智慧的正确配方:在物联网中加入少许人工智能

智能城市已经在使用实时数据来改善运营。智能和边缘计算的加入使“智能”概念超越了便利性，进入了提供保护、节省成本并为可持续未来做出贡献的自主和自动化系统领域。

一个由美国大学组成的团队，由位于匹兹堡的卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的都市21:智慧城市研究所(Metro21:Smart Cities Institute)领导，与社区和开发商合作开发和部署智慧城市项目。这些研究项目催生了现实世界的应用、技术，甚至衍生出了公司。

匹兹堡市的扫雪机就是一个例子。司机们被发给配有数字地图和声音指示的ipad，以取代他们一直使用的纸质地图。动态系统不仅提醒司机道路封闭，并建议最佳绕路路线到达目标社区。它还会根据天气条件的变化来根据需要增加或减少盐的用量。据报道，该市在盐的使用上节省了100万美元(79万英镑)。即使算上重新校准撒盐器的费用，市长比尔·佩杜托说:“这项技术已经收回了成本，只会年复一年地带来更多的节省。”

道路数据是通过Surtrac收集的，Surtrac是Metro21的分拆公司RapidFlow Technologies开发的技术。它使用人工智能(AI)、机器学习(ML)以及来自雷达和摄像头的交通数据，使其能够实时适应不断变化的交通状况。Surtrac不局限于主干道，能够优化汽车、公共汽车、自行车和行人的路线。它已被证明可以减少多达25%的旅行时间，减少40%的交通信号等待时间，减少20%的排放。

同样的交通规划也被Metro21的执行董事凯伦•莱特曼(Karen Lightman)描述为“一个解决现实问题的智慧城市项目”。在匹兹堡郊外的一个地区，一个送餐项目确保了有资格获得免费校餐的儿童仍然能得到免费校餐，尽管学校因Covid-19大流行而停课。Metro21创建了一种机器学习算法来绘制路线，其中包括儿童住宅步行距离内的现有公交站点。> <收件人的数据被“清洗”干净，因此没有个人或家庭的身份，但地理编码数据被用于优化这个特殊山区的路线。司机可以提供反馈，比如确定一个更好的十字路口停车送货，以进一步改善服务。

这引入了人类反馈回路的元素，以改进路线算法和供应链，因为司机也能够确认已经收集的餐食数量。

莱特曼解释说:“人们必须信任物联网，所以我们正在考虑将人的反馈回路构建到物联网中。”“随着事情变得越来越自动化，最终实现自主，如果你没有人类的反馈回路，‘事物’就会为‘事物’而不是为人类而优化。”

例如，如果您请求一项服务，自动化系统可能会回答“不方便”，除非您想支付额外费用。莱特曼说，人类的反馈回路增加了评估，为代理提供了一些选择。

功耗、互联性和宽带接入是有效物联网的重要组成部分。边缘计算不是将捕获的数据存储在云中并从云中发送，而是在网络边缘的设备上处理数据。这是一种更安全、更节能的方法，只传输部分信息。莱特曼指出，还有一个环境因素，因为200英里以外的地方不需要超级计算机。

她承认:“我们还没有走到那一步，这让我有点气馁。”“我知道我们有技术能力。我们正在演示边缘计算的用例，但我们离广泛采用还很远，因为我们没有所需的基础设施。宽带还是需要的。”

法国网络运营商Sigfox采取了不同的方法。它提供了一个旨在承载来自物联网设备的小数据有效负载(12字节)的网络。例如，这足以传输温度、湿度或GPS坐标。Sigfox的物联网代理总监劳伦特·苏比埃勒(Laurent Soubielle)解释说:“这是少量数据，但尽可能广泛。”“没有配对，没有IP地址，没有移动网络，”他说。该网络使用部分ISM(工业，科学，医疗)带宽，因此它是一个全球免费频谱。“我们说我们不需要高速公路来骑自行车，”Soubielle说。他补充说，它还能抵御噪音。

由于没有网络连接，功耗最小化。它不像传统的移动设备那样与网络对话，因为它会发送信息，然后准备连接。使用Sigfox网络，设备打开射频模块，发送消息，然后关闭。这种短暂的交换节省了电力，并确保电池寿命是可预测的。

“我们的目标是连接世界，”Soubielle宣称。该公司在72个国家提供Sigfox1网络，拥有1700万台注册设备。它还与欧洲通信卫星组织合作支持0G网络，使用ELO(欧洲通信卫星组织近地轨道物体)纳米卫星覆盖包括海洋在内的偏远地区。

“物联网不分国界，它不局限于一个国家，”Soubielle说。由24颗纳米卫星组成的星座将专门用于现有网络无法解决的偏远地区或特定用例。

在津巴布韦，西格福克斯基金会(Sigfox Foundation)更换了用于监控犀牛的追踪设备，因为它们被偷猎者黑客攻击，从而暴露了动物的位置。在犀牛角中插入一个带有GPS跟踪器的小型传感器，“现在犀牛说话”项目能够通过安全的Sigfox网络每天发送三个信号来跟踪犀牛。在该地区的山顶上部署了三个基站，使用太阳能电池板为网络供电。Soubielle继续说，下一步是拆除大门，用卫星覆盖该地区，这样任何不寻常的位置或活动都能及时被发现，以便有人调查这是否由偷猎者造成。

同样的0G技术也被用于跨海洋扩展物联网。普拉斯蒂莫是一家为水手生产救生衣的法国公司。它将集成一个混合地理定位设备，可以从有Sigfox陆地网络的海岸线跟踪数十公里，随着ELO星座的使用，跟踪范围将更广。低功耗意味着不需要额外的电池，这可能会影响救生衣的重量或合身度。

Covid-19大流行使得人们对任何可以避免人类接触的设备的兴趣都有所上升。IDTechEx研究总监Khasha Ghaffarzadeh博士认为，大流行正在加速自动化的发展。他说:“任何可以实现无接触物流链的东西都是值得关注的。”

在封锁措施下，机器人已在各城市投入使用，用于食品配送服务、非接触式信息以及安全和卫生。

美国一些州经常使用人行道送货机器人，Deliveroo在英国也进行了试点。星际飞船人行道机器人出现在米尔顿凯恩斯的街道上。这样的机器人会被持续监控，如果它需要过马路或找个地方“停车”，就会由人来控制。它们的速度被限制在6公里/小时(3.7英里/小时)左右。

如今，他们依靠算法来导航和使用摄像头来了解当地区域，摄像头比激光雷达(光探测和测距)技术便宜，但其性能可能受到天气条件的影响。人行道或人行道机器人主要局限于已知环境，运送相对低价值的物品。随着时间的推移，机器人可能会用于网上订购的商品，购买者在手机上收到一个代码，当机器人的集装箱到达时，就可以解锁。

Ghaffarzadeh认为，一旦消除了可能破坏激光雷达系统的盲点，该行业将需要改进集装箱的设计(以装载更多的货物)、电池容量和航程。他很乐观，相信“在5到10年的时间里，人行道上的机器人将完全自主”。

机器人的用途也在改变。中国农业机器人公司XAG已经部署了R80作物喷洒机器人来为公共区域消毒。该机器人最大限度地减少了与人类的接触，以防止疾病的传播，并可以通过其360°旋转的喷射喷嘴系统地对大范围进行消毒，以完全覆盖3D物体。它预先编程的路线覆盖了卡车无法通过的区域，使用传感器导航。

物联网可能是一项成熟的技术，但边缘计算、人工智能和机器学习的加入将增强互联环境，创造一个在提高生活质量的同时吸引人类的环境。