Tecnologie e applicazioni GIS per smart community

Dopo aver illustrato caratteristiche, opportunità di mercato, profili professionali e prospettive di sviluppo della “Rivoluzione geo-digitale”, iniziamo a percorrere il ponte che abbiamo cercato di gettare tra “high level thinking” degli specialisti del settore e sensibilizzazione di massa per creare consapevolezza sulla disponibilità sempre crescente di tecnologie e applicazioni di supporto e facilitazione della vita quotidiana. Abbiamo infatti mostrato come la geo-spatial revolution stia offrendo crescenti opportunità e prospettive di mercato, e uscendo dalla specializzazione verticale di nicchia degli esperti di settore è possibile identificare e sviluppare applicazioni e soluzioni “trasversali” – sia business to business (B2B) che business to consumer (B2C) – sempre più efficienti ed efficaci per l’utilizzazione di massa e il miglioramento della qualità della vita: smart community, sicurezza, e-health, pianificazione di reti e servizi che sarannooggetto di questo e dei prossimi post.

È bene sottolineare come la tecnologia sia una componente essenziale per la fornitura di servizi sempre più user friendly e smart, ma da sola non sia sufficiente. Le comunità diventano ‘intelligenti’ quando la tecnologia incontra le persone e i luoghi, per costituire un ecosistema di processi, tecnologie e sistemi in grado di migliorare i luoghi stessi e la vita di coloro che vi risiedono. L’Amministrazione non dovrebbe essere più vista come a se stante, ma i cittadini dovranno essere stimolati nel contribuire al raggiungimento delle aspirazioni delle loro comunità attraverso iniziative di collaborazione. Il fattore umano assume pertanto un peso determinante, il cittadino dovrà assumere un ruolo proattivo e non passivo (“consum-attore”) onde contribuire alla reale trasformazione del settore pubblico e privato: solo a quel punto i sistemi di informazione geografica – geographic information system (GIS) – potranno ed rappresentare il contesto tecnologico vitale per sostenere e supportare il processo decisionale, informare l’opinione pubblica e aiutare a definire e realizzare politiche, piani e futuro.

I sistemi GIS rappresentano opportunità di sviluppo delle smart community, ma allo stesso tempo sfide per tutti noi, attori necessariamente non passivi nella visione delle comunità intelligenti. Storicamente, i prodotti GIS erano sviluppati ed utilizzati da specialisti e analisti che lavorano ‘isolati’ dal resto della cittadinanza, astraendosi dai reali bisogni (sovente inespressi) della collettività, in una sorta di autoreferenzialità che relegava l’informazione geografica agli esperti del settore (sostanzialmente di nicchia). Col passare del tempo, questi specialisti hanno compreso l’importanza di interloquire maggiormente con altri esperti di settori adiacenti e via via in aumento, fino ad connettersi via web con individui e comunità per la condivisione di informazioni geografiche, anche a due vie, attraverso user generated content (UGC), abbattendo le barriere tra esperti, cittadini e stakeholder (istituzionali e privati).

Figura 1. Geographic Information System (GIS)

Da questa immagine si evince come GIS integri hardware, software e dati per l’acquisizione, gestione, analisi e visualizzazione delle varie tipologie di informazioni geograficamente riferite ad un territorio. La tecnologia GIS aiuta a rispondere alle domande e risolvere i problemi, consentendo di processare e comprendere i dati in molti modi, visualizzando relazioni, schemi e tendenze sotto forma di mappe, rapporti e grafici. Se visualizzati nel contesto geografico, i dati di un territorio vengono più facilmente compresi e condivisi. Inoltre, la tecnologia GIS può essere integrata in qualsiasi framework di Sistema Informativo Territoriale (SIT), e aggiungendo ‘intelligenza’ sui dati (“carburante”) e capacità di effettuare analitiche (“motore”), si possono derivare sintesi predittive, aiutando a definire strategie e pianificazioni di sviluppo.

Come indicato nell’immagine sopra, GIS ha la capacità di integrare i dati da più fonti, presentarli visivamente usando l’elemento geografico come comune denominatore delle varie fonti di dati, e aiutare a comprendere schemi e relazioni tra flussi di dati. Processi decisionali basati su quanto sopra sarebbero molto efficaci per la conversione in città intelligenti di città esistenti (“brownfield”) o nel corso dello sviluppo di nuove città (“greenfield”).

Oltre a consentire alle città di essere più efficienti ed “ecologiche”, GIS può svolgere un ruolo fondamentale nel consentire un’interfaccia governativa in cui i cittadini possano condividere suggerimenti e lamentele, commentare lo stato delle infrastrutture cittadine e comprendere le misure correttive adottate dalle Autorità preposte. I cittadini possono anche accedere ai piani generali della città e condividere le loro opinioni sulle attività di sviluppo proposte.

GIS può aiutare nella pianificazione, progettazione, esecuzione e gestione di varie funzioni di una entità geografica qual è una città intelligente. Sistemi e processi GIS-based potrebbero essere di aiuto nella collaborazione tra i vari attori coinvolti in tutte le fasi del ciclo di vita: pianificazione, progettazione, realizzazione, dispiegamento, gestione patrimoniale, operazioni, sviluppo e manutenzione, gestione di situazioni di interruzione e in caso di emergenza. E ancora, nella costruzione di edifici intelligenti e “verdi”, interfacciando GIS con le soluzioni building information modeling (BIM). Sviluppi ormai acquisiti nelle tecnologie 3D, GIS per esterni ed interni, realtà aumentata / virtuale, … consentono la creazione di modelli di città digitali intelligenti e interattivi che rendono più agevole per gli urbanisti creare scenari “what if”, mettendoli in condizione di stimare l’impatto a breve, medio e lungo termine delle varie opzioni di pianificazione.

Una struttura basata su GIS può monitorare e ‘tracciare’ una serie di indicatori tra cui l’uso totale di energia, la domanda d’acqua, i rifiuti prodotti, le emissioni di gas a effetto serra (green house gases, GHG), che possono essere modellate per valutare l’impatto di singoli edifici, blocchi di edifici o intere comunità. Varie strategie di conservazione di energia (o acqua) possono essere ricombinate e modellate per mostrare, ad esempio, l’impronta di anidride carbonica, nonché i costi di sviluppo, manutenzione e gestione nel tempo di determinati schemi progettuali.

GIS come tecnologia abilitante costituisce il nucleo del design, sviluppo, esecuzione e gestione delle comunità intelligenti, sia brownfield che greenfield. GIS può essere la piattaforma per lo scambio di informazioni e l’interazione tra cittadini e gestori pubblici. Le moderne tecnologie, tra cui una varietà di sensori internet of things (IoT) e reti ad alta velocità (e.g. ultrabroadband in fibra o l’imminente dispiegamento del wireless 5G) possono fornire dati in tempo reale al GIS per una migliore gestione delle città intelligenti, utilizzando le relative applicazioni, in tempi estremamente rapidi e con prestazioni e funzionalità uniche, in vari settori, come ad esempio:

• pianificazione urbana intelligente
• smart utilities
• trasporto intelligente
• smart public works
• coinvolgimento dei cittadini

Più in dettaglio, esaminiamo brevemente possibili applicazioni GIS nel settore delle smart city.

Pianificazione dell’uso dei terreni

• Inventario di aree di zonizzazione, pianure alluvionali, parchi industriali, usi del suolo, alberi, spazi verdi, ecc.
• Analisi della percentuale di terreni utilizzati in ciascuna categoria, livelli di densità per quartieri, vicinanza alle strutture residenziali, prossimità a usi di terreno a rischio…
• Valutazione del piano di utilizzo del territorio: crescita stimata della popolazione residenziale, commerciale e industriale, in base alle caratteristiche demografiche locali

Utilities e infrastrutture

• Inventario di strade, marciapiedi, ponti, reti di servizi pubblici…
• Informazioni sugli attributi: denominazione, posizione, stato della manutenzione…
• Analisi delle condizioni delle infrastrutture in base a variabili demografiche, per esempio il reddito
• Pianificazione della manutenzione periodica ed espansione in base al carico futuro stimato

Trasporto intelligente e gestione dei rifiuti solidi

• Analisi delle potenziali carenze di capacità di trasporto in base allo sviluppo in determinate aree, e/o identificazione delle aree di sviluppo in base alla capacità disponibile
• Identificazione delle rotte di autobus, capacità e condizioni stradali, apparecchiature del sistema di segnalazione, schemi di incidenti per tipo di sito, ecc.
• Identificazione di potenziali meccanismi alternativi di flusso del traffico
• Instradamento ottimale delle ambulanze in relazione alle esigenze di pickup di area, efficienza di routing, siti di destinazione, ecc.
• Identificazione delle rotte, capacità, organico di furgoni per area, discariche e siti di riciclaggio, onde decidere dove posizionare i programmi/siti di riciclaggio

Salute

• Identificazione dei luoghi di persone con particolari problemi di salute: analisi spaziale, serie storiche della diffusione delle patologie, ecc.
• Associazione delle patologie con le condizioni ambientali: ad esempio vicinanza a strade con traffico pesante potenzialmente generatrici di inquinamento
• Utilizzo di analitiche per identificare possibili cause spazio-temporali di malattie e patologie specifiche

Forze dell’ordine

• Inventario delle stazioni di polizia, crimini, arresti, condannati, vittime ecc.
• Profili delle vittime in relazione alle popolazioni residenziali
• Tracciamento delle operazioni di polizia e delle auto di pattuglia
• Ubicazioni dei sistemi di sicurezza, presenza delle forze e stazioni di polizia disponibili in relazione al tasso di attività criminali
• Riallocazione di strutture di polizia in aree in cui si ritiene probabile che siano più efficaci

Monitoraggio ambientale

• Inventario dei rischi ambientali in relazione a risorse vitali, per esempio acque sotterranee
• Fonti di inquinamento, analisi dei tassi di diffusione e livelli di inquinamento cumulativo
• Sovrapposizioni di inquinanti in aree a effetto combinato potenzialmente negativo, e piani specifici di riduzione dell’inquinamento
• Modellazione di potenziali danni ambientali e relative durate stimate in specifici territori ed aree locali

Gestione dei flussi e delle emergenze

• Posizione delle principali vie di fuga da emergenze, della loro capacità di flusso del traffico e di punti critici di pericolo
• Analisi dei potenziali effetti delle emergenze su mobilità, flussi di traffico, inondazioni…
• Stima degli effetti di strutture di emergenza in particolari luoghi e capacità di risposta

Come esempi di implementazione di alcuni item citati sopra, ESRI, uno dei leader mondiali delle tecnologie GIS, ha curato nel Regno Unito uno dei più grandi progetti infrastrutturali in Europa (Cross Rail), fornito un’applicazione di mappatura delle infrastrutture alla municipalità di Londra e strumenti online per le consultazioni pubbliche nel Comune di Leeds, ponendo altresì le premesse per un nuovo modello di collaborazione nel Consiglio comunale di Glasgow. Sono stati sviluppati strumenti user friendly per utenti non esperti, migliorando la tecnologia web per consentire a comunità e organizzazioni di condividere informazioni in tempo reale e in modo sicuro, prerequisito affinché pubblico e privato, cittadini e Istituzioni, Università e centri di ricerca collaborino in partnership, proponendo soluzioni, segnalando problemi (ad es. illuminazione stradale difettosa, posizione delle buche, ecc.), in modi geospazialmente intelligenti, su cui agire in modo efficiente ed efficace.

In conclusione, è dimostrato come, uscendo dalla specializzazione verticale di nicchia degli esperti di settore, sia possibile identificare e sviluppare applicazioni e soluzioni sempre più efficienti ed efficaci per il miglioramento della qualità della vita, focalizzando in particolare il tema delle smart community.

Come si diceva all’inizio, possibili aree applicative riguardano sia soluzioni business to business (B2B) – come ad esempio il Sistema Informativo Nazionale Federato delle Infrastrutture (SINFI), una sorta di spatial data infrastructure (SDI) tematica – che business to consumer (B2C) e miste, come ad esempio nei settori:

• telemedicina / e-health
• agricoltura di precisione / allevamenti 4.0
• valorizzazione / promozione dei beni culturali
• sicurezza / controllo flussi
• satellite-supported data acquisition & cross-sector utilization e molti altri.