شهر هوشمند چیست؟ چگونه هوش مصنوعی در حال تغییر شهرهای اطراف جهان است؟
نمونه هایی از شهرهای هوشمند را می توان در استقرارهای اینترنت اشیای مترو از سنگاپور تا سیات پلزنت، مریلند یافت.
به تعداد شهرهایی که در مسیر هوشمند شدن هستند، میتوان تعریفهای مختلفی از شهر هوشمند ارائه داد.
از لندن و سنگاپور گرفته تا سیَت پلِزنت در ایالت مریلند، هر شهر ویژگیهای خاص خود را دارد. با این حال، اکثر شهرها در برخی خصوصیات مشترک هستند.
همه شهرها تلاش میکنند تا هوشمندانه به مکانی عالی برای زندگی تبدیل شوند. از این رو، بسیاری از آنها به اجرای برنامههای گستردهای برای اتصال شهروندان خود به پیشرفتهترین شبکههای 5G و فیبر نوری، ارتقای سواد دیجیتال و ارائه خدمات دیجیتال میپردازند.
اکثریت بر این باورند که هوشمند بودن تا حد زیادی به استفاده از فناوری برای افزایش خودآگاهی، خودکارسازی و کارایی شهرها بستگی دارد.
شهر هوشمند چیست؟
شهر هوشمند معمولاً بهعنوان نوعی اینترنت اشیا شهری تعریف میشود؛ شبکهای از دوربینها و حسگرهایی که قادر به دیدن، شنیدن و حتی حس کردن بو هستند. این حسگرها، بهویژه دوربینهای ویدئویی، حجم عظیمی از دادهها تولید میکنند که میتوانند اهداف شهری متعددی را پشتیبانی کنند، مانند بهبود جریان ترافیک.
شهرهای سراسر جهان از هوش مصنوعی استفاده میکنند تا این دادهها را در زمان واقعی تحلیل کرده و به اطلاعات کاربردی دست یابند. علاوه بر این، شهرهای هوشمند بهطور فزایندهای شبیهسازیهای سهبعدی واقعی از خود، بهنام "دوقلوهای دیجیتال"، میسازند تا ایدههایی را برای آینده شهر آزمایش کنند.
سوکوو ری، که بهعنوان معاون مدیر نوآوری سیستمهای سایبری-فیزیکی در مؤسسه ملی استانداردها و فناوری آمریکا بر روی بیش از 200 پروژه شهر هوشمند در 25 کشور کار کرده است، میگوید: «ما شهر هوشمند را مکانی تعریف میکنیم که از فناوریهای پیشرفته برای بهبود کیفیت زندگی مردم ساکن در آن استفاده میکند.»
راهنمای شهرهای هوشمند توسط آمریکا و لندن منتشر شد
در مؤسسه ملی استانداردها و فناوری آمریکا (NIST)، سوکوو ری نظارت بر تدوین یک راهنما برای ساخت شهرهای هوشمند را بر عهده دارد. این راهنما در نهایت شامل گزارشهایی درباره مسائل و مطالعات موردی در بیش از 20 حوزه مختلف، از ایمنی عمومی تا سیستمهای مدیریت آب خواهد بود.
در آن سوی اقیانوس، لندن تلاشهای خود برای تبدیل شدن به یک شهر هوشمند را در یک سند 60 صفحهای شرح داده است که اهداف بلندپروازانه بسیاری را در بر میگیرد. همانند شهرهای هوشمند دیگری مانند دبی و سنخوزه در سیلیکونولی، این پروژه نیز یک فرآیند بزرگ در حال تکامل است.
«ما در حال حاضر فاصله زیادی با ایدهآل داریم، زیرا وجود سیستمها و تأمینکنندگان متعدد، شهر هوشمند را همچنان به یک پدیده پیچیده و پراکنده تبدیل کرده است.» این را اندرو هادسون-اسمیت، رئیس سیستمهای شهری دیجیتال در مرکز تحلیلهای پیشرفته مکانی در کالج دانشگاهی لندن و عضو هیئتی که بر تلاشهای شهر هوشمند لندن نظارت میکند، بیان کرده است.
آزمایشگاههای زنده برای هوش مصنوعی
به نوعی، شهرهای هوشمند همزمان به آشپزخانههای فناوری و آزمایشگاههای زنده تبدیل شدهاند.
این شهرها میزبان هر چیزی هستند؛ از سیستمهای نظارت بر کیفیت هوا گرفته تا مخازن دادههایی که برای استفاده در پروژههای مشترک هوش مصنوعی آماده شدهاند. بهعنوان نمونه، London Datastore بیش از 700 مجموعه داده در دسترس عموم را شامل میشود.
یک پژوهشگر بازار 13 حوزه کلی که شهر هوشمند را تعریف میکنند، از چراغهای خیابانی هوشمند تا سطلهای زباله متصل به شبکه، دنبال میکند. در سال 2019، یک ارائهدهنده خدمات پارکینگ هوشمند در استکهلم، با در نظر گرفتن 24 عامل، از جمله تعداد هاتاسپاتهای Wi-Fi و ایستگاههای شارژ خودروهای برقی، 100 شهر هوشمند برتر جهان را رتبهبندی کرد (پنج شهر اول این لیست همگی در اسکاندیناوی قرار داشتند).
دومینیک بونت، مدیرعامل ABI Research، میگوید: «تشخیص یک مجموعه محدود از فناوریها در شهرهای هوشمند دشوار است، زیرا تقریباً همه چیز به نوعی در این شهرها جای میگیرد.» او از سیستمهای تقاضا-پاسخ بهعنوان یکی از کاربردهای بزرگ هوش مصنوعی یاد کرد و افزود: «مدیریت تقاضای متغیر برای برق و دیگر خدمات، یک مسئله پیچیده است و این کاربرد هوش مصنوعی را بسیار ارزشمند میسازد.»
رشد گسترده و چشمگیر شهرهای هوشمند
به دلیل گستردگی، بازار شهرهای هوشمند نیز بسیار بزرگ است. تحلیلگران Navigant Research پیشبینی میکنند که بازار جهانی تجهیزات شهر هوشمند از درآمد سالانه 97.4 میلیارد دلار در سال 2019 به 265.4 میلیارد دلار در سال 2028 افزایش خواهد یافت، با نرخ رشد سالانه ترکیبی 11.8 درصد.
با این حال، هنوز در مراحل ابتدایی قرار داریم. در یک نظرسنجی که در ژانویه 2019 انجام شد و شامل تقریباً 40 مدیر دولتی محلی و ایالتی در آمریکا بود، بیش از 80 درصد معتقد بودند که اینترنت اشیا شهری تأثیر چشمگیری بر عملیات آنها خواهد داشت. با این وجود، اکثر آنها همچنان در مرحله برنامهریزی بودند و کمتر از 10 درصد پروژههای فعال داشتند.
شهرهای هوشمند؛ مفاهیم و کاربردها
«شهرهای هوشمند برای افراد مختلف معانی متفاوتی دارند.» این جمله را سوراب جین، مدیر محصول متروپلیس، پلتفرم نرمافزاری NVIDIA برای بازارهای عمودی مانند شهرهای هوشمند، بیان کرد.
او افزود: «تمرکز ما بر ساخت چیزی است که آن را "شهر هوش مصنوعی" مینامیم، با تمرکز بر کارهایی که میتوان با استفاده از یادگیری عمیق و بهرهگیری از حجم عظیم دادههای ویدئویی و حسگرهایی که شهرها تولید میکنند، انجام داد.»
بهعنوان نمونه، شرکت ورایزون در شهرهای بوستون و ساکرامنتو، گرههای ویدئویی مجهز به NVIDIA Jetson TX1 را روی چراغهای خیابانی موجود نصب کرد. این گرهها برای تحلیل و بهبود جریان ترافیک، افزایش ایمنی عابران پیاده و بهینهسازی پارکینگ به کار گرفته شدند.
دیوید تاکر، رئیس مدیریت محصول در گروه جوامع هوشمند ورایزون، در مقالهای در سال 2018 اظهار داشت: «پیادهسازی این فناوری به سرعت در سراسر جهان در حال انجام است و شهرها زیرساخت روشنایی خود را گسترش میدهند تا به یک پلتفرم شهر هوشمند تبدیل شوند. این زیرساختها نه تنها باعث صرفهجویی در منابع میشوند، بلکه طیف جدیدی از خدمات را برای شهروندان فراهم میکنند.»
چراغهای خیابانی هوشمند برای شهرهای هوشمند
چراغهای خیابانی یکی از عناصر کلیدی زیرساختهای شهرهای هوشمند آینده خواهند بود.
تا به امروز، تنها چند صد چراغ خیابانی به حسگرها و ایستگاههای پایه Wi-Fi و سلولی مجهز شدهاند. اما موج بزرگ تغییرات هنوز در راه است. پیشبینی میشود که 360 میلیون پایه چراغ خیابانی در سراسر جهان بهتدریج به چراغهای LED صرفهجو در انرژی ارتقا یابند.
استفاده از هوش مصنوعی و دوربینهای هوشمند برای شهرهای هوشمند
در یکی از پروژههای مرتبط، شهر بِلویو در ایالت واشنگتن از یک سیستم بینایی کامپیوتری توسعهیافته توسط مایکروسافت برای بهبود ایمنی ترافیک و کاهش ازدحام استفاده کرده است. محققان دانشگاه ولونگونگ نیز اخیراً از پروژه مشابهی پرده برداشتند که با استفاده از ماژولهای NVIDIA Jetson TX2 جریان وسایل نقلیه و عابران پیاده را در شهر لیورپول، استرالیا، رصد میکند.
فرودگاهها، فروشگاههای خردهفروشی و انبارها از همین حالا از دوربینهای هوشمند و هوش مصنوعی برای بهبود بهرهوری عملیات استفاده میکنند. این فناوریها در حال تعریف یک نسل جدید از شبکههای محاسبات لبهای هستند که شهرهای هوشمند میتوانند از آنها بهرهبرداری کنند.
بهعنوان مثال، فرودگاه بینالمللی سیاتل-تاکوما (SEA) قرار است یک سیستم هوش مصنوعی توسعهیافته توسط استارتاپ Assaia را که از پردازندههای گرافیکی NVIDIA بهره میبرد، برای تسریع عملیات بازگشت پروازها پیادهسازی کند.
یکی از مدیران این فرودگاه در گزارشی در ماه می بیان کرد: «تحلیل ویدیویی برای ارائه دید کامل از فعالیتهای بازگشت و همچنین بهبود ایمنی بسیار حیاتی است.»
نیشویل و زوریخ؛ آزمایش شهر شبیهسازی شده
برخی از شهرهای هوشمند در حال ساخت دوقلوهای دیجیتال (شبیهسازیهای سهبعدی) هستند که اهداف مختلفی را دنبال میکنند.
برای مثال، زوریخ و نیشویل در آیندهای نه چندان دور به شهروندان و مقامات شهری این امکان را خواهند داد که عینکهای واقعیت مجازی بزنند و تاثیرات شبیهسازیشده توسعههای پیشنهادی را در جلسات مجازی شهرداری مشاهده کنند.
دومینیک تارولی، مدیر شهرهای هوشمند در Esri، که نرمافزار شبیهسازی را برای هر دو شهر تامین میکند، گفت: «هرچه تجربه جذابتر و فراگیرتر باشد، تعامل بیشتر میشود.»
شهرهایی با فاصله جغرافیایی و جمعیتی زیاد مانند سنگاپور و رنس در فرانسه، دوقلوهای دیجیتال خود را با استفاده از سرویس Dassault Systèmes ساختند.
سایمون هوفتهتو، معاون رئیس بخش شهرهای هوشمند در Dassault گفت: «ما بهتازگی با هنگ کنگ همکاری خود را آغاز کردهایم و مثالهایی برای مطالعه قابلیت پیادهروی ارائه دادهایم که نیاز به شبیهسازی سهبعدی از شهر داشت.»
حل مشکلات ترافیک در اسرائیل و کانزاس سیتی
ترافیک اولین کاربرد تلاشهای شهر هوشمند در کانزاس سیتی بود که در سال 2015 با تراموای هوشمند 15 میلیون دلاری آغاز شد. امروزه، ساکنان این شهر میتوانند داشبوردهای دیجیتال را مشاهده کنند که شرایط ترافیکی جاری در سراسر شهر را نمایش میدهند.
در اسرائیل، شهر اشدود از نرمافزار هوش مصنوعی شرکت viisights استفاده کرده است. این نرمافزار به درک الگوهای موجود در سیستم نظارت ترافیک که از NVIDIA Metropolis پشتیبانی میکند، کمک میکند تا ایمنی شهروندان را تضمین کند.
NVIDIA چالش AI City را برای پیشبرد کار روی یادگیری عمیق بهعنوان ابزاری برای حل مشکلات ترافیک راهاندازی کرده است. این چالش اکنون در چهارمین سال خود است و نزدیک به 1,000 محقق را در بیش از 300 تیم گرد هم میآورد که اعضای آن از چندین سازمان ترافیکی شهری و ایالتی تشکیل شده است.
این رویداد باعث ایجاد CityFlow شد، یکی از بزرگترین مجموعههای داده در جهان برای استفاده از هوش مصنوعی در مدیریت ترافیک. این مجموعه داده شامل بیش از سه ساعت ویدیوهای با وضوح بالا از 40 دوربین در 10 تقاطع است که 200,000 جعبه مرزدار علامتگذاریشده را برای خودروها از زوایای مختلف در شرایط گوناگون ایجاد میکند.
پهپادها برای نجات در مریلند
برای هوشمند بودن نیازی نیست که حتما یک شهر بزرگ با بودجه زیاد باشید. سییت پلزنت، مریلند، یکی از حومههای واشنگتن دی.سی. با کمتر از 5,000 نفر جمعیت، در آگوست 2017 یک مرکز دیجیتال برای خدمات شهری راهاندازی کرد.
از آن زمان، این شهر سیستمهای روشنایی هوشمند، سطلهای زباله متصل، مانیتورهای سلامت خانگی و تحلیلهای ویدیویی نصب کرده است تا هزینهها را کاهش دهد، ایمنی ترافیک را بهبود بخشد و جرم و جنایت را کاهش دهد. همچنین، این شهر به اولین شهر ایالات متحده تبدیل شده است که از پهپادها برای ایمنی عمومی استفاده میکند، از جمله برنامههایی برای تحویل داروهای اضطراری بهصورت نجاتبخش.
این ایده زمانی آغاز شد که شهردار یوجین گرانت، بهدنبال یافتن راههایی برای بازیابی از رکود اقتصادی سال 2008، در رویدادی درباره روستاهای نوآوری شرکت کرد.
"سییت پلزنت میخواهد صدای شهرهای کوچک در آمریکا باشد که 80 درصد آنها کمتر از 10,000 نفر جمعیت دارند" گفت گرانت. "این شهرها را بهعنوان آزمایشگاههای نوآوری در نظر بگیرید … آزمایشگاههای زنده," او افزود.
رهی از NIST موافق است. او میگوید: “من شاهد بسیاری از پروژهها هستم که مجموعه گستردهای از تکنولوژیهای نوظهور را در بر میگیرند و شهرهای هوشمند را به برنامههای انکوباسیون برای کسبوکارهای جدید مانند تاکسیهای هوایی و وسایل نقلیه خودران تبدیل میکنند که میتوانند به نفع شهروندان باشند.” او همچنین اشاره کرد که حتی جوامع روستایی نیز به این روند خواهند پیوست.
شبیهسازی نسل جدیدی از شهرهای هوشمند
وقتی کار تمام شد، به سینما بروید. هالیوود ممکن است تصویری از افق بعدی ارائه دهد همانطور که در حال حاضر، برخی از کارهای جاری را به وجود آورد.
فیلمهایی همچون "Blade Runner 2049"، "Cars"، "Guardians of the Galaxy" و "Zootopia" از برنامهای به نام City Engine که توسط استارتاپ Procedural ساخته شده است، استفاده کردند. این برنامه رویکردی مبتنی بر قواعد برای ساخت شهرهای شبیهسازی شده فراهم میکند.
کار آنها توجه Esri را جلب کرد که این شرکت Procedural را خریداری کرده و برنامه آن را با ابزار برنامهریزی ArcGIS Urban خود ترکیب کرد، که اکنون به یک ابزار استاندارد برای صدها شهر واقعی در سراسر جهان تبدیل شده است.
"بازیها و فیلمها مردم را به تجربههای غوطهورتر توقع میکنند و این نیازمند محاسبات بیشتر است" گفت تارولی، یکی از بنیانگذاران Procedural و اکنون مسئول بخش شهرهای هوشمند در Esri.