Tulevaisuudessa kaupungit muuttuvat älykkäiksi kaikkialla maailmassa. Älykaupunki parantaa asukkaidensa elämänlaatua monin tavoin ja helpottaa myös paikallisten viranomaisten toimintaa. Ja ympäristökin kiittää.

Usein sanotaan, että datayhteyksin kytketyt nykyiset kaupungit alkavat tulevaisuudessa kehittyä älykaupungeiksi, mutta mitä älykkäällä kaupungilla tässä yhteydessä tarkoitetaan ja miten datayhteydet silloin hoidetaan? Vielä emme tiedä tarkkoja vastauksia näihin kysymyksiin, mutta lukuisat viranomaiset, yritykset, akateemiset laitokset, kansalaisjärjestöt ja yksityishenkilöt ovat viime vuosina yhdessä muodostaneet käsityksen siitä, millaisia älykaupunkien tulisi olla ja miten ne tulevat kehittymään tulevaisuudessa.

Kyseessä ei kuitenkaan ole mikään ‘yksi koko sopii kaikille’ -skenaario. Maantieteelliset, kulttuurilliset, taloudelliset ja teknologiset lähtökohdat tulevat tapauskohtaisesti sanelemaan älykaupungin konseptiin liittyvien teknisten sovellusten prioriteetit.

IoT kohentaa elämänlaatua

Yhdistävänä ideana on kuitenkin se, että älykäs kaupunki parantaa merkittävästi asukkaidensa elämää. Tämä saattaa merkitä entistä vähemmän liikenneruuhkia ja ympäristöpäästöjä tai tehokkaampia tapoja saada käyttöön puhdasta vettä.

Tämä voi tarkoittaa myös kaupunkia, jonka energiankulutus ja hiilidioksidipäästöt on minimoitu tai jossa yrityksiä autetaan tehokkaasti menestymään ja jossa viranomaiset tarjoavat entistä parempia palveluja asukkaille. Älykäs, datayhteyksin tehokkaasti kytketty kaupunki onkin yksi jännittävimmistä visioista, joita on liitetty IoT-tekniikan (Internet of Things) tulevaan kehitykseen.

Vaikka älykkään kaupungin määritelmät ja sovellukset ovat vielä kehitysvaiheessa, on kuitenkin selvää, että älykaupungin konsepti kattaa energiansaannin ja vedenjakelun, kuljetustoiminnan, infrastruktuurin, rakennusten ylläpidon ja kunnallisten viranomaisten toimet. Kaikilla näillä alueilla monitahoinen IoT mahdollistaa datan keräämisen lähes äärettömän suuresta joukosta erilaisia antureita ja muita lähteitä sekä datankäsittelyn joko paikallisesti tai pilvipalveluna.

Tämä antaa myös mahdollisuuden käynnistää monenlaisia toimia, jotka perustuvat IoT-järjestelmien kautta kerättyyn informaatioon. Anturit, joista osa on paikkatietoisia, kommunikoivat langattomasti sekä keskenään että pilvipalveluihin linkitettyjen yhdyskäytävien kanssa.

Isoja säästöjä energiankäyttöön

Älykkäitä energiamittareita on jo asennettu monissa kunnissa eri puolilla maailmaa. Ne mahdollistavat sekä kuluttajille että sähkönjakelijoille entistä paremman tavan hallita ja valvoa energiankulutusta. Mittarien lukemat ovat välittömästi saatavissa kenelle tahansa, joka niitä tarvitsee.

Sähkön, kaasun, öljyn ja veden kulutusta voidaan seurata paikallisesti tai missä päin maailmaa tahansa netin välityksellä. Kuluttajat voivat lisäksi ohjelmoida sähkölaitteensa käyttämään energiaa aina silloin, kun se on halvimmillaan.

Näin voidaan säästää suoraan rahaa ja myös tasoittaa koko sähköverkon kuormitusta eri vuorokauden- ja vuodenaikoina. Energiayhtiöiden ei myöskään tarvitse enää lähettää henkilöstöä ajelemaan ympäriinsä lukemaan sähkömittareita, vaan data voidaan etäluennalla kerätä reaaliajassa tarkasti ja kevein kustannuksin.

Osaa kerätystä informaatiosta voidaan hyödyntää myös ennakoivan ylläpidon ohjelmissa, mikä parantaa sähkönjakelun luotettavuutta ja alentaa operointi- ja ylläpitokuluja. Osaa datasta voidaan lisäksi käyttää koko sähköverkon entistä älykkäämpään hallintaan, mikä sekin vähentää energianhaaskausta ja säästää selvää rahaa.

Valaistus ja liikenne keskiössä

Lähes viidesosa koko maailman sähkönkulutuksesta käytetään valaistukseen ja siitä ylivoimaisesti suurin osa kaupunkien valoihin. Älykkäässä kaupungissa valaistusta voidaan kuitenkin ohjata automaattisesti esimerkiksi katujen varsilla ja parkkipaikoilla.

Valaistusta voidaan tarjota vain silloin, kun sitä tarvitaan, ja kytkeä valot muulloin pois energian säästämiseksi. Anturit voivat lisäksi havainnoida sekä ympäristöoloja että liikennemääriä, minkä perusteella voidaan määritellä sopiva valaistus katuvaloille.

Liikenteenohjauksen automatisointi lupaa entistä nopeampia ja turvallisempia ajomatkoja sekä alhaisempia päästötasoja. Myös hätätilanteisiin tarkoitetut palvelut tavoittavat kohteensa nopeammin, minkä ansiosta ihmishenkiä voidaan pelastaa. Lisäksi kaikenlainen liiketoiminta hyötyy entistä tehokkaammasta toiminnasta, kun ajomatkoihin aiemmin haaskattua aikamäärää voidaan supistaa.

Kaupunkien asukkaatkin hyötyvät tästä: matkustamisen aiheuttama stressi kevenee ja lähimatkojen keston lyheneminen lisää ihmisten vapaa-aikaa. Älykkäät pysäköintipalvelut puolestaan antavat mahdollisuuden ajaa suoraan vapaaseen parkkiruutuun halutun kohteen läheisyydessä tarvitsematta ajella ympäriinsä etsimässä vapaata ruutua kadunvarsilta ja parkkialueita.

Valtavia datamääriä

Älykkäiden kaupunkien tuottama datamäärä on jo nyt valtava ja se kasvaa kaiken aikaa kiihtyvällä vauhdilla. Vaikka tietoturvasta ja yksilönsuojasta esitetään aivan aiheellista huolta, suuri osa näin luodusta tiedosta välitetään vain koneiden kesken M2M-tiedonsiirtona (Machine-to-Machine).

Osa informaatiosta välitetään myös paikallisille viranomaisille, jotta nämä voivat optimoida omaa työtään ja alentaa kustannuksia sekä helpottaa uusien, entistä parempien palvelujen tarjoamista kaupungin asukkaille. Esimerkiksi kemiallisten anturien avulla voidaan valvoa ilmanlaatua ja kameroiden avulla lisätä kansalaisten turvallisuutta.

Katujen induktiivisten anturien välityksellä voidaan puolestaan tarjota välittömiä päivityksiä liikenteenohjaukseen. Lisäksi jätehuoltoa voidaan tehostaa muun muassa älykkäillä roska-astioilla, joiden sijaintia ja täyttöastetta voidaan valvoa etäyhteyksin.

Muuta informaatiota voidaan toimittaa älykaupungin tietoverkoista asukkaille nettisivustojen ja älypuhelinsovellusten kautta. Julkisen liikenteen palveluista koottua reaaliaikaista tietoa voidaan esittää bussipysäkkien ja rautatieasemien näyttöruuduilla.

Älykaupungin datan pohjalta voidaan myös muodostaa uudenlaista liiketoimintaa hyödyntämällä kansalaisille kohdistettua mainontaa, jota voidaan jakaa esimerkiksi liikenneterminaalien, kauppakeskusten sekä urheilu- ja viihdekeskusten älykkäiden näyttöpaneelien kautta.

Älykaupungin tietojärjestelmään kytkettäviltä laitteilta vaaditaan luonnollisesti vankkaa ja turvallista tiedonvälitystä siirtoketjun jokaisessa pisteessä aina anturisolmuista pilvipalveluihin ja takaisin. Tässä kohtaa langattoman paikannuksen ja datanvälityksen valtava määrä tulee vahvasti mukaan kuvaan.

GNSS-paikannusjärjestelmät (Global Navigation Satellite System) kehittyvät yhä tarkemmiksi osittain datanyhdistelyn ansiosta. Datafuusiotekniikoilla voidaan yhdistää paikannussatelliittien lähettämien signaalien välittämää dataa paikallisen tason sijaintitietoihin, joita saadaan esimerkiksi matkapuhelin- ja Wifi-verkoista sekä ajoneuvojen nopeusantureista.

Kapeakaistainen NB-IoT avuksi

Ennestään tutut Wifi- ja Bluetooth-yhteydet monine muotoineen soveltuvat myös erilaisiin IoT-sovelluksiin, joiden määrä tulee lisääntymään valtavasti varsinkin kohteissa, joissa älypuhelinta käytetään internetin yhdyskäytävänä.

Lisäksi käytössä yleistyy esineiden internetiin suunnattu uusi kapeakaistainen NB-IoT, joka erittäin tehopihinä siirtotekniikkana soveltuu mainiosti pienten datamäärien välittämiseen nykyisten langattomien verkkojen kautta. NB-IoT on jo osoittanut toimivuutensa lukuisissa erityyppisissä sovelluksissa. Hyvä esimerkki on etämittaus, jossa voidaan sen avulla kokonaan välttää erillisenerityisverkon tarve.

Kapeakaistainen siirtotekniikka helpottaa älykkäiden mittarien nopeaa käyttöönottoa hyödyntämällä nykyisiä vakiintuneita matkapuhelinverkkoja, jotka tarjoavat luotettavaa ja korkealaatuista palvelutasoa. NB-IoT on lisäksi erittäin tehokas ratkaisu haastaviin sijoituskohteisiin esimerkiksi rakennusten sisäosissa ja jopa kellaritiloissa.

Videonsiirrossa ja muussa laajakaistaviestinnässä suureen nopeuteen ja alhaiseen latenssiin yltävä 4G LTE -tekniikka on jo vallannut tärkeän osan. Seuraavan polven 5G-tekniikkakin on jo näköpiirissä ja lähitulevaisuudessa se tulee kasvattamaan verkkojen siirtokapasiteetin ja nopeuden aivan uuteen luokkaan. Tiedonsiirtoyhteydet voivat silloin välittää dataa miljoonista uusista antureista, ja kuluttajat voivat ladata verkosta esimerkiksi UHD-tasoisia videofilmejä sekunneissa.

Monipuolista osaamista

Sveitsiläisen u-blox-yhtiön perinteinen tuotevalikoima yhdistää ainutlaatuisella tavalla vahvaa osaamista paikannuksessa, lyhyen kantaman langattomissa verkoissa sekä matkapuhelinjärjestelmissä. Tämän ansiosta u-blox on täydellisesti asemoitunut tulevien älykaupunkien langattomien verkkojen varustamiseen.

Yhtiön integroidut piirit ja moduulit tarjoavat vankan ja turvallisen tiedonsiirron missä tahansa ympäristössä. Yhtä tärkeää on, että moduulit ovat helposti asennettavia, skaalattavia ja laajennettavia standardien jatkuvasti kehittyessä. Niiden tehonkulutus on myös hyvin vähäistä, minkä ansiosta päästään pitkiin käyttöaikoihin ja minimaalisiin ylläpitotoimiin.

Langattomien standardien kehittyessä u-blox on saavuttanut vahvan aseman. Tähän yhtiö on päässyt osallistumalla kaikkiinteollisuuden tärkeimpiin kehitysyhteisöihin, mikä auttaa pitämään asiakkaat alan kehityksen eturintamassa.

Älykäs kaupunki tarjoaa sovelluksillaan parempaa elämänlaatua sadoille miljoonille asukkaille ympäri maailman. Ja näihin sovelluskohteisiin u-blox pystyy toimittamaan kaikki tarvittavat datayhteydet, jotka tekevät tästä esineiden internetin tärkeimmästä osasta todellisuutta.

Seuraavassa on esitetty viisi esimerkkiä älykkäiden kaupunkien kehityshankkeista.

Bristol, Iso-Britannia

Ison-Britannian Bristol Is Open -ohjelmaa perustellaan seuraavasti: ”Data-antureita hyödyntämällä älykaupungin teknologiat voivat vastata reaaliajassa jokapäiväisiin ilmiöihin kuten ruuhkiin, jätehuoltoon, viihdetapahtumiin, nettidemokratiaan, energiansaantiin ja moniin muihin”.

Ohjelman hankkeet vaihtelevat kaupungin metrotunneleiden rakentamisesta aina kuituoptisten verkkopalvelujen tarjoamiseen REPLICATE-projektin (Renaissance in Places with Innovative Citizenship And Technology) osallistujille. Kyseessä on eurooppalainen tutkimus- ja kehitysprojekti, joka tähtää integroitujen energia-, liikenne- ja ICT-ratkaisujen käyttöönottoon kaupunkialueilla.

Georgia, USA

Georgia Power -yhtiö käyttää energianjakelussa teknologiaa, joka tarjoaa älykkään tavan säädellä energiantuotantoa kysynnän vaihtelujen mukaan. Yhtiö tarjoaa asiakkailleen energian älykkääseen käyttöön perustuvaa Smart Usage Rate -hinnoittelupalvelua, jonka avulla käyttäjät voivat ohjailla omia energiakustannuksiaan kiinnittämällä huomiota siihen, mitkä laitteet ovat kulloinkin käynnissä ja milloin niitä kannattaa käyttää suhteessa energian kysynnän vaihteluihin.

Yinchuan, Kiina

Yinchuan kutsuu itseään Kiinan älykkäiden kaupunkien pääkaupungiksi. Kaupunkia hallinnoivat virkamiehet ovat asettaneet itselleen kolme tavoitetta: edistää asukkaiden toimeentuloa, tehostaa hallintoa ja johtaa alueen teollisuutta.

Yhteistyössä ZTE-yhtiön kanssa kaupunki on muodostanut ”Map-Network-Cloud” -nimellä kutsutun arkkitehtuurin, jonka avulla voidaan ohjailla muun muassa hallinnollisia asioita, älykästä liikennettä ja älykästä ympäristönsuojelua. Kaupungin keräämää dataa käsittelemään on valjastettu kaikkiaan 20 000 palvelinkonetta.

Kigali, Ruanda

Kigalista alkaneen maanlaajuisen Smart Ruanda -hankkeen tavoitteena on kehittää älykkäitä kaupunkeja ja kyliä, jotka hyödyntävät tieto- ja viestintätekniikoita taistelussa kehitystä jarruttavia haasteita kuten köyhyyttä, peruspalvelujen kehnoa saatavuutta ja heikkoa työllisyyttä vastaan.

Ruandalaisten idea on sittemmin alkanut levitä, ja Kigalissa vuonna 2013 järjestetyssä Transform Africa Summit -tapahtumassa lanseerattiin laaja Smart Africa -konsepti. Sen tavoitteena on saada liikkeelle 300 miljardin dollarin investoinnit ICT-sektorille vuoteen 2020 mennessä, jotta koko Afrikan manner saadaan muutettua entistä älykkäämmäksi.

Santiago, Chile

Chilen noin 18 miljoonasta asukkaasta 40 prosenttia asuu Santiagossa. Väistyessään vuonna 2012 presidentti Sebastián Piñera asetti tavoitteeksi, että maa siirtyy bruttokansantuotteella mitattuna kehittyneiden valtioiden joukkoon vuoteen 2020 mennessä.

Santiagon älykaupunkihankkeilla on tässä tärkeä osa. Niiden tavoitteena on ”parantaa asukkaiden elämänlaatua lisäämällä energian saatavuutta, rakentamalla ympäristöystävällisiä älykoteja ja korostamalla uusiutuvia energiamuotoja”. Hankkeiden keskeisiä osia ovat elektronisesti ohjatut kodinkoneet, kaksisuuntaiseen viestintään kykenevät älykkäät energiamittarit sekä elektroniset informaatiopaneelit bussipysäkeillä.