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Cidades Inteligentes Antonio Alfredo F. Loureiro Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais.

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1 Cidades Inteligentes Antonio Alfredo F. Loureiro Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais

2 Agenda Conceitos relacionados Fundamentos relacionados – Desafios – Oportunidades 2

3 Primeira parte Conceitos relacionados 3

4 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 4

5 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

6 Algumas cidades antigas Çatalhüyük, Turquia, foi um assentamento neolítico muito grande na Anatólia (c 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 habitantes no ano de 120 dC. 6

7 Luzes das cidades de hoje 7

8 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 8

9 Cidades inteligentes e suas dimensões Economia Mobilidade Ambiente Pessoas Moradia Governança Próxima etapa da urbanização 9

10 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 10

11 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 11

12 Mobilidade inteligente Características Acessibilidade local, nacional e internacional Disponibilidade de TIC Sistemas de transporte sustentável, inovador e seguro ITS – Intelligent Transportation System BRT – Bogotá, Colômbia 12

13 13

14 Mobilidade inteligente Framework 14

15 Uso eficiente do espaço urbano 15

16 Hierarquia de transporte verde 16

17 Segunda parte Fundamentos relacionados 17

18 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 18

19 Computação urbana como base para cidades inteligentes 19

20 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? 20

21 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 21

22 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 22

23 Open data & open innovation 23

24 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 24

25 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 25

26 Entidades Contexto Elementos de sensoriamento têm Amplo espectro de dados Cloud Lógico Físico obtido por meio de classificado como capturam armazenados na são de Tipos diferentes devem se ajustar 26

27 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, … 27

28 Contexto Caracteriza uma dada entidade – Estado, propriedades, dados, … Classificado como – físico – lógico Depende da entidade 28

29 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) 29

30 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 30

31 Espectro amplo Desafio: –Tratamento de fontes individuais e a combinação delas Sensoriamento Entidades físicas Entidades lógicas Sensores físicos: – Objetos – CO 2 – Pessoas – Animais – …. Sensores virtuais: – Eventos definidos por um predicado – Pessoa: social sensing – Informação: origem, evolução, disseminação –... Informação é personalizada, participatória 31 Complexidade

32 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

33 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

34 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 PrincípiosFerramentasTécnicasMetodologia 34

35 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

36 Modelos de mobilidade para comunicação social Exemplo: checkins no Foursquare funcionam como sensores sociais 36

37 Cobertura Alta cobertura Aspectos geográficos comuns Além dos aspectos econômicos, existem diferenças cuturais? 37

38 Sensoriamento por localidade Power law CCDF 38

39 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 39 6

40 Sensoriamento por dia Foursquare dataset 40

41 Sensoriamento por hora Foursquare dataset 41

42 28% of American Adults use mobile and social Localização-based services Smartphones e sensoriamento 42

43 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 43

44 Dimensões da localização e rastreamento Tipos de entidades Técnicas: ambientes interno vs. externo Papéis Requisitos de QoS Privacidade … 44

45 Que tipos de entidades? Diferentes possibilidades dependendo do cenário – Usuário – Aplicação – Serviço – Protocolo 45

46 Técnicas de localização Desafios de pesquisa/práticos Interessantes Diferentes capacidades e possibilidades Diferentes soluções 46

47 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

48 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

49 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

50 Como processar tudo isso? 50 Entidades Contexto Elementos de sensoriamento têm Amplo espectro de dados Cloud Lógico Físico obtido por meio de classificado como capturam armazenados na são de Tipos diferentes devem se ajustar

51 Combinando alguns blocos básicos 51 Fontes físicas Fontes lógicas Sensoriamento Fusão L& R Contexto++ Fusão de diferentes fontes de sensoriamento Localização e rastreamento (L&R) Tratamento de contexto Serviços para diferentes redes sem fio 51

52 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 52

53 Boa sorte e obrigado! 53

54 Mobilidade em cidades inteligentes


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