Environnement bâti

17.2 Exemples et applications spécifiques au domaine

Un environnement bâti est développé afin de satisfaire les besoins des résidents. Les besoins humains peuvent être physiologiques ou sociaux et sont liés à la sécurité, au respect et à l’expression de soi. Les gens veulent que leur environnement bâti soit esthétiquement attrayant et qu’il se trouve dans un endroit accessible avec une infrastructure bien développée, un accès commode aux communications et de bonnes routes, et le logement devrait également être comparativement bon marché, confortable, avec de faibles coûts d’entretien, et avoir une isolation sonore et thermique des murs. Les gens sont également intéressés par des environnements écologiquement propres et presque sans bruit, avec suffisamment d’options pour la relaxation, le shopping, un accès rapide au travail ou à d’autres destinations, et de bonnes relations avec les voisins.

Les applications potentielles de l’IdO pour l’environnement bâti sont nombreuses et variées, s’intégrant dans presque toutes les activités réalisées par les personnes, les organisations et la communauté dans son ensemble. Celles-ci (maison intelligente, informations en temps réel sur l’environnement de la ville, réseau d’inondation d’Oxford, collecte des déchets pour les villes intelligentes, systèmes de surveillance sans fil dans le domaine du génie civil, plateforme d’intelligence urbaine, passerelle émotionnelle vers Minneapolis, gestion des déchets, défis de la cybersécurité dans les villes intelligentes, système de surveillance de l’environnement intelligent pour la pollution, système de recherche électronique sur la santé, négociation dans les systèmes cyber-physiques, système d’alerte précoce de sécurité en temps réel pour la construction de passages transversaux, plantes RFID dans la ville intelligente) sont présentées brièvement ci-après.

Tous les produits de Samsung seraient construits sur des plateformes ouvertes et compatibles avec d’autres produits et 90% de ses produits – qui vont des smartphones aux réfrigérateurs – seraient capables de se connecter au Web d’ici 2017. Dans 5 ans, tous les produits du catalogue de l’entreprise devraient être connectés à Internet. En fait, Samsung se prépare à l’IdO, terme qui désigne le concept d’utilisation de capteurs et d’autres technologies pour connecter à l’Internet à peu près tout ce à quoi on peut penser. Samsung a présenté un nouveau service d’abonnement de surveillance de la maison qui envoie immédiatement des SMS ou des appels sur le smartphone d’un utilisateur ou de contacts désignés en cas de problèmes ou d’urgences à leur domicile, comme une inondation, un incendie, une fuite de plomberie ou un animal de compagnie dans la cour alors qu’un orage se prépare. Le service premium comprend également des services DVR intégrés pour les caméras (surveiller autour de votre maison pour différents problèmes), l’alerte pour différents problèmes (par exemple, grand-mère ne s’est pas levée ce matin ; mon enfant n’est pas rentré de l’école à l’heure ; mon chien est dans la cour et il y a une tempête qui arrive, etc.) (Tibken, 2015).

Cet été, des scientifiques des données et des architectes de Chicago travaillent sur une nouvelle forme d’infrastructure civique : des boîtes très visibles et esthétiques d’un mètre carré montées sur des poteaux d’éclairage qui suivent les conditions environnementales autour d’elles. Ces petites boîtes représentent une grande idée : à l’intérieur de chacune, une douzaine de capteurs mesurent la chaleur, l’humidité, la qualité de l’air, les niveaux de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone, ainsi que les niveaux de lumière et de bruit, et ces données seront mises à la disposition du public afin qu’elles puissent être utilisées par les développeurs d’applications et les chercheurs, ainsi que par la ville. Environ 50 seront installés cette année dans le quartier de Loop de la ville (Crawford, 2014).

À l’heure actuelle, les villes collectent des informations sous la forme de demandes de permis, de résultats d’inspection et d’autres entrées liées aux services. L’analyse de ces données peut aider les villes à savoir comment la ville se porte et l’aider à cibler ses efforts. Mais les informations sur le bien-être d’une ville – la qualité de vie dans ses rues – sont plus difficiles à obtenir. L’Array of Things, comme le centre urbain de calcul et de données de Chicago appelle ce projet, commencera à fournir des informations en temps réel sur l’environnement de la ville. Par exemple, les capteurs seront capables de détecter les appareils mobiles dont la fonction Bluetooth est activée, de sorte que la ville disposera d’informations sur le niveau de densité des piétons dans une zone donnée. Pour la première fois, la ville, ainsi que les chercheurs, connaîtront les niveaux de pollution dans les différents quartiers. La ville peut désormais comprendre sa météo, sa pollution et son bruit d’une manière transparente et adaptée au public. Cela signifie que la ville sera en mesure d’étudier des rames de ces données, de les combiner avec d’autres informations et de faire des prévisions sur l’avenir de la ville, afin de savoir comment elle alloue ses ressources et modifie ses politiques. Il y a trop de monde ? Modifiez la répartition des feux de circulation. La pollution est un problème dans certains quartiers ? Découvrez pourquoi et réparez-la. La collecte de ces données ne résoudra pas tous les problèmes de Chicago, comme le taux de fusillade qui reste l’un des plus élevés du pays. Mais faire une meilleure ville signifie aussi améliorer la qualité de la vie quotidienne au niveau de la rue. Il est logique d’investir du temps et de l’argent dans les données, et cela change le mode de fonctionnement des administrations locales. Chicago, la quintessence de la ville américaine, devient rapidement la première ville du pays en matière d’analyse de données (Crawford, 2014).

Oxford Flood Network installe des capteurs autour d’Oxford. Le réseau en a plusieurs sur la zone de la Tamise et de Castle Mill Stream et certains sous les planchers pour détecter la montée des eaux le moment venu. Les niveaux sont très bas pour le moment, mais nous savons à quel point cela peut changer rapidement. Oxford Flood Network est en train de rassembler une liste de personnes qui sont heureuses d’accueillir un capteur (50 × 50 × 100 mm) et/ou un dispositif de passerelle (90 × 60 × 26 mm). Le dispositif est gratuit pour l’hôte, mais les habitants devront aider à le maintenir en fonctionnement en le vérifiant périodiquement en ligne et en changeant éventuellement la batterie une fois par an. Oxford Flood Network utilisera les capteurs pour créer une carte détaillée des niveaux d’eau dans la ville, plus détaillée que les capteurs existants de l’Agence pour l’environnement. Oxford Flood Network implique les communautés et les citoyens, améliorant la littératie dans l’IdO (Handsome, 2015).

Jusqu’à présent, la collecte des déchets se faisait avec des itinéraires et des horaires statiques. Les conteneurs sont collectés chaque jour ou chaque semaine, qu’ils soient pleins ou non. Cela entraîne des coûts inutiles, une mauvaise utilisation des équipements et la nuisance constante du débordement des conteneurs. Enevo ONe utilise des capteurs intelligents sans fil pour collecter les données de remplissage des conteneurs de déchets et les envoyer à une plateforme d’analyse basée sur le cloud. La plateforme génère ensuite des prévisions précises sur les horaires et les itinéraires idéaux de ramassage des conteneurs, qui peuvent être consultés directement par le conducteur au moyen d’une tablette ou d’un smartphone compatible avec les téléphones cellulaires. Le service Enevo ONe fournit non seulement une surveillance, une programmation et des itinéraires optimisés, mais aussi des plans de collecte de déchets véritablement intelligents, qui sont le résultat de millions de calculs complexes concernant les tendances et les projections de remplissage, les contraintes de programmation et les options d’itinéraire. La collecte basée sur les plans intelligents d’Enevo réduit considérablement les coûts, les émissions, l’usure des routes et des véhicules, la pollution sonore et les heures de travail. Enevo ONe permet de réaliser jusqu’à 50 % d’économies directes dans la logistique des déchets. Et ce n’est pas tout. La réduction de la quantité de conteneurs trop pleins signifie moins de déchets et des clients plus heureux (Enevo, 2015).

Un déploiement à long terme a été mis en place pour démontrer les capacités et la facilité d’utilisation des systèmes de surveillance sans fil dans le domaine du génie civil. Dans cette application, les forces de traction des haubans d’un pont à haubans sont surveillées en suivant les fréquences naturelles des vibrations des câbles. Des capteurs sans fil (accéléromètre, température et humidité de l’air), fonctionnant avec un seul jeu de piles, ont été installés sur six haubans pour mesurer l’accélération du câble. Étant donné que les ressources énergétiques sont limitées et que la communication de données est une tâche consommatrice d’énergie, la quantité de données transmises doit être maintenue à un faible niveau afin d’étendre la durée de vie du système. Dans ce cas, la série temporelle d’accélération est traitée sur le nœud et réduite à une valeur de fréquence, qui doit être transmise par voie aérienne. Le concept de réduction des données par le traitement des données brutes au niveau des nœuds de capteurs est démontré dans le déploiement du pont des cigognes à Winterthur. L’installation fonctionne depuis 2006 et constitue l’une des premières applications de surveillance sans fil à long terme dans le monde (Decentlab, 2015).

Fondée en 2012 et basée à New York, Placemeter est une plateforme d’intelligence urbaine qui quantifie le mouvement des villes modernes, à l’échelle. Placemeter ingère tout type de vidéo pour analyser les mouvements des piétons et des véhicules, révélant ainsi des modèles cachés et des opportunités stratégiques. La plateforme Placemeter (2015) s’appuie sur une technologie exclusive de vision par ordinateur pour recueillir des données sans détection d’identité à partir de flux en direct et de vidéos d’archives. Placemeter utilise les flux de centaines de caméras vidéo de circulation pour étudier 10 millions de mouvements de piétons chaque jour. Il utilise ces données pour aider les entreprises à apprendre à commercialiser leurs produits auprès des consommateurs piétons. Placemeter dit aussi vouloir utiliser ces données pour aider les consommateurs en leur fournissant des informations telles que le moment où il faut se rendre au café du coin lorsque la file d’attente est plus courte. Placemeter dit qu’il ne stocke pas la vidéo, et que leur analyse n’implique pas de reconnaissance faciale (Patterson, 2014).

Placemeter transforme les smartphones désaffectés en big data. Mesurer des données sur la façon dont la ville se déplace en temps réel, être capable de faire des prédictions à partir de cela, est certainement un bon moyen d’aider les villes à mieux fonctionner. C’est la vision de Placemeter : construire une plateforme de données permettant à tout le monde, à tout moment, de connaître l’activité de la ville et de l’utiliser. Les habitants de la ville envoient à Placemeter quelques informations sur leur lieu de résidence et ce qu’ils voient de leur fenêtre. En retour, Placemeter envoie aux participants un kit pour convertir leur smartphone inutilisé en capteur de rue, et accepte de payer en espèces tant que l’appareil reste allumé et collecte des données. Plus il y a d’action à l’extérieur – plus il y a de magasins, de piétons, de circulation et d’espace public – plus la vue a de la valeur (Jaffe, 2014).

En arrière-plan, Placemeter convertit les images du smartphone en données statistiques en utilisant une vision informatique propriétaire. L’entreprise détecte d’abord les objets en mouvement et les classe soit comme des personnes, soit comme 11 types de véhicules ou d’autres éléments urbains courants, comme les chariots de nourriture. Une deuxième couche d’analyse relie ce mouvement à des modèles comportementaux basés sur le lieu – combien de voitures roulent à vive allure dans une rue, par exemple, ou combien de personnes entrent dans un magasin. Placemeter prend toutes les mesures pour garantir l’anonymat. Les capteurs des smartphones ne capturent rien de ce qui se passe au domicile d’un compteur (comme les conversations), et les images de la rue elles-mêmes sont analysées par l’ordinateur, puis supprimées sans être stockées (Jaffe, 2014).

Les efforts pour quantifier la vie urbaine avec le big data ne sont pas nouveaux, mais la nette avancée de Placemeter est sa capacité à compter les piétons. Avec son armée d’yeux de smartphones, Placemeter promet un filet beaucoup plus large de données en temps réel suffisamment dynamique pour reconnaître non seulement qu’une personne existe, mais aussi le comportement de cette personne, de la vitesse de marche à l’intérêt pour le commerce de détail en passant par l’interaction générale avec les rues ou les espaces publics. Les avantages pourraient s’étendre aux entités privées et publiques. Les investisseurs pourraient utiliser les données de Placemeter pour trouver le meilleur emplacement pour un magasin, tandis que les détaillants pourraient apprendre des choses comme leur taux de conversion trottoir-magasin et comment il se compare aux autres magasins du quartier. Pendant ce temps, les organismes municipaux pourraient détecter l’utilisation de bancs ou les accidents évités de justesse aux intersections – et, d’une manière générale, évaluer (et peut-être améliorer) les projets publics plus rapidement qu’ils ne le feraient autrement. À l’avenir, les gens pourront utiliser les données du Placemeter pour savoir quand un terrain de basket est libre ou quand l’épicerie sera moins bondée. C’est cette approche populaire du big data qui pourrait faire de Placemeter une puissante plateforme de responsabilisation du gouvernement (Jaffe, 2014).

Il faut entre 2500 et 2700 flux vidéo pour couvrir correctement la ville. Grâce à des caméras haute résolution, Placemeter affirme pouvoir détecter le sexe des piétons avec une précision comprise entre 75 % et 80 %. Cela ouvre la possibilité de cibler les publicités sur un public plus approprié. De meilleures données sur le trafic piétonnier pourraient permettre aux détaillants de savoir s’ils paient trop cher pour un emplacement. L’emplacement d’un magasin peut faire une énorme différence dans son succès. Placemeter veut vendre ses données sur le trafic piétonnier aux entreprises pour les aider à obtenir un meilleur emplacement. Placemeter essaie de trouver l’inefficacité du marché. En fin de compte, le prix commence à augmenter jusqu’à un niveau qui reflète précisément la qualité ou la faiblesse de la zone. Placemeter essaie de court-circuiter efficacement cela (McFarland, 2014).

L’installation interactive Macro Mood de Minneapolis (MIMMI) est une passerelle émotionnelle vers Minneapolis, rassemblant les résidents et les visiteurs pour expérimenter et participer à l’humeur collective de la ville. MIMMI est une grande sculpture à pression d’air suspendue à une structure élancée située sur la place du centre de convention de Minneapolis. Conçue comme un nuage, la sculpture plane à 10 mètres du sol et recueille en ligne des informations sur les émotions des habitants de Minneapolis et des visiteurs de la place. MIMMI analyse ces informations en temps réel, créant des affichages lumineux abstraits et déclenchant une brumisation en réponse à ces données, créant des spectacles lumineux la nuit et des microclimats rafraîchissants le jour. Que la ville soit exaltée par la victoire des Minnesota Twins ou frustrée par le trajet de l’après-midi, MIMMI réagit en modifiant son comportement tout au long de la journée et de la nuit. Pour comprendre l’humeur de la ville, MIMMI tire des informations des flux Twitter locaux et utilise l’analyse textuelle pour détecter l’émotion de ces tweets, un processus développé par les technologues d’INVIVIA à l’aide d’une technologie open source. En agrégeant la positivité et la négativité des tweets en temps réel, MIMMI transmet l’émotion abstraite de la ville à une série d’ampoules LED compatibles Wi-Fi et à un système intégré de brumisation d’eau. Les lumières à faible consommation d’énergie, accrochées à l’intérieur du matériau de la sculpture et s’étendant sur toute la forme, affichent l’humeur à partir du coucher du soleil. La couleur des lumières passe des couleurs froides (négatives) aux couleurs chaudes et chaudes (positives) en fonction de l’humeur, le taux de changement des lumières dépendant du taux de tweets (Minneapolis, 2015).

Si l’humeur de la ville est particulièrement « triste » ou émotive pour une raison particulière, les visiteurs de la place peuvent se rassembler pour remonter le moral de MIMMI (et le moral collectif de la ville), car MIMMI peut détecter les mouvements sur la place et inclure ces informations dans ses analyses. Plus il y aura de personnes présentes et se déplaçant sous le nuage, plus le MIMMI sera actif, réagissant soit par un éclairage accru, soit par une brumisation, selon l’heure de la journée. La danse, l’activité intense et le mouvement auront un effet positif sur l’affichage de l’humeur de MIMMI. Le site web, www.minneapolis.org/mimmi, cataloguera l’humeur de la ville générée par MIMMI au cours de l’été et de l’automne, permettant aux visiteurs de voir les tendances quotidiennes et hebdomadaires des émotions de la ville. Lorsque les visiteurs utilisant iOS (iPhones) arriveront sur la place, l’application se transformera en une vue en réalité augmentée de MIMMI, offrant une toute nouvelle façon de regarder l’installation avec des animations supplémentaires soulignant l’humeur actuelle de la ville (Minneapolis, 2015).

Les maisons, les voitures, les lieux publics et autres systèmes sociaux sont maintenant sur leur chemin vers la connectivité totale connue sous le nom d’IoT. Les normes évoluent pour tous ces systèmes potentiellement connectés. Elles conduiront à des améliorations sans précédent de la qualité de vie. Pour en bénéficier, les infrastructures et services des villes évoluent avec de nouveaux systèmes interconnectés de surveillance, de contrôle et d’automatisation. Les transports intelligents, publics et privés, auront accès à un réseau de données interconnectées allant de la localisation GPS aux mises à jour de la météo et du trafic. Les systèmes intégrés aideront la sécurité publique, les intervenants d’urgence et la reprise après sinistre (Elmaghraby et Losavio, 2014). Elmaghraby et Losavio (2014) examinent deux défis importants et imbriqués : la sécurité et la vie privée. La sécurité comprend l’accès illégal aux informations et les attaques causant des perturbations physiques dans la disponibilité des services. Comme les citoyens numériques sont de plus en plus instrumentés avec des données disponibles sur leur localisation et leurs activités, la vie privée semble disparaître (Elmaghraby et Losavio, 2014).

La pollution atmosphérique est un changement environnemental majeur qui provoque de nombreux effets dangereux sur les êtres humains, qui doit être contrôlé (Jamil et al., 2015). Jamil et al. (2015) ont déployé des nœuds de réseau de capteurs sans fil (WSN) pour une surveillance constante de la pollution atmosphérique autour de la ville et des bus et voitures de transport public en mouvement. Les données des particules de pollution atmosphérique telles que les gaz, la fumée et d’autres polluants sont collectées via des capteurs sur les bus de transport public et les données sont analysées lorsque les bus et les voitures reviennent à la destination source après avoir traversé les nœuds stationnaires autour de la ville (Jamil et al., 2015).

Clarke et Steele (2014) introduisent un nouveau système pour capturer des données agrégées de recherche sur la santé de la population via l’utilisation des capacités des smartphones tout en préservant pleinement l’anonymat et la confidentialité de chaque individu contribuant à ces données. Une capacité clé et nouvelle de ce système est la prise en charge de la collecte de données personnalisables, sans qu’il soit nécessaire de connaître des détails spécifiques sur un individu. Les règles de collecte personnalisées peuvent être déployées sur le dispositif local en fonction de données locales détaillées, et la collecte résultante peut être mesurée par le réseau de collecte de données anonymes (Clarke et Steele, 2014).

Dans un avenir proche, l’IoT devrait pénétrer tous les aspects du monde physique, y compris les maisons et les espaces urbains. Afin de traiter la quantité massive de données qui deviennent collectables et d’offrir des services par-dessus ces données, la solution la plus convaincante est la fédération de l’IoT et du cloud computing. Cependant, l’adoption à grande échelle de cette vision prometteuse, en particulier dans des domaines d’application tels que les soins de santé omniprésents, l’assistance à l’autonomie à domicile et les villes intelligentes, est entravée par de graves problèmes de confidentialité pour les utilisateurs individuels. Par conséquent, l’acceptation de l’utilisateur est un facteur critique pour transformer cette vision en réalité (Henze et al., 2015).

Avec le développement rapide de l’urbanisation en Chine, le nombre et la taille des projets de développement des espaces souterrains augmentent rapidement. Dans le même temps, de plus en plus d’accidents font que la construction souterraine devient de plus en plus un centre d’attention sociale. Par conséquent, cette recherche présente un système d’alerte précoce de sécurité en temps réel pour prévenir les accidents et améliorer la gestion de la sécurité dans la construction souterraine, basé sur la technologie IoT. Le système proposé intègre de manière transparente un système de capteurs à réseau de Bragg en fibre et un système de suivi de la main-d’œuvre basé sur l’identification par radiofréquence (RFID). Ce système a été validé et vérifié par une application réelle sur le chantier de construction du passage transversal du projet de tunnel métropolitain du lit du fleuve Yangtze à Wuhan, en Chine (Ding et al., 2013).

Une ville peut devenir intelligente et verte grâce au déploiement stratégique d’infrastructures et de services de technologies de l’information et de la communication pour atteindre des objectifs de politique de durabilité dans lesquels les arbres doivent être impliqués. Les plantes ne constituent pas seulement des espaces verts utiles pour contraster les effets de la pollution urbaine ou fournir des avantages écosystémiques aux résidents, mais elles peuvent également être utilisées comme bioindicateurs et leur implication dans les réseaux de communication peut représenter une contribution significative pour construire une ville intelligente et verte. Les étiquettes RFID peuvent être facilement associées aux plantes, en externe ou en interne. Cette dernière approche est particulièrement indiquée si l’identification des arbres doit être sécurisée depuis leur production, en éliminant le risque de perte ou de retrait des étiquettes. Des applications intéressantes peuvent être dérivées en mettant en œuvre des étiquettes RFID dans des systèmes de biosurveillance afin de garantir une communication de données en temps réel dans laquelle les étiquettes peuvent servir d’antennes pour des espaces verts multifonctionnels (Luvisi et Lorenzini, 2014).