4. Strumento 4 - Smart Area: servizi digitali territoriali avanzati¶
Versione 1.0 del 21/12/2023
Obiettivo
Il documento fornisce alcuni principi generali alle amministrazioni pubbliche che intendono dotare il proprio territorio di una infrastruttura digitale avanzata definita «Smart Area» con l’obiettivo di erogare, a cittadini e imprese servizi digitali negli ambiti: trasporti, sicurezza, risparmio energetico ed in generale per il miglioramento della qualità della vita del territorio.
Destinatari
Enti territoriali quali: comuni, province, città metropolitane e regioni, comunità montane, comunità isolane, unioni di comuni e consorzi fra enti territoriali.
Crediti
Il documento è stato redatto in collaborazione con il Comune di Modena e l’Università di Modena e Reggio Emilia sulla base dell’esperienza maturata nell’ambito del MASA - Modena Automotive Smart Area.
4.1. Glossario¶
- Smart Area
- Zona territoriale dotata di una infrastruttura digitale progettata per erogare servizi finalizzati a migliorare la mobilità, la sicurezza, il risparmio energetico, la qualità ambientale e, in generale, la qualità della vita dei cittadini.
- ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).
- I sistemi avanzati di assistenza alla guida sono dispositivi elettronici in grado di aumentare la sicurezza degli autoveicoli attraverso protezioni di tipo attivo. I sistemi di guida autonoma sono classificati su una scala da 0 a 5, dove 0 indica il controllo totale del veicolo da parte del guidatore e 5 rappresenta la guida completamente autonoma.
- Edge computing
- Modello di elaborazione dei dati che sposta la potenza di calcolo e l’elaborazione delle informazioni il più vicino possibile alla fonte dei dati. L”Edge computing, invece di inviare i dati a un cloud remoto per l’elaborazione, esegue le operazioni direttamente «sul campo», vicino ai dispositivi o alle sorgenti di dati. Gli edge nodes sono i nodi di elaborazione periferici di una architettura di edge computing.
- GPU (Graphics Processing Unit)
- Le Unità di Elaborazione Grafica sono processori progettati principalmente per gestire e accelerare le operazioni legate alla grafica, inclusi calcoli complessi necessari per la visualizzazione di immagini e video. Le GPU sono anche utilizzate come acceleratori computazionali in applicazioni di intelligenza artificiale e machine learning.
- HPC (High-Performance Computing)
- Il Calcolo ad Alte Prestazioni consente di elaborare grandi quantità di dati e risolvere problemi computazionalmente intensivi in tempi relativamente brevi. I sistemi HPC sono utilizzati per applicazioni che richiedono una notevole potenza di calcolo.
- RSU (Road Side Unit)
- Componente di un’infrastruttura intelligente. La RSU è un apparato installato lungo le strade che fornisce connettività e comunicazione tra i veicoli (V2V, Vehicle-to-Vehicle) e tra i veicoli e l’infrastruttura stradale (V2I, Vehicle-to-Infrastructure). Le RSU sono generalmente dotate di tecnologie di comunicazione wireless e possono essere integrate con sensori e dispositivi che supportano funzionalità per la gestione intelligente delle strade come il rilevamento del traffico o degli agenti inquinanti.
- VRU (Vulnerable Road Users)
- Letteralmente: Utenti Vulnerabili della Strada. Questo termine si riferisce a persone che, a causa della loro presenza sulla strada e delle loro caratteristiche fisiche, sono particolarmente esposte al rischio di incidenti stradali. Gli utenti vulnerabili della strada includono: disabili, bambini, anziani, pedoni, ciclisti, motociclisti scooteristi, utilizzatori di veicoli leggeri.
- V2X o V2I
- Comunicazione bidirezionale tra veicoli connessi ed elementi della città e della mobilità
4.2. Principi generali¶
4.2.1. Infrastruttura¶
Una Smart Area è una zona urbana dotata di una avanzata infrastruttura digitale progettata per erogare servizi a cittadini e imprese al fine di migliorare e ottimizzare diversi aspetti della vita urbana. Le componenti chiave di questa infrastruttura includono:
- Connettività avanzata
- Connettività Wired: Utilizza fibre ottiche per garantire una connessione ad alta velocità e affidabile, facilitando la trasmissione rapida di dati.
- Connettività Wireless: sfrutta tecnologie come ad esempio 4G, 5G, LoRa e 4G Narrowband per fornire reti wireless efficienti e accessibili, consentendo la connessione di dispositivi e servizi in modo rapido e flessibile.
- Sensoristica avanzata
- Sensori in tempo reale (Smart Camera): integra telecamere intelligenti e dispositivi in grado di catturare e analizzare istantaneamente informazioni visive, migliorando la sorveglianza, la sicurezza e fornendo dati immediati su eventi o situazioni specifiche.
- Sensori non in tempo reale (sensori ambientali, contatori): include dispositivi di rilevamento ambientale e contatori che monitorano vari parametri nel corso del tempo. Questi sensori forniscono dati utili per analisi a lungo termine, consentendo la valutazione delle condizioni ambientali, dei flussi di persone o di altri parametri specifici.
- Elaborazione avanzata
- Elaborazione ad alte prestazioni (HPC e GPU): sfrutta potenti sistemi di elaborazione per gestire complessi calcoli e analisi dati ad alta velocità, consentendo una risposta rapida e una gestione efficiente delle informazioni.
- Nodi Edge e Data Center: Implementa nodi di elaborazione distribuiti sul territorio (edge nodes) e centri di dati centralizzati per gestire la raccolta, l’elaborazione e lo stoccaggio dati. Questa architettura consente una distribuzione efficiente delle risorse di calcolo, riducendo la latenza e ottimizzando la gestione delle informazioni.
L’integrazione di queste tecnologie in una Smart Area contribuisce a creare un ambiente urbano più sicuro e connesso, migliorando la qualità della vita dei cittadini e consentendo l’innovazione nei servizi urbani.
Le tecnologie impiegate consentono anche la comunicazione bidirezionale tra elementi della città e della mobilità, come pedoni e ciclisti, con veicoli dotati di dispositivi ADAS di livello 3 e 4 (V2X).
Tra le possibili tecnologie impiegate nella Smart Area, si citano ad esempio le telecamere intelligenti per il riconoscimento di ostacoli, operanti con software di intelligenza artificiale, e sistemi di video analisi per implementare soluzioni di «Smart Parking».
Le amministrazioni sono tenute a gestire le informazioni raccolte da una infrastruttura di tipo Smart Area garantendone l’anonimato, nel rispetto della normativa vigente, al fine di preservare la privacy dei cittadini.
4.3. Casi d’uso¶
Di seguito sono delineati alcuni casi d’uso realizzabili in una Smart Area, sulla base dell’esperienza del MASA.
4.3.1. Parcheggio Intelligente (smart parking)¶
Un insieme di unità intelligenti («Road side unit» RSU) distribuite nella Smart Area è in grado di identificare in tempo reale gli spazi liberi, distinguendo le aree adibite a spazio di sosta. Le informazioni sulla disponibilità dei parcheggi sono istantaneamente comunicate agli utenti attraverso un’app dedicata. Il sistema fornisce le informazioni necessarie per il servizio di prenotazione dei parcheggi, e consente l’ottimizzazione del flusso del traffico, semplificando la ricerca di aree di sosta.
4.3.2. Parcheggio automatico (valet parking)¶
Parcheggio automatico (valet parking). Le telecamere intelligenti della Smart Area consentono di raccogliere metadati utili a potenziare il sistema di percezione dei veicoli a guida autonoma consentendo operazioni di parcheggio automatico.
4.3.3. Rilevamento ostacoli (obstacle detection)¶
Il sistema di unità intelligenti («road side unit») è in grado di individuare in tempo reale la presenza di ostacoli e soggetti vulnerabili (VRU) presenti nell’area monitorata. Il sistema individua, segue, classifica e geolocalizza con precisione i veicoli e pedoni, comunicando in tempo reale tali informazioni a guidatori e mezzi dotati di una app dedicata. Inoltre, tali informazioni migliorano i sistemi di percezione dei veicoli dotati di ADAS. L’applicazione consente di aumentare la sicurezza stradale e di ridurre il rischio di incidenti legati alla presenza di ostacoli e pedoni in angoli ciechi del veicolo, la presenza di pedoni che sopraggiungono dietro autobus e veicoli di grandi dimensioni, incroci pericolosi a scarsa visibilità.
4.3.4. Strade verdi (green routes)¶
I dati raccolti in tempo reale consentono di schedulare al meglio le velocità dei veicoli al fine di ottimizzare traffico, consumo di carburante, rischio. I suggerimenti di guida sono inoltrati dall’infrastruttura ai veicoli e ai guidatori mediante una apposita app. Le informazioni raccolte possono essere utilizzare nello scheduling delle temporizzazioni semaforiche e la gestione attiva del traffico attraverso «smart semaphore» controllabili dal sistema. L’infrastruttura consente di introdurre veicoli a guida autonoma/assistita come agenti per la regolazione del traffico.
4.3.5. Analisi dei flussi di traffico (traffic flow analysis)¶
L’infrastruttura della Smart Area consente di registrare con elevata frequenza (il MASE fino a 10 volte al secondo) la posizione di tutti i veicoli e pedoni presenti nell’area monitorata alimentando un database a granularità molto fine per l’analisi di traffico. Tali informazioni dettagliate forniscono uno strumento fondamentale per la stesura dei piani urbani di mobilità.
4.3.6. Analisi dell’inquinamento (pollution analysis)¶
L’inserimento nelle «road side unit» di sensori per l’analisi degli agenti inquinanti (PM2.5, PM10, T/H e VOC/NOx) consente di correlare i dati di traffico con le emissioni inquinanti ed il loro impatto a breve e lungo termine. Tali dati permettono di fornire ai veicoli e ai conducenti informazioni per ottimizzare lo stile di guida al fine di ridurre glia genti inquinanti. Inoltre, i dati raccolti possono alimentare un sistema per la limitazione selettiva degli accessi alle zone maggiormente sensibili in termini di traffico e di inquinamento. La disponibilità di tali dati offre l’opportunità di sviluppare applicazioni avanzate ed innovative. Nel contesto del MASA è in fase di valutazione la creazione di un’applicazione che utilizza la gamification per promuovere comportamenti virtuosi, ad esempio fornendo accesso a Zone a Traffico Limitato (ZTL) e sconti sui parcheggi come incentivi.
4.3.7. Guida connessa (connected drive V2V, V2X)¶
Le «road side unit» possono integrare i sistemi di comunicazione mobile attraverso soluzioni a basso costo che coprono l’eterogeneità dei protocolli: C-V2X, DSRC, WiFi, 4/5G/LTE. Ciò consente di poter valutare la migliore soluzione tecnologica per la comunicazione V2X in relazione a facilità di installazione, costi, latenze, banda e programmabilità.
4.3.8. Guida autonoma (autonomous driving)¶
L’infrastruttura Smart Area consente di sperimentare applicazioni avanzate e innovative nell’ambito della guida autonoma. Un esempio sono i sistemi di planning che regolano la velocità e la traiettoria del veicolo dotato di ADAS in relazione alla confidenza di percezione dell’ambiente circostante. Questi strumenti sono utili nei casi in cui il veicolo non sia in grado di valutare cosa ci sia dietro ad un ostacolo, un autobus, un incrocio. L’infrastruttura Smart Area può fornire al sistema di guida autonoma informazioni utili a valutare il rischio di una determinata manovra, la velocità opportuna e la distanza di sicurezza da mantenere.
4.4. Strategie di implementazione per una Smart Area: linee guida generali¶
L’implementazione di una Smart Area da parte di una pubblica amministrazione richiede una pianificazione integrata e l’attuazione di diverse fasi. Di seguito sono fornite alcune linee guida generali:
- Analisi delle esigenze e coinvolgimento degli stakeholder:
- Identificare le esigenze della comunità e delle aziende locali ed individuare i casi d’uso.
- Coinvolgere gli stakeholder chiave, tra cui cittadini, imprese, organizzazioni non profit e altri attori locali.
- Pianificazione Strategica
- Stabilire obiettivi chiari e misurabili per il progetto.
- Sviluppare una visione a lungo termine per la Smart Area.
- Stabilire un budget iniziale accurato considerando i costi associati all’acquisizione e all’installazione di tecnologie, sviluppo software, manutenzione, formazione del personale.
- Esplorare opportunità di finanziamento attraverso finanziamenti nazionali e comunitari (Funding for cities, Smart Cities Marketplace), partnership pubblico-privato.
- Considerare le opportunità offerte dal programma di procurement innovativo Smarter Italy.
- Infrastruttura tecnologica:
- Valutare e implementare l’infrastruttura tecnologica necessaria, inclusi sensori, reti di comunicazione, piattaforme software.
- Connettività
- Assicurarsi di avere una connettività affidabile e veloce per supportare le tecnologie Smart Area.
- Sicurezza dei dati:
- Garantire la sicurezza dei dati raccolti e implementare misure adeguate di protezione della privacy.
- Applicazioni e servizi
- Sviluppare applicazioni che abbiano un impatto immediato sulla qualità della vita dei cittadini.
- Collaborazione e standard:
- Collaborare con altre amministrazioni, aziende private e organizzazioni per favorire l’adozione di standard comuni.
- Monitoraggio e valutazione:
- Implementare sistemi di monitoraggio e valutazione per misurare l’impatto del progetto e apportare eventuali miglioramenti.
- Aggiornamenti continui
- Essere pronti ad aggiornare e migliorare costantemente il progetto in base all’evoluzione delle tecnologie e delle esigenze della comunità.
Queste linee guida possono variare a seconda delle specifiche esigenze e delle caratteristiche dell’amministrazione e del territorio coinvolto, ma forniscono una base per un approccio strategico all’implementazione.