smart cities: concepts, platforms, and challenges

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  • Cidades Inteligentes: Conceitos, plataformas e desafios

    JAI'2016 - CSBC

    Prof. Fabio KonEduardo Felipe Zambom Santana

    Departamento de Cincia da ComputaoIME-USP

  • Fabio Kon

    Professor Titular, IME-USP Coordenador Adjunto de Pesquisa para Inovao, FAPESP

    Adora Sistemas Distribudos, Engenharia de Software, Internet, Web, Mtodos geis e Tecnologia

    Gostaria de ter mais tempo para:

    Programar, tocar vibrafone e bateria, ajudar statups, viajar, ficar com a famlia (no necessariamente nessa ordem).

  • Eduardo Felipe Zambom Santana

    Bacharel e Mestre em Cincia da Computao (UFSCar)

    Aluno de doutorado no IME-USP

    Professor na Universidade Anhembi Morumbi

    Mais de 10 anos de experincia como Programador e Arquiteto de Sistemas

  • Contedo - Parte 1

    Introduo Definio de Cidade Inteligente

    Dimenses de Cidades Inteligentes

    Expresses Relacionadas Iniciativas e Pesquisas sobre Cidades Inteligentes Tecnologias relacionadas

    Internet das Coisas Big Data Computao em Nuvem

    Iniciativas de Cidades Inteligentes

  • Contedo - Parte 2

    Plataformas de Cidades Inteligentes

    Requisitos Funcionais e no Funcionais

  • Contedo - Parte 3

    Arquitetura de Referncia

    Desafios Tecnolgicos e Cientficos

    Implicaes

    Concluses

  • Parte 1: Cidades Inteligentes: Definies, Tecnologias e Iniciativas

    Todas fotos de Nelson Kon

  • Introduo

  • Introduo

    Maioria da populao mundial vive em cidades

    Atual infraestrutura e quantidade de recursos pode no atender demanda

    O padro um enorme desperdcio de recursos em todas as reas. Por exemplo, em transportes:

    Txis, Carros

    nibus

    Semforos

  • Introduo

    Como tornar a cidade mais inteligente?

    Otimizar o uso de recursos e da infraestrutura

    Emprego de Tecnologias da Informao e Comunicao (TIC)

    Para que?

    Melhorar a qualidade de vida da populao

    Sustentabilidade

  • Como ser esse futuro?

    Grande quantidade de dados coletados

    Criao de aplicaes e servios para a populao da cidade

    Muitos domnios de aplicao

    Transporte pblico e privado, Trnsito, Sade e Qualidade de Vida,

    Educao, Entretenimento, Energia Eltrica, Distribuio de gua, Coleta de Lixo, etc.

    Plataforma de software para a integrao dos domnios

  • Definies de Cidades

    Inteligentes

  • Definies de Cidades Inteligentes

    Quatro temas principais nas definies: Melhora da qualidade de vida da populao com melhores servios e

    uso mais inteligente de recursos Integrao entre os servios da cidade Participao popular na tomada de decises da cidade Uso de Tecnologia da Informao

    Algumas definies citam ainda as vantagens econmicas de uma Cidade Inteligente Incentivo industria de tecnologia Melhor ambiente de negcios

  • Definies de Cidades Inteligentes

    A Smart City is a city well performing built on the smart combination of endowments and activities of self-decisive,

    independent and aware citizens (Giffinger et al. 2007)

    ...when investments in human and social capital and traditional (transport) and modern (ICT) communication

    infrastructure fuel sustainable economic growth and a high quality of life, with a wise management of natural resources,

    through participatory governance (Caragliu et al. 2011)

  • Definies de Cidades Inteligentes

    A city connecting the physical infrastructure, the IT infrastructure, the social infrastructure, and the business infrastructure to leverage

    the collective intelligence of the city (Harrison et al. 2010)

    A city that monitors and integrates conditions of all of its critical infrastructures, including roads, bridges, tunnels, rails, subways, airports, seaports, communications, water, power, even major buildings, can better optimize its resources, plan its preventive

    maintenance activities, and monitor security aspects while maximizing services to its citizens (Hall et al. 2000)

  • Dimenses das Cidades Inteligentes

    Indicadores para medir a inteligncia de uma cidade

    Economia Inteligente

    Populao Inteligente

    Governana Inteligente

    Mobilidade Inteligente

    Meio Ambiente Inteligente

  • Economia Inteligente

    Mede a capacidade econmica da cidade e as empresas instaladas na cidade

    Parmetros: Qualidade das empresas instaladas Ambiente para o empreendedorismo

    Aes relacionadas: Incentivos a empresas para o desenvolvimento de solues tecnolgicas Investimentos em infraestrutura Melhoria do ambiente de negcios com legislao adequada Incentivo ao empreendedorismo e startups

  • Populao Inteligente

    Mede o desenvolvimento econmico e social da populao da cidade

    Parmetros Educao Emprego

    Renda

    Aes relacionadas: Projetos de incluso digital Programas de educao cientfica e tecnolgica

  • Governana Inteligente

    Mede a qualidade e transparncia dos servios pblicos

    Parmetros: Facilidade no uso dos servios pblicos Investimento em tecnologia

    Transparncia dos dados

    Aes relacionadas: Portais de transparncia e de dados abertos Portais de participao popular Integrao de servios pblicos

  • Mobilidade Inteligente Mede a facilidade da mobilidade na cidade nos diversos

    modais de transporte nibus, bicicleta, carro, metr, trem, barcos

    Parmetros Quilmetros de congestionamento Tamanho da malha metroviria Porcentagem da populao que usa transporte pblico Nmero de usurios por carro, nibus, trem, etc.

    Aes Relacionadas Monitoramento em tempo real do fluxo de veculos Sensores para indicar vagas livres de estacionamento Campanhas e aplicaes para incentivar o uso de bicicletas e transporte pblico

  • Meio Ambiente Inteligente

    Mede a sustentabilidade da cidade e seu relacionamento com o meio ambiente

    Parmetros: Poluio ambiental Eficincia no uso de recursos como gua e energia eltrica Percentual de lixo reciclado

    Aes Relacionadas: Medio da qualidade do ar e gua da cidade Uso de fontes renovveis de energia Medio em tempo real dos recursos utilizados em residncias

  • Vida Inteligente Mede a qualidade de vida da populao Parmetros:

    Entretenimento Segurana Cultura Quantidade de reas verdes Nmero de bibliotecas e centros culturais

    Aes Relacionadas: Aplicaes para o acompanhamento da sade de idosos Processamento automtico de imagens de cmeras de segurana Aplicativos sobre eventos culturais e esportivos programados na cidade

  • Dimenses de Cidades Inteligentes

    http://www.smart-cities.eu/?cid=5&city=47&ver=4

    http://www.smart-cities.eu/?cid=5&city=47&ver=4http://www.smart-cities.eu/?cid=5&city=47&ver=4

  • Expresses Relacionadas

    Outras expresses relacionadas melhoria das cidades tambm foram utilizadas: Digital City Knowledge City Wired City

    Hoje existem poucas referncias a esses termos Cidades Inteligentes virou a expresso padro para a

    ideia de cidades que utilizam uma infraestrutura de TI para a melhora dos servios e a otimizao do uso de seus recursos

  • Expresses Relacionadas

  • Tecnologias

  • Tecnologias

    Diversas tecnologias so utilizadas para a implementao de aplicaes e plataformas de Cidades Inteligentes

    Trs tecnologias mais citadas:

    Internet das Coisas

    Computao em Nuvem

    Big Data

  • Internet das Coisas (IoT) Conjunto de objetos conectados Internet

    Em Cidades, alguns exemplos de objetos so: Lmpadas de iluminao pblica Sensores de temperatura, rudo, chuva e qualidade do ar Semforos Cmeras de segurana Veculos de transporte pblico

    Celulares dos cidados

    Dados sobre esses objetos so coletados e enviados para plataformas ou aplicaes da cidade para que sejam armazenados e processados

  • Internet das Coisas Alguns exemplos da utilizao de IoT em Cidades

    Inteligentes so:

    Monitoramento da estrutura de prdios histricos

    Monitoramento do nvel de rudo na proximidade de escolas e hospitais

    Otimizao da coleta de lixo com sensoreamento de cestos de lixo

    Monitoramento do equipamento urbano como semforos e lmpadas

    E por que no wase, 99taxi, kekanto, Coletivo...

  • Big Data

    Conjunto de tcnicas e ferramentas para a manipulao e armazenamento de grandes volumes de dados

    Quatro caractersticas principais: Volume: grande quantidade de dados gerados e que devem ser

    coletados, armazenados e processados Variedade: dados de diferentes fontes e com diferentes estruturas

    Velocidade: muitos servios dependem de processamento rpido, ou at mesmo em tempo real dos dados

    Veracidade: garantia de que os dados coletados so confiveis e consistentes

  • Big Data

  • Big Data

    Novas ferramentas de BigData esto sendo utilizados em Cidades Inteligentes:

    Processamento de dados: Hadoop, Spark e Storm

    Bancos de dados NoSQL: Cassandra, CouchDB e MongoDB

    Processamento de grafos: GraphX (Spark) e Giraph (Hadoop)

  • Big Data

    Utilizao de Big Data em Cidades Inteligentes:

    Reconhecimento de padres no trnsito utilizando dados histricos

    Previso da quantidade de energia eltrica em diferentes dias e horrios utilizando fluxo de dados em tempo real

    Previso da demanda do uso de transporte pblico

    Deteco de problemas de segurana pblica monitorando redes sociais e cmeras

  • Computao em Nuvem

    Infraestrutura elstica, robusta, escalvel e confivel para o armazenamento e processamento dos dados

    Requisitos no funcionais essenciai