Veiligere steden met slimme fietsen, edge computing en publieke clouds

De Hogeschool van Amsterdam (HvA) heeft een Maintenance Lab waar verschillende onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten op het gebied van smart industry en smart cities plaatsvinden. Een daarvan is een Smart Bikes project dat in samenwerking met Velotech Solutions wordt uitgevoerd. SURF geeft binnen dit project leiding aan het ontwerp en de implementatie van de digitale infrastructuur die nodig is om een vloot fietsen in een stad op afstand te bedienen, met behulp van commerciële clouddiensten.

Fietsen die kunnen zien

Werkt een straatlantaarn in de buurt niet meer of staat hij scheef? Staan er beschadigde straatnaamborden langs de weg? Dit soort problemen moet tijdig worden opgelost om een veilige stadsomgeving te behouden. Het project Smart Bikes van HvA biedt een betaalbare en flexibele oplossing. Bezorgdiensten op fietsen rijden door de hele stad, ook in straten waar geen auto's komen. Dit alles maakt hun fietsen tot een optimaal voertuig om de adoptie van smart city-toepassingen te versnellen.

Autonome slimme apparaten

Slimme oplossingen berusten op moderne digitale infrastructuren en omvatten vaak complexe algoritmen. Dit geldt ook voor het Smart Bikes project van HvA. De edge devices op fietsen bestaan uit een edge-computing unit met een GPU (NVIDIA Jetson Nano) met een camera en extra sensoren. De camera maakt foto's op straat en de edge-computing unit draait deep-learning algoritmes om in real-time te beslissen of er een probleem in het beeld is gedetecteerd, bijvoorbeeld een kapot straatlicht. Verdere algoritmen zorgen voor het verwijderen van privacygevoelige informatie en de beelden worden via een 4G-netwerk naar een centrale cloudlocatie gestuurd. Op die manier is de informatie over de problemen in de stad onmiddellijk en volledig geautomatiseerd beschikbaar.

Uitbreiding van een publieke cloudomgeving naar de 'edge'

In dit project breidt SURF uit buiten haar datacenter en brengen we expertise rond cloud computing en edge computing in bij de onderzoekers. Dit project is een typisch voorbeeld van een hybride-cloud use case, waarbij een vloot randapparaten centraal wordt beheerd vanuit de cloud. SURF besluit gebruik te maken van beschikbare edge-oplossingen van publieke cloudproviders. In plaats van zelf een oplossing op maat te bouwen, speelt een dienst voor intelligent apparaatbeheer van Amazon Web Services hier een centrale rol. AWS IoT Greengrass onderhoudt een software lifecycle op alle edge devices, waardoor het mogelijk is om vanaf een centrale plek software te bouwen en uit te rollen op de devices, zelfs via een instabiel netwerk.

Cloudoplossingen bouwen met SURF

De digitale infrastructuur voor het smartbike-project heeft echter meer nodig dan alleen apparaatbeheer op afstand. Er moeten communicatiekanalen komen om commando's naar de randapparatuur te sturen en beelden te ontvangen. Een centrale opslagplaats voor de beelden is nodig. Hiervoor moeten best practices voor veilige samenwerking in de openbare omgeving worden ingevoerd. SURF geeft een uitgebreid advies als het gaat om onderzoeksprojecten en publieke clouds. Met het grote aantal beheerde diensten en een op consumptie gebaseerd prijsmodel maken publieke clouds het mogelijk om snel prototypes te bouwen en op te schalen. Gecertificeerde cloud solution architects zijn er bij SURF om onderzoekers te begeleiden, kennis over te dragen en een optimale oplossing voor hun use cases te implementeren.

Levenscyclus machine learning model

De edge devices op de fietsen draaien autonoom en gebruiken deep-learning modellen voor objectdetectie in beelden. Voor elke use case, zoals het detecteren van kapotte straatverlichting, is er een specifiek model. Het schrijven en verbeteren van deze modellen is een belangrijke onderzoeksactiviteit binnen dit project. Daarom is, naast de infrastructuur voor edgecomputing, machine learning een even belangrijk onderdeel van het project. SURF adviseert over best practices voor hertraining, versiebeheer en het bijhouden van resultaten van nieuwe modellen. Hiervoor wordt een speciale clouddienst Amazon SageMaker gebruikt, die het de onderzoekers gemakkelijk maakt om hun modellen frequent te verbeteren en in te zetten.

Onderzoek ondersteunen met de moderne cloudinfrastructuren

Met het project Smart Bikes zetten HvA, Velotech Solutions en SURF samen stappen om smart-city oplossingen van de toekomst mogelijk te maken. Dit project is gekoppeld aan het European Digital Innovation Hubs programma en maakt deel uit van de SURF innovatie roadmap ter ondersteuning van moderne cloud infrastructuren, waaronder edge computing en public clouds. Om de adoptie van publieke clouddiensten in het onderzoek te stimuleren, heeft SURF ook een call for proposals gelanceerd waarbij onderzoekers een eerste budget en consultancy kunnen aanvragen.