IoT в умных городах

Роль IoT в концепции умного города

Концепция умного города предполагает использование информационно-коммуникационных технологий для повышения качества городских услуг, снижения затрат и потребления ресурсов, а также для улучшения коммуникации между горожанами и органами власти. Ключевым элементом, обеспечивающим функционирование умного города, является интернет вещей (IoT).

IoT в контексте умного города — это сеть взаимосвязанных физических устройств: внешних датчиков, счётчиков, камер и исполнительных механизмов. Эти устройства собирают данные о состоянии городской инфраструктуры и передают их в центры обработки, где информация анализируется и используется для управления городскими процессами. Система также включает пользовательские интерфейсы — веб-приложения и мобильные приложения для доступа к данным и управления.

Применение IoT в городской инфраструктуре

Каждый город имеет физическую инфраструктуру, состоящую из различных устройств, информация о работе которых критически важна для управления. К таким объектам относятся:

• Освещение общественных мест

• Управление отходами

• Метеорологическое наблюдение

• Транспорт и управление движением

• Парковочное пространство

• Системы безопасности

Физические устройства, размещённые в этих зонах, регистрируют информацию, которая при своевременной и качественной передаче оператору инфраструктуры приобретает ценность. Эта ценность реализуется, когда оператор налаживает процессы и информационные системы, способные действовать на основе полученных данных, что приводит к экономии ресурсов или повышению качества обслуживания.

Пример 1: Управление отходами

Типичный пример использования IoT в городах — обращение с отходами. К контейнеру крепится датчик уровня заполнения, который регулярно (например, каждые 15 минут) проверяет наполненность и передаёт информацию через сеть 4G в информационную систему. На основе этих данных система планирует маршрут сбора отходов, оптимизируя затраты и повышая удовлетворённость населения.

Некоторые системы управления отходами могут интегрировать информацию от третьих сторон (например, о интенсивности движения) или использовать искусственный интеллект для более эффективного планирования маршрутов. Возможны также приложения, позволяющие гражданам сообщать о неисправностях контейнеров.

Пример 2: Интеллектуальное уличное освещение

Системы уличного освещения являются оптимальной инфраструктурой для внедрения IoT, так как они присутствуют в большинстве населённых пунктов, имеют доступ к электричеству, а их распределительные щиты могут быть оснащены доступом в интернет.

Уличное освещение включает два типа устройств: распределительный щит и осветительные приборы. Они выступают одновременно как датчики и как активаторы, поскольку ими можно активно управлять.

Преимущества интеллектуального освещения:

• Снижение затрат за счёт оптимизации и контроля интенсивности отдельных ламп с использованием профилей освещения и сумеречных датчиков.

• Возможность активного управления освещением в соответствии с текущими потребностями города (например, увеличение интенсивности света при возникновении опасной ситуации).

Трёхуровневая архитектура IoT в умном городе

Каждая IoT-система в умных городах содержит три уровня:

1. Верхний слой

Включает устройства, установленные на объектах: датчики, камеры, счётчики, исполнительные механизмы.

При выборе датчиков для верхнего слоя учитываются следующие факторы:

• Энергопотребление: при отсутствии электричества компонент должен работать от батареи или другого источника питания.

• Требуемое место установки и зона покрытия: это влияет на выбор типа подключения.

2. Коммуникационный уровень

Обеспечивает передачу данных между устройствами и информационными системами в облаке. Взаимодействие обычно реализуется в двух точках:

• Между датчиками и коммутатором (шлюзом).

• Между коммутатором и облачными информационными системами.

Шлюз должен поддерживать несколько протоколов и интерфейсов для связи с различными типами датчиков. Используемые протоколы: DALI, EnOcean, Bluetooth, KNX, BACnet, Ethernet, GSM, а также LoRaWAN, IQRF и передача по линиям электропередачи. Для связи с облаком применяются протоколы TCP/IP, такие как MQTT.

Функции коммутатора (шлюза):

• Оптимизация передачи данных в облако (снижение затрат на коммуникационный уровень).

• Активное управление данными и реагирование на местах без связи с облаком (сокращение времени отклика).

• Управление сенсорной частью при сбое облачной связи (автономная работа в течение нескольких дней).

• Обеспечение надёжности и интерактивности управления в сложных сценариях.

3. Облачный слой

Состоит из информационных систем, размещённых в центрах хранения и обработки данных. Основные задачи:

• Приём данных с верхнего слоя.

• Хранение данных для дальнейшей обработки.

• Реагирование на полученные события.

Облачный слой включает три типа систем:

Платформа IoT — управляет устройствами верхнего слоя и поддерживает их функциональность. Ключевое требование к платформе — открытость для интеграции с другими системами с целью передачи данных и команд, что позволяет автоматизировать взаимодействие (например, камера распознаёт опасное событие — светильник увеличивает интенсивность освещения).

Платформа Big Data — выполняет сложные операции с большими объёмами данных: прогнозирование, сложные запросы, визуализацию состояния устройств в реальном времени.

Системы пользовательского интерфейса (GUI) — предоставляют доступ к данным и управлению через веб- и мобильные приложения. Интерфейсы адаптируются под разные категории пользователей: операторы диспетчерского центра, полевые сотрудники, горожане.

 

Преимущества IoT для умных городов

Применение информационно-коммуникационных технологий в умных городах приводит к следующим результатам:

• Более эффективное использование физической инфраструктуры (дороги, застроенные районы, другие активы).

• Анализ собранных данных и реагирование в реальном времени, в том числе с применением элементов искусственного интеллекта.

• Более эффективное участие граждан в жизни общества.

• Улучшение управления и планирования города.

• Повышение комфортности жизни жителей.

Открытая концепция умного города

Успешная реализация концепции умного города требует соблюдения следующих принципов:

• Открытая архитектура системы, основанная на стандартных протоколах, с возможностью интеграции и изменения компонентов на любом уровне:

  • Возможность изменения сенсорной части и интеграции её в шлюз.

  • Возможность изменения верхнего слоя и интеграции его в IoT-платформу.

  • Возможность интеграции новых модулей через стандартизированные интерфейсы.

  • Возможность предоставления доступа к данным и услугам третьим лицам.

• Открытая экосистема поставщиков, поддерживающих принятые стандарты обмена данными и удалённого администрирования.