Kiến trúc công nghệ của Thành phố thông minh

 Khi ICT trở nên dễ tiếp cận và rẻ hơn, ICT sẽ thay đổi môi trường đô thị bằng cách trao quyền cho người dân, bằng kết nối thông qua điện thoại thông minh và các thiết bị di động, hoặc trở thành một phần của kế hoạch phát triển đô thị để chính quyền thành phố trong việc tìm kiếm hiệu quả, tính bền vững và chất lượng cuộc sống cho người dân. 

Hiểu được các thành phần cơ bản của các giải pháp công nghệ và khả năng của chúng là một bước quan trọng để bắt đầu một dự án Thành phố thông minh. Nhiều dự án đã thất bại trong quá khứ vì họ bỏ qua các vấn đề như: lập kế hoạch phù hợp; dự báo các nhu cầu chung của thành phố; Sự lựa chọn sai lầm của công nghệ không theo kịp sự thay đổi và trở nên lỗi thời hoặc ảnh hưởng đến ngân sách bởi vì chúng quá cồng kềnh, chi phí đầu tư cao, lợi ích thấp. 

Mục đích của các nhà quản lý ngày nay là thiết kế các dự án phù hợp với quy mô của thành phố, sử dụng công nghệ mô đun và khả năng mở rộng với các tiêu chuẩn mở cho việc áp dụng rộng rãi, có thể kết hợp với các nền tảng hợp tác và kết nối với dân số thông qua các giao diện dễ sử dụng. Các dự án này sau đó sẽ được kết hợp với dự án Open Data, Big Data và Analytics cho phép đưa ra các quyết định nhanh chóng và hiệu quả. Bất kể ứng dụng, giải pháp Thành phố thông minh nào cũng bao gồm quy trình, công nghệ và con người. Từ quan điểm công nghệ, nó luôn có bốn thành phần cơ bản: 

Thứ nhất: Cơ sở hạ tầng kết nối 

Thành phố thông minh đòi hỏi phải đảm bảo không chỉ sự tồn tại (hoặc sự phát triển) của các mạng băng thông rộng để hỗ trợ các ứng dụng kỹ thuật số, mà còn là sự sẵn có của sự kết nối này cho tất cả người dân trong thành phố. Cơ sở hạ tầng truyền thông có thể là sự kết hợp của các công nghệ mạng dữ liệu khác nhau sử dụng truyền dẫn cáp, cáp quang và mạng không dây (Wi-Fi, 3G, 4G hoặc radio). 

Cáp quang là công nghệ hiện đại đảm bảo tốc độ kết nối nhanh hơn và cho phép tạo ra mạng Wi-Fi chất lượng, tốc độ cao, điều này rất cần thiết cho kết nối cảm biến và thiết bị khác.

Hạ tầng ước tính cho Thành phố thông minh (diện tích 162 km2 ) có dân số từ 250.000 đến 500.000.

Hạ tầng truyền thông đô thị phải là ưu tiên hàng đầu trong kế hoạch quản lý. Bảo đảm sự hoạt động của các mạng truyền thông dữ liệu có dây hoặc không dây là cơ sở để đảm bảo các thông tin được liên tục. 

Thứ hai: Cảm biến và các thiết bị kết nối 

Một thành phố trở nên hiệu quả hơn thông qua cơ sở hạ tầng trong các tòa nhà, trên đường phố, được lắp đặt bởi các nhà cung cấp dịch vụ, sau đó xử lý các dữ liệu này và biến chúng thành thông tin cho phép đưa ra các quyết định có thể quản lý, giảm thiểu rủi ro hoặc dự đoán các thách thức phát sinh của đô thị. 

Việc tổng hợp những dữ liệu này đòi hỏi phải lắp đặt các cảm biến cũng như các camera trong cơ sở hạ tầng của thành phố, kết nối chúng với nhau và với mạng truyền thông dữ liệu, sử dụng dữ liệu được gửi trong thời gian thực để hỗ trợ quá trình ra quyết định. Hơn nữa, khi được phân tích dữ liệu, cho phép dự báo các khả năng trong tương lai và hỗ trợ phát triển các dịch vụ mới, chính sách công. Vì vậy, cảm biến cùng với với mạng dữ liệu là nền tảng quan trọng trong việc xây dựng một Thành phố thông minh. 

Ví dụ đơn giản nhất về việc sử dụng cảm biến kết hợp với camera là quản lý lưu lượng giao thông từ các camera được lắp đặt tại giao lộ và các tuyến giao thông lớn. Các thiết bị định vị toàn cầu (GPS) được cài đặt trong các ô tô, xe buýt cho phép biết vị trí của những phương tiện này. Sau đó, bằng cách sử dụng thông tin từ bộ cảm biến giao thông và camera, kết hợp với khả năng điều khiển từ xa đèn giao thông và hệ thống bảng hiệu động, những chiếc xe này có thể được định tuyến thông qua giao thông thường xuyên và có thể xác định được các tuyến đường tốt nhất. hiệu quả hơn. 

Các cảm biến có thể đo, theo dõi và đưa ra các yếu tố về môi trường, như: ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động, dòng nước, điện năng tiêu thụ, trọng lượng, độ ẩm ... Dữ liệu được phân tích và so sánh có thể giúp việc quản lý đô thị hiệu quả hơn, rẻ hơn, do đó đơn giản hóa cuộc sống của người dân. 

Việc sử dụng các cảm biến kết nối và camera trong đô thị ngày càng trở nên rộng hơn. Khi kết hợp với phần mềm cụ thể, các camera cố định được kết nối với hệ thống giám sát giao thông và hệ thống an ninh hiện có thể sử dụng các ống kính mạnh và khả năng phóng to, cho phép nhận dạng khuôn mặt của người dân trong đám đông hoặc nhận dạng hành vi của một cá nhân trong giữa một nhóm người. 

Cảm biến và các thiết bị camera làm thay đổi cuộc sống của người dân.

Trong lĩnh vực y tế, camera đang đạt được sức mạnh trong các ứng dụng y tế từ xa phức tạp hơn cũng như trong các ứng dụng đơn giản. Ví dụ, không cần rời khỏi nhà, người dân có thể sử dụng một webcam gắn vào máy tính cá nhân của họ để nói chuyện với bác sĩ tại bệnh viện hoặc phòng khám sức khoẻ vào những thời điểm đã được lên lịch (hoặc trong trường hợp khẩn cấp). Công nghệ di động của điện thoại thông minh là một yếu tố cần được tính đến trong bất kỳ phương án hoặc dự án Thành phố thông minh nào khi xem xét sự tham gia của người dân. Các điện thoại thông minh hiện nay có khả năng kết nối cực nhanh, được trang bị camera chất lượng và hình ảnh chất lượng cao bao gồm GPS, Wi-Fi, NFC (Bluetooth), la bàn, gia tốc kế, áp kế, ... Nghĩa là, công dân với điện thoại thông minh là cảm biến đô thị thời gian thực tốt nhất và họ ngày càng quan tâm đến việc tham gia vào các vấn đề của thành phố. 

Thứ ba: Trung tâm điều hành và Điều khiển tích hợp 

Trung tâm Điều hành và Điều khiển tích hợp (IOCC- Integrated Operation and Control Centrer) được tập hợp bởi cơ sở hạ tầng công nghệ (máy tính, hệ thống ứng dụng và hệ thống số), cơ sở hạ tầng vật lý (phòng điều hành, phòng quản lý khủng hoảng, phòng họp báo, ...), nhân viên điều hành, đại diện của các cơ quan chính quyền và các nhà cung cấp dịch vụ, được tập trung lại để các giải quyết vấn đề của Thành phố thông minh. 

Một dự án Thành phố thông minh có thể bắt đầu chỉ với một tiện ích hoặc một nhóm các tiện ích, dần dần các yếu tố và tiện ích mới có thể được bổ sung khi dự án mở rộng. Ví dụ, nó có thể bắt đầu bằng cách giải quyết vấn đề về giao thông, quy hoạch đô thị và phòng cháy chữa cháy, lĩnh vực y tế, chiếu sáng đô thị,…Đối với các dự án mới, cần phải có một cái nhìn tổng thể từ khi bắt đầu trên quan điểm tích hợp cho đến khi hoàn thành dự án. Đối với các dự án hiện tại mà trung tâm kiểm soát tích hợp dự kiến sẽ được bổ sung, điều quan trọng là tập trung vào sự liên kết của các thực thể khác nhau và xem xét việc tích hợp các tiện ích vào cùng một không gian vật lý hoặc trong một cấu trúc tương tác và tương tác thời gian thực. 

IOCC được kết nối với thành phố theo thời gian thực thông qua Internet và các mạng truyền thông khác nhau, với hàng ngàn bộ cảm biến và thiết bị số nằm rải rác xung quanh khu vực thành thị, bao gồm camera và các thiết bị tạo thông tin khác. Nó được trang bị máy vi tính và các chương trình để xử lý số lượng lớn dữ liệu và với các hệ thống phân tích, cho phép các nhà khai thác theo dõi sự di chuyển của thành phố trong thời gian thực, đưa ra các quyết định hành động trong các tình huống hàng ngày hoặc hành động nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp như lũ lụt, tai nạn, hoặc các tình huống an ninh nghiêm trọng. 

Một trong những thuộc tính thú vị nhất của IOCC là trí thông minh nhân tạo (AI - Artificial Intelligence), cho phép nó có thể phân tích dự báo và phân tích dữ liệu lớn (Big Data) theo thời gian thực với dữ liệu lịch sử. Tính năng này cho phép chủ động phòng ngừa trước khi vấn đề xảy ra hoặc xấu đi. Một điểm quan trọng nữa là khả năng thiết lập các quy trình hợp tác và thu thập các đại diện của các dịch vụ thành phố khác nhau ở một nơi, và ngay lập tức kết nối với các dịch vụ khẩn cấp (cảnh sát, cứu hỏa, xe cứu thương, dân dụng và những người khác). Sự hội nhập này tạo điều kiện giao tiếp và do đó có thể làm giảm thời gian chờ đợi để được trợ giúp hoặc để giải quyết vấn đề.

Trung tâm điều hành và Điều khiển tích hợp – IOCC.

Ngoài khả năng lưu trữ và phân tích một số lượng lớn dữ liệu, IOCC cũng cho phép phát triển các hệ thống quản lý dựa trên kết quả, từ đó cho phép chính quyền có thể theo dõi việc quản lý. Thành phần chính của nó là hệ thống chỉ số, ví dụ như mức độ hoàn thành các dự báo trong kế hoạch của chính quyền hoặc số ngày thành phố phải cấp giấy phép hoặc phê duyệt một dự án xây dựng. Các hệ thống này thông báo nếu nó đang trở nên tốt hơn hoặc chậm trễ, ngoài việc ghi lại tác động của các quyết định được thực hiện.

Thứ tư: Giao diện truyền thông 

Khi cơ sở hạ tầng ICT của Thành phố Thông minh đã được triển khai để trở thành một phần của hệ thống đô thị, cần phải thêm một lớp ứng dụng của hệ thống truyền thông, nó sẽ làm việc như một giao diện giữa quản lý và công dân với đơn vị quản lý khác nhau của thành phố. 

Các hệ thống này có thể đóng vai trò là nền tảng tương tác, nghĩa là việc tạo ra các ứng dụng di động cho phép thu thập dữ liệu và quản lý có sự tham gia của công dân cũng như cho phép thành phố giao tiếp với công dân để gửi cảnh báo khẩn cấp hoặc các khuyến nghị về giao thông. 

Ngoài các ứng dụng di động, cần có thêm nền tảng webbase để truy cập thông tin của các đơn vị quản lý khác nhau trong thành phố, truy cập vào các dịch vụ khác nhau của chính quyền, cũng như các kênh dành cho sự tham gia của công dân. Việc sử dụng nền tảng điện toán đám mây, kết hợp với việc sử dụng các thiết bị di động thông minh sẽ giúp nhà quản lý của Thành phố thông minh trở nên gần gũi và minh bạch hơn.

Vì sao cần phải xây dựng thành phố thông minh? Một thành phố thông minh và bền vững là một thành phố sáng tạo sử dụng CNTT-Truyền thông và các phương tiện khác để nâng cao chất lượng cuộc sống, hiệu quả hoạt động của dịch vụ đô thị. Nên xây dựng thành phố thông minh từ đâu? Để xây dựng nên được một thành phố thông minh hoàn thiện, cả người dân và chính quyền đều phải bắt đầu từ việc ứng dụng các công cụ công nghệ thông tin và Internet vào hoạt động quản lý, điều hành thành phố.

(còn tiếp)

ThS. Nguyễn Huy Thịnh

Văn phòng UBND tỉnh Quảng Ninh