Urban Intelligence

La crescente urbanizzazione e la concentrazione della popolazione in megalopoli, in combinazione con la generale diminuzione delle risorse disponibili e con gli effetti dei cambiamenti climatici, suggeriscono politiche di gestione intelligenti dell'eco‐sistema urbano. Fenomeni climatici più estremi in aree normalmente esenti stanno evidenziando una grande fragilità delle città e dei loro territori; anche le città italiane appaiono impreparate nella gestione dell'emergenze climatiche, poco strutturate ed efficienti nella gestione delle reti di servizi (energia, trasporti, ecc.) e che necessitano di progettare e introdurre sistemi integrati di funzionamento e gestione, inclusa la tutela, valorizzazione e fruizione del patrimonio storico‐culturale e di quello naturale. In sistemi urbani sempre più interconnessi, la capacità di predire in tempo reale gli effetti di eventi perturbativi, cruciale per limitare perdite umane ed economiche, sembra diventare una possibilità concreta.

Per questi motivi, è di importanza strategica per il Sistema Paese provare a costruire un sistema scientifico e tecnologico complesso che consenta da un lato di spiegare e predire scenari ed eventi futuri che impattino sulle comunità, e dall’altro di sviluppare ed orientare politiche di prevenzione dei rischi e di gestione “sicura” della città. La motivazione della proposta nasce dall'esigenza di sviluppare metodologie e strumenti scientifici e tecnologici di governance, innovativi e efficaci, che permettano la conoscenza, la gestione, la tutela e la cura degli agglomerati urbani, in particolare di grandi dimensioni.

Le competenze coinvolte nella proposta sono molteplici, e coinvolgono diversi dipartimenti del CNR: dall’ingegneria all’ICT, dalla matematica alle scienze ambientali e agroalimentari, dalle energie alternative ai nuovi materiali e ai materiali intelligenti, dalle tecnologie di conservazione e fruizione del patrimonio culturale aalle scienze umane e sociali, fino alla fisica (sistemi complessi). L’approccio, fortemente innovativo, è basato sullo sviluppo del concetto dei cosiddetti Gemelli Digitali, già introdotto in alcuni settori dell’ingegneria ma qui applicato alla urbanizzazione, e quindi fortemente esteso in dimensione e complessità.

Come prima risposta ai problemi descritti, molte autorità urbane stanno integrando il concetto di città intelligente nella loro visione di pianificazione urbana a lungo termine, cercando di digitalizzarne al massimo i processi. L’obiettivo ultimo è individuare e sviluppare sistemi integrati ed intelligenti di gestione che, utilizzando dati raccolti e informazioni ottenute da differenti fonti (sia da serie storiche che in tempo reale) offrano funzionalità di aggregazione e analisi in tempo reale dei dati, consentendo così ai gestori di apportare modifiche a breve e a lungo termine ai diversi sistemi e sottosistemi della città, in base alle esigenze di sicurezza e qualità della vita e alle necessità dell'utente, pianificando inoltre, in modo efficace, azioni di rigenerazione e riqualificazione urbana, e continuando a monitorare costantemente l’evoluzione dello stato dei sistemi.

Questo approccio è però solo una prima, parziale, risposta. L’urbanizzazione non è, infatti, semplicemente un fenomeno crescente ma rappresenta l’occasione per la crescita culturale, sociale e economica, sostenibile e inclusiva, del Sistema Paese. Il contributo dei centri urbani e dei loro cittadini sarà, infatti, sempre più importante nei prossimi anni, come anche delineato nella Nuova Agenda Urbana approvata nella Conferenza delle Nazioni Unite (Habitat III), svoltasi a Quito nel 2016. È sempre più chiaro che le possibilità di raggiungere uno sviluppo pienamente sostenibile dipenderanno da come, nel prossimo futuro, sarà gestita e guidata l'urbanizzazione e lo sviluppo delle grandi città: sarà necessario assicurare la sostenibilità ambientale promuovendo l'energia pulita e l'uso ragionevole dei terreni e delle risorse nello sviluppo urbano, proteggendo gli ecosistemi e la biodiversità, adottando stili di vita sani in armonia con la natura, promuovendo consumo sostenibile e modelli produttivi basati sui concetti della bioeconomia e dell’economia circolare, costruendo resilienza urbana, riducendo gli impatti di eventi ambientali catastrofici, adattandosi ai cambiamenti climatici mitigandone le conseguenze.

Il progetto Urban Intelligence nasce dalla profonda esigenza di garantire economie urbane sostenibili e inclusive che sfruttano i vantaggi dell'agglomerazione urbana ben pianificata ad alta produttività, competitività e innovazione. Ha l'obiettivo di orientare e supportare politiche urbane di gestione e partecipazione che garantiscano l'accesso alle infrastrutture e ai servizi sociali per tutti, l'alloggio, l'istruzione, l'assistenza sanitaria, le attività ricreative, un lavoro e un ambiente sicuro e che riducano il consumo di risorse naturali. In linea con il paradigma della Nuova Agenda Urbana, il progetto Urban Intelligence si propone di individuare processi, strumenti e tecnologie per uno sviluppo urbano resiliente: basato su:

- lo sviluppo di reti di servizi, dall’energia pulita alla mobilità, tramite l’uso di tecnologie digitali innovative ed integrate di pianificazione e gestione;
- lo sviluppo di tecnologie dell'informazione e della comunicazione che supportino strategie di governance incentrate sulla partecipazione pubblica e strumenti digitali, compresi i sistemi informativi geospaziali, per supportare la pianificazione e la progettazione urbana integrata a lungo termine;
- l'uso dei modelli propri dei sistemi complessi per il monitoraggio e l’analisi dei rischi, per migliorare la resilienza delle città alle catastrofi ed ai cambiamenti climatici (inondazioni, rischi di siccità, ondate di calore, ecc.), per migliorare la sicurezza alimentare e la nutrizione, la salute fisica e mentale, l’identità culturale, la qualità dell'aria domestica e ambientale, per ridurre il rumore, promuovendo insediamenti umani attraenti e vivibili, dando priorità alla conservazione delle specie endemiche e anche dei siti che sono patrimonio storico‐culturale.

Il CNR grazie alle sue competenze multidisciplinari, propone di ampliare il concetto di Smart City con la costruzione di Gemelli Digitali (un nuovo approccio già in fase di sviluppo in alcuni settori avanzati dell’ingegneria) applicati all’intera comunità urbana, ovvero sistemi digitali integrati e tecniche predictive analytics in grado di replicare virtualmente ed integralmente, evolvendo nel tempo, un sistema fisico, seguendone e simulandone lo sviluppo e la vita operativa, apprendendo e prevedendo il comportamento collettivo di agglomerati urbani. Questo permetterà a amministratori o singoli cittadini di valutare in tempo reale gli effetti dei cambiamenti sul sistema e scegliere le azioni conseguenti.

I Gemelli digitali per la città possono essere visti come un "ponte tra il mondo fisico e digitale", uno strumento che organizza e mette a sistema i dati raccolti sulla città e sulle sue componenti primarie (ambientali, sociali, fisiche, culturali, economiche), trasformando dati relativi a un oggetto fisico in un modello capace di apprendere attraverso la costruzione di scenari e di esperienza reale. Il progetto si propone in linea con gli approcci attuali del “Senseable city” del MIT (http://senseable.mit.edu) e dello Urban Intelligent Lab della New York University (http://www.urbanintelligencelab.org) di pensare ad un’intelligenza della città che conosce, modella, costruisce scenari e apprende per poi orientare politiche innovative. La città diventa sensibile, come quella di Carlo Ratti, direttore del laboratorio del MIT, ovvero capace di sentire e mettere più enfasi sul lato umano delle cose, superando l’aspetto strettamente tecnologico che prevale invece nella locuzione “smart city”, e che usa modelli e metodi computazionali per comprendere le interazioni dei sistemi fisici, naturali e sociali in ambienti urbani multi‐livello, dall'edificio al quartiere alla città. La creazione di un modello cyber, “identico” al reale, alimentato da informazioni continue, permette di prevedere scenari ed eventi futuri e quindi orientare azioni. Ad esempio: visualizzare quali aree potrebbero diventare troppo affollate, quali reti potrebbero avere problemi rilevanti in caso di un attacco informatico, o quali edifici sarebbero in pericolo in caso di inondazioni, stabilire le modalità migliori di risposta, e gestione di questi eventi, conoscere le vulnerabilità del territorio e prevenire i danni emergenti, con evidenti benefici sociali, economici e ambientali; orientare le azioni di manutenzione alle infrastrutture primarie e alle reti consentendo una forte diminuzione dei costi di manutenzione.

I temi che l’uso dell’approccio gemello digitale può facilitare, sono:

  1. La costruzione di eco‐sistemi sicuri, studiando la resilienza del sistema città e delle sue infrastrutture ad attacchi terroristici, cyber attacchi, eventi climatici;
  2. L’ottimizzazione delle dinamiche energetiche urbane; come l'infrastruttura fisica, le condizioni socioeconomiche, l'ecologia locale e il comportamento umano impattano per la produzione di energia e la qualità dell'aria nelle città. Attraverso il Gemello Digitale sarà possibile utilizzare i dati rilevati per orientare strategie di pianificazione e distribuzione, massimizzando l'efficienza energetica nella città, riducendo l'inquinamento atmosferico e migliorando la salute pubblica;
  3. La comprensione dei rapporti tra tessuto sociale, ambiente naturale, offerta culturale e struttura urbana, per comprendere il livello della qualità della vita, e in che modo l’ambiente costruito incide sulla qualità della vita;
  4. Lo studio e la proposta di processi di rigenerazione urbana e pianificazione delle città basate su sistemi di apprendimento complesso, modellazione di scenari per orientare politiche e azioni che rispondano, in tempo reale, alle esigenze di servizi, ottimizzazione nel consumo di risorse, miglioramento della qualità ambientale, miglioramento della qualità sociale e culturale e della resilienza urbana;
  5. Lo sviluppo di una cittadinanza consapevole e coinvolta nel processo decisionale urbano.

Articolazione delle attività:

Le attività del progetto sono articolare in tre gruppi principali:

  1. Conoscenza e costruzione del modello virtuale: individuazione di sottosistemi di analisi urbana, sulla base delle 4 componenti della qualità urbana (ambientale, sociale, economica, morfologica) e la conoscenza, attraverso l’insieme di tecnologie (cloud computing, IoT, Big Data, smart grid ecc.) riconducibili a domini diversi. Gli ambiti in cui si pone oggi maggiore attenzione sono legati alle soluzioni per: energy management, smart grid, traffico, parcheggi e mobilità sostenibile, raccolta rifiuti, illuminazione pubblica, 50 monitoraggio ambientale, sicurezza, protezione delle infrastrutture critiche, tutela, valorizzazione e fruizione del patrimonio storico‐culturale, turismo, e‐care.
  2. Apprendimento e scenari: sviluppo della sensoristica per raccogliere le informazioni del sistema fisico; costruzione di un modello digitale che in tempo reale possa essere aggiornato e modificato e che sia una replica digitale di risorse, processi e sistemi fisici della città o di alcune sue parti, fornendo una rappresentazione sia degli elementi centrali che delle dinamiche dei dispositivi IoT utilizzati nello spazio e nel sistema rappresentato. In altri termini, il gemello digitale applicato a una città sarà una versione in tempo reale del "videogioco" dello spazio urbano.
  3. Azioni e Governance: l’individuazione di azioni costruite attraverso il Gemello Digitale consente: (i) l’avvio di partenariati pubblico‐privati per modelli innovativi di finanziamento degli interventi di innovazione e riqualificazione urbana, (ii) l’attivazione di processi di innovazione tecnologica e di innovazione sociale a supporto di interventi di rigenerazione urbana, (iii) lo sviluppo di nuovi modelli di sviluppo di distretti urbani come comunità smart, sostenibili e ad alto contenuto di innovazione, (iv) sinergie con filiere collegate e stakeholders (PA locale e centrale, associazioni di cittadini), in grado di mobilitare investimenti pubblici/privati, (v) attrazione di investimenti (ad esempio in larga banda o per la digitalizzazione della PA; insediamento di nuove imprese nel polo. Confindustria valuta in 1,45 il moltiplicatore degli investimenti nel settore ICT), (vi) infrastrutturazione del territorio con applicazioni e servizi a valore aggiunto per la città.

La proposta Urban intelligence è coerente con i principi della “Politica di coesione dell’UE 2014‐ 2020” secondo la quale è necessario individuare strategie integrate per lo sviluppo urbano sostenibile e far fronte alle sfide economiche, ambientali, climatiche, sociali e demografiche delle zone urbane. Si posiziona nelle traiettorie di specializzazione intelligente di diverse regioni, poiché: (i) mette a fattore comune ricerca, impresa, utilities, per la realizzazione di una offerta tecnologica avanzata e competitiva, (ii) offre opportunità di crescita per l’impresa innovativa e stimola la R&S delle imprese tecnologiche impegnate nella città, (iii) promuove la transizione verso un modello di sviluppo sostenibile basato sulla conoscenza e sulla rigenerazione urbana intelligente, (iv) supporta lo sviluppo della green economy.