Basi tecnologiche dell'infrastruttura di una città intelligente

Questo è un riassunto del primo articolo di una serie in cinque parti sulle tecnologie per l'implementazione di IoT. L'articolo completo è pubblicato su wevolver.com.

Che cos'è una città intelligente?

Una città intelligente è costituita da oggetti intelligenti connessi tra loro e con il cloud, che interagiscono come parte di una rete IoT (Internet delle cose) per creare città più efficienti, sostenibili e comode. Dalle città intelligenti ci si aspetta anche che affrontino problemi sociali urgenti come la crescita della popolazione urbana, l'eccessivo consumo energetico, la sicurezza stradale e altri ancora. Gli obiettivi di efficienza, sicurezza e sostenibilità di una città intelligente riguardano la sostenibilità economica, sociale e ambientale.

I primi tentativi di città intelligenti si avvalgono di reti interconnesse, come le smart grid per aumentare l'efficienza energetica; mettono in atto tecnologie di rilevamento e monitoraggio per la gestione intelligente del traffico e il monitoraggio dell'inquinamento, inoltre si avvalgono di calcolo e storage di dati avanzati e di ID digitali per migliorare l'accesso ai servizi.

Qual è la tecnologia alla base di tutto ciò?

Il cuore della città intelligente è costituito da una rete interconnessa che raccoglie e condivide i dati. Questa rete non solo deve funzionare ininterrottamente ma deve anche soddisfare elevati requisiti di connettività, larghezza di banda e potenza di calcolo, consumando però pochissima energia. Per questa ragione, la tecnologia chiave per i dispositivi IoT essenziali per le città intelligenti è quella dei semiconduttori,

usata per i chip e i componenti hardware all'interno di piccoli oggetti, specie i sensori intelligenti e la tecnologia di monitoraggio. I processori in un dispositivo IoT come un MCU (microcontroller) devono essere embedded con il software. È questo ciò che consente ai dispositivi di rilevare i dati, elaborarli e comunicare con la rete. Dal momento che la rete è per lo più collegata a Internet, gran parte dello sviluppo di un sistema IoT consiste nel dotare i dispositivi di opzioni di connettività ad alte prestazioni, come 5G, LTE, Wi-Fi e Bluetooth.

L'infrastruttura della città intelligente

Smart grid

Una smart grid è un sistema di alimentazione interamente interconnesso con elevati livelli di efficienza energetica, in grado di alimentare l'intera infrastruttura della città intelligente. La tecnologia smart metering migliora l'affidabilità della rete monitorando e regolando le alimentazioni.

Smart meter

Si tratta di dispositivi elettronici intelligenti che registrano i dati sul consumo di elettricità, acqua e gas naturale. Un sistema di comunicazione bidirezionale consente a operatori e fornitori di servizi di raccogliere informazioni sui consumi e monitorare i modelli energetici dei clienti.

Stazioni di ricarica EV e parcheggi intelligenti

Le stazioni di ricarica EV alimentano i veicoli elettrici con l'elettricità della rete. Sebbene gli EV siano dotati di un convertitore c.a./c.c. per la ricarica domestica, per accelerare l'operazione le stazioni di ricarica plug-in alimentano direttamente in c.c.

Sistemi di energia distribuita (DES)

Le smart grid promuovono il passaggio dal modello centralizzato, in cui l'energia fluisce da una centrale elettrica al consumatore, a un modello di generazione di energia rinnovabile distribuita e di coinvolgimento diretto dei consumatori. I pannelli solari domestici e pubblici, le turbine eoliche, i generatori a biomassa, le fonti di alimentazione idroelettriche, geotermiche e ibride, nonché i caricabatterie EV e le case intelligenti, possono tutti contribuire ad alimentare la rete generando o immagazzinando elettricità.

Monitoraggio intelligente e sensori

La città intelligente si affida alla tecnologia intelligente per elaborare i dati raccolti dall'ambiente e stabilire le azioni conseguenti. I dati vengono raccolti tramite la tecnologia di rilevamento e le videocamere intelligenti. Le tecnologie dei sensori devono funzionare con consumi estremamente ridotti per prolungare la durata della batteria. Possono avvalersi di sensori termici, radar, lidar, di prossimità, di rilevamento chimico e sfruttare la luce solare.

Gestione di traffico e inquinamento

I sensori per la gestione del traffico usano radar a onde millimetriche (mmW) per raccogliere i dati, comunicarli in modo wireless sulla rete e reimmetterli nel sistema di regolazione del traffico. Ciò dischiude la possibilità di diverse applicazioni, come la prevenzione degli incidenti, la regolazione del traffico e il dirottamento dei veicoli verso zone meno trafficate.

Telecamere intelligenti

Anche la videosorveglianza fa parte del sistema, sia a fini di manutenzione che di controllo generale e sicurezza. Quello della sorveglianza permanente rimane uno dei temi più discussi, poiché sfiora questioni di importanza etica come la sicurezza dei dati e la privacy.

Edge computing e gateway

Le enormi quantità di dati raccolti dai sensori a semiconduttore e dalla tecnologia di monitoraggio devono essere immagazzinate ed elaborate. I gateway immagazzinano i dati raccolti, li elaborano, li selezionano e reimmettono nel sistema quelli sensibili affinché vengano applicate misure correttive. I dati vengono elaborati in base a un modello di rete di distribuzione locale di nodi conosciuta come "edge computing". Trattando i dati vicino alla fonte di raccolta, la rete è in grado di elaborare grandi quantità di dati condivisi in tempo reale.

ID digitali e altre tecnologie

Gli ID digitali saranno parte integrante del sistema della città intelligente. I cittadini potranno collegarsi direttamente ai servizi pubblici e usare i propri ID digitali per interagire con la rete, ovvero, accedere al trasporto pubblico, effettuare transazioni, prenotare parcheggi o pianificare percorsi e confermare la propria identità.

Conclusione

Più le tecnologie per arrivare a una rete IoT autonoma, intelligente e interconnessa continuano a migliorare, più il progetto della città del futuro inizia ad assumere una forma più chiara. I cittadini di tutto il mondo interagiranno sempre più con i sistemi IoT che verranno integrati nella pianificazione futura e di riqualificazione delle città. Le prospettive sono città con meno sprechi, energeticamente più efficienti, comode e sicure. Il viaggio verso queste tecnologie e la loro adozione dal punto di vista culturale e sociale non è però privo di ostacoli.

L'articolo completo è pubblicato su wevolver.com.