Έκδοση: Προκλήσεις, τεχνολογίες και τάσεις για έξυπνες πόλεις

Συγγραφέας: Namita Gupta, Maharaja Agrasen Institute of Technology, Νέο Δελχί, Ινδία

Έκδοση για το θέμα της έρευνας

Προκλήσεις, τεχνολογίες και τάσεις για τις έξυπνες πόλεις

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fdata.2023.1258051/full

Είμαστε στην ευχάριστη θέση να ανακοινώσουμε τη δημοσίευση του ερευνητικού θέματος Frontiers' με τίτλο «Προκλήσεις, τεχνολογίες και τάσεις έξυπνων πόλεων» που διοργανώθηκε σε συνεργασία με το Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικών Υπολογιστών, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Maharaja Agrasen και το Εθνικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Δελχί, τους διοργανωτές του 2022 International Symposium on Smart Cities Challenges, Technologies, and Trends (SCCTT-2022). Αυτό το άρθρο με κριτική Θέμα Έρευνας στοχεύει στην ευαισθητοποίηση σχετικά με τον ρόλο των έξυπνων πόλεων στο μέλλον, δίνοντας έμφαση στην έξυπνη υποδομή, τη σύγχρονη αρχιτεκτονική, την αποτελεσματική επικοινωνία και τις φιλικές προς τον πολίτη υπηρεσίες τους. Το Θέμα Έρευνας, προσβάσιμο μέσω της ανοιχτής επιστημονικής πλατφόρμας της Frontiers και με δυνατότητα αναζήτησης σε πολλά περιοδικά, προσφέρει πληροφορίες για τις τελευταίες τάσεις και προκλήσεις στην τεχνολογία Έξυπνων Πόλεων, ενισχύοντας τη συνεργασία για την ανάπτυξη οικονομικών λύσεων για αστικά ζητήματα όπως κυκλοφοριακή συμφόρηση, κατανάλωση ενέργειας και ανεπαρκείς υποδομές. Ωστόσο, το ταξίδι προς την οικοδόμηση έξυπνων πόλεων δεν είναι χωρίς εμπόδια.

Αυτός ο εκδοτικός πρόλογος παρέχει μια επισκόπηση των προκλήσεων, των τεχνολογιών και των τάσεων που διαμορφώνουν το τοπίο των έξυπνων πόλεων.

Προκλήσεις

Η υλοποίηση πρωτοβουλιών έξυπνων πόλεων περιλαμβάνει την υπέρβαση πολλών προκλήσεων, όπως η ενσωμάτωση ποικίλων τεχνολογιών και υποδομών παλαιού τύπου, η διασφάλιση της ιδιωτικής ζωής δεδομένων και η ασφάλεια στον κυβερνοχώρο, η προώθηση της συμμετοχής και της συμμετοχής των πολιτών στη λήψη αποφάσεων, η αντιμετώπιση του ψηφιακού χάσματος για την παροχή ίσης πρόσβασης σε υπηρεσίες, η διαχείριση βιώσιμων και ενεργειακών αποτελεσματικές πρακτικές, πλοήγηση σε πολύπλοκα ρυθμιστικά πλαίσια, εξασφάλιση επαρκούς χρηματοδότησης και επενδύσεων και ανάπτυξη ανθεκτικών στρατηγικών για την αντιμετώπιση πιθανών καταστροφών και καταστάσεων έκτακτης ανάγκης. Αυτές οι προκλήσεις απαιτούν συλλογικές προσπάθειες και καινοτόμες λύσεις για τη δημιουργία αποτελεσματικών, χωρίς αποκλεισμούς και βιώσιμων αστικών περιβαλλόντων για το μέλλον.

Τεχνολογίες

Οι έξυπνες πόλεις βασίζονται σε διάφορες τεχνολογίες αιχμής για τη βελτιστοποίηση των αστικών λειτουργιών και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής. Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων αποτελεί τη βάση, επιτρέποντας τη συλλογή και ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο μέσω συνδεδεμένων συσκευών και αισθητήρων. Η ανάλυση μεγάλων δεδομένων εξάγει πολύτιμες γνώσεις από τις τεράστιες ποσότητες δεδομένων που δημιουργούνται, διευκολύνοντας τη λήψη αποφάσεων με ενημέρωση και βελτιστοποιημένες υπηρεσίες. Η Τεχνητή Νοημοσύνη αυτοματοποιεί τις διαδικασίες και βελτιστοποιεί την κατανομή των πόρων, βελτιώνοντας την αποτελεσματικότητα και εξατομικεύοντας τις υπηρεσίες των πολιτών. Η τεχνητή νοημοσύνη μειώνει επίσης το κόστος δικτύου, βελτιώνει την απόδοση και επιτρέπει ένα ευρύ φάσμα τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών και εφαρμογών σε έξυπνα δίκτυα πόλεων. Αν και η τεχνολογία παίζει αναμφίβολα σημαντικό ρόλο στις εξελίξεις των έξυπνων πόλεων, είναι απαραίτητο για όλους τους ενδιαφερόμενους να λάβουν υπόψη τον ευρύτερο κοινωνικό αντίκτυπο. Παράλληλα με την εφαρμογή τεχνολογίας αιχμής, η ύπαρξη σαφούς αποστολής και η μέτρηση των επιπτώσεων στο περιβάλλον, την κοινωνία και τη διακυβέρνηση είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη μακροπρόθεσμης βιωσιμότητας. Μια ανθρωποκεντρική προσέγγιση και η σχεδιαστική σκέψη είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής για τους κατοίκους των έξυπνων πόλεων.

Τάσεις

Οι έξυπνες πόλεις είναι μάρτυρες πολλών αναδυόμενων τάσεων που διαμορφώνουν το μέλλον τους. Η αειφόρος διαχείριση ενέργειας αποτελεί βασικό επίκεντρο, με στροφή προς τις ανανεώσιμες πηγές, τα ενεργειακά αποδοτικά κτίρια και τα έξυπνα δίκτυα. Μεταξύ των επικρατέστερων τάσεων, η έξυπνη κινητικότητα περιλαμβάνει την έξυπνη διαχείριση της κυκλοφορίας, τις φιλικές προς το περιβάλλον μεταφορές, τα αυτόνομα οχήματα και τις πρωτοβουλίες κοινής χρήσης αυτοκινήτου. Επιπλέον, οι τεχνολογικές λύσεις για τους ψηφιακούς πολίτες κερδίζουν δυναμική, επιτρέποντας εξ αποστάσεως υγειονομική περίθαλψη, διαδραστική εκπαίδευση και ψυχαγωγία. Οι νεοφυείς επιχειρήσεις αξιοποιούν επίσης το blockchain για να ενισχύσουν τα μέτρα ασφάλειας και ασφάλειας για τους κατοίκους. Επιπλέον, η πρόοδος στη ρομποτική, την εκτεταμένη πραγματικότητα και τα drones ενισχύει τις πρακτικές αστικού σχεδιασμού, γεωργίας και διαχείρισης απορριμμάτων. Αυτές οι τάσεις συμβάλλουν στη μείωση των εκπομπών άνθρακα, στη βελτίωση των συστημάτων μεταφορών και στην προώθηση της συμμετοχής στην ανάπτυξη έξυπνων πόλεων.

Συνολικά έξι άρθρα δημοσιεύονται για το συγκεκριμένο Ερευνητικό Θέμα. Η περίληψη κάθε άρθρου έχει ως εξής:

Singh και Ujjwal σχετικά με το θέμα «Υβριδισμένο βιο-εμπνευσμένο σύστημα ανίχνευσης εισβολής για το Διαδίκτυο των πραγμάτων»: Ένα υβριδισμένο βιο-εμπνευσμένο σύστημα ανίχνευσης εισβολής για Έξυπνες Πόλεις χρησιμοποιεί προηγμένους αλγόριθμους εμπνευσμένους από βιολογικά συστήματα για τον εντοπισμό και την απόκριση σε απειλές ασφαλείας, ενισχύοντας τη συνολική ασφάλεια και ανθεκτικότητα αστικών περιβαλλόντων. Σε αυτό το άρθρο, οι συγγραφείς προτείνουν ένα υβριδικό σύστημα ανίχνευσης εισβολής που βασίζεται σε βιο-εμπνευσμένο σύστημα (IDS) για το πλαίσιο IoT, χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ημιτονοειδούς συνημιτόνου (SCA) και τον αλγόριθμο σμήνος salp (SSA) για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών κυκλοφορίας δικτύου. Επιλεγμένα χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται σε έναν ταξινομητή μηχανικής εκμάθησης (ML) για τον εντοπισμό και την ταξινόμηση της εισβολικής κυκλοφορίας.

Nagvanshi et al. με θέμα «Πρόβλεψη μη στάσιμων χρονοσειρών με χρήση βελτιστοποιημένης-EVDHM-ARIMA για COVID-19»: Η προσέγγιση βελτιστοποιημένης EVDHM-ARIMA αξιοποιεί έναν εξελικτικό αλγόριθμο και την αποσύνθεση λειτουργίας μεταβλητής συνόλου για πρόβλεψη μη στάσιμων χρονοσειρών τόσο σε δεδομένα COVID-19 όσο και σε Έξυπνες πόλεις εφαρμογές, που επιτρέπουν ακριβείς προβλέψεις και προληπτική λήψη αποφάσεων για τη δημόσια υγεία και την αστική διαχείριση. Εδώ, οι συγγραφείς παρουσιάζουν ένα μοντέλο πρόβλεψης για λοιμώξεις COVID-19 το οποίο συνδυάζει πολλαπλά στοιχεία που προβλέπονται από την ARIMA και χρησιμοποιεί γενετικούς αλγόριθμους για τη βελτιστοποίηση της επιλογής παραμέτρων και των αποτελεσμάτων αποσύνθεσης, παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες για το ρυθμό μετάδοσης του ιού και τις μελλοντικές περιπτώσεις μόλυνσης για αποτελεσματική λήψη αποφάσεων και ετοιμότητα για την υγειονομική περίθαλψη .

Singh et al. σχετικά με το θέμα "Έλεγχος πρόσβασης με δυνατότητα Blockchain για την αποτροπή κυβερνοεπιθέσεων στο IoT": Ο έλεγχος πρόσβασης με δυνατότητα Blockchain παρέχει έναν αποκεντρωμένο και αδιάψευστο μηχανισμό για τη διαχείριση των αδειών των χρηστών και της πρόσβασης δεδομένων στις Έξυπνες πόλεις, μειώνοντας τον κίνδυνο κυβερνοεπιθέσεων αποτρέποντας μη εξουσιοδοτημένη είσοδος και διασφάλιση της ασφάλειας και της ακεραιότητας των δεδομένων σε διασυνδεδεμένα συστήματα και συσκευές.

Duggal et al. σχετικά με το θέμα «Εξηγητής αξιόπιστου ταξινομητή διαμόρφωσης με μετρήσιμη επεξήγηση»: Χρησιμοποιεί ερμηνεύσιμες τεχνικές μηχανικής μάθησης για να αποσαφηνίσει τη διαδικασία λήψης αποφάσεων πίσω από την ταξινόμηση διαμορφώσεων σε συστήματα ασύρματων επικοινωνιών. Με την ποσοτικοποίηση της σημασίας των χαρακτηριστικών, την εμπιστοσύνη του μοντέλου και την παροχή κατανοητών από τον άνθρωπο εξηγήσεων, διασφαλίζει τη διαφάνεια και τη λογοδοσία, επιτρέποντας στους ενδιαφερόμενους να αξιολογήσουν και να επικυρώσουν την απόδοση και την αξιοπιστία του συστήματος σε κρίσιμες εφαρμογές Smart City. Η προτεινόμενη επεξήγηση του αξιόπιστου ταξινομητή διαμόρφωσης (DMCE) εστιάζει στην επεξήγηση της ταξινόμησης διαμόρφωσης, επιτρέποντας την οπτικοποίηση και την κατανόηση των αποτελεσμάτων πρόβλεψης. Η μελέτη παρουσιάζει μια συγκριτική ανάλυση με τις υπάρχουσες μεθόδους και καταδεικνύει τις δυνατότητες της βαθιάς μάθησης στη βελτίωση της απόδοσης του δικτύου IoT.

Sharma et al. με θέμα «Μια εκτεταμένη προσέγγιση για την αξιολόγηση της διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και του αποτυπώματος άνθρακα του bitcoin σε μια έξυπνη πόλη»: Αυτή η μελέτη διερευνά την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές άνθρακα που σχετίζονται με την εξόρυξη Bitcoin. Επεκτείνει τη μεθοδολογία Patch λαμβάνοντας υπόψη τα όρια απόδοσης υλικού και τις πηγές παραγωγής ενέργειας, παρέχοντας μια πιο εκλεπτυσμένη εκτίμηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας και του αποτυπώματος άνθρακα. Η μελέτη εκτιμά ότι το Bitcoin κατανάλωσε μεταξύ 38.495 και 120.72 τεραβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας το 2021 και απελευθέρωσε μεταξύ 2.12 και 45.37 εκατομμύρια μετρικούς τόνους διοξειδίου του άνθρακα. Οι προσπάθειες για την αντιμετώπιση της κατανάλωσης ενέργειας περιλαμβάνουν τη μετεγκατάσταση των ανθρακωρύχων σε περιοχές με ένταση ενέργειας, όπως εγκαταστάσεις εξόρυξης αλουμινίου που τροφοδοτούνται από υδροηλεκτρική ενέργεια.

Shambharkar και Goel με θέμα "Από τη σύνοψη βίντεο στη σύνοψη βίντεο σε πραγματικό χρόνο σε έξυπνες πόλεις και πέρα: Μια έρευνα": Αυτό το άρθρο εξετάζει τη σημασία της σύνοψης βίντεο στη διαχείριση και ανάκτηση μεγάλου όγκου δεδομένων βίντεο, ιδιαίτερα στο πλαίσιο των έξυπνων πόλεων και συστήματα επιτήρησης. Παρουσιάζει μια ανάλυση των προσεγγίσεων σύνοψης βίντεο, εστιάζοντας σε τεχνικές σύνοψης βίντεο σε πραγματικό χρόνο. Η μελέτη στοχεύει να παράσχει πολύτιμες γνώσεις για ερευνητές και επαγγελματίες, τονίζοντας τις πρακτικές εφαρμογές της σύνοψης βίντεο σε έξυπνες πόλεις, όπως η ανίχνευση παρεκκλίνων σε συστήματα παρακολούθησης βίντεο.

Συνοπτικά, η κατασκευή έξυπνων πόλεων είναι μια πολύπλοκη και φιλόδοξη προσπάθεια. Παρά τις σημαντικές προκλήσεις που σχετίζονται με τις αναβαθμίσεις της υποδομής, το απόρρητο και την ασφάλεια των δεδομένων και τη διαλειτουργικότητα, οι πιθανές ανταμοιβές είναι σημαντικές. Οι έξυπνες πόλεις έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα, τη βιωσιμότητα και τη συνολική ποιότητα ζωής αξιοποιώντας τεχνολογίες όπως η ενοποίηση του Διαδικτύου των πραγμάτων, η τεχνητή νοημοσύνη, το cloud computing και η ανάλυση δεδομένων για την υποστήριξη βιώσιμων μετασχηματισμών σε διάφορα στοιχεία της πόλης. Συγκεκριμένα, η κυρίαρχη τάση στις έξυπνες πόλεις είναι η έξυπνη κινητικότητα, η οποία καλύπτει την έξυπνη διαχείριση της κυκλοφορίας, τη μεταφορά μηδενικών εκπομπών, τα αυτόνομα οχήματα και τα προγράμματα κοινής χρήσης αυτοκινήτου. Οι τεχνολογικές λύσεις όπως η απομακρυσμένη υγειονομική περίθαλψη, η διαδραστική εκπαίδευση και η ψυχαγωγία, κερδίζουν επίσης δυναμική. Για να διασφαλιστούν επιτυχείς εξελίξεις στις έξυπνες πόλεις, οι ενδιαφερόμενοι πρέπει να δώσουν προτεραιότητα σε σκόπιμες αποστολές, να μετρήσουν τις περιβαλλοντικές και κοινωνικές επιπτώσεις και να υιοθετήσουν τη σχεδιαστική σκέψη που βασίζεται σε ανθρωποκεντρικές προσεγγίσεις. Η ενθάρρυνση μιας νοοτροπίας αφθονίας και η ενδυνάμωση των νεότερων γενεών με δημιουργική σκέψη μπορεί να οδηγήσει σε μεταμορφωτικές προόδους για το ευρύτερο καλό και να αντιμετωπίσει μακροχρόνιες κοινωνικές προκλήσεις.

Συνεισφορές δημιουργού

Ν.Γ.: Γράψιμο — κριτική και επεξεργασία.

Σύγκρουση συμφερόντων

Ο συγγραφέας δηλώνει ότι η έρευνα διεξήχθη απουσία εμπορικών ή οικονομικών σχέσεων που θα μπορούσαν να ερμηνευτούν ως πιθανή σύγκρουση συμφερόντων.

Σημείωση εκδότη

Όλοι οι ισχυρισμοί που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αποκλειστικά αυτοί των συγγραφέων και δεν αντιπροσωπεύουν απαραιτήτως αυτούς των συνδεδεμένων οργανισμών τους ή του εκδότη, των συντακτών και των κριτικών. Οποιοδήποτε προϊόν μπορεί να αξιολογηθεί σε αυτό το άρθρο ή ισχυρισμός που μπορεί να προβληθεί από τον κατασκευαστή του, δεν είναι εγγυημένο ούτε εγκρίνεται από τον εκδότη.