o papel das pessoas dos sensores no desenvolvimento das smart cities: uma revisão sistemática da...

O PAPEL DAS PESSOAS E DOS SENSORES NO DESENVOLVIMENTO DAS SMART CITIES

UMA REVISÃO SISTEMÁTICA DA LITERATURA

Italberto Figueira Dantas

Orientador: Prof. MsC. Felipe Silva Ferraz

Sumário

• Motivação • Problema • Objetivos • Smart Cities • Metodologia • Protocolo • Execução do Protocolo • Avaliação Qualitativa • Análise dos Resultados • Conclusões

Motivação

• O aumento acelerado da população urbana nas cidades faz com que se enfrente muitos problemas, como por exemplo, a deterioração dos serviços de transporte público, a diminuição da qualidade do ar e o aumento do desemprego, etc (NAM; PARDO, 2011).

• Para mitigar os problemas causados pelo crescimento populacional, um dos recursos mais utilizados é a tecnologia. Algumas, como IoT são utilizadas no contexto das Smart Cities por seu potencial de melhorar a qualidade de vida da população (YASHIRO et al., 2013).

Motivação

• Outro conceito empregado no contexto das Smart Cities, é o crowdsensing que coleta de dados fornecidos por pessoas para analisar um fenômeno que não poderia ser avaliado utilizando-se apenas dados de sensores (GANTI; YE; LEI, 2011).

• Toda iniciativa que ajude a entender como o crescimento dos centros urbanos ocorre e como mitigar os problemas causados durante este processo, são importantes.

• Neste trabalho, os fatores humano e tecnológico são abordados de modo a del inear seu papel no desenvolvimento das Smart Cities.

Problema

•  Existe uma quantidade significativa de trabalhos abordando a participação de pessoas e a utilização de sensores no âmbito das Smart Cities. Assim, tem-se a necessidade de visualizar de forma macro o panorama atual nesta linha de pesquisa, a fim de identificar questões que permaneçam em aberto, bem como identificar pesquisas que possam ser utilizadas para acelerar os estudos nessa área.

Objetivos

• Fornecer um panorama atual das pesquisas científicas realizadas na área das Smart Cities, que abordem o seu desenvolvimento com base na participação de pessoas e na utilização de sensores.

a)  Realizar uma revisão sistemática da literatura abordando o desenvolvimento das Smart Cities com base na participação de pessoas e na utilização de sensores; b)  Identificar lacunas nos estudos relacionados ao tema, tornando possível o direcionamento para pesquisas futuras; c)  Classificar as pesquisas primárias selecionadas de acordo com critérios tecnológico e científico.

Smart Cities

• O termo “Smart City” vem sendo utilizado há vinte anos, e evoluiu devido a preocupações com fornecimento de serv iços e consumo de recursos nos centros urbanos(BARTOLI et al., 2011)

• Pardo (NAM; PARDO, 2011) subdivide alguns sinônimos de Smart City de acordo com as perspectivas Tecnológica, Humana e Social.

Smart Cities

Fonte: (NAM; PARDO, 2011)

Fonte: (NAM; PARDO, 2011)

Smart Cities

• De acordo com a dimensão observada, o termo Smart City pode dar ênfase a aspectos diferentes:

• Fatores Tecnológicos – Infra estrutura de hardware e software; • Fatores Humanos – Criatividade, diversidade e educação; • Fatores Institucionais – Governança e políticas.

• Uma cidade não pode ser considera como inteligente tratando os fatores como se fossem peças isoladas. Eles devem ser considerados como um conjunto.

Smart Cities

Fonte: (CARAGLIU; DEL BO; NIJKAMP, 2011)

Metodologia

• Revisão Sistemática da Literatura (RSL).

• Uma revisão da literatura é, quase sempre, a fase inicial de qualquer pesquisa (BIOLCHINI et al., 2005).

• A RSL vai além de uma simples revisão literária, utiliza metodologia científica, e fornece um modo de integrar estudos criando generalizações sobre o assunto.

• Uma RSL, é o um meio de identificar, avaliar e interpretar uma parte da pesquisa relevante a cerca de uma determinada questão de pesquisa, área, ou fenômeno de interesse (KITCHENHAM, 2007).

RSL

•  O modelo de revisão sistemática utilizada neste trabalho foi baseado no proposto por Kitchenham (KITCHENHAM, 2007) e conduzido por Oliveira (OLIVEIRA; OSÓRIO; NAKAGAWA, 2012) e Budgen (BUDGEN et al., 2007).

•  Foi utilizado um template para o protocolo, proposto por Biolchini (BIOLCHINI et al., 2005) e adaptado para se adequar as necessidades deste trabalho.

RSL

Fonte: (BIOLCHINI et al., 2005)

Protocolo

• Objetivo • Questões de Pesquisa • Seleção de Fontes • Tipos de Publicações •  Idiomas • Busca Manual • Expressão de Busca • Critérios de Seleção • Armazenamento da Informação • Extração e Classificação dos Dados • Categorização • Avaliação de Qualidade • Teste do Protocolo

Protocolo - Objetivo

•  Identificar e analisar pesquisas primárias, no contexto do desenvolvimento das Smart Cities com a participação de pessoas e utilização de sensores sob os aspectos humano e tecnológico, e criar uma panorama da pesquisa científica atual na área.

Protocolo – Questão de Pesquisa

Qual o papel de pessoas e sensores no desenvolvimento das Smart Cities?

•  Novais et al. (NOVAIS et al., 2013) sugere a divisão da questão de pesquisa em sub-questões, com o objetivo de fornecer uma abrangência maior, pois ela pode ser abordada sob diferentes aspectos.

Protocolo – Questão de Pesquisa

• Q1.1 Qual a influência da participação das pessoas ou utilização dos sensores no estudo?

• Q1.2 Qual nível de infraestrutura prévia para que a proposta do estudo seja viável?

• Q1.3 Em qual estágio de organização social a cidade precisa estar para que o estudo seja viável?

• Q1.4 Qual a contribuição do estudo para a comunidade científica?

• Q1.5 Como foi realizada a validação do estudo? • Q1.6 Qual foi o principal aspecto da cidade afetado pelo

estudo?

Protocolo – Seleção das Fontes

Fonte: Elaborada pelo autor.

• Bases com maior número de publicações na área da computação; • Bases com mais resultados para a consulta “Smart City”; • Bases com a funcionalidade de exportação de dados.

Protocolo – Busca Manual • Para evitar que trabalhos relevantes não sejam avaliados deve-se realizar a busca manual, que segundo Kitchenham (KITCHENHAM, 2007) é uma estratégia encorajada por vários autores.

• De forma complementar a busca regular, deve-se realizar uma busca nas referências dos estudos primários obtidos (BAILEY et al., 2007).

• Este procedimento recebe o nome de “snow-balling search“.

Protocolo – Expressão de Busca

• A expressão de busca é uma sentença lógica que deve ser utilizada para realizar a busca nas bases de publicações escolhidas.

(((digital OR smart) AND (city)) AND (development OR creation OR expansion)) AND (iot OR ict) AND (people OR

citizen))

Protocolo – Etapas


Protocolo – Critérios da Etapa ET02

•  CR01 – Publicações repetidas (deve haver apenas uma);

•  CR02 – Publicações de mesmo autor que apresentem conteúdo semelhante, mesmo que publicados em eventos distintos (deve haver apenas uma);

•  CR03 – Estudos cujo texto não possa ser obtido com auxílio do mecanismo de busca utilizado ou por meio de outro mecanismo.

Protocolo – Critérios da Etapa ET03

•  CR04 – A leitura do título indica que o estudo trata de um assunto distinto do enfoque deste trabalho;

•  CR05 - A leitura do resumo indica que o estudo trata de um assunto distinto do enfoque deste trabalho;

•  CR06 – A leitura do texto do estudo indica que o assunto é distinto do enfoque deste trabalho;

Protocolo – Armazenamento

• Para armazenar, organizar e avaliar as publicações obtidas com as consultas às bases de publicações selecionadas, optou-se por desenvolver um software específico.

• O Software de Apoio a Revisões Sistemáticas (SOARES) foi desenvolvido adaptando-se o protocolo de revisão definido para este estudo.

Protocolo – Categorização

• Os estudos primários obtidos devem ser categorizados;

•  Esse processo deve ser realizado lendo-se os resumos e identificando-se palavras-chave que descrevam a contribuição do estudo (PETERSEN et al., 2007).

Protocolo – Avaliação de Qualidade

• Segundo Kitchenham (KITCHENHAM, 2007), os critérios de qualidade podem ser utilizados para ajudar a analisar e resumir os dados obtidos, identificando subgrupos dentre os estudos selecionados;

• A avaliação de qualidade irá ajudar a determinar se a qualidade dos estudos analisados influencia nos resultados das publicações.

Protocolo – Avaliação de Qualidade


Protocolo – Teste do Protocolo

• Para assegurar que o protocolo está correto, deve se conduzir um teste antes da execução final do protocolo, a fim de identificar possíveis falhas introduzidas durante sua definição (MONTONI, 2010) (BARCELLOS, 2009).

• O teste deve ser executado em uma porção reduzida do total de bases a serem utilizadas para a realização da pesquisa (BARCELLOS, 2009).

Execução do Teste do Protocolo

• O teste do protocolo utilizou as bases CPE e SDI, pois apresentam a menor quantidade de publicações sobre Smart Cities.

• A consulta foi realizada em 04 de Março de 2015 e os resultados obtidos foram avaliados segundo os critérios definidos em cada uma das etapas de seleção.

Execução do Teste do Protocolo


Execução do Protocolo


ET01

ET02

ET03

Execução do Protocolo


Avaliação Qualitativa

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

CQ01 CQ02 CQ03 CQ04 CQ05 CQ06 CQ07

Não se Aplica

Não

Sim


Questão Q1.1

• Qual a influência da participação das pessoas ou utilização dos sensores no estudo?

18%

22% 60%

Nenhum Parcial Completo

47%

20%

33% Nenhum Parcial Completo


Fator Humano Fator Tecnológico

Questão Q1.2

•  Qual nível de infraestrutura prévia é necessária para que o estudo seja executado?

•  Para auxiliar na classificação, utilizou-se a proposta apresentada em Gama (GAMA; ALVARO; PEIXOTO, 2012), que utiliza uma escala de cinco níveis, de 0 a 4, para descrever o grau de maturidade tecnológica em uma Smart City.

0. Caótico 1. Inicial 2. Gerenciado 3. Integrado 4. Otimizado

Questão Q1.2

•  Qual nível de infraestrutura prévia é necessária para que o estudo seja executado?

18%

45%

24%

9% 4%

Caótico Inicial Gerenciado Integrado Otimizado


Questão Q1.3

•  Em qual estágio de organização social a cidade precisa estar para que o estudo seja viável?

•  Para fins de classificação, definiu-se três categorias, utilizando como base a os níveis descritos em Gama (GAMA; ALVARO; PEIXOTO, 2012), porém simplificando, já que o modelo não descreve a participação das pessoas em todos os níveis.

1. Caótico 2. Inicial 3. Avançado

Questão Q1.3

•  Em qual estágio de organização social a cidade precisa estar para que o estudo seja viável?

24%

60%

16%

Caótico Inicial Avançado


Questão Q1.4

•  Qual a contribuição do estudo para a comunidade científica?

•  Analisando-se as publicações, seus temas, seus objetivos e suas palavras-chave, obtendo-se cinco áreas principais.

•  Infraestrutura; •  Serviços; •  Participação popular; •  Conceitos; •  Ambiente e recursos naturais.

Questão Q1.4



13%

13%

36%

24%

13% Infraestrutura

Serviços

Participação popular

Conceitos

Ambiente e recursos naturais

Questão Q1.4



2010 2011 2012 2013 2014 2015 Serviços 2 0 0 1 3 0 Participação Popular 2 5 2 5 2 0 Infraestrutura 0 2 0 0 3 1 Conceitos 1 5 2 2 1 0 Ambiente e Recursos Naturais 0 1 1 2 2 0

0

2

4

6

8

10

12

14

Questão Q1.5

•  Como foi realizada a validação do estudo?

31%

31%

38% Estudo de Caso Não Houve Implementação


Questão Q1.6

•  Qual foi o principal aspecto da cidade afetado pelo estudo?

•  Economia •  Pessoas •  Governança •  Mobilidade •  Ambiente •  Moradia

(GIFFINGER; FERTNER; KRAMAR, 2007)

Questão Q1.6



2%

18%

18%

27%

24%

11%

Economia

Pessoas

Governança

Mobilidade

Ambiente

Moradia

Questão Q1.6



2010 2011 2012 2013 2014 2015 Pessoas 3 3 0 1 1 0 Moradia 0 3 1 0 1 0 Mobilidade 2 1 1 4 4 0 Governança 0 3 2 2 1 0 Economia 0 0 0 0 1 0 Ambiente 0 3 1 3 3 1

0

2

4

6

8

10

12

14

Análise Bidimensional •  As questões foram combinadas com outras para serem analisadas com maior profundidade.


Sub-Questões Q1.1 x Q1.2


Pessoas

Sensores 0,00% 5,00%

10,00% 15,00% 20,00% 25,00% 30,00% 35,00% 40,00% 45,00% 50,00%

Caótico Inicial

Gerenciado Integrado

Otimizado

Caótico Inicial Gerenciado Integrado Otimizado Pessoas 16,21% 48,64% 21,62% 8,10% 5,40% Sensores 29,16% 37,50% 33,33% 0% 0%



Pessoas

Sensores

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

Caótico

Inicial

Avançado

Caótico Inicial Avançado Pessoas 13,51% 70,27% 16,22% Sensores 45,83% 54,17% 0,00%



Pessoas

Sensores 0% 5%

10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Serviços Conceitos

Infraestrutura Ambiente e

Recursos Naturais Participação Popular

Serviços Conceitos Infraestrutura Ambiente e Recursos Naturais Participação Popular

Pessoas 16% 24% 3% 14% 43% Sensores 21% 38% 21% 13% 8%



Pessoas

Sensores

0% 5%

10% 15% 20% 25%

30%

35%

40%

45%

50%

Implementação

Não Houve

Estudo de Caso

Implementação Não Houve Estudo de Caso Pessoas 41% 30% 30% Sensores 25% 46% 29%



Pessoas

Sensores

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

Economia Ambiente

Mobilidade Governança

Moradia Pessoas

Economia Ambiente Mobilidade Governança Moradia Pessoas Pessoas 3% 24% 22% 19% 11% 22% Sensores 4% 25% 29% 21% 8% 13%



Estudo de Caso

Não Houve

Implemetação 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

Ambiente e Recursos Naturais

Conceitos Infraestrutura

Participação Popular Serviços

Ambiente e Recursos Naturais Conceitos Infraestrutura Participação Popular Serviços

Estudo de Caso 1 1 3 8 1 Não Houve 0 10 1 1 2 Implemetação 5 0 2 7 3

Sub-Questões 1.4 x 1.6


Ambiente

Conceitos

Infraestrutura

Participação Popular Serviços

0

1

2

3

4

5

6

Economia Pessoas

Governança Mobilidade

Ambiente Moradia

Economia Pessoas Governança Mobilidade Ambiente Moradia Ambiente 0 0 0 0 6 0 Conceitos 0 2 4 3 1 1 Infraestrutura 0 0 0 3 2 1 Participação Popular 0 5 2 4 2 3 Serviços 1 1 2 2 0 0



Caótico

Inicial

Gerenciado

Integrado Otimizado

0 1 2

3

4

5

6

7

Economia Pessoas Governança Mobilidade Ambiente Moradia Caótico 0 2 4 1 1 0 Inicial 1 5 0 4 7 3 Gerenciado 0 0 2 5 2 2 Integrado 0 1 1 1 1 0 Otimizado 0 0 1 1 0 0



Caótico

Inicial

Avançado 0

1

2

3

4

5

6

7

Economia Pessoas

Governança Mobilidade

Ambiente Moradia

Economia Pessoas Governança Mobilidade Ambiente Moradia Caótico 1 0 4 3 3 0 Inicial 0 6 2 7 7 5 Avançado 0 2 2 2 1 0

Conclusões

•  Com auxílio das sub-questões de pesquisa foi possível direcionar a análise das publicações de forma atingir os objetivos geral e específicos, definidos para este estudo.

•  O objetivo geral foi alcançado ao realizar-se a análise bidimensional dos resultados das sub-questões de pesquisa.

•  Pôde-se verificar que pessoas e sensores possuem grande importância no desenvolvimento das Smart Cities, variando de acordo com o grau de desenvolvimento tecnológico e social que cada cidade se encontra, bem como das necessidades de cada uma.

Conclusões

•  Foi possível também classificar os estudos obtidos sob vários critérios, técnicos e científicos, e identificar áreas que necessitam de mais atenção no âmbito científico, no que diz respeito a participação popular e a utilização de sensores para o desenvolvimento das Smart Cities. De modo que os resultados obtidos podem direcionar a realização de pesquisas futuras nestas áreas mais carentes.

Referências

BAILEY, J. et al. Search Engine Overlaps  : Do they agree or disagree? Second International Workshop on Realising Evidence-Based Software Engineering (REBSE ’07), p. 2–2, maio 2007. BARCELLOS, M. P. Uma Estratégia Para Medição de Software e Avaliação de Bases de Medidas Para Controle Estatístico de Processos de Software em Organizações de Alta Maturidade. 2009. BARTOLI, A. et al. Security and Privacy in your Smart City. cttc.cat, p. 1–6, 2011. BIOLCHINI, J. et al. Systematic Review in Software Engineering. n. May, 2005. BUDGEN, D. et al. Using Mapping Studies in Software Engineering. PPIG’08: 20th Annual Meeting of the Psichology of Programming Interest Group, v. 2, p. 195–204, 2007. CARAGLIU, A.; DEL BO, C.; NIJKAMP, P. Smart cities in Europe. Journal of Urban Technology, v. 18, n. 2, p. 65–82, 2011a.

Referências

GAMA, K.; ALVARO, A.; PEIXOTO, E. Em Direção a um Modelo de Maturidade Tecnológica para Cidades Inteligentes. VIII Simpósio Brasileiro de Sistemas de Informação, p. 150–155, 2012. GANTI, R.; YE, F.; LEI, H. Mobile crowdsensing: current state and future challenges. IEEE Communications Magazine, v. 49, n. 11, p. 32–39, nov. 2011. GIFFINGER, R.; FERTNER, C.; KRAMAR, H. Smart cities-Ranking of European medium-sized cities. Vienna University of Technology, n. October, 2007. KITCHENHAM, B. A. Guidelines for performing Systematic Literature Reviews in Software Engineering. 2007. MONTONI, M. A. UMA INVESTIGAÇÃO SOBRE OS FATORES CRÍTICOS DE SUCESSO EM INICIATIVAS DE MELHORIA DE PROCESSOS DE SOFTWARE. 2010.

Referências

NAM, T.; PARDO, T. A. Conceptualizing smart city with dimensions of technology, people, and institutionsProceedings of the 12th Annual International Digital Government Research Conference on Digital Government Innovation in Challenging Times - dg.o ’11. Anais...New York, New York, USA: ACM Press, 12 jun. 2011cDisponível em: <http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2037556.2037602>. Acesso em: 1 jun. 2014 NOVAIS, R. L. et al. Software evolution visualization: A systematic mapping study. Information and Software Technology, v. 55, n. 11, p. 1860–1883, nov. 2013. OLIVEIRA, L. B. R.; OSÓRIO, F. S.; NAKAGAWA, E. Y. A Systematic Review on Service-Oriented Robotic Systems Development. 2012. PETERSEN, K. et al. Systematic Mapping Studies in Software Engineering. p. 1–10, 2007. YASHIRO, T. et al. An Internet of Things (IoT) architecture for embedded appliances. 2013 IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference, p. 314–319, ago. 2013.