آشنایی با شهر هوشمند

راه‌های زیادی برای تعریف شهر هوشمند وجود دارد؛ تعداد این راه‌ها برابر تعداد شهرهایی که در حال هوشمند شدن هستند، که از لندن و سنگاپور گرفته تا سیت پلزنت در مریلند (آمریکا)، بسیار متفاوت‌ می‌باشد. اکثر این شهرها برخی ویژگی‌های مشترک دارند. هر شهری برای این‌که مکانی عالی برای زندگی باشد، باید هوشمند شود. بدین منظور، ابتکارات گسترده‌ای برای اتصال شهروندان به جدیدترین شبکه‌های اینترنتی 5G و فیبر نوری به کار گرفته و از گسترش سواد و خدمات دیجیتال استقبال می‌کنند. اکثریت موافق‌ هستند که بخش بزرگی از هوشمند بودن به معنای استفاده از فن‌آوری برای خودآگاه‌تر، خودکار و کارآمدتر ساختن شهرهایشان است.

شهر هوشمند چیست؟

شهر هوشمند معمولاً نوعی اینترنت اشیاء شهری است که در آن شبکه‌ای از دوربین‌ها و حسگرها، می‌توانند ببینند، بشنوند و حتی بو کنند. این حسگرها، به‌ویژه دوربین‌های فیلم‌برداری، حجم عظیمی از داده‌ها را تولید می‌کنند که می‌توانند به بسیاری از اهداف شهری مانند جلوگیری از ایجاد ترافیک سنگین کمک کنند.

شهرهای سراسر جهان به هوش مصنوعی روی می‌آورند تا بتوانند داده‌ها را در زمان واقعی برای دستیابی به دید عملی بررسی کنند. شهرهای هوشمند به طور فزاینده‌ای شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی واقعی از خود (دوقلوهای دیجیتالی) می‌سازند تا ایده‌هایی را که ممکن است در آینده عملی به نظر برسند را آزمایش کنند.

سوکوو ری (Sokwoo Rhee) که بر روی بیش از 200 پروژه شهر هوشمند در 25 کشور به عنوان معاون مدیر فیزیکی-سایبری کار کرده است، می‌گوید: «ما شهر هوشمند را مکانی تعریف می‌کنیم که با استفاده از فن‌آوری‌های پیشرفته، کیفیت زندگی افرادی که در آن زندگی می‌کنند را بهبود می‌بخشد.»

کتابچه‌ های راهنمای شهرهای هوشمند در آمریکا و لندن

در کمپانی NIST در آمریکا، سوکوو ری بر روی ساخت راهنمای شهرهای هوشمند نظارت می‌کند. این راهنما شامل گزارش‌هایی در مورد مسائل و مطالعات موردی در زمینه‌های مختلف از ایمنی عمومی گرفته تا سیستم‌های مدیریت آب خواهد بود. لندن راهنمای شهر هوشمند خود را در یک سند 60 صفحه‌ای شرح می‌دهد که شامل بسیاری از اهداف بلندپروازانه است. مانند شهرهای هوشمند ادبی و سن‌خوزه در سیلیکون ولی در آمریکا، این کار در‌حد هوشمندسازی مترو در حال انجام است.

اندرو هادسون اسمیت، رئیس سیستم‌های شهری دیجیتال در مرکز فضایی پیشرفته، تحلیل‌گر در دانشگاه لندن، مدیر و ناظر اقدامات در زمینه شهر هوشمند لندن، می‌گوید: «در حال حاضر با شهر هوشمند ایده‌آل فاصله زیادی داریم زیرا سیستم‌های متعدد و فروشندگان زیادی، شهر هوشمند را تا حدی پیچیده و به جزئیات تقسیم کرده‌اند.»

آزمایشگاه‌ های زنده برای هوش مصنوعی

به نوعی، شهرهای هوشمند هم شامل سینک آشپزخانه و هم آزمایشگاه‌های فن‌آوری هستند. شهرهای هوشمند میزبان همه چیز هستند، از سیستم‌های نظارت بر کیفیت هوا گرفته تا مخازن داده‌های پاک شده برای استفاده در پروژه‌های مشترک هوش مصنوعی. به عنوان مثال، فروشگاه داده لندن، در حال حاضر شامل بیش از 700 مجموعه داده در دسترس عموم است.

یک محقق که تحقیقات در زمینه 13 منطقه وسیع را پیگیری می‌کند، شهر هوشمند را از چراغ‌های هوشمند خیابان گرفته تا سطل‌های زباله متصل به اینترنت تعریف می‌کند. یک ارائه‌دهنده پارکینگ هوشمند در استکهلم در رتبه بندی 100 شهر هوشمند جهان در سال 2019، 24 عامل از جمله تعداد نقاط اتصال Wi-Fi و ایستگاه‌های شارژ وسایل نقلیه الکتریکی را در نظر گرفت. لازم به ذکر است که پنج عامل برتر همگی در اسکاندیناوی بودند.

دومنیک بونته، مدیر عامل ABI Research ناظر بازار، اذعان می‌کند: «به سختی می‌توان شهر هوشمند را به مجموعه‌ای از فناوری‌ها محدود کرد، زیرا همه چیز به شهرهای هوشمند مرتبط می‌شود. در میان موارد استفاده رایج، او سیستم‌های پاسخگویی به تقاضا را به ‌عنوان یک برنامه کاربردی بزرگ برای هوش مصنوعی نامید، زیرا رسیدگی به نوسان تقاضاها برای برق و سایر خدمات یک مشکل پیچیده است.

Easy Park در کشور سوئد 24 عامل را در راهنمای خود فهرست کرده است که معرف شهر هوشمند می‌باشند. از آن‌جایی که شهر هوشمند گسترده و همچنین بزرگ است، ناظران بازار در Navigant Research انتظار دارند که بازار جهانی تجهیزات این شهر از 97.4 میلیارد دلار درآمد سالانه در سال 2019 به 265.4 میلیارد دلار تا سال 2028 با نرخ رشد سالانه 11.8 درصد افزایش یابد.

در ژانویه 2019 طی یک نظرسنجی از نزدیک به 40 مدیر دولت محلی و ایالتی ایالات متحده، بیش از 80 درصد فکر می‌کردند که اینترنت اشیاء شهری تأثیر قابل توجهی بر عملکرد آن‌ها خواهد داشت، اما اکثر آن‌ها هنوز در مرحله برنامه‌ریزی بودند و کمتر از 10 درصد پروژه‌های فعال داشتند.

بر اساس نظرسنجی NIST، اکثر شهرهای هوشمند هنوز در دست ساخت هستند. Saurabh Jain، مدیر محصول Metropolis، و نرم‌افزار GPU NVIDIA برای شهرهای هوشمند، می‌گوید: «شهرهای هوشمند برای بسیاری از مردم معنای زیادی دارند. تمرکز ما بر ساختن جایی است که آن را شهر هوش مصنوعی می‌نامیم. امروزه با ایجاد مشاغل واقعی با به کارگیری یادگیری عمیق، می‌توان از مجموعه داده‌های ویدیویی و سنسوری عظیمی که شهرها تولید می‌کنند، بهره‌برداری کرد.»

به عنوان مثال، Verizon با استفاده از NVIDIA Jetson TX1 برای تجزیه و تحلیل و بهبود جریان ترافیک، افزایش ایمنی عابران پیاده و بهینه‌سازی پارکینگ، بر روی چراغ‌های خیابانی موجود در بوستون و ساکرامنتو، گره‌های ویدیویی (Video Nodes) قرار داد.

دیوید تاکر، رئیس مدیریت محصول در گروه جوامع هوشمند در Verizon در مقاله ای در سال 2018، بیان کرد: «عرضه سریع در سراسر جهان اتفاق می‌افتد و شهرها در حال گسترش زیرساخت‌های روشنایی خود هستند تا به یک پلتفرم شهر هوشمند تبدیل شوند. که به ایجاد صرفه‌جویی در بهره‌وری و تنوع جدیدی از خدمات شهروندان کمک می‌کند.»

چراغ های خیابانی هوشمند در شهرهای هوشمند

چراغ‌ها و لامپ‌های موجود در خیابان بخش مهمی از زیبایی و ظاهر شهر هوشمند در آینده خواهند بود. تاکنون، تنها چند صد مورد با ترکیبی از حسگرها و ایستگاه‌های پایه Wi-Fi و سلولی مجهز شده‌اند. این موج بزرگ در راه است و تخمین زده می‌شود 360 میلیون پست در سراسر جهان کم‌کم به چراغ‌های LED کم‌مصرف ارتقا پیدا کرده‌اند.

برداشت اروپایی از چراغ خیابان هوشمند

در تلاشی مرتبط، شهر Bellevue، واشنگتن، یک سیستم بینایی کامپیوتری از Microsoft Research را برای بهبود ایمنی ترافیک و کاهش ازدحام آزمایش کرد. محققان دانشگاه Wollongong اخیراً کار مشابهی را با استفاده از ماژول‌های NVIDIA Jetson TX2 برای ردیابی جریان وسایل نقلیه و عابران پیاده در لیورپول استرالیا ارائه کرده‌اند.

فرودگاه‌ها، فروشگاه‌های زنجیره‌ای و انبارها در حال حاضر از دوربین‌های هوشمند و هوش مصنوعی برای اجرای کارآمدتر عملیات استفاده می‌کنند. آن‌ها در حال تعریف کلاس جدیدی از شبکه‌های محاسباتی لبه‌ای هستند که شهرهای هوشمند می‌توانند از آن‌ها استفاده کنند.

برای مثال، فرودگاه بین‌المللی سیاتل-تاکوما (SEA) یک سیستم هوش مصنوعی را از استارت‌آپ Assaia راه‌اندازی می‌کند که از پردازنده‌های گرافیکی NVIDIA برای سرعت بخشیدن به زمان چرخش پروازها استفاده می‌نماید.

یکی از مدیران SEA در گزارشی بیان می‌کند: «تجزیه و تحلیل ویدیو در ارائه دید کامل نسبت به فعالیت‌های چرخشی و همچنین بهبود ایمنی بسیار حائز اهمیت است.»

شهر هوشمند در نشویل و زوریخ

برخی از شهرهای هوشمند در حال ساخت دوقلوهای دیجیتال، برای شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی هستند که اهداف بسیاری را دنبال می‌کنند. برای مثال، هر دو شهر زوریخ و نشویل در آینده به شهروندان و مقامات شهری اجازه خواهند داد تا در تالارهای مجازی با استفاده از عینک‌های واقعیت مجازی اثرات شبیه‌سازی شده و توسعه‌های پیشنهادی را ببینند. Dominik Tarolli، مدیر شهرهای هوشمند Esri، که نرم‌افزار شبیه‌سازی را برای هر دو شهر بر روی پردازنده‌های گرافیکی NVIDIA اجرا می‌کند، می‌گوید: «هر چه تجربه‌ای همه‌جانبه‌تر و سرگرم‌کننده‌تر باشد، تعامل را افزایش می‌دهد.»

شهرهایی مانند سنگاپور و رن فرانسه که از نظر جغرافیا و جمعیت از هم فاصله دارند، دوقلوهای دیجیتالی را با استفاده از سرویس Dassault Systèmes ساختند. Simon Huffeteau، معاون رئیس‌جمهوری که روی شهرهای هوشمند Dassault مشغول به فعالیت است، می‌گوید: «ما اخیراً با هنگ‌کنگ در این زمینه یک قرارداد همکاری امضا کردیم و نمونه‌هایی از مطالعه اولیه ارائه کرده‌ایم که نیاز به شبیه‌سازی سه‌بعدی شهر دارد.»

اروپا و استفاده از هوش مصنوعی در ترافیک

بسیاری از شهرهای هوشمند با کنترل ترافیک شروع به کار می‌کنند. لندن از علائم دیجیتال برای اعمال محدودیت‌های سرعت و کنترل جریان ترافیک استفاده می‌کند. همچنین برای دریافت عوارض برای ورود به یک منطقه با آلایندگی کم در مرکز شهر از تشخیص پلاک خودرو استفاده می‌نماید.

بررسی سیستم های مشابه در بلژیک و فرانسه

بونت از مرکز تحقیقات ABI می‌گوید: «ما فکر می‌کنیم شهرها در آینده برای تشویق مردم به استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی یا خرید وسایل نقلیه برقی، وسایل نقلیه آلوده کننده را ممنوع خواهند کرد.» وی افزود: «سنگاپور در حال آزمایش خودروهای هوشمند در طول 5.7 مایلی از خیابان‌های خود است.»

جاکارتا در همان نزدیکی از یک سیستم نظارت بر ترافیک از Nodeflux استفاده می‌کند، یکی از اعضای برنامه Inception NVIDIA که استارتاپ‌های هوش مصنوعی را پرورش می‌دهد. این نرم‌افزار از هوش مصنوعی و نزدیک به 8000 دوربین در حال حاضر در جاکارتا استفاده می‌کند تا پلاک خودروهایی که مالیات پرداخت نشده دارند را تشخیص دهد. این سیستم یکی از بیش از 100 برنامه شخص ثالث است که بر روی Metropolis، چارچوب برنامه NVIDIA برای اینترنت اشیا اجرا می‌شود.

ترافیک غیرمنتظره در اسرائیل و کانزاس سیتی

برنامه اصلی در شهر هوشمند در کانزاس سیتی، کنترل ترافیک بود که در سال 2015 با یک خودروی هوشمند 15 میلیون دلاری آغاز شد. امروزه، ساکنان می‌توانند داشبوردهای دیجیتالی را که شرایط ترافیک فعلی در اطراف شهر را شرح می‌دهد، فراخوانی کنند.

در اسرائیل، شهر اشدود را با نرم‌افزار هوش مصنوعی Visights پیاده‌سازی کرد. این به درک الگوهای موجود در سیستم نظارت بر ترافیک که توسط NVIDIA Metropolis طراحی شده است کمک می‌کند تا ایمنی شهروندان را تضمین کند.

NVIDIA چالش AI City را برای پیشبرد کار بر روی یادگیری عمیق به عنوان ابزاری برای از بین بردن ترافیک ایجاد کرد. اکنون در چهارمین سال خود، نزدیک به 1000 محقق را جذب می‌کند که در بیش از 300 تیم که شامل اعضایی از چندین آژانس ترافیک شهری و ایالتی هستند، به رقابت می‌پردازند.

این رویداد باعث ایجاد CityFlow، یکی از بزرگترین مجموعه داده‌های جهان برای به‌کارگیری هوش مصنوعی در مدیریت ترافیک شد. این شامل بیش از سه ساعت فیلم با کیفیت بالا همگام‌سازی شده از 40 دوربین در 10 تقاطع است که طی فرآیند پردازش 200000 جعبه حاشیه‌ (bounding box) در اطراف وسایل نقلیه از زوایای مختلف در شرایط مختلف ایجاد می‌کند.

هواپیماهای بدون سرنشین برای نجات در مریلند

برای هوشمندسازی شهر حتما لازم نیست شهری بزرگ با هزینه زیاد باشد. Seat Pleasant، مریلند، در حومه واشنگتن، D.C، با جمعیت کمتر از 5000 نفر، در آگوست 2017 یک مرکز دیجیتال برای ارائه خدمات شهری راه‌اندازی کرد.

از آن‌جایی که روشنایی هوشمند، سطل‌های زباله متصل، مانیتورهای سلامت خانه و تجزیه و تحلیل ویدئویی برای صرفه‌جویی در هزینه و زمان، بهبود ایمنی ترافیک و کاهش جرم و جنایت، نصب شده‌اند. این شهر از اولین شهرهای ایالت متحده است که از هواپیماهای بدون سرنشین برای طرح هایی از جمله ایمنی عمومی، نجات افراد و تحویل اورژانسی داروها استفاده می‌کند.

این ایده زمانی شروع شد که شهردار یوجین گرانت، در جستجوی راه‌هایی برای بهبودی پس از رکود اقتصادی سال 2008، در رویدادی درباره روستاهای نوآور شرکت کرد.

گرانت گفت: «Seat Pleasant می‌تواند صدای شهرهای کوچک آمریکا باشد که 80 درصد آنها کمتر از 10000 ساکن دارند. به این شهرها به عنوان بسترهای آزمایشی نوآوری یا همان آزمایشگاه های زنده نگاه کنید.»

شهردار Seat Pleasant قصد دارد نمونه‌ای از چگونگی تبدیل شدن شهرهای کوچک به شهرهای هوشمند ارائه دهد.

شبیه سازی نسل جدیدی از شهر هوشمند

برای تماشای شبیه‌سازی نسل جدیدی از شهرهای هوشمند، به سینما بروید. هالیوود ممکن است تصویری از افق بعدی را ارائه دهد، به همان شکلی که جرقه‌ای از برخی از کارهای کنونی را ایجاد کرده است.

ابزار Esri برای شبیه‌سازی شهرها برای فیلم‌ها و همچنین دنیای واقعی استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از شهر هوشمند در فیلم‌هایی از جمله Blade Runner 2049، Cars، Guardians of the Galaxy و Zootopia از برنامه‌ای به نام City Engine و راه‌اندازی Procedural استفاده کرده‌اند که رویکردی مبتنی بر قانون را برای ساخت شهرهای شبیه‌سازی شده امکان‌پذیر می‌کند.

کار آن‌ها نظر Esri را به سمت خود جلب کرده است، که شرکت را در اختیار بگیرد و برنامه خود را با ابزار برنامه‌ریزی شهری ArcGIS خود، که اکنون جزء اصلی صدها شهر واقعی در سراسر جهان است، همراه کرد. تارولی، یکی از بنیانگذاران Procedural و اکنون سمت اصلی Esri در شهرهای هوشمند، می‌گوید: «بازی‌ها و فیلم‌ها باعث می‌شوند مردم انتظار تجربه‌های همه‌جانبه‌تری داشته باشند، و این نیاز به محاسبات بیشتری دارد.»

بینایی ماشین در جهان امروز توانسته است تحولی عظیمی را در جنبه‌های مختلف ایجاد کند جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌توانید مطالب ایجاد ایمنی در محیط کار با بینایی ماشین و پایتون را مطالعه نمایید.