Cidades Inteligentes Antonio Alfredo F. Loureiro loureiro@dcc.ufmg.br Departamento de Ciência da Computação Universidade Federal de Minas Gerais

Agenda Conceitos relacionados Fundamentos relacionados Desafios Oportunidades

Conceitos relacionados Primeira parte Conceitos relacionados

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

Quadro de Fra Carnevale (c.1480) 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

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.

Luzes das cidades de hoje

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

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

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

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

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

Mobilidade inteligente Framework

Uso eficiente do espaço urbano

“Hierarquia de transporte verde”

Fundamentos relacionados Segunda parte Fundamentos relacionados

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

Computação urbana como base para cidades inteligentes

Algumas questões Qual é o papel da computação e, de forma mais ampla das TICs, no projeto de cidades inteligentes? Este é um problema de engenharia ou existem questões científicas a serem resolvidas? Qual é o papel das pessoas (instituições) no projeto de cidades inteligentes? Este é um problema de “educação” ou existem questões morais e éticas a serem tratadas? A personalização deve ser tratada? Como?

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

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

“Open data & open innovation”

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

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

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, …

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

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)

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

Sensoriamento Espectro amplo Desafio: Tratamento de fontes individuais e a combinação delas Entidades físicas Entidades lógicas Complexidade Sensores físicos: Objetos CO2 Pessoas Animais …. Sensores virtuais: Eventos definidos por um predicado Pessoa: social sensing Informação: origem, evolução, disseminação ... Informação é personalizada, participatória

Fusão de informação para contextos físico & lógico 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

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

O que precisamos Princípios Técnicas Metodologia Ferramentas 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 34

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

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

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

Sensoriamento por localidade Power law CCDF

Tempo entre sensoriamento (Local popular) Rajadas de atividade 6 6 Longos períodos de inatividade Sensoriamento é eficiente enquanto os usuários estão motivados a seus recursos e dados sensoriados frequentemente Sensoriamento pode acontecer em momentos específicos (restaurante hora do almoço)

Sensoriamento por dia Foursquare dataset

Sensoriamento por hora Foursquare dataset

Smartphones e sensoriamento 28% of American Adults use mobile and social Localização-based services http://pewinternet.org/Reports/2011/Localização/Report/Smartphones.aspx 42

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

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

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

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

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

Papéis Principal Apoio Várias possibilidades/oportunidades 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

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

Como processar tudo isso? 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 50

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

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

Boa sorte e obrigado!

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/