شهر هوشمند (Smart City) چیست؟

در شهرهای هوشمند، شهرداری‌ها با استفاده از ابزارهایی مانند فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) و اینترنت اشیا (IoT)، می‌توانند حمل‌ونقل، انرژی و زیرساخت‌ها را هوشمندانه‌تر مدیریت کنند. هرچه یک شهر در به‌کارگیری این فناوری‌ها موفق‌تر باشد، یک قدم به آینده‌ای بهتر، نزدیک خواهد شد.

درک عمیق‌تر از مفهوم شهر هوشمند

همان‌طور که سیستم عصبی بدن به ما کمک می‌کند محیط اطرافمان را درک کنیم و به آن واکنش نشان دهیم، فناوری‌های نوین هم این توانایی را به شهرها می‌دهند تا شرایط اطراف خود را بفهمند و هوشمندانه عمل کنند.

در قلب شهرهای هوشمند، سیستم‌های جمع‌آوری داده قرار دارند. تصور کنید چراغ‌های راهنمایی بتوانند میزان و حجم ترافیک را تشخیص دهند و خودشان تصمیم بگیرند چه زمانی سبز یا قرمز شوند. این دقیقا همان کاری است که فناوری‌های هوشمند انجام می‌دهند؛ آن‌ها اطلاعات را جمع‌آوری می‌کنند و به مدیران شهری کمک می‌کنند تصمیم‌های دقیق‌تری بگیرند. برای مثال، برنامه‌ریزی بهتر در مدیریت پسماند یا زمان‌بندی حمل‌ونقل عمومی داشته باشند و موجب صرفه‌جویی در زمان و افزایش رفاه شهروندان شوند.

از سوی دیگر، هوشمندسازی خدمات شهری می‌تواند به کاهش قابل‌توجه آلودگی و تولید گازهای گلخانه‌ای کمک کند. این یعنی شهرها نه‌تنها سالم‌تر و تمیزتر می‌شوند، بلکه هوای پاک‌تری هم برای نفس کشیدن خواهید داشت. علاوه بر این، شهرهای هوشمند می‌توانند به اقتصاد شهر جان تازه‌ای بدهند؛ چرا که زیرساخت‌های پیشرفته و نوآوری، زمینه‌ساز ایجاد کسب‌وکارهای جدید و فرصت‌های شغلی بیشتر می‌شوند.

سه رکن اصلی شهرهای هوشمند (Smart City)

از نگاه وزارت حمل‌ونقل ایالات متحده، یک شهر هوشمند با سه ویژگی اصلی شناخته می‌شود:

1. شبکه‌ها: حسگرهایی که داده‌ها را جمع‌آوری و یکپارچه می‌کنند تا در بخش‌های مختلف شهری به‌کار گرفته شوند.
2. تعامل‌پذیری: بستری که به مسئولان اجازه می‌دهد مستقیماً با جامعه در تعامل باشند و زیرساخت‌ها را در لحظه مدیریت کنند.
3. داده‌های شفاف: تعهد به شفافیت؛ به این معنا که داده‌های مربوط به برنامه‌ریزی‌های شهری به طور منظم در اختیار عموم مردم قرار می‌گیرد.

مسیر تکامل شهرهای هوشمند؛ از دیروز تا امروز

جالب است که بدانید ایده استفاده از «داده» برای بهتر اداره کردن شهرها، موضوع جدیدی نیست. این مسیر از دهه ۱۹۶۰ میلادی آغاز شد؛ زمانی که مدیران شهری در لس‌آنجلس برای اولین‌بار از برنامه‌های کامپیوتری استفاده کردند تا محله‌هایی را که بیشترین نیاز به خدمات داشتند، شناسایی کنند.

اصطلاح شهر هوشمند به شکل رسمی از دهه ۱۹۹۰ وارد ادبیات آکادمیک شد. از آن زمان تا امروز، مفهوم «شهر هوشمند» به‌طور مداوم تکامل پیدا کرده و گسترده‌تر شده است. در گذشته، فناوری‌های هوشمند بیشتر در پشت صحنه مدیریت شهری استفاده می‌شدند و شهروندان نقش چندانی در این فرآیند نداشتند.

طبق گزارش موسسه مک‌کینزی منتشر شده در سال ۲۰۱۸، امروز این وضعیت کاملا تغییر کرده است. شهروندان با استفاده از اپلیکیشن‌ها و ابزارهای دیجیتال، به بخشی فعال از اکوسیستم شهر هوشمند تبدیل شده‌اند؛ آن‌ها اطلاعات به اشتراک می‌گذارند، مشکلات شهری را گزارش می‌کنند و حتی در تصمیم‌گیری‌ها نقش دارند.

هوشمندسازی شهرها؛ پاسخی به چالش رشد جمعیت

امروزه هوشمندسازی شهرها راهکاری حیاتی برای مقابله با چالش‌های ناشی از رشد جمعیت است. با توجه به پیش‌بینی سازمان ملل که نشان می‌دهد تا سال ۲۰۵۰ حدود دو سوم جمعیت جهان در شهرها زندگی خواهند کرد، شهرها برای ادامه حیات خود ناچارند هوشمندتر شوند. در واقع، شهر هوشمند پاسخی ضروری به رشد جمعیت، فشار بر منابع و نیاز روزافزون به کیفیت بهتر زندگی است.

فناوری‌های کلیدی در شهرهای هوشمند

تکنولوژی‌های نوینی که باعث افزایش بهره‌وری و پایداری در بخش‌های دیگر شده‌اند، امروزه نیروی محرکه شبکه‌های شهری هوشمند نیز هستند. مهم‌ترین این فناوری‌ها عبارتند:

فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT)

فناوری اطلاعات و ارتباطات یا همان ICT، طیف وسیعی از تکنولوژی‌های مرتبط با داده را در بر می‌گیرد. طبق تعریف موسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST)، قلمرو ICT شامل تمامی فرآیندهای مربوط به داده است؛ از استخراج، ذخیره‌سازی و بازیابی گرفته تا پردازش، نمایش، سازماندهی، مدیریت، امنیت و در نهایت انتقال و تبادل اطلاعات.

اینترنت اشیا (IoT)

اینترنت اشیا به شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی، خودروها، لوازم خانگی و دیگر وسایلی اشاره دارد که با بهره‌گیری از حسگرها، نرم‌افزارها و اتصال بیسیم، امکان جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری داده‌ها را پیدا می‌کنند. این دستگاه‌های متصل که با نام اشیاء هوشمند نیز شناخته می‌شوند، طیف وسیعی را شامل می‌شوند؛ از گجت‌های ساده خانگی گرفته تا ساعت‌های هوشمند و حتی سیستم‌های پیچیده حمل‌ونقل. شبکه Wi-Fi یا اتصال بی‌سیم، ستون فقرات عملکرد IoT محسوب می‌شود و وجود وای‌فای عمومی در سطح شهر، کلید اصلی ارائه خدمات شهری مبتنی بر اینترنت اشیا است.

اتوماسیون

اتوماسیون به معنای استفاده از تکنولوژی برای انجام وظایف با کمترین دخالت انسانی است. در پروژه‌های شهر هوشمند، اتوماسیون‌سازی به شهرها کمک می‌کند تا نسبت به داده‌های لحظه‌ای که از دستگاه‌های اینترنت اشیا ارسال می‌شوند، واکنش لحظه‌ای نشان دهند. این مثال‌ها نقش اتوماسیون را به صورت عملی توضیح می‌دهند: 

• چراغ راهنمایی هوشمند: چراغ‌های خیابان می‌توانند بر اساس اطلاعاتی که از سنسورهای نور و حرکت دریافت می‌کنند، خاموش یا روشن شوند. این سیستم‌ها با خاموش کردن خودکار چراغ‌ها در زمان‌هایی که نیازی به آن‌ها نیست، باعث بهینه‌سازی مصرف انرژی و پایداری هرچه بیشتر عملیات شهری می‌شوند.
• آبیاری هوشمند فضای سبز: حسگرهای رطوبت خاک، وضعیت خاک را بررسی می‌کنند و هنگامی که خاک به حد مشخصی از خشک شدن برسد، سیستم آبیاری به‌طور خودکار فعال می‌شود. حتی اگر پیش‌بینی بارش باران باشد، آبیاری به طور خودکار متوقف می‌شود تا در مصرف آب صرفه‌جویی شود.
• کنترل هوشمند ترافیک و مسیرهای اضطراری: وقتی آمبولانس یا آتش‌نشانی در حال عبور است، سیستم اتوماسیون شهری با استفاده از GPS خودرو، مسیر را تشخیص داده و چراغ‌های راهنمایی مسیر آن‌ها را به طور خودکار سبز می‌کند تا سریع‌تر به مقصد برسند.
• توزیع بهینه برق: در ساعاتی که مصرف برق به اوج خود می‌رسد، سیستم می‌تواند بخش‌های غیرضروری برق مثل تابلوهای تبلیغاتی یا نورپردازی‌های تزیینی را خاموش یا کم‌نور کند تا فشار به شبکه برق کاهش یابد و احتمال قطعی برق کمتر شود.
• تخلیه خودکار مخازن آب و فاضلاب: سنسورها سطح آب را در مخازن و فاضلاب اندازه‌گیری می‌کنند. اگر آب در زمان سیلاب بالا بیاید، پمپ‌های مکش یا دریچه‌های تخلیه اضطراری به صورت خودکار فعال می‌شوند تا از آب‌گرفتگی معابر جلوگیری کنند.
• تهویه هوشمند تونل‌ها: سنسورهای تشخیص کیفیت هوا در تونل‌ها، میزان آلاینده‌ها و دی‌اکسید کربن را اندازه‌گیری می‌کنند. وقتی مقدار آن‌ها بیشتر از حد مجاز شود، فن‌های بزرگ را با قدرت و سرعت حداکثری به طور خودکار روشن می‌کنند و بعد از کاهش آلودگی، دوباره به حالت کم‌مصرف برمی‌گردانند.

هوش مصنوعی (AI)

هوش مصنوعی با ترکیب علوم کامپیوتر و مجموعه‌ای از داده‌ها، به سیستم‌ها توانایی و قدرت حل مسئله می‌بخشد. در پروژه‌های مدرن شهری، از راهکارهای مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (Machine Learning) برای مدیریت پایدار و کارآمد زیرساخت‌ها استفاده می‌شود. مثال‌های زیر نقش هوش مصنوعی را به صورت عملی توضیح می‌دهد:

• الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند مسیرهای جمع‌آوری زباله را کوتاه‌تر کنند تا تردد کامیون‌های خدمات شهری کمتر شده و به دنبال آن تولید کربن دی اکسید نیز کمتر شود. 
• یا اینکه هوش مصنوعی با تحلیل داده‌های دوربین‌های امنیتی و دستگاه‌های متصل، به نیروهای پلیس در تشخیص جرم و ارتقای امنیت عمومی کمک می‌کند.

هوشمند شدن شهرها چه تأثیری دارد؟

همانطور که گفتیم، شهر هوشمند به گونه‌ای طراحی شده که محیط اطراف خود را حس می‌کند. همین امر سبب افزایش کیفیت و دقت عملکرد شهرداری‌ها در انجام اقدامات لازم خواهد شد. اما هوشمند شدن شهر چه تاثیری بر هر بخش می‌گذارد؟ 

حمل‌ونقل هوشمند: ستون اصلی شهرها

حمل‌ونقل هوشمند یکی از ارکان بنیادین در شهرهای مدرن است. بهره‌گیری از اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی و فناوری‌های تعیین موقعیت مکانی، به مدیریت مناطق و بخش خصوصی اجازه می‌دهد تا داده‌ها را به‌صورت لحظه‌ای جمع‌آوری کنند. در ادامه، چند نمونه از تاثیر حمل‌ونقل هوشمند بر زندگی روزمره را بررسی می‌کنیم:

• کاهش ترافیک سنگین در شهرهای هوشمند: داده‌های دریافت شده از سنسورهای نصب شده در معابر، نه‌تنها کیفیت خدمات حمل‌ونقل عمومی را ارتقا می‌دهند بلکه باعث بهبود کیفیت زندگی شهروندان و مسافران می‌شوند.
• تعمیر به موقع وسایل حمل‌ونقل عمومی: فناوری‌های به‌کاررفته در سیستم هوشمند این شهرها به مسئولان کمک می‌کند تا خرابی احتمالی خودروهای خدماتی شهری را پیش‌بینی کرده و پیش از بروز مشکل، آن‌ها را تعمیر کنند.
• پارکینگ هوشمند: سیستم‌های پارکینگ هوشمند با بررسی ظرفیت‌های خالی، در لحظه به رانندگان با ارسال اعلان یا پیام اطلاع می‌دهند.
• عملکرد هوشمند چراغ راهنمایی در تقاطع‌ها: مدیریت ترافیک نیز با تکیه بر هوش مصنوعی و داده‌های لحظه‌ای، زمان‌بندی چراغ‌های راهنمایی در تقاطع‌ها را تنظیم می‌کنند.
• حضور خودروهای برقی: زیرساخت‌های حمل‌ونقل هوشمند بستر لازم برای استفاده از خودروهای برقی و خودران را فراهم کرده و از این طریق به روان‌سازی ترافیک و حفظ محیط زیست کمک می‌کنند.

مدیریت هوشمند انرژی شهری

هوش مصنوعی به شرکت‌های تامین‌کننده انرژی کمک می‌کند تا شبکه‌های برق را هوشمندانه‌تر مدیریت کنند. این شبکه‌ها با کمک حسگرها و نرم‌افزارهای پیشرفته، به‌طور مداوم اطلاعات مصرف برق را جمع‌آوری می‌کنند. سپس ابزارهای تحلیلی این داده‌ها را بررسی کرده و الگوهای مصرف را شناسایی می‌کنند؛ به این ترتیب، می‌توان میزان مصرف آینده را پیش‌بینی کرد و از بروز مشکلاتی مانند قطعی برق جلوگیری کرد.

این فناوری‌ها تنها برای مدیریت و تامین برق نیستند، بلکه با نقش مثبت در صنعت نفت و گاز باعث کاهش انتشار دی‌اکسید کربن و اتلاف منابع می‌شوند. نمونه‌هایی از این کاربرد عبارتند از:

• صرفه‌جویی در منابع: با کمک هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، تجهیزات خانه یا ساختمان طول عمر بیشتری پیدا می‌کنند و مصرف انرژی و منابع برای نگهداری‌شان کاهش می‌یابد.
• کارایی بهتر تجهیزات: سیستم هوشمند، دستگاه‌ها را بررسی می‌کند و موارد پرمصرف یا کم‌بازده را شناسایی می‌کند تا کارها با انرژی کمتر و بازده بالاتر انجام شود.
• نظارت بر محیط: فناوری به شما کمک می‌کند محیط خانه یا محل کار را پایش کنید، مصرف انرژی را کم کنید و ایمنی، سلامت و محیط زیست را بهتر مدیریت کنید.

زیرساخت‌های هوشمند

زیرساخت هوشمند مفهومی گسترده است که شامل موارد متعددی می‌شود. پل‌ها، لوله‌های آب، شبکه برق و حتی ساختمان‌ها می‌توانند هوشمند باشند. در زیر ساخت‌ها نیز سنسورها داده‌های جمع‌آوری‌شده را به سیستم مدیریتی هر بخش ارسال می‌کند تا مشکلات احتمالی را شناسایی کرده و پیش از بحرانی شدن شرایط، آن‌ها را برطرف کنند. این رویکرد علاوه بر محافظت از دارایی‌های زیرساختی، کارایی سیستم را بالا برده و کیفیت زندگی شهروندان را بهتر می‌کند.

برترین شهرهای هوشمند جهان

بر اساس شاخص شهرهای هوشمند IMD، پنج شهر زیر به عنوان پیشگامان این حوزه در دنیا شناخته می‌شوند:

سنگاپور

سنگاپور یک مرجع جهانی در حوزه هوشمندسازی است. این شهر توانسته امنیت را ارتقا دهد، فضاهای عمومی را احیا کند و زمان انتظار برای خدمات ضروری دولتی را به حداقل برساند. در سنگاپور، همه‌چیز با هدف بهبود کیفیت زندگی طراحی شده است. به سبب پیاده‌سازی فناوری‌های نوظهور و به‌کارگیری اینترنت اشیا (IoT)، شهروندان می‌توانند از هر نقطه‌ای به اطلاعات دسترسی داشته باشند و تقریبا تمام فرآیندهای اداری خود را به صورت آنلاین انجام دهند.

زوریخ، سوئیس

زوریخ با ایجاد تعادل میان اکوسیستم‌های طبیعی و توسعه شهری، شهروند را در مرکز استراتژی‌های خود قرار داده است. این شهر به دلیل سرمایه‌گذاری گسترده در شبکه‌های فیبر نوری و زیرساخت‌های نوین و همچنین داشتن جمعیتی مسلط به فناوری، زبانزد است. از دیگر حوزه‌های استراتژیک زوریخ می‌توان به مدیریت چرخشی پسماند، استفاده بهینه از انرژی، امنیت دیجیتال و کاهش گازهای گلخانه‌ای اشاره کرد. همچنین، سرمایه‌گذاری در سیستم‌های بهداشتی و آموزشی باعث شده تا شکاف دیجیتال میان شهروندان به حداقل برسد.

اسلو، نروژ 

یکی از بزرگترین موفقیت‌های اسلو، همکاری‌های گسترده میان بخش دولتی و خصوصی است. در این شهر، کارآفرینان تشویق می‌شوند تا پروژه‌های هوشمند خود را برای بهبود کیفیت زندگی شهروندان ارائه دهند. پایتخت نروژ به دلیل سطح بالای تحصیلات جامعه، مدیریت موثر پسماند و فضاهای سبز عمومی متعدد شناخته می‌شود. اسلو به عنوان یک شهر هوشمند، سیاست‌های سخت‌گیرانه‌ای برای کاهش مصرف انرژی و رفع ترافیک‌های سنگین دارد و به طور چشمگیری از طراحی سازگار با محیط زیست و معماری کارآمد حمایت می‌کند.

تایپه، تایوان

در تایپه، استفاده از تکنولوژی و ترویج انواع نوآوری، تاثیر مثبت چشمگیری بر سلامت، امنیت، جابه‌جایی و مدیریت شهری داشته است. این کلان‌شهر با ترکیب تکنولوژی، رهبری هوشمند و فرهنگ، به استقبال چالش‌های آینده شهر رفته است. استراتژی تایپه بر پایه توسعه ظرفیت‌های گردشگری، افزایش امنیت عمومی و ترویج حمل‌ونقل دوستدار محیط زیست بنا شده است. به عنوان مثال، شهروندان در تایپه به اطلاعات لحظه‌ای درباره دما، رطوبت و کیفیت هوا دسترسی مستقیم دارند.

لوزان، سوئیس

لوزان با چهار ستون استراتژیک یعنی انرژی، جابه‌جایی، معماری و اقتصاد، برای ارتقای کیفیت زندگی شهروندان خود تلاش می‌کند. مهارت‌های تکنولوژیک بالای مردم و فرهنگ دیجیتال حاکم بر جامعه، جمع‌آوری داده‌ها و شناسایی الگوهای رفتاری را آسان‌تر کرده است؛ موضوعی که به خلق راهکارهای موثر برای رفع نیازهای شهر کمک می‌کند. همچنین، این شهر به عنوان پیشگام در ساخت اکو‌محله‌ها (محله‌های سازگار با محیط زیست) شناخته می‌شود؛ مجتمع‌های مسکونی که از همان ابتدای ساخت، بالاترین استانداردهای محیط زیستی و انرژی را رعایت می‌کنند.

جمع‌بندی؛ نگاهی به آینده شهرهای هوشمند

شهر هوشمند فراتر از یک ارتقای تکنولوژیک ساده هستند؛ این مفهوم نشان‌دهنده یک تغییر بنیادین در شیوه طراحی، ساخت و مدیریت محیط‌های شهری ما محسوب می‌شوند.  با رشد روزافزون جمعیت شهری، استفاده از فناوری‌هایی مثل هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و اتوماسیون دیگر یک انتخاب نیست، بلکه ابزارهایی ضروری برای زندگی راحت‌تر، اقتصاد پویا و شهری پایدار هستند. 

با این حال، آینده شهرهای هوشمند تیازمند  تعهد و سرمایه‌گذاری بلندمدت است. دولت‌ها، کسب‌وکارها و مدیران شهری باید راهکارهایی را در اولویت دهند که هم فراگیر و توسعه‌پذیر باشد و هم تأثیرات زیست‌محیطی و عدالت اجتماعی را مد نظر داشته باشند. 

در نهایت، یک شهر هوشمند واقعی، شهری است که زندگی بهتر برای مردم فراهم کند، محیط زیست را حفظ کند و برای نسل‌های آینده تاب‌آوری داشته باشد، نه فقط شهری که به شبکه‌ای از دستگاه‌ها و داده‌ها متصل باشد.