Зачем Умным городам нужен Интернет вещей

Концепция "умного города" использует информационно-коммуникационные технологии для повышения качества, производительности и интерактивности городских служб, снижения затрат и потребления ресурсов, а также для расширения коммуникации между горожанами и правительством. В результате получается эффективно работающий город, учитывающий потребности его жителей. Для того чтобы такой город появился, он должен включать в себя IoT.
Интернет вещей (IoT) основан на взаимосвязанности физических устройств, таких как внешние датчики, данные которые можно получать и передавать, в то время как некоторые из этих устройств могут управляться дистанционно. Система Интернета вещей также состоит из информации. Системы, которые размещаются в центре обработки данных частного или общедоступного облака и содержат модель физического мира, позволяющую лучше управлять этими устройствами. Это платформы Интернета вещей, крупные системы обработки и оценки данных и системы пользовательского интерфейса, включающие веб-приложения или мобильные приложения.

Интернет вещей в умном городе

Каждый город имеет физическую инфраструктуру, состоящую из различных физических устройств, информация и поведение которых имеет решающее значение для города. К ним относятся освещение общественных мест, управление отходами, метеорологическая информация, транспорт и управление им, парковка, безопасность и т.д. Физические устройства, размещенные в этих районах, могут регистрировать важную информацию. Если оператор, ответственный за конкретный аспект инфраструктуры, получит эти данные своевременно и в соответствующем качестве, то они могут оказаться для него потенциально ценными. Это значение становится реальным, когда оператор наладил процессы и информационные системы, которые могут действовать на основе этой информации, что приводит к выгоде, такой как экономия ресурсов или улучшение качества обслуживания.
Типичным примером простого использования Интернета вещей в городах является обращение с отходами - Умный мусор, которое требует прикрепления датчика уровня заполнения к контейнеру. Датчик регулярно - например, каждые 15 минут - проверяет наполненность контейнера и передает информацию через коммуникационный уровень, такой как сеть 4G, в информационную систему, которая затем записывает ее. На основе этих данных информационная система планирует маршрут сбора отходов, оптимизируя затраты на управление отходами и повышает удовлетворенность населения этой услугой. Некоторые системы управления отходами могут интегрировать информацию, предоставленную третьими сторонами. Например, об интенсивности движения или могут использовать искусственный интеллект для более эффективного планирования маршрутов. Другим возможным расширением являются приложения, которые позволяют гражданам сообщать о том, когда что-то не так с самим контейнером для отходов, например, пожар или, когда он переполнен.
Еще одной прекрасной иллюстрацией использования Интернета вещей в городской среде являются интеллектуальные системы уличного освещения. Системы уличного освещения имеют два типа приборов: распределительный щит и осветительные приборы. Они являются как датчиками, так и активаторами, поскольку ими можно активно управлять. Первое преимущество интеллектуальной системы уличного освещения заключается в ее способности снизить затраты за счет оптимизации и контроля интенсивности освещения отдельных ламп с профилями освещения и сумеречными датчиками. Еще одним преимуществом является возможность активного управления освещением в соответствии с текущими потребностями города, например, для увеличения интенсивности света, когда происходит что-то опасное.

Состав IoT в Smart City

Что такое интеллектуальная городская система Интернета вещей, и что нам необходимо знать о ней? Каждая система Интернета вещей в "умных" городах, содержит три уровня: верхний слой, коммуникационный слой и облачный слой.
-Верхний слой включает в себя устройства, установленные за пределами площадки.
-Коммуникационный уровень содержит технологии, обеспечивающие передачу данных между устройствами и информационными системами в облаке.
-Облачный слой состоит из информационных систем, размещенных в центрах хранения и обработки данных, которые позволяют осуществлять дистанционное управление устройствами, находящимися за пределами объекта, обрабатывать и оценивать данные, предоставляемые устройствами, и управлять всей системой пользователем.
Коммутатор в основном используется в сценариях, когда в этом возникает необходимость:
-Оптимизация передачи данных в облако (позволяет оптимизировать дальность передачи или количество устройств, передающих данные, тем самым снижая затраты на коммуникационный уровень);
-Активное управление собранными данными и реагирование на них непосредственно на местах без необходимости поддерживать связь с облачными информационными системами (что позволяет сократить время отклика системы);
-Возможность управления сенсорной частью даже при сбое облачной связи, т.е. при отключении связи, коммутатор должен быть в состоянии управлять светильниками в течение нескольких дней даже без электропитания;
-В более сложных или междисциплинарных сценариях концепции "умного города" коммутатор является ключевым компонентом обеспечения надежности и интерактивности управления городской инфраструктурой.
Верхний слой
При выборе подходящих датчиков или активаторов для установки на верхнем слое следует учитывать следующие факторы:
-Потребление энергии датчика или наличие электричества, когда в месте установки отсутствует электричество, компонент должен быть оптимизирован для работы от батареи или другого источника питания;
-Требуемое место установки датчика и возраст покрытия территории датчиками влияет на выбор подключения и его параметры, так как они должны поддерживаться датчиком.
Вышеуказанные аспекты показывают, что верхний слой, обеспечивающий доступность электроэнергии и подходящее подключение, дает существенное преимущество при внедрении решений IoT в следующих областях концепции умного города.
Системы уличного освещения являются прекрасными, так как они присутствуют в большинстве населенных пунктов, имеют доступ к электричеству, а их распределительные щиты могут быть оснащены доступом в Интернет. Поэтому их можно рассматривать как оптимальную инфраструктуру для внедрения систем Интернета вещей.
Коммуникационный слой
При проектировании и внедрении систем Интернета вещей коммуникационный уровень часто недооценивается. Однако это очень важная часть системы, обеспечивающая передачу данных между удаленными устройствами и информационными системами в облаке. Взаимосвязанность систем Интернета вещей обычно проектируется и реализуется в двух местах:
-Передача данных между датчиками и коммутатором;
-Передача данных между датчиками или коммутатором и информационными системами в облаке.
Задача коммуникационного уровня заключается в обеспечении передачи данных и команд между коммутатором и сенсорным устройством. Поскольку сенсорная часть обычно очень разнообразна - и если речь идет о долгосрочном применении, то она останется такой же - коммутатор должен поддерживать несколько протоколов и интерфейсов для обеспечения связи между различными типами датчиков и активаторов. Такими протоколами являются DALI, EnOcean, Bluetooth, KNX, BACnet, Ethernet, GSM и др. Системы уличного освещения также используют такие технологии, как линия электропередачи (передача электроэнергии), LoRaWAN (беспроводная передача в незащищенном диапазоне) или IQRF.

---

---

Во втором случае коммуникационный уровень должен надежно и в режиме реального времени передавать данные и команды между информационными системами в облаке и коммутатором или между отдельными датчиками или активаторами. Интернет в основном используется для этого типа соединения, которое представляет собой протоколы, сообщающиеся по TCP/IP, такие как MQTT .
Облачный слой
Главной задачей информационных систем облачного слоя является передача данных с верхнего слоя, их хранение для дальнейшей обработки и реагирования на полученные события.
Первая часть информационных систем в этом слое записывает и управляет устройствами в вернем слое. Платформа IoT поддерживает их функциональность. Поскольку проекты "умного города" неизбежно потребуют взаимодействия между различными районами города, важным параметром, который должен характеризовать платформу IoT, является открытость для установления связи с другими системами с целью передачи данных и команд, что позволит автоматизировать их взаимодействие. Например, когда камера слежения распознает наступление опасного события, светильник может освещать эту область с большей интенсивностью.
Вторая часть информационных систем отвечает за следующие трудоемкие задачи: корректная обработка большого объема данных, непрерывно передаваемых верхним слоем через платформу IoT. Эта обработка осуществляется платформой Big Data. В отличие от платформы IoT, задачей которой является немедленная обработка, хранение и реагирование на поступающие данные, платформы Big Data выполняют сложные операции на ней. Эти системы активно используются для операций, требующих сложной, логической работы с данными, например, прогнозирования или сложных запросов на большое количество параметров устройств. Примером может служить мгновенная, сложная информация о состоянии уличного освещения в режиме реального времени, визуально отображающая неисправные или поврежденные лампы.
Третьей частью информационных систем облачного слоя являются системы, предназначенные для взаимодействия с пользователем, а именно графические пользовательские интерфейсы (GUI). Их цели могут отличаться. Например, одно веб-приложение может быть разработано для оператора уличного освещения в диспетчерском центре, а второе мобильное приложение - для работников, отвечающих за установку и обслуживание системы освещения на месте. Важно, чтобы пользователь имел доступ ко всей необходимой информации в той форме и объеме, которые ему необходимы или могут быть использованы. Например, городской операционный работник должен иметь доступ к оперативным данным из всех систем в одном месте.

Зачем городам нужен Интернет вещей

Существует единое мнение в отношении того, что информационно-коммуникационные технологии, применяемые в "умных" городах, должны постепенно привести к более эффективному использованию физической инфраструктуры, такой как дороги, застроенные районы и другие физические активы. Для этого необходимо проанализировать собранные данные, а также способность реагировать на них в режиме реального времени соответствующим образом, в дальнейшем также с применением элементов искусственного интеллекта. Еще одним ожидаемым последствием является более эффективное участие граждан в жизни общества.
Процесс управления и принятия решений, касающихся города, посредством открытых инновационных процессов и электронизации, а также улучшения коллективного "интеллекта" городских учреждений путем создания электронного правительства с упором на участие граждан. Таким образом, использование всех функциональных возможностей и технологий, обычно применяемых в "умных" городах, может привести к улучшению управления городом и его планирования, а также к повышению комфортности жизни его жителей.
Предпосылки и требования для успешного осуществления проекта
Для обеспечения долгосрочного успеха при реализации концепции "умного города" необходимо принять во внимание существующие проблемы и выполнить следующие условия:
-удовлетворение специфических потребностей и требований города путем внедрения необходимых модулей информационной и коммуникационной системы (например, планирование дорожного движения);
-оптимизация инвестиций и необходимых ресурсов за счет реализации мероприятий в несколько этапов, в зависимости от приоритетов города и имеющихся ресурсов;
-возможность реализации взаимосвязанных сервисов между различными компонентами информационно-коммуникационной системы (в том числе для неизвестных повторных запросов) с использованием открытых системных интерфейсов на всех уровнях и поддержкой междисциплинарных сценариев взаимодействия с системой "умный город";
-возможность получать доход, предлагая новые продукты и услуги в городе.

Открытая концепция "умного города"

Концепция "умного города", которую мы сегодня представляем, и условия, которые она требует, должны быть выполнены в соответствии со следующими требованиями:
-открытая архитектура системы, основанная на стандартных и общепринятых протоколах, с возможностью интеграции и изменением компонентов на любом уровне и в любой области:
• способность улучшать или изменять сенсорную часть устройства и интегрировать ее в коммутатор;
• способность изменять или улучшать верхний слой и интегрировать его в платформу IoT с помощью стандартной коммуникации;
• возможность интеграции новых модулей с помощью стандартизированных интерфейсов IoT и Big Data;
• возможность предоставления доступа к данным и услугам третьим лицам с помощью стандартизированных межличностных интерфейсов Интернета вещей и больших данных;
-открытая экосистема поставщиков, поддерживающих принятые стандарты обмена данными и удаленного администрирования.

---

Компания INTELVISION предлагает услуги по проектированию, монтажу, программированию и пуско-наладке систем автоматизации и диспетчеризации инженерных систем, зарядных станций и зданий (BMS) в Москве, Санкт-Петербурге, Казахстане и СНГ.
Мы также являемся разработчиками программного обеспечения SmartUnity BMS