Công thức xây dựng thành phố thông minh Chiến lược 6 bước

Bởi Kumarasenthil Muthuvel, Nhà lãnh đạo Công nghệ Thông tin

Với sự phát triển của công nghệ không dây như 5G, công nghệ đám mây và Internet vạn vật (IoT), cơ hội để nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân đang lớn hơn bao giờ hết. Các thành phố lớn trên thế giới đã và đang đổi mới công nghệ thành phố thông minh để đô thị hóa, hoạt động của chính phủ, hiệu quả năng lượng, an ninh công dân, v.v.

Xây dựng thành phố thông minh có thể là một dự án khổng lồ vì dự án giao nhau giữa các cơ quan phức tạp bao gồm chính phủ, công nghệ, quy trình, công dân tư nhân, những người ủng hộ chính sách, dữ liệu công khai, mạng lưới và những hạn chế do tự nhiên của thành phố đặt ra như vị trí địa lý, dân số và khí hậu. Các thành phố đã triển khai thành công công nghệ thành phố thông minh đã chia sẻ kinh nghiệm và phương pháp luận của họ để những người khác sử dụng. Tuy nhiên, không có viên đạn bạc nào cho việc lập kế hoạch và triển khai thành công các dự án thành phố thông minh. Tuy nhiên, một số giao thức nhất định hỗ trợ trong việc lập kế hoạch và xây dựng các thành phố thông minh. Bài viết này sẽ tập trung vào cách tiếp cận như vậy thông qua chiến lược sáu bước để xây dựng thành phố thông minh.

Xây dựng một trường hợp kinh doanh mạnh mẽ và xác định các trường hợp sử dụng để triển khai thành phố thông minh

Bất kỳ sáng kiến ​​kỹ thuật số nào mà không có một trường hợp kinh doanh có thể định lượng mạnh mẽ đều có điểm yếu là bị bỏ rơi vào một thời điểm nào đó. Điều này cũng đúng với các dự án Thành phố thông minh. Vì có thể có các bước phức tạp liên quan đến việc triển khai một thành phố có tính kết nối cao và những thách thức đặt ra bởi luật pháp địa phương, yêu cầu an ninh, lực lượng lao động của chính phủ và phản ứng dân sự đối với những thay đổi gián đoạn, một dự án thành phố thông minh luôn đặt ra các nguy cơ bị bỏ rơi nếu dự án không được đặt lên hàng đầu của một trường hợp kinh doanh mạnh mẽ.

Do đó, bước đầu tiên để xây dựng thành phố thông minh phải là xây dựng một trường hợp kinh doanh mạnh mẽ và có thể định lượng được. Trường hợp kinh doanh cần giải quyết những hạn chế về tài nguyên, hoặc những thách thức mà chính quyền thành phố phải đối mặt – ví dụ, một thành phố thiếu tài nguyên nước có thể muốn quản lý tài nguyên một cách hiệu quả, một thành phố đô thị hóa cao với mật độ dân số đáng kể có thể muốn quản lý hiệu quả các bãi đậu xe, một thành phố tổ chức các sự kiện thường xuyên có thể muốn giải quyết vấn đề an ninh của các địa điểm diễn ra sự kiện và dân thường.

Xem xét và tạo chính sách hướng tới chia sẻ dữ liệu

Bước tiếp theo để xây dựng thành phố thông minh cần xem xét lại các chính sách chia sẻ dữ liệu tương ứng với vị trí địa lý của thành phố. Bước này liên quan đến các hoạt động pháp lý nhằm tạo và xem xét các chính sách xung quanh việc chia sẻ dữ liệu của các tổ chức khác nhau trong thành phố. Dữ liệu là tiền đề và trung tâm của bất kỳ dịch vụ số hóa nào bao gồm cả việc xây dựng thành phố thông minh. Một số thực thể trong thành phố tạo ra đủ dữ liệu cung cấp thông tin quan trọng cho việc lập kế hoạch và thực hiện thành phố thông minh. Các tổ chức như nhà cung cấp dịch vụ năng lượng, nhà cung cấp dịch vụ chuyển mạch, nhà cung cấp dịch vụ bảo mật có thể chia sẻ dữ liệu không phải PII với các cơ quan chính phủ. Tuy nhiên, việc chia sẻ dữ liệu đó cần được phê duyệt hợp pháp và được hướng dẫn trong các chính sách. Nếu không có các chính sách chia sẻ dữ liệu, nó có thể dẫn đến sự nhầm lẫn khi thành phố lên kế hoạch triển khai các dự án thành phố thông minh. Các chính sách phải xác định rõ ràng vai trò của các thực thể như người tạo dữ liệu, nhà cung cấp dữ liệu, bộ xử lý dữ liệu, người tiêu dùng dữ liệu, v.v. nếu có. Các chính sách cũng phải xác định mục đích của từng thực thể trong mạng chia sẻ dữ liệu.

Các chính sách chia sẻ dữ liệu cần được xây dựng chi tiết và cụ thể trong việc xác định một số khía cạnh bao gồm dữ liệu nào đang được thu thập từ dân thường hoặc doanh nghiệp, dữ liệu thu thập được sử dụng cho mục đích gì, dữ liệu được lưu trữ ở đâu và trong bao lâu, điều gì sẽ xảy ra với dữ liệu đó khi hết hạn, thường dân có những lựa chọn nào trong việc chia sẻ dữ liệu của họ, dữ liệu ẩn danh có không tiết lộ danh tính của thường dân hay không, dữ liệu được bảo mật như thế nào và hơn thế nữa.

Các chính sách chia sẻ dữ liệu cũng nên giải quyết các kỹ thuật bảo vệ quyền riêng tư để dữ liệu không thể bị truy ngược về nguồn gốc của nó. Điều này có thể bao gồm các cách tiếp cận như mã hóa đồng hình, thêm nhiễu trắng vào bộ dữ liệu che nguồn mà từ đó dữ liệu được lấy, v.v.

Xác định các tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu và xử lý yêu cầu dữ liệu API’fy

Bước quan trọng tiếp theo trong các dự án thành phố thông minh là xác định các tiêu chuẩn để trao đổi dữ liệu giữa các thực thể khác nhau. Xác định các tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu hỗ trợ tự động hóa các thực hành tích hợp dữ liệu. Ví dụ: khi một nhà cung cấp dịch vụ đi chung xe chia sẻ dữ liệu chuyến đi của họ, các tiêu chuẩn có thể xác định một cách nhất quán để định dạng thông tin ngày và vị trí. Khi các tiêu chuẩn trao đổi dữ liệu được thiết lập, các thực thể tham gia xây dựng thành phố thông minh có thể được hưởng lợi rất nhiều từ các thư viện phần mềm chung có thể được sử dụng để nhập và chuyển đổi dữ liệu.

Mặc dù có các giao thức dữ liệu được thiết lập cho các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp trong IoT như MQTT (Giao thức đo từ xa xếp hàng tin nhắn), CoAP (Giao thức ứng dụng bị ràng buộc), DDS (Dịch vụ phân phối dữ liệu), các tiêu chuẩn được đề cập ở đây là những tiêu chuẩn dành cho chia sẻ dữ liệu quy mô giữa các thực thể khác nhau trong hệ sinh thái thành phố thông minh giúp tích hợp dữ liệu và phân tích chúng để có những hiểu biết sâu sắc về thiết kế của chính thành phố thông minh.

Tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn

Dữ liệu như các điểm nóng về tiêu thụ năng lượng, các tuyến đường đi lại với tần suất cao, cảnh quay video độ nét cao từ hệ thống giám sát giao thông, các cảm biến chuyển tiếp thông tin về tính khả dụng của các điểm đỗ xe theo thời gian thực, thống kê lượng nước tiêu thụ theo thời gian trong ngày có thể mang lại giá trị to lớn vào quy hoạch thành phố thông minh. Khi các chính sách đã được tạo ra để chia sẻ dữ liệu giữa các nhà cung cấp, thì trọng tâm chính trong việc lập kế hoạch thành phố thông minh nên tập trung vào tích hợp dữ liệu. Công nghệ phân tích Dữ liệu lớn và IoT có thể được tận dụng để tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau bao gồm các cơ quan chính phủ, nhà cung cấp dịch vụ doanh nghiệp, chủ sở hữu khu phức hợp dân cư, các nhà cung cấp dịch vụ đi lại như chia sẻ xe và chia sẻ xe đạp, nhà cung cấp dịch vụ an ninh và nhà thông minh cho công dân tư nhân.

Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây lớn như AWS, Azure, GCP và Snowflake đã cách mạng hóa các phương pháp chia sẻ dữ liệu trên các thực thể khác nhau. Tùy thuộc vào trường hợp sử dụng, khối lượng dữ liệu, tần suất chia sẻ, các công nghệ hiệu quả như AWS Athena, Google BigQuery, Azure Synapse, Snowflake sharing cho phép các phương pháp chia sẻ dữ liệu không sao chép. Việc tích hợp dữ liệu từ các thiết bị IoT vào đám mây có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các dịch vụ khác nhau do nền tảng cung cấp, bao gồm AWS Kinesis Data Streams từ Amazon, Azure Stream Analytics từ Azure, Pubsub từ Google Cloud.

Xây dựng cơ sở hạ tầng

Trong khi Dữ liệu là nền tảng của bất kỳ sáng kiến ​​kỹ thuật số nào, thì cơ sở hạ tầng mạng là xương sống của các sáng kiến ​​thành phố thông minh. Khi nói đến Cơ sở hạ tầng IoT, có một tập hợp các yêu cầu vật lý được đặt ra thông qua mạng viễn thông và các yêu cầu kỹ thuật số như độ trễ của các thiết bị (Vạn vật trong IoT) để gửi dữ liệu đến trung tâm trung tâm. Đối với mạng viễn thông, rất ít lựa chọn có sẵn trong số LoRaWAN (Mạng diện rộng dải thấp), NB-IoT (Mạng IoT băng thông hẹp), 5G, Wi-Fi, BLE, Zigbee. Trong khi chọn công nghệ mạng phù hợp, bạn phải cân nhắc về loại cảm biến và cách lắp đặt, bảo trì thiết bị, tuổi thọ cần thiết của thiết bị mà không cần thay pin, v.v. Cũng nên tập trung vào tần suất truyền dữ liệu từ các cảm biến đến trung tâm IoT. Mặc dù hầu hết mọi thứ trên hiện trường đều có thể được cảm biến ghi lại bao gồm thời tiết, nhiệt độ mặt đường, cảnh quay video giao thông độ nét cao, rò rỉ nước, chất lượng không khí, chất lượng nước, độ ẩm của đất, chuyển động dân sự, chuyển động của ô tô, các yêu cầu đối với cảm biến để truyền dữ liệu đến trung tâm IoT có thể thay đổi đáng kể. Vì

Cảm biến, thu thập dữ liệu và tự động hóa

Trong kiến ​​trúc phổ biến nhất, một nền tảng IoT có thể có ba lớp – Lớp nhận thức, Lớp Mạng và Lớp Xử lý. Lớp Cảm nhận đại diện cho các thiết bị phần cứng hoặc “mọi thứ”. Những “thứ” này thường là cảm biến điện tử và Bộ truyền động. Các cảm biến nắm bắt các tín hiệu từ thế giới thực, chuyển đổi chúng thành các định dạng kỹ thuật số có thể hiểu được của máy, đưa chúng vào trung tâm điều khiển IoT. Nếu Cảm biến là điểm đầu vào của quy trình IoT thì Thiết bị truyền động có thể được coi là kết quả hoặc kết quả của quy trình IoT. Thiết bị truyền động nhận đầu vào điện và chuyển đổi đó thành một hành động vật lý trên thiết bị mục tiêu. Lớp Mạng bao gồm các mạng truyền dữ liệu và các cổng.

Sự kết luận

Kiến trúc Thành phố Thông minh thực sự mang tính địa phương và do đó không có kiến ​​trúc tham chiếu toàn cầu để xây dựng. Một thành phố thực hiện thành công giám sát tài nguyên nước có thể đã sử dụng các công nghệ và phương pháp tiếp cận tùy chỉnh phù hợp với trường hợp sử dụng. Do đó, sự lựa chọn về kiến ​​trúc, tiêu chuẩn và giao thức cho một thành phố khác muốn triển khai hệ thống định tuyến giao thông thông minh liên quan đến việc truyền cảnh quay video độ nét cao để phân tích và phản hồi thời gian thực có thể khác nhau đáng kể. Trong khi kiến ​​trúc phụ thuộc nhiều vào trường hợp sử dụng, công thức lập kế hoạch và xây dựng thành phố thông minh có thể được xử lý bằng cách sử dụng các phương pháp tiếp cận phổ biến như đã đề cập trong bài báo. Yếu tố quan trọng nhất trong việc triển khai thành phố thông minh là chương trình phải giải quyết được vấn đề thực tế của thành phố mà người dân hoặc chính quyền quản lý cơ sở hạ tầng vật chất của thành phố phải đối mặt. Công nghệ sẽ cho phép sự chuyển đổi mà thành phố mong muốn thông qua công thức được nêu trong bài báo này.

Giới thiệu về tác giả

Kumarasenthil Muthuvel là công ty đi đầu trong lĩnh vực công nghệ thông tin với thành tích đã được chứng minh là hợp tác với các tổ chức đa quốc gia để hiện đại hóa cơ sở hạ tầng của họ nhằm nâng cao hiệu quả và ROI. Ông có bằng cử nhân về kỹ thuật điện tử và truyền thông và có 15 năm kinh nghiệm trong các dịch vụ đám mây, lập trình, quản lý cơ sở dữ liệu, xử lý phân tán, phần mềm trung gian, cơ sở hạ tầng như công nghệ mã và thực hành. Để biết thêm thông tin, hãy gửi email đến [email protected].