شهر هوشمند را می­توان فناوری، رشد و نمو و یا قوانین و مقررات اداری تلقی کرد. شهر هوشمند بیش از یک شهر دیجیتال است. در واقع می­توان گفت، شهری هوشمند است که قادر به پیوند سرمایه فیزیکی با سرمایه اجتماعی به منظور توسعه زیر ساخت­ها و ارائه خدمات بهتر باشد. شهر هوشمند مکانی ممتاز برای توسعه پایدار است که در آن از طریق یک رویکرد نوآورانه و سیستماتیک، به مسائلی مانند ترافیک، مصرف انرژی، آلودگی، تخریب زمین و …. بر اساس ارتباط و تبادل اطلاعات و با هدف بهینه­ سازی فرآیندها پرداخته شده است. این شهر امکان بهبود کیفیت زندگی برای شهروندان را فراهم آورده و سرمایه­ های موجود در شهر را با دسترسی بیشتری در اختیار ایشان قرار می­دهد.

در حالت کلی می­توان گفت که هر شهر هوشمند دارای شش ویژگی است که عبارتند از:

جابجایی هوشمند

سیستم‌های حمل‌ونقل ایمن، به هم پیوسته و سازگار با محیط زیست مدنظر این بخش است. اولویت جابجایی هوشمند استفاده از گزینه‌های غیرموتوری پاکتر است. در این راستا می­‌بایست اطلاعات معتبر در مورد مسیر و سیستم حمل و نقل در دسترس عموم قرار گیرد تا با استفاده از این اطلاعات بتوان در هزینه‌ها صرفه‌جویی به عمل آورده و سازوکاری ایجاد کرد تا مدیران حمل و نقل شبکه‌ای بتوانند خدمات خود را بهبود و بازدهی رفت‌وآمد و جابجایی در شهر را افزایش دهند.

اقتصاد هوشمند

مقصود از اقتصاد هوشمند عمدتا کسب‌وکارهای الکترونیکی، بازرگانی و تجارت الکترونیکی، بهره‌وری بیشتر، تولید و ارائه خدمات پیشرفته و همچنین ارائه محصولات، محتوا و خدمات با انواع مدل‌های کسب‌وکار جدید است.

محیط زیست هوشمند

در محیط زیست هوشمند تمرکز بر انرژی هوشمند که شامل مواردی مثل انرژی‌های تجدیدپذیر، شبکه‌های انرژی، سیستم‌های اندازه‌گیری، کنترل و پایش آلودگی، نوسازی ساختمان‌ها و مراکز رفاهی، ساختمان‌های سبز و برنامه‌ریزی سبز شهری، قرار گرفته است.

جامعه هوشمند

جامعه هوشمند شامل شهروندانی است که دارای مهارت‌های کار با پایانه‌ها و سامانه‌های الکترونیکی، اشتغال در مشاغل دیجیتالی، دسترسی مردم به آموزش و پرورش، منابع انسانی و مدیریت ظرفیت‌های انسانی درون یک جامعه فراگیر با هدف ترویج خلاقیت و توسعه نوآوری‌ها است. این ویژگی، مردم و جامعه را قادر می­‌سازد تا پایگاه داده‌هایی را ایجاد کرده و در صورت نیاز آنها را پردازش و از آنها استفاده کنند تا بتوانند از این داده‌ها در تصمیم‌گیری، تولید محتوا و ارائه خدمات و محصولات بهره‌برداری نمایند.

زندگی هوشمند

از زندگی هوشمند به عنوان یک زندگی سالم و امن در یک شهر با فرهنگ، باطراوت و با امکانات متنوع فرهنگی که در برگیرنده استانداردهای اقامتی بسیار بالا و خانه‌های باکیفیت است نیز تعبیر می­‌شود. زندگی هوشمند با سطح بالایی از انسجام اجتماعی و سرمایه‌‌های اجتماعی نیز مرتبط است.

دولت هوشمند

مقصود از دولت هوشمند اعمال حاکمیت به هم پیوسته درون شهری در سراسر شهر است که شامل خدمات و تعاملاتی می­‌شود که سازمان‌های مدنی، دولتی، خصوصی و نظام جهانی را به هم متصل نموده و در صورت نیاز، با هم ادغام می­‌کند تا شهر بتواند به مانند یک ارگانیسم کارآمد و اثربخش به حیات خود ادامه دهد.

اشاره به این نکات در این­جا ضروریست که :

• شهر هوشمند نه تنها یک مفهوم تکنولوژیکی، بلکه توسعه واحد اجتماعی و اقتصادی است.
• شهر هوشمند سیستم محور نیست، بلکه سرویس گراست.
• شهر هوشمند یک مفهوم تک بخشی نیست، بلکه چند بخشی است.
• شهر هوشمند انقلاب نیست، بلکه تکامل است.
• شهر هوشمند جایگزینی برای ساختار­های فیزیکی نیست، بلکه هماهنگی بین ماده و دنیای مجازی است.

ابزارها و زیر ساختهای شهر هوشمند

شهر هوشمند، شهری است که با کمک ابزارهای هوشمند می­تواند خود را با نیازهای شهروندان سازگار سازد. هم اکنون شهرها و سازمانهای وابسته از راهکارهای نرم افزاری برای بهبود کیفیت زندگی شهروندان استفاده می­کنند. اما این راهکارها محدود بوده و این استفاده از جدیدترین تکنولوژی های حوزه هوش مصنوعی است که امکان توسعه پایدار شهرهای هوشمند را فراهم می­سازند. به کارگیری الگوریتم های پیشرفته، هوش مصنوعی، کلان­داده ها، اینترنت چیزها و ابزارهای امنیتی نمونه هایی از این تکنولوژی ها هستند. با این حال از بین این ابزارها، بینایی ماشین، کلان­داده ها  و فن آوری های حمل و نقل اصلی­ترین ابزارهای تبدیل یک شهر به شهر هوشمند است:

بینایی ماشین

امروزه استفاده از سیستمهای مبتنی بر بینایی ماشین که به تجزیه و تحلیل تصاویر دریافتی از دوربینهای نصب شده در سطح شهر می­پردازند، از متداولتین ابزارهای مورد استفاده در شهرهاست. با این حال دستیابی به اهداف شهر هوشمند نیازمند هوشمند سازی و تحلیل تصاویر به دست آمده با استفاده از تکنیکهای هوش مصنوعی و یادگیری ماشین است تا بر اساس اطلاعات بصری حاصل تصمیم­گیری­های سریع و بدون دخالت عامل انسانی قابل دستیابی باشد. تصمیم­گیری­هایی که معمولاً در راستای اهداف نظارتی و امنیتی، شناسایی و تشخیص رخداد خاص و یا حضور یا عدم حضور المانهای خاص شهری انجام می­گیرد.

کلان داده ها

شهرها مانند سازمانها دارای حجم زیادی از اطلاعات اند که می­توان از آنها برای بهینه سازی نحوه استفاده از منابع مختلف و پیش بینی دقیق رخداد ها و یا انجام تصمیم گیری های شهرسازی استفاده کرد. به عنوان مثال، یک شهر هوشمند می­تواند با استفاده از کلان داده ها به تجزیه و تحلیل منابع انرژی، نحوه توزیع آنها، مدیریت ناهنجاری ها و بهینه سازی فرایندها و هزینه ها پردازد. در نتیجه، چنین شهری قادر به ارائه خدمات بهتر به شهروندان خود خواهد بود.

دستیابی به کلان داده ها خط مقدم پروژه های شهر هوشمند هستند. از سوی دیگر با تجزیه و تحلیل کلان داده­ها، تعمیر و نگهداری پیشگیرانه و برنامه ریزی بهتر برای نیازمندی­های آینده امکان پذیر خواهد بود. داشتن زیرساخت هوشمندانه به این معنی است که یک شهر می­تواند با فناوری های مختلف پیشرفت کرده و از داده های جمع آوری شده برای تغییرات معنی دار در برنامه های آینده شهر بهره گیرد.

 فناوری های حمل و نقل

حمل و نقل خصوصی و عمومی تأثیر قابل توجهی بر کیفیت زندگی شهری دارد. سیستم های حمل و نقل هوشمند که به پردازش اطلاعات فضای پارکینگ، حجم ترافیک، تعداد خودروها و … می­پردازد، کمک می­کنند تا شهرهای هوشمند تا جای ممکن با مشکل ترافیک روبرو نشوند. در این راستا هر عاملی که به نحوی به این موضوع مرتبط باشد اعم از نظارت بر ترافیک شهری، پارکینگ ها، چراغهای راهنمایی و روشنایی و غیره می­تواند در هوشمند سازی شهری مورد توجه قرار گیرد. این حوزه فعالیت از حوزه هایی است که بازگشت سریع سرمایه گذاری برای آن تضمین شده است. نه تنها به کاهش هزینه های مربوط به نظارت و مانیتورینگ کمک می­کند بلکه در کاهش ازدحام و گره ترافیکی نیز بسیار موثر است.

بازار شهر هوشمند

با آنکه قلمرو بازار شهر هوشمند به سختی قابل اندازه‌گیری و تخمین زدن است، اما بر اساس گزارش سازمانهای مختلف می­‌توان رنج 300 تا 700 میلیارد دلار را برای آن متصور بود. بر اساس گزارش وزارت تجارت و صنعت بریتانیا، بازار جهانی راه‌حل‌های هوشمندانه شهر و خدمات مورد نیاز برای استقرار آن‌ها تا سال 2020  برابر با 408 میلیارد دلار خواهد بود. در بخش حمل و نقل، تخمین زده شده است که بازار جهانی برای راه‌حل‌های حمل و نقل هوشمند بر اساس زیرساخت‌های دیجیتالی تا سال 2019، به 5 میلیارد دلار برسد. این راه‌حل‌ها، بازار گسترده 100 میلیارد دلاری را تا سال 2019 برای زیرساخت‌های فیزیکی و دیجیتال برای مدیریت و کنترل پارکینگ‌ها، مدیریت ترافیک فراهم می­‌کند. در نمودار زیر درصد رشد بازار مربوط به شهر هوشمند در هر یک از زیر مجموعه های آن را تا سال 2019 نمایش می­دهد.

راهکارهای پیشنهادی 1:

جمع آوری کلان داده ها و تحلیل تصاویر شهری

سالانه هزینه های بسیار زیادی به خاطر استفاده نادرست از منابع و زیر ساخت های شهری از جمله در ساخت و ساز های غیر قانونی، تعمیر جاده های معیوب، آسیب خطوط انتقال برق، سیلاب های شهری به علت باران و …  از بین می­رود. علت اصلی در همه این مشکلات در جواب به این سوال نهفته است که «چگونه یک شهر با کارکنان اجرایی محدود می­تواند هر بیلبورد تبلیغاتی، موقعیت ساخت و ساز های انجام شده و یا هر نقطه از زیر ساخت های شهری را رسد کند؟» عملاً پاسخ به این سوال آسان نمی­باشد چرا که بررسی و مشاهده هر تغییر جزیی در شهر به صورت پیوسته در زمان های دلخواه امکان پذیر نمی باشد. ولی با استفاده از تصویر برداری به روز می­توان مدلی سه بعدی از شهر با دقت بسیار بالا با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی بدست آورد.

استفاده بهینه از زیرساختها و المانهای فیزیک شهری، باعث توسعه سطح کیفی زندگی شهری خواهد شد، و پیش نیاز استفاده بهینه از این ساختارها و المانها، و دخیل نمودن آنها در تصمیم گیری های خرد و کلان شهری، در دست داشتن اطلاعات کامل از شرایط، موقعیت و نحوه توزیع آنهاست. تحلیل تصاویر شهری این امکان را فراهم می­سازد تا با ایجاد شبکه ای از داده-موقعیت، اطلاعات نسبتاً کاملی از شرایط، موقعیت و نحوه توزیع المانهای شهری در دست باشد.

ایده اصلی تولید چنین شبکه داده-موقعیتی تصویر برداری شهری و استفاده از تکنیکها و ابزارهای موجود در حوزه بینایی ماشین، هوش مصنوعی و یادگیری عمیق است تا با تحلیل داده های بصری در دسترس، هر گونه اطلاعات معنایی شامل موقعیت و وضعیت المانهای شهری تعریف شده از جمله پل های عابر پیاده، سطل های زباله و … از این داده­های بصری استخراج شود. همچنین با تعریف مجموعه قواعد و قوانین، و با ترکیب اطلاعات لایه های معنایی مختلف، گزارشهای سطح بالایی از سیستم قابل دریافت است. گزارشهایی که می­تواند در کاهش هزینه های اجرایی پروژه های مختلف شهری تاثیر به سزایی داشته باشد.

شکل 1: نمونه ای از  استخراج موقعیت المانهای مختلف شهری (چراغ های روشنایی، مجسمه و …) از تصاویر و داده های بصری جمع آوری شده از سطح شهر

نمونه ای از اطلاعات معنایی که در تصمیم گیری های شهری می­تواند مورد استفاده قرار گرفته و امکان تولید آنها با تحلیل تصاویر شهری امکان پذیر است به شرح زیر می­باشد:

• مدیریت فضای سبز شهری از نظر تعداد، فضا و موقعیت آن در شهر
• مدیریت چراغ های روشنایی شهری از نظر موقعیت، تعداد و توزیع
• مدیریت تابلو های تبلیغاتی و تابلوهای راهنمایی از نظر موقعیت و تعداد در سطح شهر
• مدیریت تراکم تعداد و موقعیت فروشگاه‌های بزرگ در سطح شهر
• شناسایی المانهای شهری معیوب و نیاز به بازسازی
• شناسایی ساخت و سازهای غیر مجاز
• مدیریت تمامی المان های شهری از نظر توزیع در شهر از جمله پل های عابر پیاده، سطل های زباله و …

شکل 2: استخراج گزارشهای سطح بالا (استخراج مسیرهای جاده ای و موقعیت های پارکینگ) با تعریف مجموعه قواعد و قوانین، و با ترکیب اطلاعات لایه های معنایی مختلف

راهکارهای پیشنهادی 2:

حمل و نقل هوشمند و مدیریت ترافیک

سیستم هوشمند تشخیص رفتار نامتعارف و پرمخاطره وسایل نقلیه

یکی از علل تصادفات مرگ بار و بسیار خطرناک در جاده ها، رفتارهای غیر عادی و نامتعارف رانندگان می­باشد. درصد دیگری از این رفتارها یا بدلیل ناشی بودن راننده و یا عدم توجه به قوانین و قواعد صحیح رانندگی صورت می­گیرد، که به هر صورت تشخیص این رفتارها و ثبت آن به عنوان تخلف می­تواند از تعداد آن کاسته و در نتیجه مخاطرات احتمالی آن را کاهش داد. این رفتارهای غیر طبیعی می­تواند از رفتارهای غیر عادی ساده و با طول زمانی محدود شروع شود تا به رفتارهای بسیار پیچیده وبا مداومت زمانی طولانی برسد. سرعت غیر مجاز، حرکت با سرعت پایین در خطوط سرعت، تغییر ناگهانی مکرر مسیر به صورت زیگزاگی، حرکت در خلاف جهت مجاز، سبقت­های غیر مجاز و … نمونه هایی از این رفتارهای پرمخاطره است.

دامنه این رفتارها می­تواند بسیار گسترده و متنوع باشد. ولی با ایجاد یک سیستم هوشمند مبتنی بر بینایی ماشین و تعریف رفتارهای عادی و رفتارهای نامتعارف، به شناسایی و ثبت خودکار این نوع رفتارهای پرخطر پرداخت. این سیستم به صورت مداوم در حال نظارت بر جاده است و رفتار هر خودرو در حال عبور را رصد و تجزیه وتحلیل می­کند. سیستم به کمک روشهای هوش مصنوعی، رفتارها را به سه دسته کلی: رفتار سالم، رفتار غیر طبیعی با مخاطرات کم و رفتار غیر طبیعی با مخاطرات زیاد تقسیم می­کند. پس از شناسایی این 3 دسته رفتار بر طبق تنظیمات انجام شده، واکنش مناسب به کنش هر خودرو در هریک از گروه های سه گانه بالا صورت می­گیرد. ارسال شماره پلاک خودرو به پرسنل نیروی انتظامی مستقر در کیلومترهای بعدی نمونه ای از یک واکنش به دسته سوم است.

سیستم آشکارسازی و ردیابی خودرو، سیستم فهم وتحلیل رفتار خودرو، سیستم استخراج پلاک و مشخصات خودرو با رفتار غیر طبیعی و  سیستم ارتباطی اجزای تشکیل دهنده این سامانه هستند. در طراحی این سامانه شرایط عملیاتی و قابلیت اطمینان بالا بایستی بدقت لحاظ شوند. هدف سامانه تحت پوشش قراردادن جاده ها و به خصوص بزرگراه­های درون شهری است.

شکل 3: نمونه ای از شناسایی خودکار رفتار نا متعارف راننده (عبور از چراغ قرمز در چهار راه) و ارسال گزارش به مرکز عملیات

راهکارهای پیشنهادی 3:

حمل و نقل هوشمند و مدیریت ترافیک

سیستم اعلام خطر برای تقاطع­ها و جاده های پرخطر

در بسیاری از تقاطعهای شهری، رانندگان بدون رعایت احتیاط، حق تقدم، توقف کامل، یا حتی کاهش سرعت، اقدام به عبور از آن مینمایند. اگر این رفتار مخاطره آمیز از سوی راننده مسیر متقاطع نیز صورت بگیرد و تقاطع فاقد دید کافی باشد، احتمال وقوع تصادف بالا خواهد بود. این رفتار در ساعات خلوت که بعضی تقاطع­های دارای چراغ راهنمایی چشمک زن هستند ، به دلیل سرعت بالاتری که
خودروها معمولا در چنین مکانها و ساعاتی دارند، ممکن است منجر به صدمات، جراحات و خسارات جدی نیز شود. علاوه بر این موارد عبور از چراغ قرمز در ساعات خلوت نیز عامل بروز تصادفات جدی می­باشد.

در این سیستم با نصب یا استفاده از دوربینهای موجود در تقاطع ها و جاده ها و با ردیابی خودروها و تعیین جهت و سرعت آنها، احتمال برخورد و تصادف پیش بینی شده و با صدور هشدارهای نوری و صوتی، مثلا چشمک زدن سریع یک چراغ یا به صدا درآمدن بوق هشدار، رانندگان را از حضور یا نزدیک شدن سایر خودروها و احتمال وقوع خطر آگاه نماید. چنین سیستمی در فرودگاهها و پالایشگاهها نیز برای کنترل رفت و آمد خودروها و کاهش مخاطره تصادف کاربرد خواهد داشت.

سامانه از یک دوربین ویدیو با دید 360 درجه سود می­برد که در ارتفاع مناسبی در نقطه ای مشرف به محل مورد نظر نصب خواهد شد. واحد پردازش و کنترل، اطلاعات بصری رسیده از این دوربین را تجزیه و تحلیل می­کند و در صورت تشخیص احتمال بروز برخورد، دستور مناسب را برای مدول اخطار دهنده صادر می­کند که این مدول وظیفه ایجاد سیگنالهای اخطار بصری و صوتی را به عهده دارد.

شکل 4: نمونه ای از اعلام هشدار نوری در سر یک تقاطع (سه راه ورودی جاده فرعی به اصلی)

راهکارهای پیشنهادی 4:

حمل و نقل هوشمند و مدیریت ترافیک

سیستم هوشمند تشخیص و ثبت ورود وسایل نقلیه غیر مجاز

هدف طراحی و پیاده سازی این سیستم تشخیص تخلف ورود وسایل نقلیه غیر مجاز (برای مثال ورود موتورسیکلت به بزرگراه ها) می­باشد. با توجه به مخاطرات جانی و مالی که ورود وسایل نقلیه غیر مجاز  به مکانها و جاده های خاص به همراه دارد و جا نیافتادن فرهنگ رعایت این قانون نزد برخی رانندگان، لزوم طراحی و پیاده سازی سیستمی هوشمند و خودکار برای تشخیص ثبت این تخلف احساس می­شود. وجود چنین سیستمی باعث کاهش نرخ وقوع این تخلف و در نتیجه کاهش زیانهای جانی و مالی ناشی از آن خواهد شد.

برای هر ورودی جاده، نمونه مستقلی از این سیستم نصب می­شود که عمل تشخیص، ثبت، و ارسال مجموعه ی داده ها را به مرکز مربوطه به عهده می­گیرد. در این سیستم از فناوری های هوش مصنوعی، سیستم­های دیجیتال هوشمند، پردازش تصاویر، و انتقال داده ها استفاده شده است.  با تحلیل تصاویر ثبت شده توسط دوربین ، ورود وسیله نقلیه غیرمجاز تشخیص داده می­شود و با استخراج اطلاعات شناسایی وسیله نقلیه (شماره پلاک)، این رکورد به مرکز ثبت تخلفات مخابره می­شود.

شکل 5: نمونه ای از اعلام ورود خودرو غیر مجاز (اتوبوس) به مرکز پلیس راهنمایی و ایستگاه های جاده ای

توانمندی های شرکت بیناصنعت ویرا

• طراحی و اجرای راهکارهای مبتنی بر هوش مصنوعی و بینایی ماشین
• مشاوره در اجرای پروژه های بینایی ماشین در صنایع خودروسازی، قطعه سازی، داروسازی
• راه اندازی خط اتوماسیون در صنایع مختلف بر اساس جدیدترین استانداردهای جهانی (Industry 4.0)
• هوشمندسازی خطوط تولید و صنایع
• تهیه بدون واسطه تجهیزات پردازش تصویر از معتبرترین برندهای جهانی
• پیاده سازی سیستمهای نرم افزاری مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری عمیق
• پیاده سازی سیستمهای بینایی ماشین در محیط­های Labview، Matlab، Halcon، Adaptive Vision، OpenCV، Stemmer-imaging
• برنامه نویسی انواع PLC های Delta، LS، Siemens، Schneider، Fatek و …
• طراحی و تحلیل سیستم ها و تجهیزات هیدرولیکی، پنوماتیکی و الکتریکی
• انجام تحلیل های مکانیکی (جامدات و سیالات) در محیطهای Ansys، Comsol
• بررسی دقیق خطوط تولید و تجزیه و تحلیل آماری نتایج با استفاده از تکنیکهای داده کاوی
• طراحی و تولید بهینه G-code برای دستگاههای تراشکاری و CNC جهت ساخت قطعه
• راه اندازی پرتالهای صنعتی