[論文レビュー] A National Research Agenda for Intelligent Infrastructure

Elizabeth D. Mynatt, Jennifer Clark+9 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2017

Software System Performance and Reliability被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、老朽化した米国インフラを、安全性、レジリエンス、効率性、経済成長を高める知能的でサイバーフィジカルなシステムに変革する国家的研究アジェンダを提言する。高度なコンピューティング、センシング、データ分析を統合することで、単なる修繕を超えて予防的・再設計的なインフラの見直しが可能となり、21世紀の経済とグローバルリーダーシップを支える基盤が構築される。

ABSTRACT

Our infrastructure touches the day-to-day life of each of our fellow citizens, and its capabilities, integrity and sustainability are crucial to the overall competitiveness and prosperity of our country. Unfortunately, the current state of U.S. infrastructure is not good: the American Society of Civil Engineers' latest report on America's infrastructure ranked it at a D+ -- in need of $3.9 trillion in new investments. This dire situation constrains the growth of our economy, threatens our quality of life, and puts our global leadership at risk. The ASCE report called out three actions that need to be taken to address our infrastructure problem: 1) investment and planning in the system; 2) bold leadership by elected officials at the local and federal state; and 3) planning sustainability and resiliency in our infrastructure. While our immediate infrastructure needs are critical, it would be shortsighted to simply replicate more of what we have today. By doing so, we miss the opportunity to create Intelligent Infrastructure that will provide the foundation for increased safety and resilience, improved efficiencies and civic services, and broader economic opportunities and job growth. Indeed, our challenge is to proactively engage the declining, incumbent national infrastructure system and not merely repair it, but to enhance it; to create an internationally competitive cyber-physical system that provides an immediate opportunity for better services for citizens and that acts as a platform for a 21st century, high-tech economy and beyond.

研究の動機と目的

• 米国インフラの深刻な現状に対応する。現在、米国土木学会がインフラをD+と評価しており、3.9兆ドルの投資が必要である。
• 段階的修繕を超えて、コンピューティングと物理的ネットワークを統合する知能的で適応的インフラとしての再考を促進する。
• サイバーフィジカルインフラ分野における戦略的で革新的な研究を通じて、持続可能性、レジリエンス、長期的な経済的競争力の強化を図る。
• 学術的・産業的連携と国家的調整を促進することで、米国を知能的インフラ分野における世界的リーダーに位置づける。
• 次世代インフラシステムを通じて、市民サービスの向上、雇用の創出、技術的進歩を実現する基盤を構築する。

提案手法

• コンピューティング、土木工学、公共政策の専門家による協働を通じて、国家的研究アジェンダを策定する。
• サイバーフィジカルシステムを活用したインフラ近代化における、主な技術的および社会的課題を特定する。
• センシング、データ分析、リアルタイム制御を統合し、適応的かつ反応的なインフラネットワークを実現する。
• 知能的インフラシステムのスケーラビリティ、セキュリティ、プライバシー、相互運用性を最優先に研究を進める。
• 政府、学術機関、産業界のクロスセクター連携を構築し、研究を国家的ニーズと一致させる。
• インフラを単なる保守対象ではなく、将来の技術的・経済的進歩を可能にするイノベーションの基盤として位置づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイバーフィジカルシステムは、国家インフラの安全性、レジリエンス、持続可能性をどのように向上させることができるか？
• RQ2 単なる修繕を超えて、既存インフラを知能的で適応的システムに変革するには、どのような研究優先順位が必要か？
• RQ3 コンピューティングと土木インフラ分野の専門家間の協働は、インフラシステム分野のイノベーションをどのように加速できるか？
• RQ4 知能的インフラのスケーラビリティ、セキュリティ、一般の信頼を確保するための技術的および政策的フレームワークは何か？
• RQ5 知能的インフラは、21世紀における経済成長と技術的リーダーシップをどのように実現する基盤として機能できるか？

主な発見

• 米国インフラの現状は、米国土木学会がD+と評価しており、3.9兆ドルの投資が緊急に必要である。
• 単なる修繕では不十分であり、長期的な国家的競争力の維持のためには、知能的でサイバーフィジカルなシステムへの前向きな変革が不可欠である。
• リアルタイムデータと適応的制御メカニズムを通じて、知能的インフラは市民サービス、安全性、運用効率を顕著に向上させることができる。
• 研究アジェンダは、将来のインフラ開発の基盤として、持続可能性、レジリエンス、イノベーションを核とする。
• 技術的イノベーションを社会的ニーズと一致させるために、国家的連携された研究活動が不可欠であり、米国が知能的インフラ分野でリーダーとしての地位を確立する。
• 本アジェンダは、計算コミュニティ協会（Computing Community Consortium）が作成した基盤となるホワイトペーパーであり、今後の研究および政策的投資を導く。