In dit artikel kijken we naar verschillende (slimme) oplossingen voor een aantal van de grote problemen van onze tijd, waaronder verkeer en energie. Wat kan technologie betekenen voor problemen op deze gebieden? We hebben daarbij in het bijzonder aandacht voor metingen met sensoren en het Internet of Things. De kern van het IoT is namelijk het verzamelen, verwerken en interpreteren van data, door dingen uit te rusten met sensoren. Als overkoepelend voorbeeld van de toepassing van slimme technologie kijken we aansluitend naar smart cities. We beantwoorden de vraag hoe we onze steden leefbaar kunnen houden met behulp van technologie als het Internet of Things. We eindigen dit artikel met een blik op de toekomst. Daarbij gaan we onder meer in op het verwerken van data met Artificial Intelligence.
We kunnen sensoren en camera’s inzetten om gegevens over de beweging van mensen te verzamelen. Om mensen effectief te dienen, helpt het als de stadsautoriteiten weten hoeveel mensen zich waar en wanneer bevinden. Deze toepassingen van technologie stelt ons in staat om de stroom van mensen, voertuigen en fietsen in de omgeving effectief te beheren. We moeten multimodaal vervoer, en slimme verkeerslichten en parkeerplaatsen ondersteunen. Maar liefst een derde van het verkeer in een stad is zoekverkeer. Technologie die in dit kader ingezet wordt, betreft bijvoorbeeld parkeer-apps die automobilisten helpen een parkeerplek te vinden. Ook het betalen voor een parkeerplaats kan direct via de smartphone. Slimme verkeerslichten hebben camera’s die de verkeersstroom bewaken en deze weerspiegelen in de verkeerssignalen. Deze zorgen voor betere doorstroming van het verkeer. Minder opstoppingen, minder files en minder smog. En wanneer je de gehele verkeersstroom kunt monitoren en analyseren, kun je verkeer ook via een andere route laten rijden, zeker als blijkt dat weggebruikers op bepaalde punten bijvoorbeeld steeds hard moeten remmen. Het vermogen om beweging te detecteren, kan ook gebruikt worden om de LED-straatverlichting aan te passen, zo kan deze gedimd worden als er niemand is en verhelderd worden als verkeer langskomt. Ten slotte kun je denken aan apps die het gedrag van de auto meten en daarmee kunnen bepalen waar het wegdek slecht is, zodat wegwerkers gericht aan het werk kunnen. Deze slimme oplossingen helpen onder meer om files te verminderen en bevorderen gezond reizen doordat zichtbaar is waar vervuilingsvrije gebieden liggen. Deze inspanningen kunnen het aantal verkeersongevallen verminderen, evenals de mate van vervuiling en tijd in het verkeer, hetgeen resulteert in een gezondere bevolking.
Tekst gaat verder onder de afbeelding.
Technologie richt zich qua energiegebruik hierbij onder meer op de installatie van slimme meters, elektrische voertuigen, beter netbeheer en de optimalisatie van energieproductie via duurzame bronnen. Met smart grids kan een besparing bewerkstelligd worden, evenals met slimme meters in woningen. Er wordt bijvoorbeeld geëxperimenteerd met de combinatie van energieopslag en zonnepanelen. De batterijen van de opslag helpen de druk op de grid verminderen tijdens piekuren door energie op te slaan tijdens de rest van de dag. En met de zonnepanelen wordt overgebleven gewonnen energie teruggebracht in de grid. Daarnaast kunnen sensoren ingezet worden om bewegingen te detecteren en de verlichting aan te zetten. Ook kan de bezetting gemeten worden en de verwarming aangepast worden aan de behoefte. Integratie van sensoren in verlichtingsarmaturen levert een verscheidenheid aan unieke inzichten op over energiebeheer en verlichtingsgebruik in een ruimte. Door het analyseren van de continue stroom van energie-informatie, belooft het slimmere en snellere gebouwoperatie. Het voorspellen van de meest nauwkeurige nutsprognoses, het weer en energie-informatie, en het automatiseren van vermindering van hun meest inefficiënte energieactiviteiten; elke sensor streamt draadloos miljoenen samples per seconde naar de cloud. Vervolgens analyseert AI deze data om automatisch gebouwcontroles te optimaliseren, storingen te voorspellen en gebruikers kritische meldingen over het energieverbruik te sturen. Door te leren van de verzamelde data kunnen het beheer, onderhoud en de kosten van nutsvoorzieningen verminderd worden. Hiermee kunnen efficiënte acties aangemaakt worden, zoals het automatisch uitschakelen van de verwarming in een ongebruikte ruimte. Door het gebruik van verwarming, elektriciteit en water te optimaliseren kunnen energieverbruik en -kosten verminderd worden. Neem de slimme thermostaat, die automatisch de temperatuur kan aanpassen en bediend wordt vanaf je smartphone. De thermostaat leert waarom, wanneer en hoe je de temperatuur omlaag of omhoog zet en zal dat na een leerfase voor je gaan doen. De verwarming wordt alleen gebruikt als de bewoners daar behoefte aan hebben. Als overdag niemand thuis is, weet de slimme thermostaat dat en zal deze niet gaan verwarmen, en het weer kouder wordt, zorgt deze ervoor zorgen dat het in huis warm blijft. Je kunt bijvoorbeeld ook je ventilator aansluiten, waardoor de verwarming netjes maat houdt met je airco.
Middels sensoren kunnen we luchtkwaliteit, en ozon- en geluidsniveaus meten. Daarnaast meten de sensoren bijvoorbeeld de grondwaterstand of de impact van zonnepanelen. Door het verzamelen van milieugegevens kan er vroegtijdig gewaarschuwd worden voor vervuiling en andere milieuproblemen. Naast het verkeer heeft ook de industrie een effect op de luchtkwaliteit. Met een slim sensornetwerk kunnen bedrijven meer inzicht geven in hun uitstoot, het effect van veranderingen controleren, bedrijfsprocessen optimaliseren en het risico op calamiteiten minimaliseren. Veel slimme toepassingen worden opgezet binnen het kader van luchtkwaliteit en vervuiling. Met sensoren in straatverlichting die de luchtkwaliteit continu meten en monitoren, kan bepaald worden hoe het is gesteld met de luchtkwaliteit. Wanneer je deze data analyseert, kun je mogelijke oorzaken achterhalen waarom het op een bepaalde plek slecht is gesteld met de luchtkwaliteit. Stel dat er weinig doorstroming van verkeer blijkt, dan kun je vervolgens de stoplichten daar anders afstemmen om de doorstroming, en daarmee de luchtkwaliteit, te verbeteren.
We kunnen ook afvalinzameling slimmer maken. Dit gebeurt bijvoorbeeld door het installeren van sensoren op vuilnisbakken of het voorzien van afvalbakken van een ingebouwde afvalpers. Of denk eens aan slimme ondergrondse afvalcontainers die zelf aangeven of ze geleegd moeten worden. Het resultaat is dat de afvalbakken minder geleegd hoeven worden en er minder vuilniswagens rijden. De planning en route van vuilniswagens kan daarmee vele malen efficiënter worden geregeld. Daarnaast helpen sensoren en data ook om de straten schoon te houden. Medewerkers en burgers gebruiken video en smartphones om illegaal gedumpt afval, achtergelaten items en andere afvalproblemen te documenteren. Deze benadering heeft het niet alleen mogelijk gemaakt om probleemgebieden beter te identificeren, maar heeft ook bijgedragen tot het verminderen van de opruimingsinspanningen van de stad. Ook worden oude straatlantaarns vervangen door slimme LED-verlichting, uitgerust met sensoren. De verlichting gaat alleen aan wanneer een voetganger of voertuig nadert.
Bij Smart Farming zetten boeren drones, satellietdata en met sensoren in, bijvoorbeeld om percelen in kaart te brengen en bodemscans uit te voren. Er wordt data verzameld over het weer, grondstoffen, bodemvochtigheid om ziektevoorspellingen te kunnen doen. Hiermee kan een boer op tijd de juiste acties ondernemen, zoals het extra bewateren van zijn gewassen. Ook kunnen er sensoren in de halsband van een koe geplaatst worden om melkproductie, beweegpatronen, temperatuur en voortplanting te monitoren, analyseren en verbeteren. Op basis daarvan kan de gezondheid in de gaten gehouden worden.
Het ultieme voorbeeld van een slimme oplossing is een slimme stad, oftewel een smart city. Een smart city wil antwoord bieden op de uitdagingen van onze tijd, bijvoorbeeld op het gebied van duurzaamheid als levenskwaliteit. In 2007 is het aantal mensen dat in steden woont voor het eerst het aantal mensen in plattelandsgebieden overschreden. Uit onderzoek blijkt dat inmiddels meer dan 3,5 miljard mensen in steden wonen, dat is meer dan de helft van de wereldbevolking. In 2030 zal dat zelfs 60 procent zijn en in 2050 driekwart van de mensheid. Daarnaast groeien grote steden steeds verder. In 2016 woonde 23 procent van de wereldbevolking in steden met meer dan 1 miljoen inwoners en de onderzoekers verwachten een groei naar 27 procent in 2030. In dezelfde periode zal het aantal steden met meer dan 10 miljoen inwoners stijgen van 28 naar 41 procent. Mensen voelen zich aangetrokken tot steden door de vele kansen op (beter) werk en een beter leven. Maar het leven in steden levert niet alleen maar voordelen op. Naarmate de omvang van de steden groeit, doen de uitdagingen voor steden dat ook. Zo komt het milieu onder druk te staan door de bevolkingsgroei. Er is een toenemende welvaart in ontwikkelingslanden, maar de infrastructuur kan geen gelijke tred houden met deze groei. Tegelijkertijd neemt het bewustzijn van klimaatverandering en de kwetsbaarheid van steden voor extreme weersomstandigheden toe. Steden zijn ook fragiel, in termen van kwetsbaarheid voor natuurrampen. Luchtkwaliteit is ook een steeds belangrijker aspect van stedelijke omgevingen, een last voor de gezondheidszorg en een politiek probleem voor stadsautoriteiten.
Hoe lossen we deze uitdagingen op en maken we onze steden leefbaar, bereikbaar en veilig? En hoe benutten we de economische kansen die onze steden bieden? Door er smart cities van te maken, waarmee infrastructuur beter beheerd wordt, milieubeleid groener wordt, en burgers kort gezegd een betere levenskwaliteit krijgen. Onder de kapstok van smart cities vinden en verbinden steden duurzame programma’s en innovatieve werkwijzen voor de uitdagingen van de stad. Een smart city wil antwoord bieden op de uitdagingen van onze tijd, zoals duurzaamheid als levenskwaliteit. Dit wordt onder meer bereikt door de efficiëntie van de stedelijke werking en diensten te verbeteren, evenals het concurrentievermogen en ervoor te zorgen dat de stad voldoet aan de behoeften van huidige en toekomstige generaties met betrekking tot economische, sociale en milieuaspecten.
Een ideale smart city is een stad waar het prettig en gezond wonen is, waar je kunt beschikken over betrouwbaar transport, waar (goed) werk is, en waar het gezellig en veilig is. En uiteraard is het een duurzame stad. Een smart city moet kort gezegd een goede plek zijn om te wonen, met de best mogelijke levenskwaliteit en met een zo efficiënt mogelijke inzet van middelen. Smart cities zijn zodoende duurzaam en springen zuinig om met energie, water, grondstoffen, voeding en financiële middelen. Een van de belangrijkste doelstellingen van slimme steden is verbetering van de milieukwaliteit in de stedelijke ruimte. Onder meer door vermindering van CO2-uitstoot, verkeer en afval, en de optimalisatie van het energieverbruik door het energiezuiniger maken van gebouwen, huishoudelijke apparaten en elektronische apparaten. Aangevuld met recycling van energie en gebruik van hernieuwbare energie. De economie bruist er van nieuwe succesvolle activiteiten. Iedereen geniet er van cultuur. Een ideale smart city checkt als een soort levend organisme zelf zijn vitale functies, past zichzelf aan en houdt zichzelf gezond, waarmee het de nadelen van verstedelijking minimaliseert. Weg met verstopte verkeersstromen, woningnood, ongezonde concentraties fijnstof, overbevolkte binnensteden, afbrokkelende sociale structuren, en geluidsoverlast.
Een smart city zet om haar doelstellingen te behalen uiteenlopende middelen in, die echter vaak gebruikmaken van technologie. De nieuwste (ICT-)technologieën maken een soort utopische, ideale schone Smart city nu echt denkbaar. Technologie wordt gebruikt om de kwaliteit, prestatie en interactiviteit van stedelijke diensten te verbeteren, de kosten en het verbruik van middelen te verminderen en het contact tussen burgers en overheid te verbeteren. Zo wordt het ook mogelijk een stad beter te beheren en te besturen, onder meer door de efficiëntie van diensten te verbeteren. De technologie staat bestuurders toe om direct met de gemeenschap en de infrastructuur te communiceren. En ook om te controleren wat er in de stad gebeurt en hoe de stad zich ontwikkelt. Hiermee wordt een betere levenskwaliteit mogelijk gemaakt. Een slimme stad is namelijk alleen echt slim als deze niet alleen technologie bezit, maar deze technologie ook heeft geïmplementeerd op een manier die de gemeenschap positief beïnvloedt. Smart cities draaien om de voortdurende heroriëntatie van stedelijke vraagstukken op basis van technologie. In een Smart city zijn alle onderdelen van de stad (apparaten, voertuigen en gebouwen) ingebed met elektronica, software, sensoren, actuatoren en netwerkconnectiviteit. Deze objecten zijn allemaal met elkaar verbonden, waardoor ze gegevens kunnen verzamelen en uitwisselen. De essentie van een smart city is echter niet simpelweg een stad volgestouwd met nieuwe technologie. Het is vooral een stad waar de praktische behoeften en verwachtingen van inwoners worden vervuld. Bij een smart city worden daarom bewoners betrokken, vindt cross-sectorale samenwerking plaats, wordt nieuw leiderschap ingevoerd, én worden technologie en data gebruikt.
Tekst gaat verder na de afbeelding.
De kern van het IoT is het verzamelen, verwerken en interpreteren van data, door dingen uit te rusten met sensoren. In de toekomst komen er steeds meer IoT-apparaten op de markt, die dus ook steeds meer zullen meten en weten. Het gaat erin de toekomst om wat we doen met de verzamelde data. IoT verbetert ons leven door ons meer toegang tot informatie te geven. De hoeveelheid verzamelde gegevens is (en wordt) enorm. Terwijl we data verzamelen, worden voorheen ondenkbare kansen duidelijk. De toekomst van IoT biedt de mogelijkheid om te leren van data zonder eerst alles zelf uit te hoeven zoeken. In de toekomst van IoT kunnen we misschien leren van zaken als windturbines, hoogwerkers of bloedanalyses voordat we weten wat we zoeken of proberen te bereiken. Verwacht wordt dat we in 2025 180 biljoen gigabytes aan data zullen creëren; in 2015 was dat nog minder dan 10 biljoen gigabytes. Zelfs nu wordt echter 99,5 procent van de data al niet verwerkt. Zodoende moeten de manieren om data te verwerken ook steeds verbeterd worden. Niet alleen qua grootte, maar ook qua snelheid. Denk hierbij aan verwerking in de Cloud of Edge, maar ook lokaal in de apparaten zelf, waarmee echte real-time services mogelijk worden. Dit creëert mogelijkheden voor een geheel nieuw niveau van integratie van data in beslissingen.
Om slimme beslissingen te nemen, zal Artificial Intelligence (A.I.) in de toekomst een grote rol spelen. AI-systemen kunnen snel grote hoeveelheden gestructureerde en ongestructureerde gegevens verwerken en deze betekenis geven door modellen en relaties te maken. Ze genereren hypotheses, formuleren mogelijke antwoorden op vragen en bieden voorspellingen en aanbevelingen, die kunnen worden gebruikt om menselijke intelligentie en besluitvorming te verbeteren. Met de invoer van nieuwe gegevens evolueren en verbeteren AI-systemen in de loop van de tijd, waarbij nieuwe kennis wordt afgeleid zonder expliciet te worden geprogrammeerd om dit te doen. Het is niet zo moeilijk om je een toekomst voor te stellen waarin mensen, IoT-apparaten en AI-aangedreven robots zullen samenwerken als een soort collectief ‘digitaal brein’ dat anticipeert op menselijke behoeften, en voorspellingen, aanbevelingen en oplossingen biedt. In de toekomst zullen we hiermee onze besluitvorming verbeteren en bepaalde acties uit handen geven.
De apparaten van het IoT kunnen ons gemak bieden en een grote bijdrage leveren aan het verminderen van afval, verontreiniging en broeikasgassen, waardoor ons leven duurzamer wordt. Nu al kan een slimme thermostaat je helpen energiekosten te besparen, maar als hele buurten overgaan op deze technologie, kan het stroomnetwerk overdag ontzettend ontlast worden. Of denk eens aan files: sensoren in het wegdek kunnen actuele informatie over de staat van het wegdek, neerslag en de drukte doorgeven. Slimme verkeerslichten die informatie krijgen over de drukte, reageren daar vanzelf op. Auto’s die op hun beurt ook met internet zijn verbonden, kunnen zo files vermijden. Bedrijven zetten IoT-apparaten in om efficiënter te kunnen werken. Met inzichten uit IoT-gegevens verhogen bedrijven de productiviteit en zorgen ze voor een grotere operationele efficiëntie. Met technologie die onmiddellijk condities kan overbrengen, is er sprake van grote reducties in het verspillen van bederfelijke goederen, materiaal dat verloren gaat door productieproblemen, tijdverlies door onverwachte machine- of systeemstoringen en energieverbruik. Op termijn gaan we zien dat heel veel verschillende diensten en apparaten binnen een bedrijf worden toegevoegd aan het netwerk om te gaan samenwerken. De data die hier uit voortvloeit moet vervolgens in reeds beschikbare openbare- of bedrijfsdata worden geïntegreerd, om daarna tot nieuwe informatie te leiden. De toegenomen toegang tot gegevens die in realtime kunnen worden verzameld, kan ook leiden tot betere en snellere beslissingen.
Bronnen bij het artikel over slimme oplossingen voor grote problemen.
