Nutilinn (Smart city) ja asjade internet (IoT)

Asjade internet (IoT) ja Nutilinn (Smart city)

Nutilinn

Nutikas linn on uue põlvkonna linna kontseptsioon, mis võimaldab tõhusat juhtimist ja elanikkonna kõrge elatustaseme tagamist uuenduslike tehnoloogiate abil. Nutika linna loomise idee tuli meie ellu 2008. aastal, kui IBM töötas Smart Planeti algatuse raames välja uute linnade ehitamise kava, mis suudaks toime tulla kasvava elanikkonnaga ja pakkuda neile kõrget elatustaset. Idee võtsid juhtivad IT-ettevõtted koheselt kasutusele.

Tark võrk

Üldinfo

Üks väga oluline aspekt tark linna(smart city) ehitamisel on tark võrk (smart grid), kuna see pakkub võimalus targalt energiaresursid tarvida ja jagada.

Tarkvõrk (Smart grid) - elektrivõrk, mis võimaldab kahesuunalist elektri ja andmete vahetust. Tark võrgu realiseerimisel põhiroll mängib IoT (Internet of Things), kuna kõik seaded peavad olema sidus ja teada oma vahel.

Tarkvõrk

Tarkvõrgu ja traditsionaalse elektrivõrgu võrdlus

Tarkvõrgu ja traditsionaalse elektrivõrgu võrdlus

Omadused	Traditsiooniline elektrivõrk	Tarkvõrk
Tehnoloogia	Elektromehaaniline	Digitaalne
Elektrijaotus	Ühesuunaline jaotus	Kahesuunaline jaotus
Elektritootmine	Tsentraliseeritud	Jaotatud
Andurid	Vähe andurid	Andurid igal pool
Järelevalve	Inimese poolt jälgitud	Jälgib iseenda
Rike tuvastamine	Inimesed tulevad kohale ja leiavad rikked	Süsteem saab ise tuvastada rikked andurite abil ja pakkuda lahendus
Varustus	Tõrge ja elektrikatkestus	Adaptiivne ja isoleeritud
Juhtimine	Piiratud	Kõikjale tungiv
Klientide valikud	Piiratud	Valikvastustega

Traditsiooniline elektrivõrk on elektromehaaniline. Antud süsteemis suur osa seadmetest ei ole seotud omavahel mingi tagasisidega. Targas võrgus kõik seaded on seotud omavahel ja võivad suhelda interneti kasutamisel andis tagasiside teise süsteemi seadmetele.

Traditsioonilise elektivõrgus elektrienergia võib olla jagatud ainult põhielektijaamast tarbijale ja mitte vastupidi. Tarkvõrk annab teine võimalus, millal tarbija võib olla ka elektitootja ning anda elektivõrgusse tagasi elektrienergiat kasutades päikesepanelid, tulegeneratorit ja teised vahendid ning niinimetatud põhi elektritootjad võivad olla selles võrgus olema nagu tarbijat.

Traditsioonilise elektrivõrgus elektrienergia peab olema toodud elektrijaamast, mis põhjustab elektrisüsteemi tsentraliseerimine ning piirab võimalust sisse lülitada alternatiiv elektienergia allikat elektrisüsteemise. Tarkvõrk annab võimalust igal pool teha elektri sisselülitamise, kui mingi elektrisüsteemis on olemas rikke või mingi elektrijaam on katki, siis võimalik kasutada olemasolev energiat, et jagada seda süsteemis.

Traditsioonilise elektrivõrgus võrreldes tarkvõrguga on vähe andurid, andurid paigaldatakse ainult väga olulisemas seades või piirkonnas. Tark võrgus on kõik vastupidi, iga seadetes on olemas palju andurid, mis annab võimalus anda värske info võrgu kohta ja jälgida, mis võrgu osaleja mis rollis on.

Traditsioonilise ja tarkvõrgu erinevus ka on selles, et tarkvõrk võib tuvastada kuidas rikked ja pakkuda mis, süsteemi osa peab parandatud kuna tavalise elektivõrgus inimesed peavad tulema kohale ja tuvastada probleemse koha.

Suur tarkvõrgu eelis on see, et on võimalik seda juhtuda osadena ning isoleerida problemsed kohad kiiresti, et töötav süsteemi osa funksioneerib edasi.

Teine suur eelis, et süsteemis osalejatel on võimalus sooritama erineva rollid ning traditsioonilise süsteemi tarbija võib olla ka tootja sama ajal.

Traditsionaalne elektrivõrk ja tarkvõrk

Nutilinnad ja tark võrgu kasutamine

Nutilinn võib kasutada tarkvõrk, et optimaalselt juhtida elektritarbimine, linnavalgustus ja liikluskorraldus. Näiteks, paigaldatud andurid linnavalgustuses võivad rakendada nii lambi valgustus sõltuvalt sellest, kui pime on. See võimaldab, mitte ainult sisse lülitada linna valgustus jõudmiseni mingi piiri 100% peale vaid ka panna valgustus natukene varem kui õues on vihm või udu. Selle abil on võimalik parandada tee nähtavus ja vähendada avarii situatsiooni. Kuna koormus elektrivõrgule antud juhul suurendatakse mitte planeeritud, siis tarkvõrgu andurite abil on võimalik anda teada iga tarkvõrgu osajale, et koormus suurendatakse ja on vaja toota lisa elektrienergiat. Üks hea võimalus kuna kõik seaded on ühendatud, siis elekriautot võivad olla ka ühendatud tarkvõrgu sisse ja hakkama laadima ainult soodsama hinna eest, kui võrgus ei ole tiipkoormust. Tarkvõrk ka annab rohkem võimalusi tarbijate jaoks kellel on targad süsteemid kodus, siis nad võivad oma akud samamoodi laadima soodsama hinna eest, ning tagastada elektrienergiat tagasi, kui elektrienergia on vaja ja tagastada seda elektrit võrgusse lisa raha tennides. Tänu võimalusele ladustama elektrienergiat ja müüa seda kui hind on kasulikum tarkvõrk on mitte ainult hea tehniline lahendus vaid ka võimsam ökonoomiline tööriist, mis annab võimalus osaleda avatud elektrienergia tuurus.

Template:Https://www.i-scoop.eu/industry-4-0/smart-grids-electrical-grid/

Template:Https://electricalacademia.com/electric-power/difference-traditional-power-grid-smart-grid/

Küberjulgeoleku väljakutsed nutikates linnades

Tänapäeva tarkade linnade kiire arengu taga seisavad infotehnoloogia uuendused, mis ühelt poolt loovad uusi majanduslikke ja sotsiaalseid võimalusi, kuid teiselt poolt ohustavad inimeste julgeolekut ja privaatsust. Juba praegu on inimesed omavahel ühendatud nutitelefonide ja erinevate vidinate kaudu. Paljudes linnades kasutatakse tarku elektriarvesteid, turvaseadmeid ja nutikat kodutehnikat. Kodud, autod, avalikud alad ja muud sotsiaalsed süsteemid on teel täieliku ühenduse poole, mida nimetatakse asjade internetiks (ingl k Internet of Things IoT). Kõigi nende potentsiaalselt ühendatud süsteemide jaoks töötatakse välja standardid, mis peaksid kaasa tooma elukvaliteedi enneolematu paranemise. IoT-st kasu saamiseks muudetakse linna infrastruktuuri ja teenuseid uute omavahel ühendatud seire-, juhtimis- ja automatiseerimissüsteemidega. Näiteks targal avalikul- ja eratranspordil on juurdepääs omavahel ühendatud andmete võrgule alates GPS-i asukohast kuni ilma- ja liiklusuuendusteni.

Rääkides IoT arengutest on oluline tähelepanu pöörata turvalisusele ja privaatsusele. IoT üheks eesmärgiks on toetada ka avalikku turvalisust ja hädaolukordadele reageerimist, kuid selle täitmine on omaette väljakutse. Turvalisuse eesmärgiks on vältida ebaseaduslikku juurdepääsu teabele ja rünnakuid, mis võivad füüsiliselt häirida teenuste kättesaadavust. Olukorras, kus andmed kodanike asukoha ja tegevuse kohta muutuvad üha enam kättesaadavamaks, näib privaatsus kaduvat. Seega privaatsuse kaitsesüsteemide väljaarendamine on tehnoloogilised väljakutsed, mis käivad käsikäes jätkuvate julgeoleku probleemidega. Turvameetmete rakendamine on hädavajalik targa linna jaoks. Joonisel 1. on kujutatud tegurid, mida võetakse arvesse targa linna infoturbe probleemide kindlakstegemisel. Põhiteguriteks on tehnoloogia, riiklikud teenused ja sotsiaalmajanduslikud faktorid.

Targa linna kõigi teenuste pakkumise tagamiseks tuleb infoturbe probleemidega nõuetekohaselt tegeleda. Tark linn sisaldab mitmesuguseid teenuseid erinevatest eluvaldkondadest: liiklus, side ja infrastruktuur. Vajadus tagada kasutatud tehnoloogiate abil turvaline teabevahetus on ülitähtis. IoT mängib siinkohal võtmerolli, kuna see on põhitehnoloogia, mille põhjal tarku linnu arendatakse ja toetatakse. Targa linna arendamisel tulevad mängu suurandmed (ingl k Big Data). Suurandmed sisaldavad endas riigiandmeid ja teavet kodanike kohta. Nendest andmetest saavad targad linnad ammutada väga olulist teavet, aidates kaasa reaalaja analüüsile ja algoritm arvutustele. Kuigi suurandmed pakuvad erinevaid võimalusi nutikamaks eluks, tekitab see siiski turvalisuse ja privaatsusega seotud probleeme. Need väljakutsed hõlmavad tööriistade puudumist suurandmete haldamiseks, andmete jagamist kolmandate osapooltega, ohte kasvavates avalikes andmebaasides, andmerikkumisi ja digitaalse turvalisuse probleeme.

Allpool on toodud suur ülevaatlik tabel IoT tehnoloogiatest, nende kasutusest tarkades linnades ning kaasnevatest turvariskidest ja võimalikest lahendusmeetmetest.

IoT tehnoloogiate turvariskid

IoT Technologies	Application in smart city	Security threats	Available solutions
RFID (radio frequency identification	Industry, environment, utility, mobility, infrastructure	Threats to readers, threats to privacy, abuse of tags, tag killing, signal interference, jamming, threats to communication, DoS, spoofing, software attacks, cryptanalysis	Selective blocking, minimalist cryptography, tag sleeping, tag blocking, re encryption, data coding, multiple retransmission, hash lock, hash link
WSN (wireless sensor networks)	Environment, utility, health, energy, infrastructure, governance and commerce	DoS attacks on data confidentiality, threats to data integrity, bandwidth degradation, unauthorized access	Symmetric cryptography, digital signatures, secure protocols
M2M (Machine to Machine) communication	Smart communication, governance, health, critical infrastructure, education	Physical attacks, attacks on authentication tokens, Protocol attacks, DoS attacks, attacks on privacy, side-channel attacks	IEEE standard solutions
Smart grids	Smart energy, power, utility, critical infrastructure, smart appliances and smart homes	Threats to network availability, DoS, breaches in data integrity, message replay, message delay, false data attacks, attacks on privacy	Public key infrastructure (PKI) or managed PKI, AES for sensor networks, protected routing protocols,
Smartphones	Smart communication, smart mobility, entertainment	Malicious smart applications, bot-nets, spy-wares, threats from Bluetooth, location privacy and GPS, threats through WiFi, threats in social networking, privacy issues	Antivirus, firewalls, secure APIs, authentication and access control filters
Biometrics	Health, security, education, institutions, corporate sector, utility	N/A	N/A

Template:Https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.742.883&rep=rep1&type=pdf

Tervishoid nutilinnades: digitaalne meditsiin

Tehnoloogia areng toob endaga kaasa põhimõtteliselt uued võimalused kodanike tervise kaitsmisel. Meditsiiniandmete digitaliseerimine, meditsiiniliste näitajate jälgimiseks ja edastamiseks veebis mobiilseadmete esilekerkimine, nende salvestamise ja töötlemise tagavate pilveteenuste väljatöötamine, tehisintellekti kasutuselevõtt, mis aitab arstidel kiiresti õigeid otsuseid langetada - see pole täielik loetelu sellest, mis peaks lähitulevikus tervishoiusektoris esile kerkima.

Nutikas tervisesüsteem

Tervis on inimese heaolu kõige olulisem komponent. Ükski maailma ilu, rikkus ja edu ei paku rahuldust, kui selle vastuvõtmiseks puudub jõud ja füüsiline võime. Tõsist tähelepanu pööratakse "Nutika linna" struktuuris tervishoiule, mis peab olema kõrgtehnoloogiline ja tõhus.

Nutikas tervisesüsteem on süsteem, mis kasutab teavet tõhusalt, analüüsib seda üksikasjalikult ja rakendab seda kiiresti, kasutades elektroonilist patsiendiandmete integreerimissüsteemi. See vähendab meditsiiniliste vigade arvu ja parandab ravi efektiivsust. Tuleb luua pidev teabevahetus, nii et iga arst saaks tutvuda temaga pöörduva patsiendi täieliku praeguse haiguslooga ja valida soovitud ravikuuri kiiresti. Kõrgtehnoloogilise meditsiiniseadme kasutamine võimaldab arstidel automaatselt ja reaalajas saada täpset teavet patsientide kohta ning seetõttu pöörduda iga patsiendi poole individuaalselt, valides parima ravimeetodi. Tervishoiu arengu uuenduslik mudel põhineb teaduse, hariduse ja praktika ühtsusel, tõhusal koostööl juhtivate riikide ja uurimiskeskustega ning avaliku ja erasektori partnerlusel.

Nutika tervishoiu olulised osad

Nutika linna keskel on inimene - just elanike mugavuse ja mugavuse huvides võetakse kasutusele uued tehnoloogiad. Tervishoid pole erand. Ideaalses "nutikas" linnas ei lähe haigestunud patsient arsti juurde, vaid meditsiinitöötaja, nähes kõrvalekaldeid patsiendi ütlustes, võtab temaga ühendust kuni patsiendi haigestumise hetkeni. Hoolimata asjaolust, et selline pilt tundub nüüd mõneti utoopiline, jääb selle rakendamise tehnilisi probleeme iga aastaga üha vähemaks.

Elektrooniline tervisekaart

XXI sajandi nutika linna tervishoiu üks põhialuseid on elektrooniline tervisekaart (Electronic health records - EHRs), mis kogub digitaalselt kõik andmed inimese tervise kohta alates tema sünnist. 2020. aastal kasutatakse EHR juba 94% USA haiglates ning peaks Euroopa Liidus ilmuma tsentraliseeritud haigusloo süsteem. Elektroonilised tervisekaardid pakuvad võimalusi patsientide hoolduse tõhustamiseks, toimivusmeetmete kinnistamiseks kliinilises praktikas ning kliiniliste uuringute raames abikõlblike patsientide ja tervishoiuteenuse osutajate tuvastamiseks ja värbamiseks. Üldiselt määratletud EHR-id esindavad andmeid elektroonilises vormingus, mida kogutakse tervishoiu tavapärase osutamise ajal. EHR-id sisaldavad üldjuhul demograafilist, elulist statistikat, väiteid (meditsiin ja farmaatsia), kliinilisi, administratiivseid ja patsiendikeskseid andmeid. Elektroonilised tervisekaardid on paljutõotav ressurss kliiniliste uuringute tõhususe parandamiseks ja uudsete lähenemisviiside ärakasutamiseks. EHR-id on kasulikud andmeallikad võrdleva efektiivsuse uuringute ja uute uuringukavandite toetamiseks, mis võivad vastata asjakohastele kliinilistele küsimustele, samuti parandada tõhusust ja vähendada kardiovaskulaarsete kliiniliste uuringute kulusid.

Kantavad meditsiinilised andurid

"Nutika" meditsiini teine komponent on kantavad meditsiinilised andurid, mis edastavad veebipõhiseid andmeid keha füsioloogiliste parameetrite ja inimtegevuse kohta. Nende laialdane levik ei stimuleeri mitte ainult tervislikke eluviise, vaid pakub ka võimalust patsientide terviseseisundi kaugseireks. Pikas perspektiivis peaks selline lähenemine vähendama oluliselt raviasutuste külastajate arvu.

Telemeditsiin

Telemeditsiin lahendab arstiabi kvaliteedi ja tõhususe probleemi, eriti kodanikele, kes elavad suurtest meditsiinikeskustest kaugemal, samuti kroonilistele patsientidele, taastusravi saavatele patsientidele ja eakatele patsientidele, kes vajavad pidevat jälgimist. Selle abiga saate ka oluliselt vähendada patsiendi külastusi raviasutusse - saab ju osa arsti soovitustest kätte kodust lahkumata. Hetkel on telemeditsiin laialt levinud Ameerika Ühendriikides ja Euroopa riikides, kus on ellu viidud kokku üle 300 taolise projekti. Sarnane praktika on ka Eestis kasutusele võetud. Näiteks 2018 aastal oli registreeritud kokku 4027 telemeditsiinilist arstlikku konsultatsiooni. Konsultatsiooni tulemusena 2398 (59,5%) juhul patsient hospitaliseeriti, nendest 20 juhul oli organiseeritud reanimobiili brigaadi välja saatmine kiirabibrigaadile appi.

Big Data

Big Data on veel üks ​​tehnoloogia, mida saab kasutada nii diagnoosimise ja ravi kvaliteedi parandamiseks kui ka uute ravimite väljatöötamiseks. Mida laiemalt levivad erinevad meditsiinilised vidinad, seda rohkem koguneb teave meditsiiniandmete ladudesse. Ja selle töötlemine avab tervishoiule tõepoolest lõputud võimalused mustrite, suundumuste ja uute ravimeetodite väljatöötamiseks.

Tehisintellekt (AI)

Tehisintellekt (AI) tervishoius võib saada asendamatuks vahendiks meditsiiniliste otsuste tegemisel. Selle piirkonna kuulsaim lahendus - IBM Watsoni süsteem, mis põhineb tohutute andmete, näiteks uusimate teaduslike edusammude, ekspertarvamuste, patsiendi haigusloo analüüsil, aitab arstil kõige täpsemini diagnoosida ja määrata optimaalse ravi. Tänapäeval kasutatakse IBM Watsonit Jaapani, Hiina, Ameerika Ühendriikide, mitme Euroopa riigi haiglates ja statistika järgi suurendab see õige diagnoosi tõenäosust 40%.

Helsingis on kasutusele võetud süsteem, mis põhineb meditsiiniliste andmete analüüsil, sarnaste juhtumite väljaselgitamisel ja ravimite kokkusobivuse kontrollimisel ning annab soovitusi raviks. Süsteem rakendab ka funktsiooni "virtuaalne tervisekontroll", mis võimaldab teil analüüsida patsiendi rühmade näitajaid uuringute kavandamiseks ja prioriteetseks muutmiseks. Tehisintellekti süsteeme kasutatakse üsna aktiivselt onkoloogias, kus need võimaldavad meditsiinilisel pildil esile tõsta kasvajat ja terveid kudesid ning hinnata, kui tõhusalt patsientidele teraapiat tehti. Tehisintellekt aitab varases staadiumis avastada ka paljusid haigusi, näiteks veremürgitust.

Virtuaal- ja liitreaalsuse tehnoloogiad

Virtuaal- ja liitreaalsuse tehnoloogiad on ennast juba hästi tõestanud nii meditsiinilise abi osutamise protsessis, näiteks kirurgias, kui ka patsientide rehabilitatsiooni ajal pärast operatsiooni. Samuti leiavad nad rakendust meditsiinitöötajate koolitamisel ja professionaalsel arendamisel. Mitmed Euroopa haiglad on juba hakanud liitreaalsuse prille testima. Kirurg, kes neid paneb, näeb mitte ainult operatsiooni toimumiskohta, vaid saab ka üksikasjalikku teavet selle käigu kohta, mis võimaldab tal oma tegevust parandada.

Robotid

Roboteid kasutatakse üha enam tervishoius. Sajad kliinikud üle maailma teevad juba Da Vinci robotkirurgi abil endoskoopilisi operatsioone. Seade koosneb kahest plokist: üks on mõeldud operaatorile, teine ​​- nelja käega masin - täidab kirurgi rolli. Juhtpaneeli arst näeb opereeritavat piirkonda mitmekordse suurendusega 3D-s ja kasutab kirurgiliste instrumentide juhtimiseks spetsiaalseid juhtnuppe.

3D-printimine

3D-printimine on lähitulevikus veel üks tehnoloogia, millel on potentsiaal tervishoius revolutsiooniliselt muutuda. 3D-printerile trükitud liigeste, hambaimplantaatide jms mudelid vastavad võimalikult täpselt iga patsiendi individuaalsetele omadustele.

Võimalikud eetilised probleemid

Seadme teabe lekke oht

Madalal tasemel autoriseerimisel on suur infolekke oht, samal ajal kui kõrgetasemelise autoriseerimisega kaasneb teabe edastamise protsessis tõenäoliselt kaotus või viga, mis mõjutab otseselt teenuse lõplikku kvaliteeti. Igal juhul sõltub mobiilseadmete võimaluste ulatus tootjast. Kodus paigaldatud või kantud seadmed saavad keha teavet reaalajas koguda.

Sotsiaalvõrgustikust tulenev risk

Tugevad sotsiaalsed võrgustikud muudavad privaatsuse keerulisemaks, kuna isikuandmeid võidakse paljastada ilma omanike nõusolekuta. Eriti noorte jaoks on suhtlusvõrgustik nende esimene valik lahenduste otsimisel. Mõnele tervishoiuteenuse pakkujale on raske ette heita, kui kasutajad ise avaldavad oma isiklikke andmeid sotsiaalvõrgustikes.

Ebaselgus seadustes

Ehkki infoturbe kaitsmiseks on juba olemas mõned seadused, on paljud eetikaküsimusi käsitlevad seadused ja määrused ebaselged. Vastutuse teema ja teabe piiride kohta pole selgeid viiteid. Näiteks võib vale ravi ja diagnoosimine põhjustada patsiendile täiendavat valu ja koormust.

Kokkuvõte

Nutikas tervishoid mitte ainult parandab arstiabi kvaliteeti, vaid hoiab ära ka ravikulude kasvu. Samuti võimaldab see teenuse pakkujatel oma diagnoosi kinnitamiseks otsida, analüüsida ja viidata paljudele teaduslikele andmetele, millest saavad kasu kõik tervishoiu ökosüsteemis olevad inimesed, sealhulgas arstid, meditsiiniteadlased, ravimi tarnijad, kindlustusseltsid ja teised. Haigla äriprotsesside ja terviseteabe integreerimiseks luuakse terviseteabe integreerimise platvorm. Ressursse saab jagada ja vahetada ning meditsiini vahelised asutused saavad läbi viia on-line veebikohtumisi, muutes traditsioonilise meditsiini ideaalse mudeli reaalsuseks.