Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 10 2013
Михаил САМСОНОВ  Александр РОСЛЯКОВ  Сергей ВАНЯШИН  Александр ГРЕБЕШКОВ  11 октября 2013

Интернет вещей в умном городе

Технологии интернета вещей, несмотря на отсутствие стандартов и другие нерешенные проблемы, уже сегодня способны революционным образом изменить процессы управления городским и коммунальным хозяйством.

О перспективной концепции интернета вещей (Internet of Things, IoT), ее базовых принципах, проблемах и задачах реализации шла речь в предыдущей статье авторов (см. ИКС №5’2013, с. 62). Основной проблемой IoT остается отсутствие стандартов в данной области, что затрудняет интеграцию предлагаемых на рынке решений и во многом сдерживает появление новых. Тем не менее определенные практические преимущества от применения технологий IoT можно получить уже сегодня. Мы покажем, как можно использовать интернет вещей для реализации концепции «умного города».

 З р е л о с т ь   к о н ц е п ц и и   I o T  

Исследовательская компания Gartner с 1995 г. регулярно публикует графики цикла зрелости технологий (так называемая S-образная кривая), отмечая на них технологии, которые находятся в самом начале зарождения, нашли свою рыночную нишу, продолжили уверенное развитие или к которым проявляется избыточное внимание. В 2012 г. на очередном графике Gartner (рис. 1) технология интернета вещей была отнесена к находящимся на этапе зарождения – ее запуск и массовое внедрение прогнозировались на ближайшие 10 лет. В то же время технологии, составляющие основу интернета вещей, такие как беспроводные сенсорные сети (Wireless Sensor Network, WSN), коммуникации малого радиуса действия (Near Field Communication, NFC) и межмашинные коммуникации (machine-to-machine, М2М), уже прошли пик завышенных ожиданий и находятся на III этапе – избавления от иллюзий. Для того чтобы IoT и сопутствующие технологии стабильно развивались в будущем (перешли на IV и V этапы зрелости), им необходима практическая востребованность. А это может случиться, только если они реально продемонстрируют новые, более широкие возможности эффективного взаимодействия любых вещей в различных областях человеческой деятельности.  

Интернет вещей в городском хозяйстве

В последнее годы в городах интенсивно создаются информационные системы для автоматизации отдельных сфер жизни: безопасности городской среды, транспорта, энергетики и ЖКХ, здравоохранения, образования, государственного и муниципального управления и др. Но в целом можно констатировать почти повсеместное отсутствие полнофункциональной инфокоммуникационной инфраструктуры, поддерживающей основные операционные, технологические и бизнес-процессы управления городской средой и инфраструктурой. В свою очередь, принципы и технологии IoT позволяют создать полносвязное интегрированное решение, необходимое для функционирования городской среды (рис. 2) и доступное всем жителям города, сотрудникам городских служб, чиновникам и управленцам разных уровней.

Мы рассмотрим несколько примеров интеллектуальных (smart) систем, где интернет вещей уже сегодня способен изменить технологические и информационные процессы управления городским и коммунальным хозяйством.

«Умные измерения» (Smart Metering). Технология интеллектуальных измерений расхода энергоресурсов (электричество, газ, вода, тепло) кроме установки умных приборов учета подразумевает создание информационных сетей для передачи данных. Это решение представляет собой один из видов межмашинных коммуникаций М2М и поэтому органично вписывается в концепцию IoT. Эффект от внедрения умных счетчиков и сетей сбора данных от них, по оценкам экспертов, позволит на 20% снизить требуемый объем новых энергомощностей. За счет интеллектуализации эксплуатационных и технологических операций можно подключить к уже имеющимся мощностям больше потребителей, снизить потери от хищений энергии на 95%, а технические потери – на 50%, уменьшить задолженность потребителей на 50–70%. Каждый из этих параметров критически важен для российского рынка энергоснабжения.

«Умный дом» (Smart Home). Это одно из самых актуальных решений IoT, поскольку жители получают доступ к интегрированному управлению системами жизнеобеспечения дома или квартиры. Такое управление  умным домом позволяет координировать работу систем отопления и вентиляции, охранной и противопожарной сигнализации, видеонаблюдения, связи и телефона, освещения, электроснабжения и т.д. Контролировать ситуацию в помещениях дома можно дистанционно, что предотвращает или существенно снижает риск возникновения аварий, связанных с утечкой воды или газа, включенными в сеть электроприборами и т.д.

Однако главное преимущество решений IoT в умном доме – это возможность снизить расходы на электроэнергию и отопление. Система управления умным домом с помощью датчиков, сенсоров, приборов учета и бытовых приборов, включенных в единую сеть IoT, автоматически поддерживает оптимальный режим расхода энергии и тепла в помещениях, информирует об оставленном включенном освещении, незакрытых окнах, выбирает подходящий режим включения электроприборов, исходя из времени суток и действующих тарифов.

«Умные энергосети» (Smart Grid). Энергетика – типичный пример того, как новые технологии могли бы решить многие проблемы городского хозяйства, в данном случае проблемы транспортировки и потребления энергоресурсов. Интеллектуальная энергосистема Smart Grid в реальном времени ведет мониторинг и управляет энергосетями, а также реализует коммуникации между потребителями и поставщиками энергоресурсов. И речь не только об интеллектуальных счетчиках и сетевых устройствах – интернет вещей соединит со Smart Grid электроавтомобили, домашние аккумуляторы, солнечные панели, термостаты и приборы бытовой электроники, такие как телевизоры и кондиционеры. Постоянный мониторинг энергопотребления в режиме реального времени позволит при необходимости направить поток энергии в обратном направлении, от потребителя в электросеть, и учесть его в расчетах с потребителем. Это поможет спланировать подачу и потребление энергии и упростит процесс обслуживания потребителей. В перспективе принципы Smart Grid могут быть распространены на сети тепло-, газо- и водоснабжения, водоотведения и канализации.

«Умный город» (Smart City). Потребности горожан растут: когда-то достаточно было еды, крыши над головой и относительной безопасности, но сейчас для того, чтобы город был привлекательным и комфортным для людей, он должен удовлетворять куда более серьезным, комплексным требованиям. Фокус в управлении городским хозяйством смещается на хорошую транспортную и коммунальную инфраструктуру, нормальную экологическую обстановку, эффективную систему безопасности, грамотную эксплуатацию объектов и т.д. Интернет вещей дает возможность улучшить качество жизни. Так, технологии IoT обеспечат экономичное и экологичное использование городских систем жизнедеятельности и коммунальной инфраструктуры (водоснабжение, отопление, электроснабжение, лифтовое хозяйство, связь и т.д.) за счет объединения городских служб и организаций в интеллектуальную распределенную информационную систему. Это позволит им оперативно взаимодействовать на основе современных ИТ как в повседневной работе, так и в экстремальных ситуациях.

Интернет вещей и реформирование ЖКХ

Уже сегодня интернет вещей способен с успехом решать задачи реформирования городского хозяйства. Технологии IoT могут помочь в реформировании очень важной для города отрасли – жилищно-коммунального сектора. Раньше, когда в расчетах использовались нормативы потребления коммунальных услуг, не было потребности в установке приборов учета энергоресурсов и передачи данных от них в центры расчетов. В последние годы активно формируется нормативно-правовая база, определяющая правила ведения бизнеса в области сбыта и потребления энергоресурсов ЖКХ на основе их фактического потребления. Пример – реализация приоритетной национальной программы повышения энергоэффективности и энергосбережения.

Однако традиционные игроки на рынке жилищных и коммунальных услуг (управляющие компании, ТСЖ, расчетно-сервисные центры, поставщики энергоресурсов и др.) зачастую не в состоянии обеспечить комплексное решение задачи массового автоматического дистанционного сбора и передачи информации от многочисленных индивидуальных и общедомовых приборов учета. В результате в сфере ЖКХ появляются новые игроки – сервис-провайдеры, операторы информационных сетей и систем, – которые предоставляют необходимую инфраструктурную поддержку с использованием технологий интернета вещей. Функции сетевого провайдера или провайдера платформ могут выполнять и существующие операторы сетей связи, используя свои инфраструктурные и сетевые возможности (дата-центры, колл-центры, каналы и линии связи, сети доступа и др.).

Такой подход предъявляет качественно новые требования к автоматизированным и информационным системам в городском хозяйстве. Сам по себе датчик или сенсор является, по сути, только регистратором определенных изменений с возможностью передачи собранной информации. Проблема в том, что эти данные необходимо безошибочно передать и содержательно интерпретировать. Поэтому массовое внедрение умных приборов учета инициирует появление новых информационных систем с расширенными возможностями сбора, передачи, обработки информации, обеспечения информационной безопасности, биллинга и аналитики собираемых данных. В результате в отрасли ЖКХ появляются крупные интегральные системы, которые обеспечивают полный жизненный цикл информации – от первоначальной регистрации изменения определенного параметра до его содержательной интерпретации и принятия решения по управлению прибором, объектом или отраслью ЖКХ в целом (пример архитектуры такого комплексного решения для сферы энергетики и ЖКХ приведен на рис. 3).

За сбор, обработку и хранение информации, полученной от приборов учета, отвечает подсистема «умных измерений» (Smart Metering). Она позволяет организовать управление элементами коммунальных сетей в целях регулирования потребления энергоресурсов и организации диспетчерских служб. Подсистема персональных услуг включает набор приложений, совместно с подсистемой умных измерений реализующих ряд услуг, которые обеспечивают комфортное и безопасное проживание (система контроля задымления, протечек, несанкционированного доступа в жилище и т.п.).

Подсистема биллинга обеспечивает выполнение полного цикла операций по расчетам за жилищные и коммунальные услуги, включая учет потребителей, обработку данных о потреблении энергоресурсов, выставление счетов за услуги, контроль поступления платежей, работу с дебиторами и др. Расчет энергетических балансов для управляющих организаций, исполнителей, энергоснабжающих организаций, ресурсоснабжающих организаций выполняет подсистема расчета балансов, обеспечивающая контроль за несанкционированным использованием энергоресурсов, учет потерь на различных участках коммунальных сетей. Подсистема мониторинга и управления взаимодействует с системами SCADA/АСУ ТП ресурсоснабжающих организаций.

Подсистема учета граждан служит для регистрации граждан, постоянно или временно проживающих на территории муниципального образования. Подсистема работы с потребителями CRM выполняет функции информационно-справочного обслуживания, регистрации и обработки заявлений потребителей жилищных и коммунальных услуг. Подсистема аналитики позволяет провести многомерный анализ данных, связанных с населением, жилым фондом и потреблением энергоресурсов, и представить эти данные в удобном графическом виде для статистических и аналитических отчетов.

Информационный портал обеспечивает доступ потребителей через личный кабинет к нормативно-справочной и расчетной информации и к статистике потребления энергоресурсов, получение счетов-квитанций, экспертных рекомендаций по энергосбережению, подачу запросов, жалоб и претензий, другие информационные сервисы, связанные с ЖКХ. Выход на интернет-портал имеют и другие субъекты сферы ЖКХ для раскрытия информации через интернет согласно действующим стандартам и правилам.

Базы данных представляют собой упорядоченный комплекс реестров, регистров и нормативно-справочной информации о поставщиках и потребителях жилищных и коммунальных услуг, сведений о состоянии жилого фонда, договорах обслуживания, тарифах на услуги, льготах и субсидиях, регламентах взаимодействия организаций в ходе предоставления услуг и др. Информационная система коммунального хозяйства – важнейший функциональный компонент и источник информации  перспективной Государственной информационной системы ЖКХ (ГИС ЖКХ). Таким образом, функционально аппаратно-программный комплекс, показанный на рис. 3, охватывает практически весь спектр задач, которые характерны для ЖКХ, а использование технологий интернета вещей позволяет системе решать эти задачи комплексно, оперативно и качественно.

Возможности будущего – уже сегодня

Интернет вещей еще не проник глубоко в элементы городской инфраструктуры и хозяйства, но уже сформировал сферу влияния, в рамках которой играет практически революционную роль. Это в первую очередь транспорт, энергетика и коммунальные услуги, экология, контроль преступности, информационное обеспечение жителей города и интерактивное управление домохозяйством.

Интеллектуальные мобильные устройства и высокоскоростные территориально распределенные сети для доступа к ним, сенсоры, встраиваемые в городскую среду, – все это обеспечивает основу для создания всеобъемлющих городов (ubiquitous city), или u-городов, в которых объекты инфраструктуры и люди тесно связаны. Правительства нескольких стран уже приняли масштабные программы создания интеллектуальных городов U-City. Один из таких проектов – First International Open Ubiquitous City Challenge в финском городе Оулу, обеспечивающий в нем повсеместный компьютинг.

Наиболее эффективные U-системы (связанные на основе интернета вещей) – это коммунальная, транспортная, парковочная службы, а также служба борьбы с уличной и бытовой преступностью. Это, по сути, ключевые проблемы городской жизни, которые можно решить на основе единой системы мониторинга и контроля. Так, в южнокорейском городе Eunpyeong New Town эффективно работает U-система в сфере торговли в виде портала с информацией о магазинах, кафе и т.д., а также система контроля местоположения детей, предназначенная для родителей. в Москве с помощью сайта Яндекс.Такси можно отследить перемещения заказанной машины, обнаружить ближайших водителей на онлайн-карте. Сбор информации от автобусов, оборудованных системой GPS или ГЛОНАСС, позволяет создавать интерактивные табло, онлайн-ресурсы и приложения, которые информируют жителей о том, сколько им придется ждать автобуса. Например, в Москве на Тверской улице установлены пять

первых умных остановок, оборудованных сенсорными панелями. Теперь пассажиры могут проложить свой путь на интерактивной карте и узнать точное время прибытия автобуса или троллейбуса. В Москве планируется также оснастить парковки интеллектуальной системой, которая позволит автомобилистам получать информацию о свободных парковочных местах в режиме реального времени. Та же система будет предоставлять статистику о загруженности парковок для разработки политики управления ими и обоснованных тарифов для водителей.

В Барселоне создан «комплект разумного горожанина» – Smart Citizen Kit, благодаря которому интернет вещей становится доступен жителям города. В первую очередь исследуются метео- и экологические условия городской среды. С помощью личного устройства, оборудованного различными сенсорами, можно посылать данные в режиме реального времени в специальные социальные сети, обмениваться информацией.

В целом же концепция применения интернета вещей в городском хозяйстве состоит в том, чтобы сформировать по-настоящему «разумный» город, развитие которого определяют в первую очередь не технологии, а использующие их горожане.

  

Следует честно признать, что пока интернет вещей – это слабо связанные между собой разрозненные сети и информационные системы, каждая из которых создавалась в расчете на определенные задачи. Но совсем скоро большая часть окружающих нас предметов будет оснащена датчиками и сенсорами, которые образуют единую сеть и будут общаться между собой, обмениваться данными. Так появятся умные дома, автомобили, дороги, города и страны – со временем они образуют умную планету.

Сейчас концепция интернета вещей сталкивается с критикой, иногда даже более жесткой, чем критика самой Всемирной паутины. Возможность повсеместного постоянного контроля, которую дают современные технологии IoT, – это не только преимущества, но и новые риски. Да, безопасный город, онлайн-контроль качества коммунальных услуг и регулирование транспортной ситуации, всеобщая информированность, прозрачность и гармония – это все прекрасно. Но проблемы информационной безопасности в интернете вещей (и прежде всего безопасность персональных данных) требуют пристального внимания и соответствующих решений. Опасаться технологий IoT не нужно – важно их знать, понимать и разумно применять.  

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!