УМНЫЕ ГОРОДА: БЛИЖАЙШЕЕ БУДУЩЕЕ

АННОТАЦИЯ

В большинстве городов за цифровизацию взялись всерьез как в России, так и за рубежом. В связи с этим появилось такое понятие как «умный город». Умный город — это место, где сети и услуги становятся более эффективными и устойчивыми при использовании информации, цифровых и телекоммуникационных технологий, для улучшения деятельности на благо жителей. Различные компоненты умного города включают интеллектуальную инфраструктуру, умный транспорт, умную энергетику, умное здравоохранение и интеллектуальные технологии. В статье будут представлены элементы концепции умных городов и особенное внимание будет уделено основным компонентам.

ABSTRACT

Most cities have taken digitalization seriously both in Russia and abroad. In this regard, such a concept as a "smart city" has appeared. A smart city is a place where networks and services become more efficient and sustainable by using information, digital and telecommunication technologies to improve activities for the benefit of residents. The various components of a smart city include smart infrastructure, smart transportation, smart energy, smart healthcare, and smart technology. The article will present the elements of the concept of smart cities and will pay special attention to the main components.

Ключевые слова: Умные технологии, умный город, IoT.

Keywords: Smart technologies, smart city, IoT.

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) являются ключом к преобразованию традиционных городов в умные города. Две тесно связанные технологические структуры: Интернета вещей (IoT) и Большие данные (BD) делают умные города эффективными и удобными. Технологии достаточно созрели, чтобы позволить появиться умным городам. В последние несколько лет наблюдается взрывной рост информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) благодаря развитию аппаратных и программных разработок. Использование ИКТ в городах в различных формах для различных городских мероприятий привело к повышению эффективности городских операций, и эти города были обозначены с использованием многих терминов, таких как «информационный город», «цифровой город». Любая комбинация различных интеллектуальных компонентов может сделать города умными. Создание умных городов является естественной стратегией смягчения проблем, возникающих в результате быстрой урбанизации и роста городского населения. Умные города, однажды cмогут снизить потребление энергии, потребление воды, выбросы углерода, объемы отходов. Компоненты умных городов включают в себя   следующее: умная инфраструктура, умные здания, умный транспорт, умная энергетика, умное здравоохранение, умные технологии, умное    управление и умные граждане. [3-4] Характеристики включают устойчивость, качество жизни (QoL), уровень урбанизации, интеллектуальность.[3] Устойчивость умного города связана с городской инфраструктурой и управлением, энергетикой и изменением климата, загрязнением и отходами, а также социальными вопросами, экономикой и здравоохранением. Качество    жизни (QoL)можно измерить с точки зрения    эмоционального    и финансового благополучия граждан. Физическая инфраструктура является реальным физическим или структурны объектом умного города, включая здания, дороги, железнодорожные пути, линии электропередач и систему водоснабжения. Инфраструктура ИКТ является основным интеллектуальным компонентом умного города, который склеивает воедино все другие компоненты, по сути, выступая в качестве нервного центра умного города. Есть много примеров: система скоростного транспорта, система управления отходами, дорожная сеть, железнодорожная сеть, система связи, система светофора, система уличного освещения.

Основой умной инфраструктуры является инфраструктура ИКТ. ИКТ включает: инфраструктуру связи, такую как волоконная оптика, сети Wi-Fi, беспроводные точки доступа.[3] Умная инфраструктура более эффективна, безопасна, безопасна и отказоустойчива по сравнению с классической инфраструктурой. Специальное ПО накапливает данные и объединяет их в общую платформу для аналитики и отчетности. Промежуточное ПО в процессе может выполнять веб-отображение панели мониторинга для визуализации состояния инфраструктуры. Конкретным примером умной инфраструктуры является умная сеть, состоящая из различных источников энергии, умных счетчиков, механизмов оперативного управления, механизмов балансировки нагрузки и отказоустойчивых механизмов для эффективной и надежной доставки электроэнергии конечному пользователю из различных источников энергии.

Умные здания рассматриваются как часть инфраструктуры. Умное здание может иметь различное оборудование, программное обеспечение, датчики и интеллектуальные приборы для различных операций, включая сеть передачи данных, передачу голоса по VoIP, видео, видеонаблюдение, контроль доступа, управление питанием и управление освещением.[3] Умные здания могут легко подключаться к другим зданиям, людям и технологиям, глобальной окружающей среде и интеллектуальным электрическим сетям. Например, интеллектуальная сеть может использоваться умными зданиями. В том сценарии умное здание может легко адаптироваться к своему спросу на энергию, а также к потребностям сети, чтобы иметь эффективное и недорогое использование энергии.  Преимущества умного здания: принятие решений на основе данных для высокоэффективных и недорогих операций, снижение структуры капитальных и эксплуатационных затрат, идентификация и управление рисками, а также устойчивость.[2]

Умный транспорт связан с умными транспортными системами (ITS) и включает в себя различные системы связи и навигации в транспортных средствах, между транспортными средствами. Умная транспортная система позволяет построить глобальные авиаузлы, междугородние железнодорожные сети, умные дорожные сети, защищенные пешеходные дорожки и интегрированный общественный транспорт для безопасного, быстрого, экономически эффективного перемещения. Использование ИКТ и обработки данных в режиме реального времени сделали возможной реализацию умной транспортной системы. Сбор дорожных плат на основе радиочастотной идентификации (RFID) является примером интеллектуальной транспортной технологии.[1] Водителям не нужно останавливаться у физической кабины взимания платы, которая занимает время. Автоматический паспортный контроль в аэропортах, используемая в интеллектуальном транспорте.[1] При автоматическом паспортном контроле пассажиры могут использовать электронные паспорта для быстрого и надежного въезда без необходимости ручной    проверки паспорта. Другим примером умного транспорта является использование умных приложений в мобильных телефонах для найма такси и даже отслеживания точного местоположения такси и информации о водителе. Устойчивые и интеллектуальные транспортные системы, например системы скоростного общественного транспорта (MRTS), могут перевозить большое количество людей из одного пункта назначения в другой [3]. Это может уменьшить заторы на дорогах и полезно для сокращения выбросов парниковых газов.

Умная энергетическая система состоит из умной интеграции децентрализованных устойчивых источников энергии, эффективного распределения и оптимизированного энергопотребления. Низкоуглеродная энергия, фотоэлектрическая, солнечная, тепловая, биогазовая и ветровая энергия, являются важной частью интеллектуальной энергетической системы. Эффективное распределение в умной энергетической системе становится возможным благодаря использованию умной инфраструктуры. Ядром является инфраструктура, которая отвечает за сбор информации о потреблении энергии, а также за обмен информацией о тарифах поставщика. ИКТ полезны для подключаемых электромобилей (PEV) и отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Использование ИКТ играет ключевую роль в создании интеллектуальных сетей для следующего: поддержка управления спросом и реагированием на потребление энергии, диспетчеризация производства электроэнергии для солнечных панелей и ветряных турбин, взаимодействие независимо от местоположения, транс-услуги в точках продаж для PEV и улучшение отношений с потребителями. Интеллектуальный учет энергии является важным компонентом интеллектуальной сети. Интеллектуальный счетчик регистрирует потребление электроэнергии в определенные промежутки времени и передает эту информацию коммунальным службам для мониторинга и выставления счетов. Это облегчает точное и надежное получение использования без участия человека. Умная батарея, которая может быть изготовлена из литий-ионных или топливных элементов, может быть эффективной для хранения энергии.

Из-за урбанизации здравоохранение перегружено. Не хватает практикующих врачей для удовлетворения потребностей граждан. Часто больницы совершают ошибки в лечении инфекционных заболеваний. Во многих случаях пациенты получают неправильные лекарства. Умное здравоохранение может быть рассмотрено как комбинация различных сущностей, включая традиционное здравоохранение, умные биосенсоры, ИКТ, облачные вычисления, приложения для смартфонов и передовые методы анализа данных и умные системы скорой помощи. Данные о пациентах могут быть доступны в режиме реального времени. Медицинские техники, медсестры и врачи могут иметь доступ к данным тестов без потери времени при физической передаче одной и той же информации из одного учреждения в другое. Таким образом, в режиме реального времени могут быть приняты решения о состоянии здоровья пациента и соответствующих лекарствах, различными врачами. Так же Телемедицина использует ИКТ для оказания клинической медицинской помощи на больших расстояниях или в отдаленных местах.[5] Такой подход особенно полезен для отдаленных мест, в которых медицинские услуги не являются легкодоступными. Устраняются дистанционные барьеры и улучшается доступ к медицинским услугам. Предполагается, что телемедицина позволит оказывать неотложную помощь в чрезвычайных ситуациях или проводить первичную диагностику.

Умные технологии являются ключевыми для проектирования, внедрения и эксплуатации умных городов.[3] Задача проектирования и эксплуатации заключается в том, как иметь хорошее сочетание интеллектуальных технологий, чтобы умные города были достаточно умными для поддержания устойчивого состояния. Зеленые или возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра, как обсуждалось ранее, являются примером умных технологий, которые являются ключевыми для умных городов. Умные коммуникационные технологии и ИКТ являются важными технологиями, которые включают общегородской Wi-Fi, связь ближнего поля (NFC) и Bluetooth.[3] Общегородской Wi-Fi позволяет воспользоваться основными услугами, такими как вызов такси. NFC вводит новые возможности в использование пластиковых карт. Различные современные технологии могут быть использованы, чтобы сделать города умными, например умные счетчики. Другой современной технологией являются электронные карты или смарт-карты, которые содержат уникальный зашифрованный идентификатор, который позволяет использовать различные услуги. Сеть защищенных цифровых камер может быть эффективным решением для IoT при использовании в интеллектуальном здравоохранении и интеллектуальном транспорте.

Задачи по строительству умных городов довольно разнообразны и сложны. Некоторые из них включают в себя стоимость, эффективность, устойчивость, безопасность и защищенность. Эти проблемы проектирования регулируются различными факторами, включая природную среду, государственную политику, сообщества и экономику. Стоимость является наиболее важным фактором при проектировании умного города. Стоимость проектирования должна быть небольшой, чтобы реализация умного города стала возможной. В то же время небольшая эксплуатационная стоимость облегчит городам работу в долгосрочной перспективе. Сокращение выбросов углерода и городских отходов необходимо для повышения устойчивости и эффективности, а также снижения эксплуатационных расходов.[3] Умные города должны справляться с ростом населения, должны быть устойчивыми к стихийным бедствиям и ЧС. Любой проект умного города должен    учитывать эти бедствия и ЧС, чтобы умные города могли быстро оправиться от таких ситуаций в течение нескольких минут. Безопасность информации и инфраструктуры является важной задачей проектирования. Прежде всего, общественная безопасность является критической проблемой проектирования для умных городов, поскольку безопасность жителей имеет первостепенное значение, что также может увеличить дизайн и операционные бюджеты.[3]

Ядром внедрения умного города является Интернет вещей (IoT) [6]. Другими словами, IoT является технической основой умных городов. Умные города должны иметь три ключевые функции: интеллект, взаимосвязь и инструменты, которые может обеспечить IoT. Можно сказать, что использование IoT может сделать умные города осуществимыми. IoT — это сеть взаимосвязанных физических объектов (называемых «вещами»). IoT обеспечивает связь многих различных типов систем и приложений для предоставления все более интеллектуальных, надежных и безопасных услуг. Большое разнообразие датчиков, включая RFID, IR и GPS, соединяют здания, инфраструктуру, транспорт, сети и коммунальные услуги через ИКТ.[6] Различные задачи, такие как обмен информацией, интеллектуальное распознавание, определение местоположения, отслеживание, мониторинг, контроль загрязнения и управление идентификацией могут выполняться с помощью   структуры IoT. Вместе с физическими объектами, такими как здания, возможно будет создать киберфизическую систему (CPS).

IoT, большие данные и умные города тесно взаимосвязаны. Городские данные, которые генерируются по времени определенно являются большими данными. Большие данные в умных городах генерируются из большой коллекции датчиков, баз данных, писем, веб-сайтов и социальных сетей. Проблемы больших данных многогранны, включая визуализацию, анализ, захват, хранение, поиск и совместное использование.[8] Большие данные требуют новых подходов к обработке, чтобы обеспечить расширенное принятие решений, обнаружение информации и оптимизацию процессов. Сложные механизмы анализа данных необходимы для поиска и извлечения знаний из больших данных IoT и умных городов.

Чтобы город процветал, все ключевые городские системы должны работать вместе, используя все свои ресурсы для преодоления проблем, с которыми сталкивается город. Умный город может иметь один или несколько интеллектуальных компонентов, включая интеллектуальный транспорт, интеллектуальные сети, интеллектуальное здравоохранение и интеллектуальное управление. IoT, CPS и большие данные являются ключевыми технологиями, критически важными для внедрения умных городов. Города с минимальными затратами на внедрение и эксплуатацию являются ключом к долгосрочной устойчивости и процветанию. Потребность в умных городах будет лишь расти, в связи с увеличением населения и проблемой ограниченности ресурсов.

Список литературы:

1. Центер2М. Интеллектуальные транспортные системы [электронный ресурс] — URL: https://center2m.ru/intellektualnye-transportnye-sistemy (дата обращения: 28.12.2021)
2. Томас Хартман. Что делает умные здания действительно умными? // Bacnet [электронный ресурс] — URL: https://clck.ru/ahKpj (дата обращения: 28.12.2021)
3. Общество. Умный город // Wikipedia [электронный ресурс] – URL: https://clck.ru/FWNgq (дата обращения: 28.12.2021)
4. JETINFO. Умный город его компоненты и характеристики [электронный ресурс] — URL: https://www.jetinfo.ru/umnye-goroda-buduschee-segodnya/ (дата обращения: 28.12.2021)
5. Общество. Телемедицина // Wikipedia [электронный ресурс] – URL: https://clck.ru/P9FK5 (дата обращения: 28.12.2021)
6. Intelvision. Зачем умным городам нужен интернет вещей [электронный ресурс] – URL: https://www.intelvision.ru/blog/iot-smart-city (дата обращения: 28.12.2021)
7. Habr. «Умные города» и Большие Данные [электронный ресурс] – URL: https://habr.com/ru/company/fujitsu/blog/258925/(дата обращения: 28.12.2021)