Proper design reduces the risk of damage to swimming pool buildings

Structural air leaks can increase the risk of moisture damage in indoor swimming pool buildings. The height of the pool area affects the moisture load in the upper structures. Temperature differences can cause indoor over-pressure, which increases the risk of moisture accumulation in air leaky structures. Design, implementation and the use of technical systems can have an impact on moisture loads and the risks they pose to buildings. Air tightness of structures and indoor air relative humidity levels are the key issues for moisture safety.

Temperature differences between inside and outside air tends to cause overpressure in the upper parts of swimming pool buildings which have a high inside open air space. This allows warm and humid indoor air to flow out via the air leakage routes along the ceiling and upper walls, causing moisture from the inside air to condense in structures.

The long-term build-up of moisture causes various problems in structures, such as the growth of mould or, at worst, structural weakening. Air leakages into structures tend to be at their greatest during winter, when the indoor air humidity level is greatest compared to outside, in turn creating the greatest risk of moisture accumulating.

uimahallit

Figure 1. The indoor air pressure conditions in swimming pools, caused by indoor air conditions and the height of the premises, pose challenges to the moisture performance of structures.

 

‘Rain’ from the roof into the interior may appear in swimming halls with poor airtightness of the structure. During cold periods, indoor moisture condenses and freezes in structures via air leakage routes and when the weather turns milder, the melted water runs into the inside air space via air leaks. In cases where the airtightness is this poor, there is an elevated risk of structural damage and it is very likely that impurities within the structures can enter the indoor air as the direction of the air leakage flows changes.

The pressure conditions in a high and heated space cannot be fully controlled by ventilation. Even if a typical level of under-pressure is maintained at floor level, long periods of overpressure can occur in the upper areas. For example, if the ventilation maintains a constant under-pressure of 10 Pa at floor level in a 9-metre high hall, overpressure will occur in the upper areas for almost half of the year (Figure 2).

Figure 2 The duration of the pressure difference between indoor and outdoor air in the upper parts of indoor swimming pools of different heights, when the indoor and outdoor air pressure is the same at floor level. Evaluation performed for a one year period in Helsinki climate conditions (nominal heating year).

 

The study conducted by VTT presents the principles of design, implementation and use of technical system, which can have an effect on the moisture loads of structures and the risks they pose. The key issue is to have sufficient airtightness of structures. In addition, the relative humidity indoors is set to the lower limits of the comfort zone during winter, around 40% RH.

Due to the high humidity of the indoor air, the risk of indoor air leakages through the structures is elevated in indoor swimming pools. A similar risk can be associated with other high hall structures, even if they typically have lower indoor air humidity than swimming pools.

The results presented are part of the ’Uimahallien yläpohjarakenteiden kosteustekniikka ja paloturvalliset PU-lämmöneristeiset hallirakenteet’ (Moisture Performance of the Roof Structures of Indoor Swimming Pools and Fire Safe Hall Structures with PU thermal insulation) project, which was conducted from 21 September 2015 to 31 December 2017. The study involved examining research data, guidelines and regulations related to the indoor air and structural moisture load of indoor swimming pools, and compiling expert views on the subject. In addition, the duration of pressure differences in high halls in the Finnish climate were analysed.

You can read the publicly available customer report here http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2017/VTT-CR-06833-17.pdf

 

Tuomo Ojanen VTT

Tuomo Ojanen
Senior Scientist, VTT
tuomo.ojanen(a)vtt.fi

Oikea suunnittelu pienentää uimahallien vaurioriskiä

Rakenteiden ilmavuodot voivat lisätä uimahallin kosteusriskejä ja vaurioitumista. Allastilan korkeus vaikuttaa yläosan rakenteiden kosteuskuormitukseen. Lämpötilaeroista aiheutuva paine-ero johtaa sisäilman vuotoihin yläpohjan kautta ulos, mikä kasvattaa rakenteiden kosteusriskiä. Rakenteiden kosteuskuormiin ja niiden aiheuttamiin riskeihin voidaan vaikuttaa suunnittelulla, toteutuksella ja järjestelmien käytöllä. Olennaista on rakenteiden ilmatiiviys ja sisäilman suhteellisen kosteuden tason asettaminen talvikaudeksi viihtyisyysalueen alarajoille.

Uimahallien sisäilman ja ulkoilman välinen lämpötilaero pyrkii aiheuttamaan ylipaineen allastilojen yläosaan erityisesti korkeissa uimahalleissa. Tällöin kostea sisäilma voi kulkeutua vuotoilmareittejä pitkin hallin katon ja yläseinien kautta ulos, jolloin rakenteisiin tiivistyy kosteutta sisäilmasta.

Pitkäaikainen kosteuden kertyminen aiheuttaa rakenteisiin erilaisia ongelmia kuten homeen kasvua tai pahimmillaan rakenteiden lujuuden heikentymistä. Ilmavuodot rakenteisiin ovat tyypillisesti suurimmillaan talvikaudella, jolloin sisäilman kosteustaso on suurin ulkoilmaan nähden ja riski kosteuden kerääntymiseen on siten suurimmillaan.

uimahallit

Kuva 1. Uimahallien sisäilman olosuhteet ja tilojen korkeudesta aiheutuvat sisäilman paineolot ovat haasteellisia hallin rakenteiden kosteustekniselle toimivuudelle.

Halleissa, joiden yläpohjan rakenteiden ilmatiiviys on heikko, on voinut esiintyä veden ’satamista’ katosta sisätilaan. Tämä on aiheutunut kattorakenteisiin talvikaudella tiivistyneen ja jäätyneen veden sulamisesta lauhan jakson aikana, jolloin vesi on valunut ilman vuotoreittejä pitkin hallin sisätilaan. Ilmatiiviydeltään näin heikoissa tapauksissa on korostunut rakennevaurioiden riski ja on ilmeistä, että rakenteiden epäpuhtaudet kulkeutuvat sisäilmaan vuotoilmavirran suunnan vaihtuessa.

Korkean ja lämmitetyn tilan paine-oloja ei voida täysin hallita ilmanvaihdon avulla. Vaikka allastilan lattiatasolla pidetään yllä kohtuullista alipainetta, voi hallien yläosissa esiintyä pitkiä ylipainejaksoja. Jos esimerkiksi 9 m korkuisen hallin lattiatasolla ylläpidetään ilmanvaihdon avulla jatkuvaa 10 Pa suuruista alipainetta, on hallin yläosassa ylipainetilanne lähes puolet vuodesta (kuva 2).

Kuva 2. Sisä- ja ulkoilman välisen paine-eron pysyvyys eri korkuisten hallirakennusten yläosassa, kun hallin lattiatasolla on sama paine sisä- ja ulkoilman välillä. Tarkastelussa vuoden jakso Helsingin mitoitusvuoden (lämmitys) olosuhteissa.

VTT:n tekemässä selvityksessä esitetään suunnitteluun, toteutukseen ja järjestelmien käyttöön liittyviä periaatteita, joilla rakenteiden kosteuskuormiin ja niiden aiheuttamiin riskeihin voidaan vaikuttaa. Olennaista on riittävä ja pysyvällä tavalla toteutettu rakenteiden ilmatiiviys ja sisäilman suhteellisen kosteuden tason asettaminen talvikaudeksi viihtyisyysalueen alarajoille, noin 40 % RH tasolle.

Kuvattu ulospäin tapahtuvien ilmanvuotojen aiheuttama riski on korostunut uimahalleissa niiden korkeiden sisäilman kosteuksien takia. Vastaava riski liittyy myös muihin korkeisiin hallirakenteisiin, vaikka niiden sisäilman kosteus on alempi kuin uimahalleissa.

Esitetyt tulokset ovat osa ’Uimahallien yläpohjarakenteiden kosteustekniikka ja paloturvalliset PU-lämmöneristeiset hallirakenteet’ –projektia, joka toteutettiin 21.9.2015 – 31.12.2017. Selvityksessä käytiin läpi uimahallien sisäilmaan ja rakenteiden kosteuskuormitukseen liittyvää tutkimustietoa, ohjeistoa ja määräyksiä sekä kartoitettiin asiantuntijanäkemyksiä aiheesta. Lisäksi analysoitiin korkeiden hallitilojen painesuhteiden pysyvyyttä Suomen ilmastossa.

Julkinen asiakasraportti on luettavissa sivulta: http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2017/VTT-CR-06833-17.pdf

Tuomo Ojanen VTT
Tuomo Ojanen
Senior Scientist, VTT
tuomo.ojanen(a)vtt.fi

Augmented reality, urban data and the related opportunities

To achieve a final breakthrough, augmented reality needs smart content and genuine value added applications for consumers and professionals. Key enablers for this are 3D models of urban environments and buildings, big data and artificial intelligence.

Augmented Reality or AR broke through among consumers with the Pokemon Go application in the summer of 2016. It has been possible already for some time to present various services and tourist information via mobile phone AR visualisation. AR hit applications in the last Christmas season included Stockmann’s augmented Christmas window and a virtual Santa Claus roaming the aisles of the department store.

Augmented reality is expected to become part of our everyday lives in the coming years, as data glasses become lighter. However, it will also require sufficient motivation to use data glasses – smart content and context awareness, which enable useful information to be displayed to the user before she even asks for it.

A key source of content for the future mixed reality applications will be 3D models of cities and buildings, and the related big data which AI will filter to meet user needs. In this blog, I will focus on urban AR applications, an area in which VTT has been active for some time.  We are also developing AR applications for other fields such as manufacturing industry.

Urban applications

In city planning, AR enables project stakeholders to see how a designed building will look in its actual location. VTT brought AR into the decision-making process at the beginning of the decade. In the picture/video below, Helsinki City Planning Committee is using AR tablets to evaluate plans for the Clarion hotel in 2012. AR has also been used to present building plans to citizens and residents, who can then review plans from their own homes, for instance.

smart_city_charleswoordward

Less conventionally, we have have enabled historical photographs augmented in urban environments, together with organisations such as the Helsinki and Lahti City Museums. The video below shows how the app works on site. In the future, this could work on the basis, say, user created own content (photographs, videos and comments), which would enable whole new kinds of applications when combined with artificial intelligence.

New opportunities for augmented reality are provided by the 3D city models that for example the City of Helsinki just released as open data in November 2017. Besides visualisation, 3D city models can be used as content repositories for AR applications and for the accurate camera tracking required by AR.

New forms of Mixed Reality (MR) presentations are being created, as generalisations of mobile outdoor AR. An example of this is augmentation of 360 videos recorded using autonomous drones. These augmented videos can be broadcast in real time and immersively as ‘remote experiences’ for multiple users at events such as planning meetings.

Inside buildings

BIM-based design enables the 3D presentation of building models and the related metadata. BIMs are today created for most new construction sites. However, they are seldom utilized after the design phase, and printed 2D drawings are still mostly used as reference at construction sites.

VTT was the first in the world to demonstrate AR methods on a construction site, already in 2010. Currently VTT, alongside Fira Oy and Sweco Rakennetekniikka Oy, is implementing AR and BIM-based planning in renovation; aims include reducing the duration of plumbing renovations from months to weeks. These methods are being piloted at a real renovation site in Hernesaari in Helsinki.

smartcity_charleswoordward3

The picture shows an employee’s view of the AR application

Big data on buildings comes from various data sources connected to the Internet, such as IoT sensors, process monitoring and simulation systems, automation systems and digital maintenance manuals, etc. When linked to a 3D model of a building, these form a so-called digital twin, in which the data sources have coordinates ready for use in AR applications.

Besides just visualisation, AR enables interaction with and reporting to back-end systems, by clicking at the building’s devices on the touchscreen, or by pointing at them in the data glasses’ view. Applications include building maintenance and monitoring of industrial processes. VTT is currently implementing an AR maintenance system integrated with Granlund Manager facility management system, at VTT Espoo in Otaniemi. As an example of industrial applications, the image below shows an AR view of equipment and processes on a factory shop floor.

smart_city_charleswoordward4

Augmented reality is already being used in consumer entertainment and advertising, and – in the professional arena – for the visualisation of building models for stakeholders. Next-generation professional applications will include lifecycle applications for industry and buildings, such as servicing and maintenance. In the near future, AI and big data will facilitate a new level of consumer appications in urban environments. With strong multidisciplinary research expertise, VTT has excellent opportunities to be a trendsetter in this development process.

For further details on VTT’s AR research see www.vtt.fi/multimedia.

charleswoordward
Charles Woodward
Principal Scientist, VTT
charles.woodward(at)vtt.fi
@CalleWoodward

 

This post part of our series of blogs focusing on artificial intelligence and augmented reality in the operating environment of smart cities. The first part was published in December 2017: The role of artificial intelligence in building smart cities  This series continues in 2018, follow us #MySmartCity

Lisätty todellisuus, kaupunkien data ja sen luomat mahdollisuudet

Lisätyn todellisuuden lopulliseen läpimurtoon tarvitaan fiksut sisällöt, jotka mahdollistavat todellista lisäarvoa antavat sovellukset kuluttajille ja ammattikäyttöön. Keskeisessä roolissa tässä ovat kaupunkien ja rakennusten 3D-mallit, big data sekä tekoäly.

Lisätty todellisuus (Augmented Reality, AR) iski kuluttajien tietoisuuteen viimeistään Pokemon Go -sovelluksen myötä kesällä 2016. Pitkään on ollut mahdollista myös erilaisten palveluiden ja turisti-informaation esittäminen kännykän AR-näkymässä. Kuluvan joulusesongin AR-hittejä ovat olleet Stockmannin augmentoitu jouluikkuna sekä virtuaalinen joulupukki myymälän käytävillä seikkailemassa.

Lisätyn todellisuuden uskotaan tulevan lähivuosina osaksi arkipäiväämme datalasien kevenemisen myötä. Tarvitaan kuitenkin myös riittävä motivaatio datalasien käyttämiseen – fiksu sisältö ja kontekstitietoisuus, jotka mahdollistavat hyödyllisen informaation tuomisen käyttäjän nähtäväksi ennen kuin hän osaa sitä pyytääkään.

Keskeistä sisältöä tulevaisuuden yhdistetyn todellisuuden sovelluksiin tarjoavat kaupunkien ja rakennusten 3D-mallit ja niihin liittyvä big data, joita suodatetaan käyttäjän tarpeisiin tekoälyn keinoin. Keskityn tässä blogissa erityisesti kaupungin ja rakennusten AR-sovelluksiin, joissa VTT:kin on jo pitkään ollut aktiivinen. Näiden lisäksi kehitämme mm. valmistavan teollisuuden AR-sovelluksia.

Kaupunkisovellukset

Kaupunkisuunnittelussa lisätyn todellisuuden avulla voidaan esittää hankkeen sidosryhmille, miltä suunniteltu rakennus näyttäisi todellisella rakennuspaikalla. VTT on tuonut lisättyä todellisuutta mukaan päätöksentekoprosessiin jo vuosikymmenen alussa. Alla olevissa kuvassa Helsingin kaupunkisuunnittelulautakunta arvioi Clarion-hotellin suunnitelmia AR-tableteilla vuonna 2012. Lisätyllä todellisuudella on myös esitelty rakennussuunnitelmia kansalaisille ja asukkaille, jotka näin voivat tarkastella suunnitelmia vaikka kukin omasta asunnostaan käsin.

smart_city_charleswoordward

Perinteisestä poikkeavana sisältönä, olemme toteuttaneet historiallisten valokuvien augmentointia kaupunkiympäristöihin yhdessä mm. Helsingin ja Lahden kaupunginmuseoiden kanssa. Videossa alla näkyy, kuinka sovellus toimii paikan päällä. Tulevaisuudessa tämän voisi ajatella toimivan vaikkapa käyttäjien tuottaman sisällön (valokuvien, videoiden ja kommenttien) perusteella, mikä tekoälyyn yhdistettynä mahdollistaisi myös aivan uudenlaiset sovellukset.

Uusia mahdollisuuksia lisätylle todellisuudelle tarjoavat 3D-kaupunkimallit, joita Helsingin kaupunki on julkistanut avoimena datana marraskuussa 2017. Visualisoinnin lisäksi 3D-kaupunkimalleja voidaan hyödyntää myös AR-sovellusten sisältöpankkina sekä AR:n edellyttämän tarkan kameraseurannan toteuttamiseen.

Ulkotiloissa käytettävän mobiilin AR:n ohelle syntyy parhaillaan uusia yhdistetyn todellisuuden (Mixed Reality, MR) esitysmuotoja. Yhtenä esimerkkinä on augmentoinnin toteuttaminen autonomisten lennokkien (dronien) 360-videonäkymään, joka voidaan jakaa reaaliaikaisena ja immersiivisenä monen käyttäjän ”etäkokemuksena” vaikkapa suunnittelukokouksiin.

Rakennusten sisällä

BIM-pohjainen suunnittelu mahdollistaa rakennusmallin ja siihen liittyvän metadatan esittämisen 3D:ssä. BIM-malleja tehdäänkin jo useimmista uusista rakennuskohteista. Niiden hyödyntäminen suunnitteluvaiheen jälkeen on kuitenkin vähäistä, ja rakennustyömailla toimitaan edelleen paperisten 2D-piirustusten varassa.

VTT on demonstroinut AR-menetelmiä rakennustyömaalla ensimmäisenä maailmassa jo 2010. Parhaillaan VTT kehittää Firan ja Sweco Rakennetekniikan kanssa BIM-pohjaisen suunnittelun käyttöönottoa korjausrakentamiseen; tavoitteena on mm. pienentää putkiremonttien kesto kuukausista viikkoihin. Menetelmiä on vast’ikään pilotoitu todellisessa saneerauskohteessa Helsingin Hernesaaressa.

smartcity_charleswoordward3

Kuvassa työntekijän näkymä AR-sovellukseen Hernesaaren pilotissa.

Rakennuksiin liittyvää big dataa ovat erilaiset internetiin liittyvät tietolähteet, mm. IoT-sensorit, prosessien seuranta- ja simulointijärjestelmät, automaatiojärjestelmät, digitaaliset huoltokirjat jne. Nämä linkitettynä rakennuksen 3D-malliin muodostavat rakennukselle ns. digitaalisen kaksosen (Digital Twin), jossa tietolähteillä on valmiina myös koordinaatit AR-sovelluksia varten.

Visualisoinnin lisäksi AR-sovellus mahdollistaa myös interaktion ja raportoinnin taustajärjestelmiin rakennuksen laitteita kosketusnäytöllä klikkaamalla tai datalasien näkymässä osoittamalla. Käyttötarkoituksia ovat mm. talon huoltotoimet sekä teollisuuden prosessien monitorointi. VTT toteuttaa parhaillaan Otaniemen Digitalon laajuista AR-huollon opastuspilottia, joka on integroitu Granlund Managerin kiinteistöhuoltojärjestelmään. Esimerkkinä teollisuuden sovelluksista, alla olevassa kuvassa näkyy työntekijän AR-näkymä tehdashallin laitteisiin ja prosesseihin.

smart_city_charleswoordward4

Lisätty todellisuus on jo todellisessa käytössä kuluttajille suunnatussa viihteessä ja mainonnassa sekä ammattilaispuolella mm. rakennusmallien visualisoinnissa sidosryhmille. Seuraavan sukupolven ammattisovellukset tulevat teollisuuden ja rakennusten elinkaarisovelluksiin, kuten huolto ja kunnossapito. Tekoäly ja big data mahdollistajina älykkäät kaupunkisovellukset tulevat lähivuosina myös kuluttajien käyttöön. Monialaisena ja vahvana tutkimusosaajana VTT:llä on erinomaiset mahdollisuudet toimia tämän kehitysprosessin suunnannäyttäjänä.

Lisätietoa VTT:n AR-alan tutkimuksesta: www.vtt.fi/multimedia

charleswoordward
Charles Woodward
Principal Scientist, VTT
charles.woodward(at)vtt.fi
@CalleWoodward

 

Tämä blogi kuuluu tekoälyä ja yhdistettyä todellisuutta fiksun kaupungin toimintaympäristössä tarkastelevaan blogisarjaamme. Ensimmäinen osa julkaistiin joulukuussa 2017: Tekoäly fiksun kaupungin rakentamisessa 
Pysy teeman hermolla ja seuraa jatko-osia vuoden 2018 alkupuolella.

Mitä Smart City tarkoittaa? Sinä päätät.

Kaupungin kestävään ja älykkääseen tulevaisuuteen panostaminen kannattaa nyt. Onko sinun kaupunkisi jo älykäs?

”Smart City” yhdistetään käsitteenä vahvasti teknologiaan, mutta se tarkoittaa paljon muutakin. Kaupunkien on tarjottava asukkailleen elämisen helppoutta ja hyvinvointia, mahdollistettava suotuisa liiketoimintaympäristö yrityksille sekä varmistettava palvelujen joustavuus ja tehokkuus. Tämä kaikki samalla, kun huomioidaan kestävän kehityksen asettamat vaatimukset. Smart City voidaan nähdä kokonaisuutena, jossa teknologia tukee kaupunkeja pääsemään tavoitteisiinsa. Se, mitä älykäs kaupunki tai Smart City tarkalleen tarkoittaa, on syytä jättää kaupunkien ja niiden asukkaiden päätettäväksi.

Mutta miten kaupunkien tulisi jäsentää Smart City -tavoitteitaan? Ensiksi tarvitaan visio näyttämään suuntaa tulevaisuudelle. Kaupungin visio on myös muunnettava konkreettisiksi tavoitteiksi ja välietapeiksi, jotta sen edistymistä voidaan seurata luotettavasti. Kun nämä elementit ovat olemassa, kaupunki voi edistää fiksusti kestävää tulevaisuuttaan. Älykkäiden kaupunkien suunnittelussa tarvitaan myös uudenlaista yhteiskehittämistä eri sidosryhmien kanssa sekä asukaslähtöistä ajattelua. Näin varmistetaan, että Smart City tukee koko kaupunkiekosysteemin tavoitteita.

Kaupungin kolmoistilinpäätös: ihmiset, luonnonympäristö ja taloudellinen tulos

Jokaisen Smart Cityn keskiössä tulisi olla paremman ja kestävämmän yhteiskunnan kehittäminen. Käytännössä tämä tarkoittaa kaupunkilaislähtöistä, terveellistä, turvallista ja mukautuvaa kaupunkiympäristöä ja palveluiden parempaa saavutettavuutta. Samalla se tarkoittaa myös esimerkiksi resurssitehokkaampaa ja ilmastoystävällisempää energian, asumisen ja liikkumisen järjestämistä ja urbaanien ongelmien ratkomista.

Kolmoistilinpäätöksen laajentaminen

Kaupungin älykkyys tarkoittaa myös sitä, että fiksut tavoitteet tuodaan osaksi kaupungin hallintoa ja että kaupunkilaiset osallistuvat aktiivisesti tavoitteiden määrittämiseen ja toteuttamiseen. Tulevaisuuden Smart City syntyy konkreettisten toimien tuloksena, kun uusia innovatiivisia ratkaisuja otetaan käyttöön urbaanissa ympäristössä. Yksittäisten hankkeiden ja kokeilujen vaikutuksia ja onnistumista on myös arvioitava jatkuvasti, jotta voidaan varmistaa, että kehitys kulkee oikeaan suuntaan. Smart City hankkeissa ja kokeiluissa on myös kiinnitettävä huomiota ratkaisujen toistettavuuteen ja skaalautuvuuteen.

Kaupungin kestävään ja älykkääseen tulevaisuuteen panostaminen kannattaa. Koska Smart Citylle ei ole olemassa yleismaailmallista määritelmää, jokaisen kaupungin on määriteltävä älykkyys omalla tavallaan. Samalla on huolehdittava kestävän kehityksen toteutumisesta ja ratkaisujen toistettavuudesta ja skaalautuvuudesta.

Kehitystyötä ei tarvitse aloittaa nollasta, sillä toimivia toimintamalleja ja indikaattoreita on jo olemassa. Kun kaupungin keskeiset suorituskykymittarit (KPI:t) on määritelty, ne voidaan yhdistää kaupungin päätöksenteon tukityökaluihin. Näin varmistetaan, että kaupunki kulkee kohti yhteisesti sovittua, fiksua tulevaisuutta. Tätä kaikkea on Smart City.

Lue lisää VTT:n älykkäiden ja kestävien kaupunkien visiosta
white paper -kannanottomme: Let’s turn your Smart City vision into reality.

Lähde mukaan kehittämään älykkäitä kaupunkeja. Teknologian tutkimuskeskus VTT on Smart City -huippuasiantuntija. Työskentelemme yhteistyössä sekä julkisen ja yksityisen sektorin yritysten että teknologian tuottajien kanssa. Tutkimme ja luomme innovatiivisia ratkaisuja, jotka nopeuttavat älykkäiden kaupunkien kehittämistä. Visiosta kohti Smart Cityä yhdessä!

Antti Ruuska VTT

Antti Ruuska
liiketoiminnan kehityspäällikkö
Twitter: @antti_ruuska

The role of artificial intelligence in building smart cities

Artificial intelligence is one of the great promises of today’s technology. It is associated with the megatrend of digitalisation. At VTT, we set out to examine the relationship between this promise and urbanisation, another key megatrend shaping our future. We focused on where the two megatrends – digitalisation and urbanisation – converge, i.e., the smart city.

On 17 November 2017 we held a My Smart City workshop, where we asked what kind of opportunities do artificial intelligence and augmented reality offer for developing cities. What kind of data do cities have and how is it being used? What kind of future visions are there, and how could artificial intelligence and augmented reality contribute to joint development of cities? At the end of the workshop, we addressed ethical and psychological themes surrounding the subject.

In this blog, I will focus on artificial intelligence (AI), as it seems to provoke more contradictions and, at the same time, to provide new opportunities in the development of cities. Augmented reality (AR) is already a more widely approved phenomenon. AR can be used for visualising future solutions in urban environments for city dwellers and other decision-makers. This is a fantastic and useful thing, and, at the same time, it is great fun and fascinating to step into the future by wearing virtual glasses! However, in this context the opportunities offered by AI fascinate us even more, as they give people something to object to as well.

Having AI as a mayor?

The planning of city operations and environments is filled with decision-making that shapes the future. In a good decision-making process, information is first collected and analysed, and then a decision is made. Could AI handle this process, and perhaps even be better in it than, for example, a politician? AI can collect data automatically, and it understands the present situation on the basis of a large amount of source material. After this it can predict the future, and, on top of that, gradually learn more in the process. Someone has even suggested that AI could serve as a mayor for cities! It has also been said that AI is a way of keeping people far away from decision-making for as long as possible, and this way better decisions can be made without all kinds of appealing parties slowing down or disturbing the decision-making process.

But how could we trust a decision-maker that cannot distinguish a chihuahua from a blueberry muffin? Artificial intelligence cannot necessarily make this distinction; and even if it learned to do so little by little, in practice AI can only compare data with previous images, after being told what they represent. In other words, after seeing enough muffins and chihuahuas, it can begin to distinguish between them with reasonable certainty. AI therefore learns linearly. In that sense, it also sees the future as a continuum of the present. How could it handle societal transformations in which the direction of development changes?

AI always traces its origins in a person, a person who has his or her own values, culture, interests and understanding. Because AI is created by people, it is culturally embedded. Furthermore, the material collected by the machine, the analysis and decision-making reflect certain values and beliefs, in the same way as they would reflect human ones. If we want AI to analyse for us how effectively we could create a residential area with 25,000 inhabitants and 10,000 jobs, we teach it to make such analyses. Instead, if we wanted to have information on what would make 25,000 people satisfied with their residential area, we would need different starting points for the analysis.

In my personal opinion, the great potential lies in the discussing AI. We could, for example, install discussing benches or swings in parks or playgrounds, allowing us to collect information for decision-makers based on discussions between AI and citizens, while simultaneously creating an amusing discussion experience for citizens. At least my 8-year-old son likes to talk to and amuse himself by having conversations with the mobile phone AI. Someone in the park who sits down on a bench to rest for a while could either talk with the bench, if he or she so wishes, or tell it that I’m sorry, but today I don’t feel like talking.

In my opinion, another promising observation of the opportunities offered by AI is a joint intelligence, where an entity consisting of a human being and AI is capable of making better decisions than earlier. One example of this could be a process, where AI is used for collecting data and making a rough analysis of it. The results of this rough analysis would then be given to people to process, allowing their experience and everyday understanding to affect the analysis. Basically, we are already implementing such a process when using, say, a navigator. If we have earlier experience-based information on the route being selected, we may even select a route opposed to the one suggested by the navigator. In other words, we do not allow the navigator AI to guide us when we do not need any guidance.

However, large masses of data are often impossible to process logically by human brain; here, the AI can be of assistance. As suggested by AI researcher Timo Honkela, we can also believe that we could enhance democracy in decision-making by using AI; the use of AI would allow thousands or even a higher number of people to participate in the decision-making process for real. In other words, AI could really be an integral element of a smart city, a supportive tool for decision-making. I still keep on hoping that this kind of development would become stronger, but in such a way that we, the people, stay in control of how things are managed.

Read more:  www.vttresearch.com/sustainable-and-smart-city

Nina_Wessberg
Nina Wessberg
Research Team Leader, VTT
nina.wessberg(a)vtt.fi
@NintsuW

 

This blog is the first in our series of blogs focusing on artificial intelligence and augmented reality in the operating environment of smart cities. The next articles in the series will be published under VTT blogs during the early months of 2018. With this series of blogs, we wish to enliven the debate about artificial intelligence and augmented reality.