Cidades Inteligentes - Como Chegar Lá?

Imaginemos nossa Cidade Inteligente. O que seria isso?

Roubando um pouco das informações e definições do Plano Nacional da Internet das Coisas, Cidades seriam ambientes urbanos com serviços públicos e utilities. Isso não define muito, mas tenho certeza que todos temos uma visão bastante coesa do que seriam Cidades.

O Plano Nacional apresenta vários casos onde o uso da Internet das Coisas e da inteligência pode contribuir para trazer melhorias na qualidade de vida e otimizações no gerenciamento da dinâmica de uma cidade. Os quadros abaixo foram produzidos durante o estudo de preparação do Plano.

Vejamos, então, as principais áreas de atuação.

A.      Otimização da utilização e disponibilidade de energia elétrica.

B.      Otimização da utilização e disponibilidade de água tratada e esgoto.

C.      Monitoração e otimização em tempo real da mobilidade urbana.

D.      Coleta Inteligente de Resíduos

E.       Monitoramento da Qualidade do Ar

F.       Segurança Pública e Patrimonial

Em linhas gerais, para que tudo isso possa ser implementado, a Internet das Coisas é o elo fundamental para se obter e disponibilizar as informações em tempo real e para se atuar diretamente sobre os eventos, de forma a se conseguir os resultados desejados. Vejam como o Plano Nacional “define” a IoT.

Como podemos ver, três grandes funcionalidades compõem a IoT: sensores e atuadores, redes de comunicação e inteligência computacional.

A questão da inteligência computacional passa por momentos de indefinição, mas está ficando claro que ela deve ser de alguma forma distribuída entre processamento local e processamento na Nuvem.

A funcionalidade de redes de comunicação está em desenvolvimento e tem apresentado soluções tanto utilizando redes existentes (redes celulares, WiFi, Bluetooth, Zwave, ZigBee, etc.) quanto utilizando novos padrões como o LoRaWAN, que visam mais especificamente as necessidades de comunicação de aplicações IoT.

O terceiro elemento, o conjunto de sensores e atuadores, tem se desenvolvido mais rapidamente, mas os produtos finais ainda dependem da melhor definição dos dois outros aspectos, já que este conjunto de sensores e atuadores deverá se comunicar com as redes IoT e deverá ter alguma capacidade computacional, já que está claro que haverá processamento local das informações.

Em todo caso, mesmo ainda não tendo todas as diretrizes tecnológicas sacramentadas, devemos começar a pensar na implementação destas tecnologias de forma a termos Cidades Inteligentes que tragam os benefícios almejados.

Se deixarmos as coisas seguirem seu caminho natural, teremos várias iniciativas localizadas e de escopo restrito. Cada órgão responsável por alguma parte da gestão da cidade passará desenvolver sua própria ideia de como implementar sistemas inteligentes baseados em IoT.

Teremos um sistema cuidando dos semáforos, com seus sensores contando os veículos, medindo congestionamentos e monitorando o funcionamento dos semáforos. Estes sensores e atuadores se comunicarão com um gateway local, onde algum processamento como o cálculo de volume de tráfego e o controle do equipamento semafórico será executado, e este gateway se comunicará com a Nuvem. Esta, por sua vez, fará a coordenação geral do tráfego, se comunicando com outros gateways espalhados pelas vias e, utilizando processamento de alto nível, cuidará da fluidez do tráfego como um todo.

Este sistema inteligente, utilizando IoT, será gerenciado e operado pelo órgão de trânsito da Cidade Inteligente, que responde ao Município.

A Defesa Civil, por outro lado, operará um outro sistema inteligente composto de sensores meteorológicos, de nível de riachos e de umidade do solo para antecipar possíveis riscos e alertar as populações envolvidas através de mensagens e alarmes. Teremos, como consequência, outros conjuntos de sensores e gateways se comunicando com a Nuvem e sendo gerenciado e operado pela Defesa Civil, que pode ser em nível municipal, estadual ou federal.

Continuando no raciocínio, a companhia de distribuição de energia elétrica terá um sistema de medidores inteligentes que monitorarão a qualidade e o consumo de cada residência em tempo real, passando estas informações à Nuvem, que controlará a demanda e disponibilidade do seu serviço. 

Aqui teremos outros conjuntos de sensores e atuadores, se utilizando de outros gateways para se comunicar com a Nuvem, e gerenciado e operado por uma empresa privada, concessionária do serviço, respondendo a órgãos municipal, estadual e federal.

Três sistemas, três conjuntos de sensores e atuadores, três tipos de gateways... vários responsáveis pelo gerenciamento e operação... não muito inteligente para uma Cidade Inteligente. Haverá um desperdício muito grande de recursos com sistemas de comunicação subutilizados, nenhuma troca de informações entre eles e nenhuma coordenação global de ações e geração de benefícios para a população.

Tecnicamente, é plenamente possível integrarmos boa parte destes três serviços, nos beneficiando do trabalho conjunto. Podemos ter conjuntos de sensores e atuadores modulares espalhados pela cidade, configurados individualmente conforme a necessidade local. Em um determinado cruzamento da cidade, teríamos um único gateway conversando com sensores de tráfego e sensores de chuva, enviando informações para as diversas aplicações específicas na Nuvem. Este mesmo gateway conversaria ainda com os medidores inteligentes de consumo de eletricidade e de água das residências mais próximas, passando as informações para as Nuvens das concessionárias. Estas aplicações poderiam trocar informações entre si, aumentando sua “inteligência”: teríamos a Defesa Civil coordenando ações de socorro em emergências já com informações sobre as condições de tráfego e com a possibilidade de alterar as configurações de fluxo para facilitar evacuações ou chegadas das equipes de socorro onde necessário. Teríamos a autoridade de trânsito recebendo informações em tempo real das condições meteorológicas e de enchentes para melhor gerir a fluidez.

Infelizmente, a segregação atual de poderes, verbas e responsabilidades, juntamente com os mais variados tamanhos de cidades, torna esta integração impraticável. Contudo, não considerar esta integração desde o início é buscar o caos tecnológico, a frustação na falta de resultados e o desperdício de recursos. O caos na infraestrutura que hoje se vê nas redes aéreas, seja de eletricidade, telefonia ou serviços de internet e TV a cabo, e nas tubulações enterradas de eletricidade, telefonia, fibra ótica, água, esgoto e gás só irá aumentar com a quantidade de sensores, atuadores e gateways que têm que ser espalhados pela cidade.

Como fazer para evitar que este caos tome conta da infraestrutura de IoT? A resposta a esta pergunta é complexa, mas algumas diretrizes podem ajudar.

·         Sensores e atuadores devem ter sua conectividade com gateways padronizada, de forma similar à que encontramos no controle de processo industrial. Esta padronização deve permitir que eles sejam intercambiáveis e que possam conversar com praticamente todos os gateways disponíveis no mercado.

·         Os gateways devem ser modulares, permitindo que sua configuração de hardware se adapte a cada aplicação. Sua alimentação, sua comunicação com e sem fio, sua capacidade de comunicação com os sensores e atuadores e sua capacidade computacional devem ter opções que lhes permitam ser utilizados em praticamente qualquer local ou aplicação, escolhendo apenas os módulos necessários. Devem, ainda, ser facilmente expansíveis, para que qualquer novo serviço possa ser implementado como acréscimo de módulos ao gateway.

·         A comunicação com a Nuvem deverá ser possível tanto para os gateways quanto para alguns tipos de sensores. As opções de comunicação devem seguir os vários padrões que serão consolidados no mercado. O uso de comunicações redundantes deve estar disponível para aplicações críticas.

·         A Nuvem deve ser a plataforma de programação e tratamento de dados que esteja pronta a conversar com os gateways e a gerenciar, junto com eles, as opções de comunicação. Estas plataformas poderão oferecer diferentes serviços computacionais, dando opções ao mercado conforme volume de dados e tarefas a serem executadas.

·         A troca de informações entre as plataformas na Nuvem deve ser plenamente possível, mesmo em tempo real. Deverá ser possível um gateway obter informações de um sensor conectado a qualquer outro gateway através da Nuvem, mesmo que estes gateways estejam conectados a plataformas diferentes.

Estas diretrizes, ou algo similar, devem cobrir razoavelmente bem os pontos técnicos e práticos para o plano de implementação de Cidades Inteligentes. Contudo, elas não cobrem os aspectos não tecnológicos. Há uma série de desafios relacionados com os órgãos públicos que devem ser tratados corretamente e preventivamente para que a otimização dos recursos seja alcançada.

Uma cidade está sob o controle principal do governo municipal; contudo, as intervenções na cidade são também geradas pelos governos estadual e federal, seja através de diretrizes, seja diretamente nas ações que praticam no ambiente físico da cidade.

Para que evitemos os problemas causados pela falta de integração, é necessário termos uma entidade paralela que direcione as iniciativas e coordene as decisões. Suas principais responsabilidades seriam:

·         Documentar e detalhar as diretrizes técnicas para que os fabricantes possam desenvolver produtos certificadamente integráveis entre si.

·         Garantir que nenhuma iniciativa no âmbito da cidade seja tomada sem o prévio conhecimento e integração com inciativas anteriores.

·         Prestar consultoria às prefeituras para que preparem suas estruturas administrativas para uso dos benefícios das tecnologias.

·         Coordenar eventuais usos de verbas públicas nas iniciativas do Plano Nacional.

·         Colaborar para que as diretrizes do Plano Nacional sejam seguidas pelas iniciativas de cada município.

Não quero aqui engessar ou controlar os esforços para a implementação de tecnologias visando a Cidade Inteligente. Busco, com estas ideias, proteger qualquer iniciativa do fracasso pelos custos descontrolados de implementação ou pelo desvio do uso mais abrangente da Internet das Coisas, que é a interoperabilidade e intercomunicabilidade dos equipamentos participantes.

Outro aspecto que precisa ser considerado e que será tratado posteriormente é o desafio de tamanho de cada cidade. Como tratar uma São Paulo, ou sua região metropolitana, como uma Cidade? A partir de qual tamanho uma cidade poderá tirar proveito dos benefícios trazidos pela Internet das Coisas?