40
Smart Ci)es from Dumb Data Dr. Jurij Paraszczak Former Dis3nguished Service Professor Carnegie Mellon University Emeritus Director IBM Research Smarter Ci3es 1 1 Wednesday, April 15, 15

Юрій Паращак. Creating a Smarter City from Dumb Data

Embed Size (px)

Citation preview

Smart  Ci)es  from  Dumb  Data

Dr.  Jurij  ParaszczakFormer  Dis3nguished  Service    Professor  Carnegie  

Mellon  UniversityEmeritus  Director  IBM  Research  Smarter  Ci3es

1

1Wednesday, April 15, 15

First  -­‐  a  Thank  You  !

• In  March,  over  60  of  us  worked  on  Smart  Ci)es  in  Lviv.    Thank  you  Lviv  and  Thank  You  Lviv  Business  School

2

2Wednesday, April 15, 15

A  City• A  large  and  “permanent”  human  SeIlement• Provides  services  in  return  for  social  interac3on  that  generates  

many  different  results  for  its  denizens• One  of  the  most  complex  organisms  I  know  of  comprising  living  

forms  and  inanimate  infrastructure  that  interact  on  a  daily  basis– Complexity  at  many  layers  of  granularity  -­‐    from  viruses  to  airports

• The  “rules  and  models”  of  interac1on  are  varied  and  not  well  characterized– But  are  oQen  manipulated    

3

ÇatalhöyükVery  large  Neolithic  and  Chalcolithic  proto-­‐city  seNlement  in  southern  Anatolia,  which  existed  from  approximately  7500  BC  to  5700  BC,  and  flourished  around  7000BC

ShanghaiWorld’s  largest  city  by  metro  popula)on.  ~  24M.    

Kolkata    is  world’s  densest  populated  city  with  ~4.5M  inhabitants

3Wednesday, April 15, 15

Maslow’s  Needs  –  for  a  city

Jobs, Economy, City water, energy,

buildings & transport etc.

QoLComfort Lifestyle

Safety and Security

Transportation, Water. Energy, Buildings,

Planning, Social and Physical Health.. etc

4

4Wednesday, April 15, 15

Gather insights from citizens’ desires and drive their behavior through motivation & communication

COMMUNICATE. ANALYZE & RESPOND

Spa)o-­‐temporal  analysisof  state,  predicted  behavior,  and  approach  to  repair    replace,  renew  

infrastructure

Orderly  management  of  work  and  resources

FIX  REPAIR  RENEW  BUILD

An  Analy3c  View  of  a  CityAvailability and cost of resources accurately mapped to predicted

demand

Optimization of supply across entire value chain

MATCH DEMAND & SUPPLYAsset Management

Buildings, Roads, Wires, Pipes etc,

Resource Optimization

Energy, Water, Traffic etc.

Citizen Mediated Interaction

Desire, motivation

System of Systems

5

5Wednesday, April 15, 15

Layers  of  City  Informa3on

6

6Wednesday, April 15, 15

A  Smart  City• The  city  gathers  data  about  its  opera3ons,  planning  and  spending  and  makes  them  available

• The  processes  that  engage  ci3zens  are  clear,  transparent  and  convenient– E.g.  online  licenses,  permits,  passports

• Singapore  4  hrs  for  building  permit,  NYC  up  to  3  years

• The  data  from  opera3ons  is  used  to  predict  outcomes  in  planning  and  opera3ons– City  can  say  “What  If  …”  and  know  the  answer

• In  a  smart  city  the  quality  of  life  is  excellent  

7

7Wednesday, April 15, 15

The  evolu3on  to  Smart  City

8

Ci3es  start  with  a  plan.

The  plan  has  many  

disconnected  aspects

Ci3es  gather  data  and  make  it  

transparent  and  available.

They  improve  their  business  processes  -­‐    permits,  licenses,  

payments

Ci3es  integrate  their  business  processes  with  

data  that  explains  how  services  and  infrastructure  

work.They  gather  paIerns    

Ci3es  use  the  paIerns  to  

predict  how  all  their  systems  interact.    They  now  can  ask  

“What  if  “  and  get  an  answer

Stage  1 Stage  2 Stage  3 Stage  4

8Wednesday, April 15, 15

ІТ  та  бізнес-­‐послуги    Stage  1І

Цільовий  результат Прогрес   Наступні  кроки

1.  Конференція  Львів  ІТ  Арена(С.  Веселовський)

• Розпочато  підготовку  до  конференції• Стартувала  промоція  заходу,  запущено  

сайт• Розпочалася  робота  з  залучення  

партнерів,  спонсорів  та  доповідачів

• Старт  продажу  квитків  на  конференцію

2.    Проект  “Житло  для  ІТ”(С.  Веселовський)

• Зареєстровано  ЖБК  (житлово-­‐будівельний  кооператив)  

• Підтримано    Ухвалу  про  погодження  місця  розташування  та  надання  дозволу  на  розробку  проектної  документації  землеустрою

• Підготовка  Ухвали  про  затвердження  проекту  землеустрою  щодо  відведення  земельної  ділянки

3.  Промоційні  проекти  (С.  Веселовський)

• Погоджено  проект  промоції  ІТ-­‐фаху  в  школах  з  ЛМР

• Домовлено  зі  школами  проведення  презентацій

• Провести  презентації  ІТ  фаху  на  батьківських  зборах

• Lviv  IT  Roadshow    -­‐  провести  презентації  в  2  містах  Західної  України

4.  Львівський  центр  інновацій  «Startup  Depot»(М.  Лисак)

• Проведення  косметичного  ремонту  та  обладнання  приміщення  бізнес-­‐інкубатора

• Старт  роботи  бізнес-­‐інкубатора• Проведено  три  зустрічі-­‐майстер-­‐класи

• Провести  конкурс  ІТ-­‐проектів  Lviv  Deal  Generator

• Проведення  серії    подій  та  майстер-­‐класів  для  стартап-­‐спільноти  Львова

Статус  реалізації  ініціатив  щодо  питань  ІТ  та  бізнес-­‐послуг

9

9Wednesday, April 15, 15

Бачення  ІМ  Stage  1.5

Об’єднання  зусиль  мешканців,  влади  та  бізнесу  Львова  для  вирішення  ключових  питань  стратегічного  розвитку  міста.

ВІЗІЯ

МІСІЯ

Інститут  міста  –  авторитетний  

аналітичний  центр.

1

2 3 4

5

Інститут  міста  –  це  координаційний  центр  вирішення  ключових  

питань  міста.

Завдяки  Інституту  міста  рівень  стратегічного  планування  Львова  -­‐  найвищий  в  Україні.

Інститут  міста  –  беззаперечний  лідер  по  кількості  успішно  

реалізованих  проектів.

В  Інституті  міста  працює  професійна  команда  

однодумців.

10

10Wednesday, April 15, 15

                                             Системи  проекту  :    

1. Системи  е-­‐управління

2. Система  електронного  документообігу

3. Центр  адміністративних  послуг  «Прозорий  офіс»

4. Інформаційно-­‐обчислювальний  центр  комунальних  послуг

5. Офіційний    сайт    виконавчого  органу    влади

6. Диспетчерська  служба  «Цілодобова  варта»

7. Геоінформаційна  система  міста  (ГІС)

8. АСУП  ЖКГ

9. Далі  буде…

ПРОЕКТ  «е-­‐Місто»    STAGE  2

11

11Wednesday, April 15, 15

12

Some interesting videos related to IBM Research work in Smarter Cities - Stage 3

DC Water Authority - could anyone explain analytics better ?

The technology behind the anti-terrorism center in NY

City in Motion and Dubuque - engaging people

A comment on Smarter Cities

12Wednesday, April 15, 15

PALM    -­‐  Planning  Analy)cs  Lifecycle  Management    STAGE  3

Client     City  of  Cambridge,  Ontario,  Canada

Challenge   Maximizing  the  life  of  city  assets  (road,  water,  bike  paths,  ponds,  sewers  etc)  across  agencies  for  a  fixed  $  spend  while  reducing  the  backlog  of  work  and  keeping  the  average  remaining  age  constant

Solu3on   An  innova3ve  approach  to  cross  agency  planning  bringing  together  the  concept  of  total  lifecycle  management  of  city  infrastructure  using  descrip3ve,  predic3ve  and  prescrip3ve  analy3cs.  PALM  leverages  three  pillars:» Asset  Performance  Analysis  –  Quan3ta3ve  analysis  of  current  condi3on  &  

performance  scorecard» Strategic  Needs  Assessment  -­‐  Iden3fy  short  (1-­‐5  years)  and  long  (10  –  100  

year)  term  needs  planning» Investment  Planning  -­‐  Perform  comprehensive  planning  using  opera3on  

and  capital  management  

Benefits   End-­‐to-­‐end  management  of  asset  performance  and  investment  planning

13

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

13Wednesday, April 15, 15

Capital  Planning  Concepts

14

14Wednesday, April 15, 15

Capital  Planning  Concepts

Other  Systems

Road  SystemDrainage  SystemWater  System

Sanitary  System

Inventory  of  Assets

Current  &  Future  Needs

Funding  Requirements

14

14Wednesday, April 15, 15

Capital  Planning  Concepts

Other  Systems

Road  SystemDrainage  SystemWater  System

Sanitary  System

Inventory  of  Assets

Current  &  Future  Needs

Funding  Requirements

2016…  Avail  Funding2015  Avail  Funding2014  Avail  Funding2013  Avail  Funding

Taxaton

WaterRates

SewerRates

DevelopmentCharges

Storm  Utlity

Gas  Tax

One-­‐TimeGrants

OtherGrants  &  Loans

14

14Wednesday, April 15, 15

Capital  Planning  Concepts

Other  Systems

Road  SystemDrainage  SystemWater  System

Sanitary  System

Inventory  of  Assets

Current  &  Future  Needs

Funding  Requirements

2016…  Avail  Funding2015  Avail  Funding2014  Avail  Funding2013  Avail  Funding

Taxaton

WaterRates

SewerRates

DevelopmentCharges

Storm  Utlity

Gas  Tax

One-­‐TimeGrants

OtherGrants  &  Loans

2018…  Projects2017  Projects2016  Projects2015  Projects2014  Projects2013  Projects

Reconstruc3onRenewalUpgrades

14

14Wednesday, April 15, 15

Capital  Planning  Concepts

Other  Systems

Road  SystemDrainage  SystemWater  System

Sanitary  System

Inventory  of  Assets

Current  &  Future  Needs

Funding  Requirements

2016…  Avail  Funding2015  Avail  Funding2014  Avail  Funding2013  Avail  Funding

Taxaton

WaterRates

SewerRates

DevelopmentCharges

Storm  Utlity

Gas  Tax

One-­‐TimeGrants

OtherGrants  &  Loans

2018…  Projects2017  Projects2016  Projects2015  Projects2014  Projects2013  Projects

Reconstruc3onRenewalUpgrades

External  Driven  Needs Politcally  Driven  Needs Driven  Need  Legislatvely  s 14

14Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeedsWork  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  

Research  15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Integrated  NeedsAnalysis

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeedsWork  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  

Research  15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Integrated  NeedsAnalysis

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeeds

OtherFunding

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Integrated  NeedsAnalysis

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeeds

OtherFunding

Op)malIntegrated  Capital

Program

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Integrated  NeedsAnalysis

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeeds

OtherFunding

Op)malIntegrated  Capital

Program

Deferred  or  Unfunded  Projects

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Integrated Capital Planning

OtherOpera)onal  Needs

Road  Needs

Sewer  SystemNeeds

Water  SystemNeeds

Drainage  Needs

Public  Complaints

Condi)onAssessments

OMI  Logs

Master  Plans

Official  PlanIncluding  growth

Integrated  NeedsAnalysis

RegionalCapital

Project  Plans

U)lityCapitalPlans

Legisla)on DevelopmentNeeds

OtherFunding

Sustainable Funding Needs vsCurrent Funding

Available

Op)malIntegrated  Capital

Program

Deferred  or  Unfunded  Projects

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research  

15

15Wednesday, April 15, 15

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research   16

16Wednesday, April 15, 15

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research   17

17Wednesday, April 15, 15

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research   17

17Wednesday, April 15, 15

Work  led  by  Arun  Hampapur,  IBM  Research   17

17Wednesday, April 15, 15

What  we  learned

• The  savings  in  )me,  effort  and  results  can  be  significant  if  the  various  groups  involved  in  planning  can  find  a  way  to  share  real  data.

• This  is  one  of  the  critcal  issues  in  these  urban  systems  which  involve  human  comprehension  and  ac)on  :  There  is  rarely  a  single  or  clearly  communicated  vision  and  view  of  the  problems  that  different  par)es  deal  with.

• Providing  tools  which  create  a  single  view  of  the  truth  is  vital  to  allow  the  various  par)es  engage  in  a  clear  and  reasoned  approach  to  dealing  in  city  planning.– Today  most  of  that  planning  for  city  infrastructure  is  rudimentary  

• This  and  opera)ons  are  2  areas  which  have  much  low-­‐hanging  fruit

18

18Wednesday, April 15, 15

Mul3ple  Agency  Interac3ng  SystemsStage  4

• Cross  Sec)on  of  a  City

19

19Wednesday, April 15, 15

Deep  Thunder

Client     Mul3ple   including  U3li3es  and  Ci3es

Challenge   The  atmosphere  by  it  very  nature,  causes  unpredictable  impacts  on  business  directly  as  a  result  of  not  preparing  for  weather/atmospheric  condi3ons.  

Solu3on   Provide  high  resoluton  weather  forecast  data  feeds  into  a  weather-­‐sensitve    business  system,  like  Flood  Predicton  and  Emergency  Response,  enabling  those  systems  to  be  more  detailed,  accurate,  effectve,  and  efficient.  

Benefits   Deep  thunder  forecasts  are  providing  solu3ons  that  enable  businesses  to  pre-­‐deploy  assets  into  specific  areas  of  concerntrated  damage  saving  lives,  property,  and  minimuming  reven  impacts  due  to  extended  outages.

20

20Wednesday, April 15, 15

Match  the  Scale  of  the  Weather  Model  with  the  Client’s  Needs

• Capture  the  geographic  characteristcs  that  affect  weather  (horizontally,  vertcally,  temporally)

2km

2km

Central  Park

Weather  Staton

Usual  Resolu3on

IBM  Resolu3on

21

21Wednesday, April 15, 15

Match  the  Scale  of  the  Weather  Model  with  the  Client’s  Needs

• Capture  the  geographic  characteristcs  that  affect  weather  (horizontally,  vertcally,  temporally)

2km

2km

Central  Park

Weather  Staton

Usual  Resolu3on

IBM  Resolu3on

21

21Wednesday, April 15, 15

22

Flood Prediction

ImpactEstimates

Refine Sensor Network and Model Calibration

ModelCalibration

Weather Prediction and/or Rainfall Measurements Analysis of Precipitation

Actual Flood Impacts

Approach to Urban Flood Forecasting

PrecipitationEstimates

22Wednesday, April 15, 15

How  to  make  a  really  Dumb  City  from  

• Get  all  departments  to  work  on  data  acquisi3on  using  different  systems

• Make  them  compete  for  funds

• Measure  their  leaders  based  on  separate  metrics

• Make  poli3cal  announcements  for  plans  with  no  idea  of  their  cost,  effect  on  ci3zens  or  measurement  of  their  impact

• Make  sure  that  the  central  government,  the  oblasts  and  ci3es  all  have  different  systems  and  unrelated  measurements

24

24Wednesday, April 15, 15

The  Future  City• Ci3es  will  be  manage  their  planning  and  opera3ons  with  a  

high  predictability  of  outcomes– Providing  unheard  of  transparency– Knowing  exactly  how  an  ini3a3ve  will  affect  all    city  denizens– Saving  from  20-­‐50%  of  current  expenses– Connec3ng  all  of  their  denizens  

• A  new  profession-­‐    “City  Data  Professional”  will  emerge  that  will  integrate  data  with  planning  and  opera3ons  to  drive  outcomes

• New  businesses  that  contribute  and  use  data  from  ci3es  will  grow  to  enable  new  economic  and  life  opportuni3es  

25

25Wednesday, April 15, 15