتو، کانادا
- سنگاپور
- وین، اتریش
- بارسلونا، اسپانیا
- توکیو، ژاپن
- ریکجاویک، ایسلند
- لندن، انگلستان
- ملبورن، استرالیا
- دبی، امارات
- هنگ‌کنگ، چین
شرح کارکرد برخی از شهر های هوشمند کنونی
بیشتر پروژه‌های جدید شهرهای هوشمند در مناطق خاورمیانه و چین متمرکز شده‌اند؛ با این حال، در سال 2018، ریکجاویک و تورنتو نیز در کنار توکیو و سنگاپور در فهرست هوشمندترین شهرهای جهان قرار گرفتند.
سنگاپور
دولت‌شهر سنگاپور، از حسگر و دوربین های مجهز به IoT استفاده می‌کند تا بر نظافت فضاهای عمومی، تراکم جمعیت و حرکت خودروهای محلی نظارت کند. فناوری‌های هوشمند این کشور به شرکت‌ها و ساکنینش اجازه می‌دهند بر مصرف انرژی، تولید آب و مصرف آب به صورت لحظه‌ای نظارت داشته باشند. به علاوه، سنگاپور در حال آزمایش اتوبوس‌های خودرانی است که هم‌اندازه با اتوبوس‌های معمولی هستند. این شهر سیستم‌هایی دارد که با نظارت بر سالمندان، از سلامت و بهزیستی آن‌ها اطمینان حاصل می‌کند.
کانزاس میزوری
پروژه‌های شهر هوشمند کانزاس میزوری شامل چراغ‌های هوشمند خیابان، کیوسک‌های تعاملی و وای‌فای عمومی رایگان در سطحی به وسعت 50 چهارراه (در طول مسیری دو مایلی) می‌باشند. فضاهای موجود برای پارک خودرو، گردش ترافیک و تراکم عابران پیاده در نرم‌افزار مصورسازی داده شهر در دسترس قرار می‌گیرند.
سن‌دیگو
در اوایل سال 2017، سن‌دیگو 3,200 حسگر هوشمند نصب کرد تا ترافیک و پارک خودروها را بهینه سازد و امنیت عمومی، آگاهی زیست‌محیطی و کیفیت زندگی را برای تمام شهروندانش ارتقاء دهد. در سراسر شهر، ایستگاه‌هایی وجود دارند که با تبدیل انرژی خورشیدی به برق، خودروهای برقی را شارژ می‌کنند. علاوه بر این، دوربین‌های متصل به نظارت بر ترافیک و تعیین موقعیت مکانی جرائم کمک می‌کنند.
دبی
در دبی امارات، فناوری‌های شهر هوشمند برای مسیریابی، پارکینگ، برنامه‌ریزی زیرساخت و حمل و نقل به کار می‌روند. این شهر از پزشکی از راه دور نیز استفاده می‌کند و خدمات بهداشتی و درمانی، آموزش، تجهیزات و ساختمان‌های خود را هوشمند کرده است.
بارسلونا
در بارسلونا اسپانیا، علاوه بر سیستم حمل و نقل و اتوبوسرانی هوشمند، ایستگاه‌های هوشمندی ساخته شده‌اند که وای‌فای رایگان، محل شارژ USB و جداول زمان‌بندی اتوبوس‌ها را در اختیار مسافران قرار می‌دهند. نرم‌افزارهای هوشمند سفر اشتراکی و پارکینگ در این شهر گزینه‌ی پرداخت آنلاین دارند. بارسلونا برای نظارت بر دما، آلودگی، سر و صدا، رطوبت و میزان بارش از انواع حسگرها استفاده می‌کند.
