Vuonna 2050 arviolta kaksi kolmasosaa maailman väestöstä asuu kaupungeissa (kuvio 1). Suuret metropolit ovat taloudellisen ja yhteiskunnallisen kehityksen vetureita. Niissä tapahtuu 60–70 prosenttia kaikesta taloustoiminnasta ja niissä tehdään valtaosa teknisistä ja tieteellisistä innovaatioista.

Kuvio 1. Kaupunkiväestön osuus maanosittain 1990, 2014 ja 2050

Lähde: United Nations, World Urbanization Prospects 2014.

Metropolit kohtaavat samalla monia haasteita. Niiden osuus maailman energiakulutuksesta on yli 70 prosenttia, ja ne kamppailevat kasvavien jäte- ja ympäristöhuollon ongelmien kanssa.

Haasteisiin yritetään vastata kehittämällä moderniin teknologiaan pohjautuvia älykkäitä ratkaisuja. Laveasti määriteltynä älykaupungilla tarkoitetaan ICT-teknologian ja digitaalisen toimintaympäristön edistyksellistä hyödyntämistä kaupunkiympäristössä ja julkisyhteisöjen järjestämisvastuulla olevissa palveluissa.

Sovellutuskohteita voivat olla esimerkiksi julkinen hallinto, logistiikka ja liikennejärjestelmä tai vesi- ja ympäristöhuolto. Pienetkin kaupungit voivat toteuttaa Smart City -ajattelua yhteistyössä naapurikuntien tai toisten kaupunkien kanssa, jolloin toimintaan saadaan mittakaavaetuja. Metropolialueilla älykkäitä ratkaisuja voidaan toteuttaa kaupunginosakohtaisesti.

Älykkäiden ratkaisujen teknologisena mahdollistajana ovat automaatio ja esineiden ja asioiden Internet eli Internet of Things, IoT, sekä antureiden ja sensoreiden kehitys. Sensorit tuottavat valtavan määrän dataa, jota voidaan käyttää pian kaikissa älykkäissä toiminnoissa.

Soulin sähköbussit kulkevat pienellä latauksella

Etelä-Koreassa kymmenen miljoonan asukkaan Soul on pyrkinyt hyödyntämään ICT-teknologiaa kaikissa kaupunkielämän toiminnoissa. Mielenkiintoisin sovelluskohde on julkiseen sähköiseen bussiliikenteeseen kehitetty Online Electric Vehicle Technology eli OLEV-teknologia, mikä tarkoittaa induktiolla eli sähkömagneettijärjestelmällä suoraan tiestä ladattavia sähköbusseja.

OLEV perustuu tienpinnan alle asennettuihin induktiosilmukoihin, joiden tuottamien magneettikenttien avulla bussit latautuvat ajaessaan silmukoiden yli. Silmukat voivat kattaa bussireitit kokonaan tai osittain. Osittaisessa järjestelmässä bussi tarvitsee pienen akuston, mutta ne selviävät kuitenkin pienemmillä akuilla ja vähäisimmillä latausväleillä kuin tavalliset sähköajoneuvot.

Soulin lähistöllä sijaitsee myös futuristinen älykaupunki Songdon, jossa kaikki liikenteestä energiankäyttöön ja arkkitehtuuriin on tarkkaan suunniteltu ja teknologia auttaa kaupunkilaisia arjessa. Songdossa on kaikkialla sensoreita ja toimintoja verkotettu. Kaupunkilaisten jätteistä tuotetaan energiaa, minkä lisäksi energiantuotannossa hyödynnetään aurinko- ja tuulivoimaa.

Yokohamassa panostetaan energian hallintaan

Japanissa 3,7 miljoonan asukkaan Yokohaman älykaupunkihankkeessa on panostettu uusiutuvan energian hyödyntämiseen ja energian saannin varmistamiseen. Hankkeen taustalla on vuonna 2011 tapahtuneen vedenalaisen maanjäristyksen aiheuttama tsunami ja siitä seuranneen ydinvoimalaonnettomuuden aiheuttamat keskeytykset sähkönjakelussa.

Fiksuutta on lisätty myös asuinrakennusten energian hallintaan. Järjestelmät valvovat asuinrakennusten päivittäistä energiatarvetta etukäteen asuntojen käyttöasteen ja asukkaiden paikallaolon pohjalta. Hallinto- ja toimistorakennuksissa on liiketunnistimia, jotka sammuttavat valot ja asettavat sähköenergiaa tarvitsevat toiminnot nukkumaan toimitilojen ollessa tyhjillään.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Älykäs kaupunki – Smart City

• 
  Älykkäällä kaupungilla tarkoitetaan ICT-teknologian edistyksellistä soveltamista kaupunkiympäristössä ja julkisyhteisöjen järjestämisvastuulla olevissa palveluissa. Älykkäille ratkaisuille on luonteenomaista digitaalisuus, avoimen datan hyödyntäminen palvelutuotannossa ja pyrkimys parantaa kansalaisten elämänlaatua ja vähentää ympäristöön kohdistuvaa kuormitusta.
• 
  EU:n teollisuus-, tutkimus- ja energiavaliokunta Industry Research and Energy Committee mukaan: ”Älykäs kaupunki etsii ratkaisuja julkisiin asioihin yhteistyössä moninaisten toimijoiden ja sidosryhmien kanssa hyödyntäen tieto- ja viestintäteknologioiden tarjoamia mahdollisuuksia.”
• 
  Smart City -hankkeissa korostetaan usein osallistuvaa tekemistä, sillä kaupunkiympäristöä kehittämiseen halutaan saada mukaan kaikenlaisia toimijoita, kuten yrityksiä, tutkimuslaitoksia, korkeakouluja ja yliopistoja, järjestöjä ja tavallisia kansalaisia.
• 
  Kaupungin toiminnot ITRE jakaa kuuteen fiksuuskategoriaan, joita ovat fiksu hallinto (Smart Governance), fiksu eläminen (Smart Living), fiksu liikkuvuus (Smart Mobility), fiksu talous (Smart Economy), fiksu ympäristö (Smart Environment) ja fiksut kaupunkilaiset (Smart People).

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Kööpenhamina tähtää hiilineutraaliksi

Vajaan 600 000 asukkaan Kööpenhaminan tavoitteena on olla vihrein pääkaupunki maailmassa ja täysin hiilineutraali vuoteen 2025 mennessä. Vuodesta 1995 lukien kaupunki on onnistunut puolittamaan hiilidioksidipäästönsä. Pyöräteihin on panostettu miljardi kruunua ja lähes 50 prosenttia asukkaista pyöräilee töihin ja kouluihin päivittäin (kuvio 2).

Kuvio 2. Pyöräilijöiden osuus Kööpenhaminan työ- ja opiskelijamatkalaisista 1990-2020 ja arkipäivisin ajetut pyörämatkat keskimäärin

Lähde: The Bicycle Acount 2014, Kopenhagen City of Cyclist.

Älykäs liikenteen hallintajärjestelmä optimoi liikennevirtoja, ja dynaaminen RFID-pohjainen tiemaksujärjestelmä kannustaa kaupunkilaisia ekologisiin liikkumismuotoihin. Kööpenhaminassa yhdyskuntajätteistä enää alle kaksi prosenttia toimitetaan kaatopaikoille. Noin puolet jätteistä kierrätetään ja osa käytetään tuottamaan lämpöä kaupungin kaukolämpöverkkoon.

Kööpenhaminassa on myös erittäin suorituskykyinen kaukolämpöjärjestelmä, jonka piirissä on 98 prosenttia kaikista kotitalouksista. Kesäkuukausina hyödynnetään kaukokylmäjärjestelmää, joka pohjautuu kaupunkia ympäröivän kylmän meriveden käyttöönottoon. Perinteisiin ilmastointijärjestelmiin verrattuna meriveden käyttö pienentää valtavasti energiakulutusta.

Barcelonassa tuetaan sähköautoilua

Euroopan johtaviin älykaupunkeihin kuuluu myös 1,6 miljoonan asukkaan Barcelona. Kaupungissa älykkäitä ratkaisuja on käytössä laajalla rintamalla. Esimerkiksi Telecare-sovellus tarjoaa vuorokauden ympäri hätäapupalvelua yli yksinasuville tai pitkiä aikoja yksin viettäville vanhuksille, vammaisille ja erityisryhmiin kuuluville.

ApparkB -sovelluksessa autoilijat maksavat etukäteen pysäköinnistä matkapuhelimella. Barcelona tukee myös sähköautojen käyttöönottoa. Kaupunki on hyötynyt hankkeesta myös autoteollisuuden uusina työpaikkoina.

Myös kaikki kaupungin julkinen tieto on barcelonalaisten käytettävissä avoimena datana.

Santanderissa roskasäiliöt hälyttävät

Noin 200 000 asukkaan Santander puolestaan on keskisuuri espanjalainen älykaupunki. Julkisilla paikoilla on yli 12 000 anturia, jotka keräävät tietoa kaupunkilaisille tärkeistä arjen asioista. Parkkipaikat kertovat autoilijoille vapaista paikoista, ja roskasäiliöt hälyttävät, kun ne alkavat täyttyä. Anturit havaitsevat myös kadut, joilla kukaan ei kulje ja himmentävät valaistuksen.

Santander onkin säästänyt älyjärjestelmien avulla julkisten tilojen sähkönkäytössä neljänneksen ja jäteastioiden tyhjennyskuluissa viidenneksen. Santander on saanut EU:lta rahoitusta älykaupunkia koskevien pilottihankkeiden toteuttamiseen. Santander on ollut sopivankokoinen kaupunki monenlaisten antureiden testaamiseen ennen kuin niitä aletaan käyttää suurkaupungeissa.

Kalasatamaa kehitetään käyttäjien palautteella

Helsinki on nostettu yhdessä Amsterdamin, Barcelonan, Kööpenhaminan, Manchesterin ja Wienin kanssa edistyksellisempien kaupunkien joukkoon Euroopassa etenkin älykaupunginosa Kalasataman suunnittelun ja rakentamisen ansiosta. Kalasataman rakentaminen alkoi vuonna 2015, ja ensimmäiset osat valmistuvat vuonna 2018, mutta rakentaminen voi jatkua 2030-luvulle saakka.

Kalasatamasta tulee asunto- ja toimistoalue, johon mahtuu 20 000 asukasta, 8 000 työpaikkaa, 400 000 neliömetriä toimistotiloja ja 45 000 neliömetriä palvelutiloja. Kalasataman keskuksen muodostavat kauppakeskus Redi, hotellitorni, toimistotorni ja kuusi 23-33-kerroksista asuintornitaloa. Muita asumismuotoja ovat kaupunkipientalot, terassitalot ja rantavedessä ponttonien päällä kelluvat talot.

Kalasatamaan luodaan älykkäiden energiajärjestelmien alue, mikä rakentuu sähkön, lämmön ja jäähdytyksen yhteistuotannon pohjalle. Energiaa tuottaa Suvilahden aurinkovoimala, ja siihen avataan akkukäyttöinen sähkövarasto, jolla tasapainotetaan sähkönjakelua. Energian kierrätystä on jäähdytyksen paluulämmön ja puhdistetun jäteveden lämmön muuntaminen kaukolämmöksi.

Asuntojen etäohjauspalvelulla on mahdollista tarkkailla energian- ja vedenkulutusta reaaliajassa älypuhelimella tai tabletilla. Järjestelmään kuuluu kodinkoneiden etäohjaus ja sammutus. Asukkaat voivat jatkossa myös vuokrata sähköautoja käyttöönsä. Alueelle rakennetaan lisäksi automatisoitu katuverkkoa kiertävä jäteputki keräysasemalle, mikä vähentää jäteautoliikennettä 80–90 prosenttia. 

Uutta ajattelua Kalasataman älyhankkeessa edustaa toimintojen jatkuva kehittäminen. Esimerkkeinä ovat Living Lab -avoimet innovaatioalustat tai -ympäristöt, joissa tavalliset palvelujen käyttäjät voivat osallistua kaupunkitilojen ja palvelujen kehittämiseen ja testaamiseen. Kokeilujen avulla palvelujen kehittäjät saavat käyttäjiltä palautetta ja aitoja käyttökokemuksia.

Älyratkaisut säästävät aikaa

Älykkäät palvelut mahdollistavat paremman elämän- ja ajanhallinnan. Kaupungeissa ihmisten valveillaoloajasta iso osa kuluu ostosten tekemiseen, jonottamiseen ja paikasta toiseen siirtymiseen. Kun vaikkapa liikenteestä tehdään sujuvaa ja lähipalveluista helposti saavutettavia sekä kehitetään etätyömahdollisuuksia, voi näissä säästetyn ajan käyttää muuhun tekemiseen.

Siirtyminen digitalisoituun yhteiskuntaan ei tarkoita vain toimintojen sähköistämisestä vaan koko toimintaympäristön muutoksia ja uusia toimintatapoja. Esimerkiksi kaupunginkirjasto voi sähköistää asiakaspalveluaan, mutta digitalisoinnista on kyse vasta silloin, kun kirjat muuttuvat sähköisiksi, kirjastohyllyt katoavat ja palvelua tarjotaan tietoverkon välityksellä asiakaslähtöisesti.

Pirstaleiset järjestelmät jarruna

Smart City -ajattelun mahdollistajana toimii ICT-ala. Uusien sovellutusten taustalla on monialainen joukko ICT-alan tuotevalmistajia, palveluntuottajia ja kokonaisten järjestelmien toimittajia. Osa yrityksistä toimii vain yhdellä osaamisalalla, kuten terveydenhuollossa, mutta osa voi toimia samanaikaisesti useammalla osaamisalalla laitteiden tai tukipalvelujen toimittajina (taulukko 1).

Taulukko 1. ICT-alan toimipaikat Suomessa 2015 OECD:n suositusten mukaan luokiteltuna

Lähde: Alueellinen yritystoimintatilasto, Tilastokeskus.

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n mukaan ICT-soveltamisen taso on Suomessa kuitenkin monilla osaamisaloilla kuten ympäristöteknologiassa korkeintaan keskivertoa tai matalaa. ICT-soveltaminen on korkealla tasolla vain terveysteknologiassa. 

Isona ongelmana on lisäksi järjestelmien ja sovellutusten varsin heikko yhteensopivuus lähes kaikilla osaamisaloilla. Se on johtanut kunnissa sirpaloituneisiin tietojärjestelmiin ja -palveluihin. Parempi yhteensopivuus ja avoimen lähdekoodin käyttö tehostaisi toimintaa ja edesauttaisi yhteensopivien ja innovatiivisten Smart City -ratkaisujen syntymistä.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Älykiinteistö huolehtii itsestään

• 
  Kiinteistöissä älykkään etävalvonnan piiriin voidaan kytkeä monia toimintoja, kuten valaistus, lämmitys, ilmastointi, vedenkulutus ja turvallisuusvalvonta. Anturit voivat mitata rakenteiden ja ilman kosteutta, lämpötilaa, ilmanvaihtoa, perustusten värähtelyä ja niiden asentoa. Kerätty data siirretään pilvipalveluun, josta mitattuja tietoja voidaan tutkia matkapuhelimella, tietokoneella tai tabletilla.

• 
  Äkillisistä ongelmista kiinteistön käyttäjät saavat suoraan hälytyksen, ja kerättyjen tietojen avulla on mahdollista ehkäistä esimerkiksi rakennuksen homeongelmia. Älykiinteistö seuraa ja hoitaa omaa terveyttään, jolloin voidaan ehkäistä esimerkiksi Suomen koulujen ja sairaalojen nykyisiä pahoja homeongelmia.

• 
  Älytalo voi kerätä tietoa siitä, mistä saa halvinta sähköä ja mihin aikaan. Sen laitteet tutkivat sääennusteet ja hyödyntävät niiden tietoa. Kiinteistöä voidaan esilämmittää halvalla sähköllä yön aikana, jos ennuste lupaa kylmää ilmaa seuraavalle päivälle. Kiinteistö voi tuottaa itse energiaa aurinkopaneeleilla tai maalämmöllä ja luovuttaa ylijäämäenergiaa naapuritaloihin.

• 
  Sensoritekniikka mahdollistaa sen, että älytalossa voidaan oleskella huoletta ja mukavasti. Laitteista voi tulla vähitellen itse oppivia järjestelmiä, jotka seuraavat tilojen käyttäjien elämänrytmiä. Ihannetilassa laitteet toimivat tilojen käyttäjien huomaamatta niiden olemassaoloa, esimerkiksi säätäen lämpötilaa ja ilmastointia asuntojen ja tilojen käyttäjien mukaan automaattisesti.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

Kirjoittaja toimii tutkijana omistamassaan yrityksessä (Lith Consulting Group)

Lähteet:

European Parlament: Mapping Smart Cities in the EU, Directorate-General for International Policies, Brussels 2014 (www.europarl.europe.eu)

Helsingin kaupunki: Fiksu Kalasatama –hanke (www.fiksukalasatama.fi)

Liikenne- ja viestintäministeriö LVM: Älykäskaupunki –Smart City

Katsaus fiksuihin palveluihin ja mahdollisuuksiin, julkaisuja 12/2014 (www.lvm.fi)

Lith, Pekka: ICT-alan yritystoiminta, tilastollinen raportti älykkäästä kaupungista, ICT-alan yritystoiminnan laajuudesta, yritysprofiilista ja kasvusta Helsingin seudulla, Helsinki 2016

Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy: Interoperability Environment for Smart Cities, Report Phase 1, Case-Studies, Espoo 2016.