Internet rzeczy, cyfrowe bliźniaki i AI, czyli o przyszłości miast inteligentnych
08.06.2022
Koncepcja smart city wiąże się nierozerwalnie z postępem technologicznym, a przede wszystkim z wykorzystaniem dorobku cyfrowego w miastach. Obecnie praktycznie każde rozwiązanie stanowiące część tego dorobku wytwarza dane. Nieważne czy mówimy o nowym systemie informatycznym, aplikacji mobilnej czy inteligentnym koszu na śmieci – dane gromadzone są wszędzie i dotyczą one niemal każdej dziedziny życia. Wystarczy zwrócić uwagę na to, jak wiele informacji o użytkowniku zbiera urządzenie uznawane przez wielu za najlepszego przyjaciela człowieka – smartfon. Te ogromne, wręcz przytłaczające zasoby informacji można i należy wykorzystywać również do rozwiązywania problemów społeczności miejskiej.
Dzięki nowym technologiom zaczyna powstawać pewien niezwykły ekosystem, który w przyszłości całkowicie zrewolucjonizuje zarządzanie miastem. Jego pierwszym elementem są sensory (często umieszczone w przedmiotach codziennego użytku), które stale i na bieżąco zbierają dane. Drugim – bliźniaki cyfrowe, które odbierają dane z rzeczonych sensorów, co umożliwia kreowanie wirtualnych modeli rzeczywistości miejskiej. Trzecim, kluczowym elementem są algorytmy sztucznej inteligencji, podejmujące na bieżąco decyzje związane z funkcjonowaniem infrastruktury miejskiej (np. sygnalizacji świetlnej, elementów transportu publicznego), ale także umożliwiające lepszą optymalizację modeli bliźniaków cyfrowych.
Internet rzeczy – sieć przedmiotów w służbie miastu
Internet rzeczy to nic innego jak sieć przedmiotów, które mogą gromadzić, przetwarzać oraz wymieniać między sobą dane, najczęściej za pośrednictwem Internetu. W tych procesach może, lecz nie musi brać udziału człowiek. Nikogo już nie dziwi możliwość sterowania oświetleniem, pralką czy systemem grzewczym w domu za pośrednictwem aplikacji mobilnej. Mało kto jednak wie, że największą część rynku Internet of Things (około 21%) stanowią rozwiązania smart city.
Segment ten będzie się z pewnością rozwijał, ponieważ na sile przybierają problemy miast. Jednym z nich jest spowodowane szybkim wzrostem liczby mieszkańców większe zużycie energii przekładające się na poziom zanieczyszczenia powietrza. Społeczność miast zużywać będzie też więcej wody i produkować więcej odpadów. Aby zminimalizować negatywne efekty tych zjawisk, konieczna jest optymalizacja wielu procesów – tak na poziomie całego miasta, jak i gospodarstwa domowego.
W związku z powyższym w miastach coraz powszechniej stosowane są inteligentne sieci elektroenergetyczne i wodociągowe, które umożliwiają mieszkańcom zmniejszenie zużycia energii i wody, a spółkom miejskim sprawne wykrywanie i minimalizowanie strat.
Przykładem jest chociażby działający we Wrocławiu system Smartflow, w ramach którego na terenie kilkunastu osiedli mieszkaniowych działa już ponad sto urządzeń monitorujących ilość wody przepływającej przez sieć wodociągową i jej ciśnienie. Dzięki niemu można zlokalizować wycieki związane z awariami, których w inny sposób nie udałoby się znaleźć. Wrocławskie rozwiązanie pozwala na zaoszczędzenie w ciągu roku nawet pół miliarda litrów wody! Innym polskim przykładem jest system inteligentnego zarządzania siecią ciepłowniczą w Warszawie, który pozwala zminimalizować straty ciepła, co przyczynia się do uniknięcia emisji blisko 14 500 ton CO2 rocznie.
Digital twin – brat bliźniak z przyszłości
Przez wszechobecne działanie przedmiotów i ludzi we wspólnej sieci internetowej koncepcja Internet of Things (IoT) z biegiem czasu ewoluowała w Internet of Everything (IoE) – Internet wszystkiego. Dobrze opomiarowane i wyposażone w sensory miasto stanowi pewien wycinek IoE, rozumianego jako zespół obiektów, pomiędzy którymi następuje stała wymiana danych w czasie rzeczywistym.
Jeśli tymi danymi będziemy na bieżąco aktualizować cyfrowe odwzorowanie miasta, powstać może jego cyfrowy bliźniak. Innymi słowy, model digital twin stanowi zestaw trzech komponentów: fizycznego obiektu (lub obiektów, np. miejskiej infrastruktury), jego cyfrowego odwzorowania oraz połączenia części fizycznej i wirtualnej poprzez wymianę i przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym dla stałej aktualizacji odwzorowania.
Jeśli dorzucimy do tego nowoczesne algorytmy sztucznej inteligencji, to możemy nie tylko dokładnie monitorować procesy zachodzące w mieście, ale również przewidywać przyszłość – i to w wielu wariantach. „Brat bliźniak” wyposażony jest zatem w ciało w postaci wizualizacji, w krwiobieg, jakim są przepływające dane, oraz w mózg obdarzony sztuczną, ale jednak inteligencją.
Wizja miejskiego cyfrowego bliźniaka jest coraz bliżej. Koncepcja digital twin funkcjonuje już od kilku lat, ale stosowana jest w dużo mniejszej skali (np. jednego budynku, maszyny, linii produkcyjnej), głównie w obszarze przemysłu. Aby mógł powstać cyfrowy bliźniak miasta, konieczna jest nie tylko gigantyczna sieć sensorów monitorująca infrastrukturę, ale również stały „pomiar” życia mieszkańców oraz procesów społecznych i ekonomicznych, których są oni aktorami.
Nie bez znaczenia okażą się zapewne również kwestie etyczne – ktoś bowiem musi być odpowiedzialny za decyzje podejmowane w oparciu o algorytmy (lub bezpośrednio przez nie). Nieodłącznym elementem projektowania i tworzenia bliźniaków cyfrowych powinno być zatem „nauczenie” ich reguł i zachowań obowiązujących w społeczeństwie.
Przyszłość smart city będzie taka, jak przyszłość całego społeczeństwa. Wokół nas pojawiać się będzie coraz więcej przedmiotów posiadających zdolność niemal samodzielnego myślenia, a coraz więcej decyzji na wielu poziomach będzie podejmowanych za nas przez algorytmy. Ludziom pozostanie natomiast problem właściwego wykorzystania ogromnego potencjału, jaki niesie ze sobą technologia oparta na sztucznej inteligencji. Czy oddamy decyzje dotyczące funkcjonowania miasta przewidującym algorytmom, czy jednak wciąż będziemy opierać się na ludzkiej intuicji?
Autor: Wojciech Łachowski
Artykuł powstał we współpracy z Instytutem Rozwoju Miast i Regionów