Big Data aplicado a Cidades Inteligentes

Resumo Geral

Este texto tem como objetivo identificar uma proposta de solução para a utilização do Big Data para a melhoria da mobilidade urbana de acordo com o preconizado pelas cidades inteligentes. Aplicações podem ser usadas com base nas informações originadas do Big Data mostrando seus benefícios e oportunidades, bem como os requisitos de implementação.

Introdução Geral

Atualmente, a sociedade gera muitas informações a partir de dispositivos que possuam algum acesso à Internet ou não, como os roteadores, celulares e câmeras. Dados são gerados cada vez mais rapidamente e em quantidades que beiram os petabytes de informações. Em muitas ocasiões, as mesmas são inseridas a cada ano na Internet sem nenhum tratamento e especialistas apontam que este número pode estar sendo dobrado constantemente.

Nesse breve contexto, surge a IoT (Internet das coisas – “Internet of Things”) que vem para facilitar ainda mais, tornando os dispositivos móveis que estão conectados à internet produtores de dados junto a sensores, antenas e etiquetas RFID. Conforme Ziegeldorf (2014) a Internet das coisas (IoT) prevê o aumento da interconexão de bilhões para trilhões de dispositivos inteligentes com a capacidade de coletar, armazenar, processar e comunicar informações sobre si mesmas e seu ambiente físico.

 A quantidade de dados gerada deve ser armazenada em mídias para não se perder e pode ser “minerada” para possuir valor de utilização. Para esse tipo de aplicação, surge o Big Data que armazena, trata, gerencia os dados e produz informações com os mesmos.

Segundo Al Nuaimi (2015), o Big Data – termo usado para essa enorme quantidade de dados – está crescendo rapidamente. A taxa projetada de crescimento é de 40% por ano contra o crescimento de 5% no gasto global de Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC). Cerca de 90% dos dados digitalizados do mundo foram capturados nos últimos dois anos.

Com essa riqueza de informações surgindo, algumas cidades começaram a utilizar estes dados para apoiar o desenvolvimento das chamadas cidades inteligentes. As mesmas buscam melhoria da qualidade de vida da população oferecendo serviços mais eficientes e úteis que possam trazer benefícios para todos. Segundo Al Nuaimi (2015), muitos governos estão começando a utilizar estes dados para apoiar o desenvolvimento e a sustentabilidade de cidades inteligentes em todo o mundo.

Segundo Sun (2016), mais de 50% da população mundial mora nos grandes centros urbanos e a tendência até 2050 é aumentar para 70% esse número. Desta forma, se espera que as cidades ofereçam maior sustentabilidade e usos inteligentes para os dados.

O termo sustentabilidade, segundo o Guia Metodológico do BID para as cidades sustentáveis (2014), refere-se as cidades que oferecem uma boa qualidade de vida a seus cidadãos, minimizando seus impactos sobre o meio ambiente, preservando seus ativos ambientais e físicos e promovendo sua competitividade. Por isso, quando falamos em Big Data aplicado a cidades mais inteligentes, imaginamos um mundo de utilidades como por exemplo: no trânsito, na saúde, na mobilidade urbana e na qualidade do ar que se respira.

Este trabalho, tem a intenção de propor um estudo sobre como uma cidade mais inteligente pode se beneficiar do Big Data

Conceitos

Dados e Informações

Dados é a informação não tratada vinda de dispositivos, que podem ou não ter acesso à Internet. Os dados representam um ou mais significados que isoladamente não podem transmitir uma mensagem ou representar algum conhecimento onde Rodriguez Y Rodriguez (2011, p. 24) menciona que “é um bem que pode ser controlado, manipulado e estocado por meio de ferramentas da Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC).“ Estes aparecem de forma não estruturada sem tratamento algum para serem interpretados.

Tratando estes dados, temos o que chamamos de “informações” que é o resultado do processamento desses dados que podem ser utilizadas para a tomada de decisões e fornecimento de orientações para o trânsito, por exemplo.

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Big Data

Dumbill (2012) define Big Data como “o dado que excede a capacidade de processamento convencional dos sistemas de bancos de dados. ”. Da mesma forma, Leal (2015, p. 57) indica que:

O Big Data consiste no armazenamento de grande volume de dados, sejam eles estruturados ou não. O conceito se desenvolveu rapidamente nos últimos anos e tem sido cada vez mais utilizado em diversos setores da economia. Isso foi possível devido ao advento e à ampliação do uso de novas tecnologias, que permitiram o surgimento de sistemas capazes de captar, processar e analisar uma grande quantidade de dados em tempo real. Organizações públicas e privadas já fazem uso dessa ferramenta para tomada de decisão. Assim, o Big Data vem ganhando cada vez mais importância devido à crescente demanda por soluções inovadoras para os atuais desafios urbanos, como mobilidade, saúde e segurança pública, entre outras.

Quando falamos em Big Data, estamos falando em um grande volume de dados gerados a cada segundo. A presença da internet e das redes sociais possibilita a geração contínua desses dados, que é difícil de processar usando os tradicionais bancos de dados relacionais. Dados esses que com a ajuda da internet das coisas (IoT) interconecta aparelhos inteligentes que são capazes de gerar dados.

A geração de dados pode ocorrer de algumas formas, dentre elas:

a) Estruturadas: estão em um formato específico ou rígido como, por exemplo, os dados mantidos em um SGBD relacional (SQL Server, Oracle e PostGreSQL):

 – Tabela de banco de dados (existem tipo de dados rígidos – datatype de uma coluna e tamanho máximo de armazenamento);

 – É possível prever o que será inserido em um campo de uma tabela. Analisar se é texto, número, e seu tamanho máximo.

b) Não estruturadas: não existe rigidez (ou quase nenhuma) sobre os dados; não existe datatype (tipo de dados) e tamanho; não seguem uma regra; são apresentados como aparecem; não possuem estrutura definida; possuem baixa integridade. Exemplo: documentos, imagens, vídeos, e-mails, posts em redes sociais, blogs, dados de câmeras e sensores.

O Big Data oferece uma abordagem consistente no tratamento do constante crescimento e da complexidade dos dados e considera um conceito que são, segundo Fan (2012), chamados “5 V’s do Big Data”: 

a) Volume: Refere-se a grande quantidade de dados geradas

b) Velocidade: Velocidade com que os dados são gerados. Pense nas redes sociais, nas transações de cartões de crédito e nas imagens de câmeras em que são geradas informações a cada segundo.

c) Variedade: No passado a maior parte dos dados era estruturada. Hoje, mais de 80% que são geradas diariamente são totalmente não estruturadas. Com o Big Data, fotos, vídeos, sons podem ser administrados com os dados tradicionais.

d) Veracidade: São as informações que podem ser consideradas verdadeiras. Infelizmente não se pode ter certeza da veracidade de tudo que trafega na internet, cada hastag do twitter e notícia falsa. Porém, com o uso de análises e estatísticas de grandes volumes de dados é possível compensar as informações incorretas

e) Valor: O último que pode tornar o Big Data realmente relevante. Apesar da quantidade massiva de informação é importante lembrar dos custos e benefícios e tentar agregar valor ao que se está coletando de informações.

Os dados quando capturados, formatados e analisados podem ajudar a tomar decisões mais rápidas e inteligentes, obter informações mais úteis e melhorar as operações que se baseiam nos dados e suas aplicações


Cidades Inteligentes (Smart Cities)

Conforme observado em Celino (2013), o tema cidades inteligentes começa a surgir a partir do momento que os grandes centros urbanos crescem cada vez mais e de forma desordenada, resultando em trânsitos cada vez mais caóticos, poluição, falta de qualidade no abastecimento de água e energia e falta de segurança. O que também se observa no Guia Metodológico do BID (2014) quando mostra que as cidades da América Latina e do Caribe (ALC) estão sendo testemunhas de um processo de urbanização acelerado.

Será que não se poderia usar a tecnologia atual para melhorar alguma coisa? Com tantas opções eletrônicas e digitais e termos como Big Data e IoT (Internet das coisas) surge esse novo conceito que aos poucos vem ganhando popularidade. Como usar a tecnologia para tentar resolver ou ao menos reduzir estes problemas?

Uma das formas vislumbradas é através da coleta e análise dos dados vindo de diversos dispositivos espalhados (IoT), captando informações constantemente relacionadas ao meio ambiente, trânsito, segurança pública, modo de vida dos cidadãos, mobilidade e inclusive conforme menciona Avgerou (2016), através da inteligência coletiva a qual surge da participação de muitos indivíduos com seus dispositivos mobile interagindo com suas casas, pessoas conhecidas e órgãos do governo.

Pode-se observar, que com o crescimento da população e o advento do Big Data e da Internet das Coisas, as cidades se tornarão mais interconectadas. Já existem milhares de sensores alocados hoje, monitorando várias informações nas metrópoles e em algumas cidades menores.       

Num futuro próximo, esses sensores irão se multiplicar até que possam monitorar quase tudo, desde faróis de trânsito e lixeiras até condições de estradas e consumo de energia.

Segundo Guedes e Soares (2016, p.3), existem inovações que a tecnologia do conhecimento, principalmente aquelas baseadas em sistemas de informação, podem proporcionar. Como exemplo os mesmos citam: redes inteligentes, coleta e tratamento das informações por sensores, infraestrutura compatível com o conceito dos edifícios verdes e a internet das coisas (IoT), além de aplicações de convergência digital.

Quando os fatos acima ocorrerem, as cidades inteligentes, ou smart cities, conseguirão se desenvolver economicamente e de forma mais sustentável fornecendo para a sua população uma melhora na qualidade de vida com geração de maior eficiência nas operações urbanas. A tecnologia pode auxiliar os centros urbanos para se tornarem mais ágeis, melhorando a mobilidade urbana, fornecendo uma melhor segurança pública e um melhor uso dos recursos naturais do meio ambiente e dos serviços em geral.

Estudo de caso: Aplicações de Big Data nas Cidades Inteligentes

De acordo com o que foi observado em Al Nuaimi (2015), existem vários exemplos de aplicações de Big Data que podem servir as cidades, tais como:

a) Smart Education: evolução do ensino a distância; maior interação dos alunos nas aulas virtuais através de vídeos e testes rápidos sem necessidade de deslocamento para lugares físicos para assistir as aulas e realização de provas; maior uso de ferramentas que permitem mentoria a distância e ao vivo; criação de repositórios do conhecimento através de ferramentas analíticas que possibilitem criar conteúdos sempre atualizados para os alunos e de, também, aprender com o que os alunos demonstram de conhecimento adquirido durante os cursos realizados.

b) Smart Traffic Light: sinais inteligentes que regulam automaticamente o tempo de duração conforme a demanda de pessoas e carros que forem passando nos horários de pico, de forma que auxiliem o fluxo do trânsito e ajude a evitar imensos congestionamentos.

c) Smart Grid: sistema de rede elétrica inteligente com o uso de sensores e medidores que consegue distribuir melhor a energia. Realizando um auto monitoramento e feedback do sistema, evitando que falhas eventuais prejudiquem o consumidor possibilitando uma correção mais rápida e eficiente pelos operadores de algum problema que possa ocorrer durante a transmissão.

Além dos exemplos citados acima, podemos incluir como aplicações, ou soluções, de Big Data para as cidades inteligentes os seguintes tópicos:

a) Gestão das redes de negócios: podemos imaginar centros ou ilhas de inovação em uma cidade com aplicações de Big Data, ajudando a formação de novos negócios, parcerias e trocas de conhecimentos.

b) Mobilidade: aplicações para o trânsito de forma que o mesmo aprenda constantemente com base em padrões e escolha automática de rotas alternativas para evitar casos de congestionamento.

c) Gestão dos relacionamentos: aplicações que fazem uso da inteligência coletiva que de acordo com Avgerou (2016), surge através da interação de indivíduos numa cidade inteligente que interagem com suas casas, conhecidos, familiares e órgãos do governo. Pode-se dizer que é uma evolução das redes de relacionamento numa cidade.

d) Gestão de pessoas: conjunto de dados e informações que mostram o conhecimento dos participantes que podem ser filtrados por ferramentas de forma a aproveitar melhor os recursos de uma companhia que pertença a uma cidade inteligente. Também no âmbito da gestão de pessoas, a tecnologia de Big Data pode ajudar no aumento e retenção de bons funcionários, reduzindo gastos médicos e na avaliação das habilidades em falta ou a serem desenvolvidas.

Benefícios e oportunidades

Quando temos cidades conectadas utilizando os benefícios de uma integração através do Big Data, podemos observar melhorias que vão desde a sustentabilidade até a segurança pública, melhorando com isso a qualidade de vida da população, a gestão inteligente da infraestrutura e dos recursos naturais. De acordo com o que foi observado em Al Nuaimi (2015), muitas cidades estão com esperança de colher alguns dos benefícios econômicos, ambientais e sociais e terem como resultado oportunidades que são possibilitadas pelo uso da análise de dados e aplicações para as cidades inteligentes. Abaixo seguem alguns benefícios que as cidades mais inteligentes podem trazer:

a) Melhor uso dos recursos: coleta inteligente do lixo; monitoramento da água e da energia de forma a minimizar o desperdício;

b) Melhor qualidade de vida: melhora do planejamento dos espaços urbanos; disponibilidade de informações sobre trânsito, segurança e meio ambiente, para a tomada de decisões com antecedência;

c) Aplicações de big data para o diagnóstico de doenças e/ou epidemias; elaboração do histórico de pacientes de forma que o mesmo leve para onde quiser sem precisar repetir a mesma informação para cada médico onde for realizar uma consulta;

d) Transportes urbanos: otimização de rotas garantindo a mobilidade urbana com mais eficiência;

e) Prédios inteligentes: utilização dos recursos de água, esgoto e eletricidade de forma otimizada. Melhoria da segurança e instalações.

Conforme menciona Al Nuaimi (2015), as oportunidades para alcançar estes benefícios estão disponíveis, porém, as cidades precisam realizar maior investimento em tecnologia, desenvolvimento e uso do Big Data. Um ponto relevante é a necessidade de definição de políticas para garantia da precisão dos dados, qualidade, segurança, privacidade e controle.

Além disso, a tecnologia pode ser útil no monitoramento dos recursos naturais com o objetivo final de aumentar a sustentabilidade.

Requisitos para implementação

Considerando a implementação do Big Data nas cidades inteligentes, ainda existem esforços a serem realizados para o design e desenvolvimento. Requisitos são identificados com base no tipo das aplicações do Big Data e nas mudanças que estes implementam nas cidades inteligentes. Os requisitos podem ser divididos da mesma forma que é feito para desenvolver aplicações com a conscientização das pessoas e dos órgãos, além dos desafios tecnológicos.

De acordo com o observado em Al Nuaimi (2015) e Biswas (2017) temos:

a) gerenciadores de Big Data: ferramenta que garanta um uso eficiente e adequado das informações;

b) plataformas para o Big Data: como exemplo, o Apache Hadoop e a possibilidade de execução ou processamento na nuvem (Cloud Computing) o que possibilita o acesso de qualquer lugar;

c) redes inteligentes interligando casas, celulares, carros, edifícios e pessoas;

d) algoritmos de inteligência artificial que possibilitam um aprendizado contínuo para as aplicações com base no Big Data;

e) tecnologias abertas: interação com milhares a milhões de pessoas. Necessário que a tecnologia esteja ao alcance de todos de forma que tenha flexibilidade para “upgrade” de plataformas com fácil aprendizado.

f) segurança e privacidade para os dados pessoais de forma que não sejam capturados indevidamente;

g) conscientização da população das cidades afetadas pelas transformações tecnológicas e estruturais.

Conclusão

Pode-se destacar a importância do uso do Big Data aplicado as cidades mais inteligentes e algumas soluções previstas para a mobilidade que podem evidenciar novas percepções dos diversos atores envolvidos no ecossistema das chamadas Smart Cities.

A revisão da literatura permitiu uma análise das abordagens teóricas sobre o assunto e a verificação de possíveis estudos de caso. A aplicação do Big Data ficou demonstrada como fator preponderante para as cidades inteligentes e centros urbanos, pois as aplicações de Big Data podem auxiliar no processo de inovação esperado para as cidades.

O monitoramento das informações em tempo real pode fornecer as opiniões e percepções dos indivíduos envolvidos com o planejamento das cidades. O estudo de caso buscará responder aos problemas da cidade para questões ligadas a aplicações voltadas a mobilidade.

Por fim, novos mecanismos de gestão para as cidades podem ser desenvolvidos com o objetivo de possibilitar aos gestores pensarem sobre aprendizado, colaboração, tecnologia e inovação. Considerando os aspectos abordados, pode-se dizer que os objetivos iniciais do estudo foram alcançados pois, no entendimento dos autores, a literatura confirmou que o Big Data pode ser utilizado para o desenvolvimento de melhorias para a mobilidade urbana.



Referências:

https://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/key/zP0kup4VDTBmbD

https://www.linkedin.com/pulse/big-data-e-smart-cities-andr%C3%A9-machado-koutsoukos/



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