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Smart city: cos'è, come funziona, caratteristiche ed esempi oggi

L'evoluzione in senso smart delle città è capace di portare numerosi benefici alla vita dei cittadini. Per farlo occorrono una serie di tecnologie alla base, tra cui IoT e Big data

Viviamo in un mondo in cui le moderne tecnologie digitali guadagnano sempre più spazio, nella nostra vita privata così come in quella professionale. È naturale, dunque, che queste stesse tecnologie (Internet of Things, Intelligenza artificiale, ecc) siano sempre più presenti nei luoghi in cui trascorriamo le nostre esistenze, ovvero le città: più della metà della popolazione mondiale vive in centri urbani, sempre più spesso megalopoli, un percentuale destinata ad aumentare sensibilmente da qui al 2050.

Ecco perché, sempre di più, sentiamo utilizzare – non sempre a proposito peraltro – il termine smart city, ovvero le città intelligenti. Al contrario di quello che si potrebbe pensare le smart city non riguardano il futuro ma il presente, dal momento che progetti per la trasformazione in senso smart delle città sono presenti in centinaia di città a livello globale.

Cos’è la Smart City: una definizione di città intelligente

Ma quando si può parlare di Smart City? Come spesso capita in questi casi, non esiste una definizione univoca e universalmente accettata. Una buona base di partenza può essere quella fornita dall’Osservatorio Smart City dell’ANCI, l’associazione nazionale dei Comuni italiani, che definisce Smart City “una città che, secondo una visione strategica e in maniera organica, impiega gli strumenti dell’ICT come supporto innovativo degli ambiti di gestione e nell’erogazione di servizi pubblici, grazie anche all’ausilio di partenariati pubblico-privati, per migliorare la vivibilità dei propri cittadini; utilizza informazioni provenienti dai vari ambiti in tempo reale, e sfrutta risorse sia tangibili (ad es. infrastrutture di trasporto, dell’energia e delle risorse naturali) sia intangibili (capitale umano, istruzione e conoscenza, e capitale intellettuale delle aziende); è capace di adattare se stessa ai bisogni degli utenti, promuovendo il proprio sviluppo sostenibile”.

Benefici e vantaggi delle Smart city

Secondo uno studio di Mc Kinsey ci sono diversi ambiti e macrosettori in cui l’evoluzione in senso smart può portare dei benefici concreti ai cittadini-utenti: mobilità, sicurezza, sanità, energia, gestione dell’acqua e dei rifiuti, sviluppo economico e immobiliare, coinvolgimento dei cittadini.

Senza dubbio il vantaggio più immediatamente percepibile è quello di un considerevole risparmio di quella che è la nostra risorsa più preziosa, vale a dire il tempo: in una smart city i minuti trascorsi (persi) nelle interazioni con la Pubblica amministrazione e il sistema sanitario si riducono drasticamente e possono essere impiegati in maniera migliore.

La maggiore sicurezza delle smart city, poi, ha implicazioni positive su tanti aspetti, tra cui la riduzione della criminalità e degli incidenti. Da non tralasciare, naturalmente, il miglioramento della qualità ambientale, che ha un impatto diretto sulla vita e la salute dei cittadini. La maggiore partecipazione alla vita politica e sociale ha infine ricadute difficilmente misurabili ma sicuramente positive nel lungo periodo per il benessere delle città.

Quanto guadagna il comune (e l’ambiente) di una città con i progetti Smart city

Investire nelle Smart City costa troppo? In realtà, no: basti pensare che, secondo la stima dell’Osservatorio Smart City del Politecnico di Milano, in una città come Milano sono sufficienti appena 1-2 anni per ripagare gli investimenti in un progetto di gestione dei parcheggi (sensori per monitorare la disponibilità di singoli posti auto e App per prenotare e pagare via smartphone).

Poco di più (2-4 anni) per impostare una raccolta dei rifiuti “smart”, ad esempio con cestini con sensori di riempimento per ottimizzare la raccolta. Un tempo ragionevolmente breve (3-5 anni) richiede anche l’adozione di soluzioni per l’illuminazione intelligente, come lampioni che adattano l’intensità alla luminosità dell’ambiente, sistemi di manutenzione predittiva e ottimale dei lampioni. Tempi più lunghi (6-9 anni), invece, si prospettano per l’implementazione di soluzioni di Smart Building in edifici pubblici (gestione di riscaldamento, climatizzazione e illuminazione). In termini di vivibilità per cittadini, la stima è che grazie a soluzioni di smart building, illuminazione intelligente e gestione parcheggi l’area milanese possa ridurre le sue emissioni di anidride carbonica di oltre 60.000 tonnellate di CO2 all’anno.

Questi benefici e vantaggi bastano a spiegare perché, nonostante resistenze di varia natura e una disponibilità di fondi non ottimale, anche in Italia la Smart city stia sempre più prendendo piede: secondo i Dati dell’Osservatorio, il 48% dei comuni italiani ha già avviato almeno un progetto Smart City negli ultimi tre anni, anche se la maggior parte delle iniziative – il 63% del totale – risulta ancora in fase sperimentale. Le iniziative di Smart City si sono concentrate soprattutto su illuminazione intelligente (nel 52% dei comuni), servizi turistici (43%), raccolta rifiuti (41%), mobilità (gestione del traffico 40%, gestione parcheggi 33%) e sicurezza (39%).

Esempi di Smart City (in Italia e nel mondo)

Esistono diversi esempi di oggetti connessi all’interno di una città, per renderla più “automatizzata” e quindi sostenibile sia a livello economico che a livello ambientale. Vediamo alcuni di questi esempi di smart city, applicati sia in Italia che in tutto il mondo.

Lampioni intelligenti

Tra i vari cambiamenti che devono essere apportati all’interno di una città per renderla da semplice cittadina una vera e propria smart city c’è quello dei lampioni intelligenti, questi si ritroveranno ad essere non più dei semplici strumenti atti all’illuminazione delle strade, il cui unico collegamento è quello alla rete elettrica, ma apparecchi in grado di acquisire dati dall’ambiente circostante, di integrarsi in una rete IoT (Internet of things) e scambiare informazioni in modo tale da tenere tutto connesso e costantemente aggiornato.

Quali sono i cambiamenti, in modo specifico, che dovrebbero essere apportati ai nostri sistemi di illuminazione cittadini per renderli davvero “smart”?

Il primo è la sostituzione della tecnologia di illuminazione dalle normali lampadine alogene a luci al led, queste non solo assicurano un’illuminazione migliore che consente una maggior visibilità, apportano anche un risparmio in termini di energia elettrica consumata del 50%, oltre ad una ridotta necessità di manutenzione, dal momento che le lampadine LED hanno una vita ben più lunga di quelle normali.

Il risparmio non viene assicurato unicamente dalla qualità delle lampadine, ma anche dal sistema di luminosità adattiva, rilevando vari fattori, come traffico, condizioni atmosferiche ed ambientali, il lampione sarebbe in grado di adattare l’intensità della luce in modo tale da assicurare una visibilità sempre adeguata, al contempo incentrata sull’ottimizzazione atta a generare il minor consumo possibile di energia. Oltre al semplice cambiamento della tecnologia illuminotecnica, un lampione smart, monterebbe tutta una serie di funzionalità aggiuntive che fin’ora non avremmo mai pensato.

Immaginate un lampione che offre una connessione wi-fi pubblica, alla quale chiunque potrebbe connettersi in totale libertà, oppure uno su cui sono montati dei sensori in grado di rilevare la presenza di automobili nell’area in cui opera, in modo tale da restituire in tempo reale dati aggiornati sulla situazione del traffico, queste sono solo alcune delle possibilità ma lo spettro si estende con sensori per la qualità dell’aria, dell’inquinamento acustico, o sistemi “push-to-talk” per la sicurezza pubblica che permetterebbero con un solo pulsante di entrare in contatto con forze dell’ordine o ospedali in caso di emergenza.

Semafori intelligenti

Un concetto simile a quello dei lampioni verrebbe applicato ai semafori intelligenti. Questi sarebbero in costante comunicazione, non solo tra loro ma anche con le automobili stesse, così sarebbero in grado di gestire il traffico nel modo ottimale, aumentandone la fluidità e la scorrevolezza, con la possibilità, inoltre, di tenere conto della presenza di veicoli speciali, come ambulanze o macchine della polizia/carabinieri.

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I semafori potrebbero rilevare le condizioni della zona in cui sono montati, ad esempio la quantità di automobili, le velocità a cui si muovono, le condizioni ambientali, oltre a montare un sistema di luci a led, che come per i lampioni apporterebbe un grande risparmio.

Ciò però non basterebbe, i dati raccolti da un unico semaforo non sarebbero sufficienti a determinare le condizioni del traffico e ad assicurarne la giusta scorrevolezza, è così che entra in gioco la connessione alla rete IoT, che farebbe capo ad un’intelligenza artificiale atta a raccogliere ed elaborare i dati dai semafori, ma anche dalle automobili, che dovrebbe comunicare la direzione in cui si tanno spostando, la velocità, etc. L’intelligenza si occuperebbe poi di incrociare i dati e di utilizzarli per regolare il funzionamento della rete stradale.

Smart parking

Pensate ad un mondo in cui la ricerca interminabile di un parcheggio non esiste più, in cui vi basterebbe recarvi nel posto che desiderate sapendo già dove posizionare la vostra automobile in tutta comodità e poterla lasciare senza pensieri, sembra un sogno vero? Eppure diventerà realtà grazie allo Smart Parking (parcheggi intelligenti).

Immaginate un sistema, sempre connesso tramite una rete IoT, in cui i vari posti di parcheggio, muniti di una centralina, sono in grado di comunicare tra loro e aggiornare la loro situazione, rilevando se sono occupati o meno. Tramite un’app sui cellulari, o perché no, compresa direttamente all’interno del computer di bordo delle automobili, saremmo in grado di visualizzare una mappa che indica tutti i posti ancora liberi e di “prenotarli” in modo tale da potercisi in tranquillità e trovare lo spazio pronto per noi.

Potremmo anche visualizzare quelli già occupati, o quelli che si stanno liberando, insomma lo cambio di dati avverrebbe in tempo reale. Il risparmio che una tecnologia di questo tipo potrebbe apportare non solo in termini meramente monetari, ma anche di tempo e di inquinamento sarebbe enorme.

Niente più giri infiniti alla ricerca del posto libero, finite le attese per aspettare che qualcuno liberi il suo posto, oltre ad una diminuzione dello spreco di carburante, quindi meno spese e meno inquinamento. I vantaggi non riguarderebbero esclusivamente chi cerca un parcheggio, ma anche le forze dell’ordine, i vigili sarebbero ampiamente facilitati nel rilevare effrazioni o violazioni, il sistema potrebbe identificare un’automobile che si sta iniziando a spostare senza il proprietario a bordo, ed allertare i vigili che conoscerebbero benissimo la posizione di partenza del veicolo e che quindi potrebbero intervenire in modo più repentino e indirizzato.

Monitoraggio ambiente e controllo qualità dell’aria

Ne abbiamo già parlato quando abbiamo toccato l’argomento dei lampioni intelligenti, il monitoraggio dell’ambiente. I sensori, montati sui lampioni, sui semafori, ma anche sule nostre automobili, permetterebbero alla rete di tenere sempre sotto controllo tutti i valori ambientali, come inquinamento dell’aria, condizione meteorologica, inquinamento sonoro o luminoso.

Le analisi devono essere effettuate in modo capillare, ottenere queste informazioni vuol dire, infatti, tutelare la salute umana e dell’ambiente stesso. I sensori sarebbero in grado di segnalare alterazioni nei livelli di ossido di carbonio, azoto, ozono e biossido d’azoto, oppure potrebbero monitorare variazioni nell’inclinazione o vibrazioni del suolo, diventando anche un importante mezzo per anticipare i terremoti nelle zone altamente sismiche.

Smart car

Cosa sono le smart car? Le smart car sono auto “intelligenti”, che hanno funzionalità automatizzate da diversi punti di vista. In un imminente futuro le nostre automobili entreranno integralmente a far parte del sistema IoT. Al giorno d’oggi sono già molteplici i sensori montati a bordo che permettono alle auto di rilevare parecchi dati, come la distanza dai bordi della strada o dalla macchina di fronte la nostra, il grado di attenzione del conducente o il suo tasso alcolico, la posizione geografica dell’automobile stessa e via dicendo. Un altro esempio di smart car, o auto intelligente, sono le auto a guida autonoma, ovvero veicoli senza conducente che si guidano “da soli”.

La grande differenza è che questi dati rimangono isolati nel sistema e vengono sfruttati solo internamente per la regolazione delle sue stesse funzioni, in una smart city verrebbero condivisi con l’intera città, incrociati con quelli degli altri utenti della strada, per creare un’esperienza di utilizzo delle reti stradali migliore, più fluida e sicura. Immaginate ad esempio, un camion che sia in grado di rilevare la stanchezza del conducente e che, incrociando i suoi dati con quelli rilevati dall’intelligenza artificiale della città, possa segnalare il punto di sosta libero più vicino, o un sistema che, in relazione alle informazioni acquisite dalle altre automobili, possa consigliarci la strada meno trafficata e sicura per raggiungere la nostra meta. Questi erano solo alcuni esempi di ciò che potrebbe apportare l’integrazione delle automobili in una smart city.

Smart buildings

Il raggiungimento di una città davvero smart non passa solo dall’integrazione dei sistemi a livello stradale ma anche delle nostre abitazioni private. Case, palazzi, uffici green che rispettano l’ambiente e riescono a rilevare dati dall’esterno per adeguare il funzionamento dei loro sistemi interni di conseguenza, è questo infatti il concetto portante della nascita degli smart building e della loro integrazione nelle smart cities: l’ottimizzazione dei consumi.

Palazzi in grado di regolare l’intensità dell’illuminazione interna in base alla luce esterna, sistemi di termoregolazione che aumentano o diminuiscono la temperatura facendo riferimento a quella dell’ambiente esterno, rivelatori di inquinamento ambientale, di condizioni climatiche e inquinamento acustico che comunicano informazioni ad un’intelligenza artificale che raccoglie informazioni da tutta la città. Insomma, le possibilità anche in questo ambito sono infinite.

Tecnologie abilitanti per le smart city: Internet delle cose e Big Data

Tra le tecnologie digitali fondamentali per far funzionare al meglio le Smart City del presente e del futuro c’è sicuramente l’IoT, l’Internet of Things, che ha tutte le carte in regola per essere applicato su larga scala nei centri urbani. Il motivo è semplice: la sensoristica IoT rende possibile acquisire – a costi contenuti – una immensa quantità di dati che – opportunamente elaborati – possono essere impiegati per prendere decisioni che permettono di migliorare la vita all’interno delle città.

Ad esempio i dispositivi IoT possono essere impiegati per garantire il monitoraggio affidabile e in tempo reale di parametri come la qualità dell’aria e dell’acqua, linquinamento acustico, la situazione dei rifiuti, ecc.

Un ruolo ancora più immediatamente percepibile dell’Internet delle cose è nel campo della viabilità e dei trasporti: nelle smart city del domani gli utenti potranno visualizzare sul proprio smartphone la mappa real time dei parcheggi disponibili in città, degli ingorghi presenti e così via. Tutti dati che saranno resi disponibili proprio grazie all’IoT, che può rendere anche più performante la gestione dei mezzi pubblici, monitorandone le performance e segnalando con prontezza eventuali guasti/disservizi.

Data Analytics al servizio delle città intelligenti e degli abitanti connessi

Come accennato in precedenza, però, i dati non devono essere soltanto raccolti ma, piuttosto, devono essere utilizzati, in modo da poter dare a vita a nuovi prodotti/servizi utili per le smart city. È chiaro, dunque, che altre tecnologie fondamentali per lo sviluppo delle città intelligenti sono Big Data e Analytics.

Facciamo qualche esempio concreto: nel campo della sicurezza dei cittadini l’analisi dei dati raccolti dalle più svariate fonti può permettere di individuare con esattezza quali aree siano più soggette ad attività criminali e siano dunque da presidiare maggiormente da parte delle forze dell’ordine. L’analisi dei flussi di traffico può invece permettere di comprendere quali siano i punti critici della viabilità e, dunque, di agire di conseguenza.

In poche parole, tutti i dati raccolti dai dispositivi IoT e non solo (pensiamo ad esempio alla percezione dei servizi pubblici che può scaturire dai social) possono essere opportunamente analizzati e interpretati per consentire l’evoluzione in senso smart delle nostre città. Il problema messo in luce dall’Osservatorio del Politecnico di Milano è che questa modalità non è ancora automatica nel nostro Paese: ben due comuni italiani su tre non utilizzano i dati raccolti all’interno dei progetti di Smart City,  perdendo importanti opportunità per abilitare nuovi servizi per i cittadini.

Nel dettaglio, solo il 34% delle amministrazioni utilizza i dati raccolti e, tra questi, appena il 12% li condivide con altri. Il 53% dei Comuni invece non utilizza internamente i dati raccolti, ma dichiara che saranno utilizzati in seguito. Nel 13% dei casi i dati non sono utilizzati internamente e difficilmente lo saranno in seguito.

Il paradigma della Smart Mobility

Uno degli aspetti più cruciali per le smart city è senza dubbio rappresentato dalla mobilità, di persone ma anche di merci. È evidente, infatti, che gli spostamenti di cose e persone all’interno delle città, sono sempre più frequenti e numerosi, con un impatto notevole sia dal punto di vista della qualità dell’aria che della vivibilità e fruibilità delle nostre città.

Alle Smart city, dunque, è demandato il difficile compito di individuare un nuovo modo di concepire e organizzare la mobilità e i trasporti, dando vita a una mobilità intelligente, molto diversa da quella incentrata su vetture private alimentate a combustibili fossili e un apporto residuale del trasporto pubblico locale. Smart mobility, dunque, significa nel concreto riuscire a gestire i flussi di mobilità per ridurre congestioni, tempi morti, disservizi e rischi, progettando in maniera più moderna le infrastrutture di trasporto.

In questa complessa sfida, è evidente, l’utilizzo e integrazione delle tecnologie ICT può portare un cospicuo valore aggiunto alla mobilità sostenibile, che passa innanzitutto dalla valorizzazione del dato. Che a sua volta permette di disegnare politiche di trasporto cittadine più in linea con le esigenze di imprese e cittadini. Molto concretamente, questo significa attivare nelle città servizi che favoriscano la condivisione dei mezzi (car sharing, car pooling, bike sharing, ecc), nonché di soluzioni digitali che permettano di usufruire più agevolmente dei mezzi pubblici (ad esempio tramite app che consentano il pagamento dei biglietti) o che favoriscano l’introduzione di mezzi di trasporto alternativi e più sostenibili (come le colonnine di ricarica pubbliche per i veicoli elettrici).

I pagamenti digitali per le Smart City

Un altro elemento abilitante lo sviluppo delle smart city è senza dubbio rappresentato dalla diffusione dei sistemi di pagamento contactless. È infatti praticamente impossibile pensare che i cittadini possono usufruire dei servizi resi possibili dalle città intelligenti effettuando pagamenti in contante, con tutte le complicazioni che questo comporta.

Servono, piuttosto, soluzioni che consentano immediatamente di effettuare le transazioni e di accedere ai servizi richiesti, senza perdere tempo a contare le monete giuste. In particolare nell’ambito della smart mobility la tendenza è quella di eliminare l’obbligo di utilizzo dei contanti a tutto favore di dispositivi di pagamento accettati internazionalmente e testati per essere sicuri, così da favorire l’accesso di residenti e turisti in treni, autobus, traghetti, sistemi di bike-sharing, parcheggi pubblici, ecc.

La Smart city Platform

Il punto fondamentale è che oggi  la smart city passa dall’integrazione di diversi livelli di servizio: i pagamenti, la mobilità, la sicurezza, la gestione delle infrastrutture pubbliche, le risorse legate al facility management, la gestione dei consumi energetici, o, più in verticale, con le componenti legate all’illuminazione pubblica o alla raccolta dei rifiuti.

In questo senso è possibile coniare il concetto di Smart City Platform, che presuppone il passaggio da soluzioni tecnologiche pensate per migliorare singoli servizi a piattaforme pensate per sviluppare e promuovere l’innovazione a 360 gradi. Per effettuare questo passaggio occorre mettere a fattor comune le conoscenze e le esperienze raccolte, innanzitutto tramite la condivisione dei dati. Permettendo così alle diverse soluzioni verticali di concorrere nativamente e in modo integrato alla creazione di una nuova lettura della città.

In quest’ottica il mondo dei pagamenti digitali, come si è visto in occasione di un recente convegno organizzato nell’ambito del recente Salone dei Pagamenti 2019, offre tantissime opportunità di sviluppo per favorire la crescita di innovazioni per le Smart City. Il pagamento costituisce infatti una componente importantissima di una strategia di innovazione che non si ferma alla sola gestione delle transazioni, ma che abilita un nuovo rapporto tra città e pubblici servizi e che incide in modo diretto sulla user experience in tantissimi ambiti e che è a tutti gli effetti uno dei pilastri sui quali si basano le logiche delle smart city platform.

Sicurezza e Risk management nelle Smart City

Una degli aspetti prioritari dell’azione di qualsiasi amministrazione locale riguarda la sicurezza dei suoi cittadini e, più in generale, del territorio. Come abbiamo anche accennato nei paragrafi precedenti, le tecnologie innovative di cui sono dotate le smart city permettono di fare passi in avanti significativi dal punto di vista del Risk Management, ovvero delle prevenzione dei svariati tipi di rischi a cui le comunità locali possono andare incontro.

Ad esempio, le applicazioni basate sull’IoT e sui Big Data possono essere di estremo aiuto nel limitare i rischi ambientali o idrogeologici, per non parlare della sicurezza fisica di persone e imprese. Allo stesso tempo, però, l’avvento delle smart city porta con sé un rischio non da poco: dal momento che tutti i servizi sono connessi diventano così automaticamente alla portata del cybercrime, ossia una delle grandi minacce di questo secolo.

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Che, tra l’altro, si è già dimostrato capace di colpire servizi e infrastrutture critiche. L’avvento delle smart city, dunque, deve passare necessariamente per una rigorosa politica di sicurezza informatica, che eviti la sottrazione dei dati degli utenti o – scenario ancora peggiore – la paralisi dei servizi stessi. Senza addentrarci eccessivamente nei dettagli, è evidente che la protezione digitale delle smart city deve ruotare attorno a quattro principi cardine: gestione del rilevamento e dell’accesso ai dispositivi, segmentazione intelligente della rete, prevenzione delle minacce e integrità dei dati.

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