/ اینترنت اشیا در شهر هوشمند /

اینترنت اشیا در شهر هوشمند

راهکار پلتفرم اینترنت اشیا در شهر هوشمند

شهر هوشمند‌ یک منطقه شهری است که از انواع مختلف سنسورها و روش‌های الکترونیکی برای جمع‌آوری اطلاعات استفاده می‌کند. این اطلاعات سپس برای مدیریت کارآمد دارایی‌ها، منابع و خدمات شهری استفاده می‌شود. این ‌فرآیند، شامل جمع‌آوری اطلاعات از شهروندان، دستگاه‌ها و منابع شهری است که برای پایش و مدیریت ترافیک خودروها و سیستم‌های حمل و نقل، نیروگاه‌های برق، تأسیسات شهری، شبکه‌های تأمین آب، مدیریت پسماند، کشف جُرم، سیستم‌های اطلاعاتی، مدارس، کتابخانه‌ها، بیمارستان‌ها و دیگر خدمات اجتماعی، آنالیز و پردازش می‌شود. هدف از ایجاد شهر هوشمند، ادغام فناوری اطلاعات و ارتباطات‌ (ICT‌)‌ و دستگاه‌های فیزیکی مختلف متصل به شبکه اینترنت اشیاء‌ (IoT‌)‌ برای بهینه‌سازی ‌فرآیندهای شهری و خدمات‌‌دهی بهینه و ارتباط با شهروندان است. فناوری شهر هوشمند به مسئولان یک شهر اجازه می‌دهد ‌‌به‌صورت مستقیم با جامعه و زیرساخت‌های شهری تعامل برقرار کرده و به نیازهای شهر و شهروندان پاسخ‌های فوری دهند. شهرهای هوشمند کیفیت زندگی شهروندان را فراتر از ‌‌صرفه‌جویی در پول و یا بازده سرمایه‌‌‌گذاری می‌بینند. ‌‌‌چشم‌اندازهای شهر هوشمند شامل كلی‌نگری‌‌‌، كثرت‌‌گرایی و شهروند محوری، با محوریت بهبود خدمات و حل مسائل شهری است که در طولانی مدت مؤثرتر و مقرون ‌‌به‌صرفه‌‌‌تر خواهند بود.

در پلتفرم اینترنت اشیا شهر هوشمند، استارت‌آپ‌ها می‌توانند ابزارهای خود را ‌‌‌به‌راحتی و با اضافه کردن یک ماژول خدماتی به پلتفرم اینترنت اشیا اضافه کرده و در این پلتفرم خدمات ارائه دهند. این سیستم یک زیرساخت قدرتمند است که به‌عنوان یک پلتفرم انعطاف‌پذیر با معماری چند لایه و مناسب برای شهر هوشمند، طراحی و پیاده‌سازی شده است. اپلیکیشن‌های مختلف کاربردی در حوزه‌های کسب و کارهای خدماتی و فروشگاهی، سازمان‌ها، ادارات، آموزشگاه‌ها، دانشگاه‌ها و مدارس می‌توانند در این زیرساخت جامع ‌‌به‌صورت یکپارچه قرار گیرند.

بهینه‌سازی مسیرهای جمع‌آوری زباله بر اساس میزان ‌پرشدن سطل‌های‌ زباله که توسط سنسورها اندازه‌گیری می‌شود، یکی از این کاربردهای کاملاً تأثیرگذار است. و در نهایت، مدیریت بازیافت زباله نیاز به همکاری عمیق‌تر میان بخش دولتی و خصوصی دارد. مدیریت هوشمند پسماند از سنسورهایی استفاده می‌کند که در سطل‌های زباله جایگذاری شده‌اند و میزان انباشتگی زباله را ‌‌‌‌اندازه‌گیری می‌کنند تا زمان مناسب تخلیه آن‌ها‌ را به سیستم جمع‌آوری شهری اطلاع دهند. با گذشت زمان، می‌توان از داده‌هایی که حسگرها جمع‌آوری کرده‌اند استفاده کرد و الگوهای انباشتگی را تنظیم نمود، مسیرها و برنامه‌های زمانی را بهینه کرد و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد. این سیستم میزان انباشتگی انواع سطل‌های زباله در اندازه‌های مختلف را کنترل می‌کند. مسیرهای جمع‌آوری زباله با توجه به میزان انباشتگی سطل‌ها، اندازه ماشین حمل زباله و فاصله تا محل دفن پسماند شهری برنامه ریزی می‌شود. این راه حل می‌تواند هزینه جمع‌آوری زباله را حداقل ۴۰ درصد و میزان انتشار کربن در شهرها را تا ۶۰ درصد کاهش دهد. در مرحله‌‌ی بعد یک لیست از ظرف‌های‌ زباله که باید جمع‌آوری شوند به راننده‌ها ارسال می‌شود تا با توجه به آن برای مشخص کردن مسیر رفت و آمد خود ‌‌‌‌برنامه‌ریزی کنند. سرور جزئیات مربوط به سطل‌های خالی و سطل‌های پر شده را حفظ و ثبت خواهد کرد. هر زمان که کامیون جمع‌آوری زباله اطلاعاتی را از پایگاه داده‌ها درخواست نمایند‌‌‌، اطلاعات در مورد نزدیک‌‌‌ترین سطل‌های خالی به آن‌ها‌ داده می‌شود.

همیشه دغدغه‌ی پارک خودرو در اطراف مراکز یا درون پارکینگ‌های مدیریت‌ نشده و غیراستاندارد، لذتِ یک گردش تفریحی را به چالشی دشوار و پیچیده تبدیل می‌کند. پژوهش‌ها در این زمینه گواه آن است که توسعه‌ی پارکینگ‌های هوشمند، نتایج مثبتی را از جمله در کاهش زمان یافتن جای پارک، کاهش مسافتِ پیموده‌شده برای یافتن جای پارک‌ متعاقباً کاهش آلودگی و ترافیک‌ و افزایش درآمدِ ماهانه به ازای هر جای پارک دارد. به‌کارگیری سکوی اینترنت اشیا در پارکینگ سبب کنترل ورود و خروج خودروها ‌‌به‌صورت خودکار، استفاده بهینه از ظرفیت پارکینگ، حذف انتظار خودروها هنگام ورود و خروج از گیت پارکینگ، محاسبه زمان و هزینه استفاده هر خودرو از پارکینگ ‌‌به‌صورت خودکار و از همه مهم تر این دسترسی را به کاربران می‌دهد که محل پارک خودشان را ‌‌‌به‌ راحتی پیدا کنند.

در سامانه‌ی مدیریت پارکینگ، از تجهیزاتی مانند گیت‌های راه‌بند، حسگرهای اعلامِ حضور خودرو با امکان شناسایی جهت، حسگرهای تشخیص ارتفاع برای جلوگیری از ورود خودروهای با ارتفاع غیرمجاز، دوربین‌های تصویربرداری‌ (برای شناسایی پلاک خودرو و راننده‌)‌ و… بهره‌گیری می‌شود. سیستم مدیریت پارکینگ، به‌عنوان یک سامانه‌ی مبتنی بر بهره‌وری انرژی، هم‌زمان روی یک بستر نرم‌افزاری با قابلیت توسعه‌ی روزانه و یک بستر سخت‌افزاری پیاده‌سازی می‌شود. راهکار معمول نصب یک شناسه هوشمند‌ (Tag‌)‌  به شیشه خودرو و نصب آنتن‌های ورودی و خروجی در ورودی پارکینگ برای مدیریت پارکینگ است. در راهکار تکمیلی با استفاده از دوربین پلاک‌خوان و راه‌بند اتوماتیک، این ‌فرآیند مکانیزه‌ می‌گردد.

برخی کشورهای پیشرفته با نصب دوربین‌ها و حسگرهای هوش مصنوعی در تقاطع‌ها و ‌‌‌‌خیابان‌ها‌ی مختلف، تلاش می‌کنند تا معضل ترافیک را حل کنند. این دوربین‌ها و حسگرهای هوشمند با قابلیتی مانند تعیین حجم خودروهای ورودی به هر ‌‌‌‌خیابان و یا تعیین مقصد خودروها، اطلاعاتی را جمع‌آوری کرده و به مرکز کنترل ترافیک ارسال می‌کنند؛ جایی که اطلاعات تجزیه و تحلیل می‌شوند. سپس تصمیماتی مانند تغییر زمان‌بندی چراغ راهنمایی و اولویت دادن به بعضی معابر را اعمال می‌کنند.

دوربین‌های‌ مدار بسته نصب شده بر روی چراغ‌های‌ راهنمایی میزان ترافیک موجود در یک جاده خاص را گرفته و این داده‌ها را به گروه مدیریت منتقل می‌کنند. سپس گروه مدیریت ترافیک در مورد نحوه انحراف ترافیک و کاهش احتمال انسداد به‌طور موثر تصمیم خواهند گرفت. بهترین نکته در مورد اینترنت اشیا در اینجا این است که این برنامه قادر است مسیرهای جایگزین را با کمک تجزیه و تحلیل داده‌های‌ بزرگ بررسی کند. کشورهای پیشرفته در تلاشند تا با استفاده از این داده‌های‌ بزرگ و فناوری اینترنت اشیا‌‌‌، تمام مشکلات مربوط به ترافیک را به حداقل برسانند. در ایران نیز مشابه چنین سیستم‌هایی استفاده می‌شود. برای مثال بسیاری از تقاطع‌های سطح شهر مشهد به سیستم کنترل هوشمند‌ مجهز می‌باشد.

سیستم پیش بینی آلودگی هوا می‌تواند شدت آلودگی هوا را 72 ساعت زودتر ‌‌پیش‌بینی ‌کند. و روش جدیدی برای کاهش آلودگی هوای نامناسب با استفاده از هوش مصنوعی است. سطح آلودگی بسته به عوامل مختلفی نظیر فعالیت‌های‌ صنعتی، روان ‌بودن ترافیک و شرایط آب و هوایی تغییر می‌کند. این سیستم توان یادگیری دارد و می‌تواند آلودگی را با ترکیب مقادیر زیادی اطلاعات از چندین مدل‌ مختلف ‌‌پیش‌بینی نماید. این سیستم نهایتا خواهد توانست پیشنهاد‌هایی برای کاهش آلودگی هوا به یک سطح قابل قبول ارائه دهد که از آن جمله می‌توان به تعطیل‌ کردن کارخانه‌های‌ معین و یا کاهش موقتی تعداد خودروهای در حال تردد در جاده‌‌ها اشاره کرد. آلودگی، یک معضل عمومی و سیاسی است که سلامتی مردمِ این کشور را به خطر می‌اندازد. سنسورها بخشی از تکنولوژی ‌‌‌‌به‌کار رفته در شهرهای هوشمند هستند سنسورهایی می‌توانند میزان آلودگی هوا را تشخیص دهند. این دسته از فعالیت‌ها به روش‌های‌ مختلف به حفظ محیط زیست کمک می‌کنند.

برای مقابله با آلودگی هوا از چراغ‌های راهنمایی مجهز به هوش مصنوعی می‌توان استفاده نمود. این سیستم داده‌های مربوط به آلودگی محلی و جریان ترافیک را از طریق سنسورهای کنار جاده، پیش‌بینی آب‌و‌هوا و دستگاه‌های بلوتوث موجود در خودروها جمع‌آوری می‌کند. سپس یک الگوریتم داده‌های زنده و آرشیوی را تجزیه‌وتحلیل می‌کند تا پیش‌بینی کند که آلودگی هوا در ساعت بعدی به چه میزان رخ خواهد داد.

اینترنت اشیا در حوزه نورپردازی و روشنایی شهر هوشمند نیز ‌‌‌‌به‌کار گرفته می‌شود. نورپردازی ‌‌‌‌خیابان‌ها‌ی‌ سطح شهر دیگر یک حوزه جداگانه نیست‌‌‌، بلکه به بخشی از زیرساخت‌های‌ شبکه‌‌‌‌ای شهرهای هوشمند تبدیل شده است. روشنایی هوشمند شامل کلیه لامپ‌ها و حسگرهای هوشمندی است که در چندین برنامه کاربردی در متروها‌‌‌، اتوبوس‌ها‌‌‌، پارک‌ها‌‌‌، تونل‌ها‌‌‌، چراغ‌های‌ راهنمایی‌‌‌، اماکن عمومی‌‌‌، پارکینگ‌ها و غیره استفاده می‌شوند. امروزه در شهرهای هوشمند میزان نور یک منطقه را با میزان فعالیت مردم در همان منطقه تنظیم می‌کنند. این باعث می‌شود تا روشنایی در جایی که ازدحام جمعیت بیش‌تر است، افزایش یابد. در عین حال وقتی سنسورها تشخیص دهند که تعداد افراد یا اتومبیل‌ها در یک منطقه کم‌تر است میزان نور و روشنایی در آن منطقه را کاهش می‌دهند.

چراغ‌های‌ هوشمند سطح شهر با زمان شبانه‌روز و فصل‌ها نیز سازگار می‌گردند. بنابراین مصرف انرژی هم‌زمان با تغییر شرایط و موقعیت‌ها بهینه می‌شود. ‌‌علاوه‌بر این جمع‌آوری و پردازش مداوم داده‌ها از طریق سیستم‌های‌ هوشمند پیاده‌سازی شده در سطح شهر‌‌‌، به بهبود ابتکاراتی که باعث کاهش بیش‌تر مصرف انرژی می‌شود کمک می‌کند. روشنایی دقیق و با کیفیت برای ایمنی در ترافیک شهری ضروری است. توزیع نور متعادل و همگن به همراه کاهش مناطق تاریک درک بهتری از محیط می‌دهد و ‌حمل‌و‌نقل ایمن را در سطح شهر تضمین می‌کند. سیستم‌های‌ روشنایی هوشمند با ترکیب کیفیت و کارایی نور در روشنایی جاده‌ها‌‌‌، بر کیفیت عملکرد متمرکز می‌شوند.

کنترل پسماند

بهینه‌سازی مسیرهای جمع‌آوری زباله بر اساس میزان ‌پرشدن سطل‌های‌ زباله که توسط سنسورها اندازه‌گیری می‌شود، یکی از این کاربردهای کاملاً تأثیرگذار است. و در نهایت، مدیریت بازیافت زباله نیاز به همکاری عمیق‌تر میان بخش دولتی و خصوصی دارد. مدیریت هوشمند پسماند از سنسورهایی استفاده می‌کند که در سطل‌های زباله جایگذاری شده‌اند و میزان انباشتگی زباله را ‌‌‌‌اندازه‌گیری می‌کنند تا زمان مناسب تخلیه آن‌ها‌ را به سیستم جمع‌آوری شهری اطلاع دهند. با گذشت زمان، می‌توان از داده‌هایی که حسگرها جمع‌آوری کرده‌اند استفاده کرد و الگوهای انباشتگی را تنظیم نمود، مسیرها و برنامه‌های زمانی را بهینه کرد و هزینه‌های عملیاتی را کاهش داد. این سیستم میزان انباشتگی انواع سطل‌های زباله در اندازه‌های مختلف را کنترل می‌کند. مسیرهای جمع‌آوری زباله با توجه به میزان انباشتگی سطل‌ها، اندازه ماشین حمل زباله و فاصله تا محل دفن پسماند شهری برنامه ریزی می‌شود. این راه حل می‌تواند هزینه جمع‌آوری زباله را حداقل ۴۰ درصد و میزان انتشار کربن در شهرها را تا ۶۰ درصد کاهش دهد. در مرحله‌‌ی بعد یک لیست از ظرف‌های‌ زباله که باید جمع‌آوری شوند به راننده‌ها ارسال می‌شود تا با توجه به آن برای مشخص کردن مسیر رفت و آمد خود ‌‌‌‌برنامه‌ریزی کنند. سرور جزئیات مربوط به سطل‌های خالی و سطل‌های پر شده را حفظ و ثبت خواهد کرد. هر زمان که کامیون جمع‌آوری زباله اطلاعاتی را از پایگاه داده‌ها درخواست نمایند‌‌‌، اطلاعات در مورد نزدیک‌‌‌ترین سطل‌های خالی به آن‌ها‌ داده می‌شود.

پارکینگ هوشمند

همیشه دغدغه‌ی پارک خودرو در اطراف مراکز یا درون پارکینگ‌های مدیریت‌ نشده و غیراستاندارد، لذتِ یک گردش تفریحی را به چالشی دشوار و پیچیده تبدیل می‌کند. پژوهش‌ها در این زمینه گواه آن است که توسعه‌ی پارکینگ‌های هوشمند، نتایج مثبتی را از جمله در کاهش زمان یافتن جای پارک، کاهش مسافتِ پیموده‌شده برای یافتن جای پارک‌ متعاقباً کاهش آلودگی و ترافیک‌ و افزایش درآمدِ ماهانه به ازای هر جای پارک دارد. به‌کارگیری سکوی اینترنت اشیا در پارکینگ سبب کنترل ورود و خروج خودروها ‌‌به‌صورت خودکار، استفاده بهینه از ظرفیت پارکینگ، حذف انتظار خودروها هنگام ورود و خروج از گیت پارکینگ، محاسبه زمان و هزینه استفاده هر خودرو از پارکینگ ‌‌به‌صورت خودکار و از همه مهم تر این دسترسی را به کاربران می‌دهد که محل پارک خودشان را ‌‌‌به‌ راحتی پیدا کنند.

در سامانه‌ی مدیریت پارکینگ، از تجهیزاتی مانند گیت‌های راه‌بند، حسگرهای اعلامِ حضور خودرو با امکان شناسایی جهت، حسگرهای تشخیص ارتفاع برای جلوگیری از ورود خودروهای با ارتفاع غیرمجاز، دوربین‌های تصویربرداری‌ (برای شناسایی پلاک خودرو و راننده‌)‌ و… بهره‌گیری می‌شود. سیستم مدیریت پارکینگ، به‌عنوان یک سامانه‌ی مبتنی بر بهره‌وری انرژی، هم‌زمان روی یک بستر نرم‌افزاری با قابلیت توسعه‌ی روزانه و یک بستر سخت‌افزاری پیاده‌سازی می‌شود. راهکار معمول نصب یک شناسه هوشمند‌ (Tag‌)‌  به شیشه خودرو و نصب آنتن‌های ورودی و خروجی در ورودی پارکینگ برای مدیریت پارکینگ است. در راهکار تکمیلی با استفاده از دوربین پلاک‌خوان و راه‌بند اتوماتیک، این ‌فرآیند مکانیزه‌ می‌گردد.

کنترل ترافیک

برخی کشورهای پیشرفته با نصب دوربین‌ها و حسگرهای هوش مصنوعی در تقاطع‌ها و ‌‌‌‌خیابان‌ها‌ی مختلف، تلاش می‌کنند تا معضل ترافیک را حل کنند. این دوربین‌ها و حسگرهای هوشمند با قابلیتی مانند تعیین حجم خودروهای ورودی به هر ‌‌‌‌خیابان و یا تعیین مقصد خودروها، اطلاعاتی را جمع‌آوری کرده و به مرکز کنترل ترافیک ارسال می‌کنند؛ جایی که اطلاعات تجزیه و تحلیل می‌شوند. سپس تصمیماتی مانند تغییر زمان‌بندی چراغ راهنمایی و اولویت دادن به بعضی معابر را اعمال می‌کنند.

دوربین‌های‌ مدار بسته نصب شده بر روی چراغ‌های‌ راهنمایی میزان ترافیک موجود در یک جاده خاص را گرفته و این داده‌ها را به گروه مدیریت منتقل می‌کنند. سپس گروه مدیریت ترافیک در مورد نحوه انحراف ترافیک و کاهش احتمال انسداد به‌طور موثر تصمیم خواهند گرفت. بهترین نکته در مورد اینترنت اشیا در اینجا این است که این برنامه قادر است مسیرهای جایگزین را با کمک تجزیه و تحلیل داده‌های‌ بزرگ بررسی کند. کشورهای پیشرفته در تلاشند تا با استفاده از این داده‌های‌ بزرگ و فناوری اینترنت اشیا‌‌‌، تمام مشکلات مربوط به ترافیک را به حداقل برسانند. در ایران نیز مشابه چنین سیستم‌هایی استفاده می‌شود. برای مثال بسیاری از تقاطع‌های سطح شهر مشهد به سیستم کنترل هوشمند‌ مجهز می‌باشد.

کنترل آلودگی هوا

سیستم پیش بینی آلودگی هوا می‌تواند شدت آلودگی هوا را 72 ساعت زودتر ‌‌پیش‌بینی ‌کند. و روش جدیدی برای کاهش آلودگی هوای نامناسب با استفاده از هوش مصنوعی است. سطح آلودگی بسته به عوامل مختلفی نظیر فعالیت‌های‌ صنعتی، روان ‌بودن ترافیک و شرایط آب و هوایی تغییر می‌کند. این سیستم توان یادگیری دارد و می‌تواند آلودگی را با ترکیب مقادیر زیادی اطلاعات از چندین مدل‌ مختلف ‌‌پیش‌بینی نماید. این سیستم نهایتا خواهد توانست پیشنهاد‌هایی برای کاهش آلودگی هوا به یک سطح قابل قبول ارائه دهد که از آن جمله می‌توان به تعطیل‌ کردن کارخانه‌های‌ معین و یا کاهش موقتی تعداد خودروهای در حال تردد در جاده‌‌ها اشاره کرد. آلودگی، یک معضل عمومی و سیاسی است که سلامتی مردمِ این کشور را به خطر می‌اندازد. سنسورها بخشی از تکنولوژی ‌‌‌‌به‌کار رفته در شهرهای هوشمند هستند سنسورهایی می‌توانند میزان آلودگی هوا را تشخیص دهند. این دسته از فعالیت‌ها به روش‌های‌ مختلف به حفظ محیط زیست کمک می‌کنند.

برای مقابله با آلودگی هوا از چراغ‌های راهنمایی مجهز به هوش مصنوعی می‌توان استفاده نمود. این سیستم داده‌های مربوط به آلودگی محلی و جریان ترافیک را از طریق سنسورهای کنار جاده، پیش‌بینی آب‌و‌هوا و دستگاه‌های بلوتوث موجود در خودروها جمع‌آوری می‌کند. سپس یک الگوریتم داده‌های زنده و آرشیوی را تجزیه‌وتحلیل می‌کند تا پیش‌بینی کند که آلودگی هوا در ساعت بعدی به چه میزان رخ خواهد داد.

نورپردازی هوشمند

اینترنت اشیا در حوزه نورپردازی و روشنایی شهر هوشمند نیز ‌‌‌‌به‌کار گرفته می‌شود. نورپردازی ‌‌‌‌خیابان‌ها‌ی‌ سطح شهر دیگر یک حوزه جداگانه نیست‌‌‌، بلکه به بخشی از زیرساخت‌های‌ شبکه‌‌‌‌ای شهرهای هوشمند تبدیل شده است. روشنایی هوشمند شامل کلیه لامپ‌ها و حسگرهای هوشمندی است که در چندین برنامه کاربردی در متروها‌‌‌، اتوبوس‌ها‌‌‌، پارک‌ها‌‌‌، تونل‌ها‌‌‌، چراغ‌های‌ راهنمایی‌‌‌، اماکن عمومی‌‌‌، پارکینگ‌ها و غیره استفاده می‌شوند. امروزه در شهرهای هوشمند میزان نور یک منطقه را با میزان فعالیت مردم در همان منطقه تنظیم می‌کنند. این باعث می‌شود تا روشنایی در جایی که ازدحام جمعیت بیش‌تر است، افزایش یابد. در عین حال وقتی سنسورها تشخیص دهند که تعداد افراد یا اتومبیل‌ها در یک منطقه کم‌تر است میزان نور و روشنایی در آن منطقه را کاهش می‌دهند.

چراغ‌های‌ هوشمند سطح شهر با زمان شبانه‌روز و فصل‌ها نیز سازگار می‌گردند. بنابراین مصرف انرژی هم‌زمان با تغییر شرایط و موقعیت‌ها بهینه می‌شود. ‌‌علاوه‌بر این جمع‌آوری و پردازش مداوم داده‌ها از طریق سیستم‌های‌ هوشمند پیاده‌سازی شده در سطح شهر‌‌‌، به بهبود ابتکاراتی که باعث کاهش بیش‌تر مصرف انرژی می‌شود کمک می‌کند. روشنایی دقیق و با کیفیت برای ایمنی در ترافیک شهری ضروری است. توزیع نور متعادل و همگن به همراه کاهش مناطق تاریک درک بهتری از محیط می‌دهد و ‌حمل‌و‌نقل ایمن را در سطح شهر تضمین می‌کند. سیستم‌های‌ روشنایی هوشمند با ترکیب کیفیت و کارایی نور در روشنایی جاده‌ها‌‌‌، بر کیفیت عملکرد متمرکز می‌شوند.

فهرست