Взаимосвязанные умные города приносят прекрасные мечты. В таких городах цифровые технологии объединяют множество уникальных гражданских функций для повышения операционной эффективности и интеллекта. Предполагается, что к 2050 году 70% населения мира будет жить в умных городах, где жизнь будет здоровой, счастливой и безопасной. Что особенно важно, он обещает быть зеленым, последним козырем человечества против разрушения планеты.
Но умные города — это тяжелая работа. Новые технологии стоят дорого, местные органы власти ограничены, а политика смещается в сторону коротких избирательных циклов, что затрудняет достижение высокооперативной и финансовой эффективной модели централизованного внедрения технологий, которая повторно используется в городских районах на глобальном или национальном уровне. На самом деле, большинство ведущих умных городов, фигурирующих в заголовках газет, на самом деле представляют собой просто набор различных технологических экспериментов и региональных побочных проектов, и мало что можно ожидать от расширения.
Давайте посмотрим на мусорные контейнеры и парковки, которые оснащены датчиками и аналитикой; В этом контексте рентабельность инвестиций (ROI) трудно рассчитать и стандартизировать, особенно когда государственные учреждения настолько фрагментированы (между государственными учреждениями и частными службами, а также между городами, регионами и странами). Посмотрите на мониторинг качества воздуха; Как легко рассчитать влияние чистого воздуха на медицинское обслуживание в городе? Логично, что умные города сложно реализовать, но также и трудно отрицать.
Однако в тумане цифровых перемен есть проблеск света. Уличное освещение во всех муниципальных службах предоставляет городам платформу для приобретения интеллектуальных функций и впервые объединения нескольких приложений. Посмотрите на различные проекты умного уличного освещения, реализуемые в Сан-Диего в США и Копенгагене в Дании, и их количество увеличивается. Эти проекты сочетают в себе массивы датчиков с модульными аппаратными блоками, прикрепленными к фонарным столбам, что позволяет дистанционно управлять самим освещением и запускать другие функции, такие как счетчики трафика, мониторы качества воздуха и даже детекторы оружия.
С высоты фонарного столба города начали решать вопросы «пригодности для жизни» на улицах, включая транспортный поток и мобильность, шум и загрязнение воздуха, а также новые возможности для бизнеса. Даже датчики парковки, традиционно размещаемые на парковках, можно дешево и эффективно подключить к инфраструктуре освещения. Целые города могут внезапно быть объединены в сеть и оптимизированы без перекапывания улиц, аренды помещений или решения абстрактных компьютерных задач о более здоровом образе жизни и безопасных улицах.
Это работает, потому что по большей части решения «умного» освещения изначально не рассчитаны на экономию от «умных» решений. Напротив, жизнеспособность городской цифровой революции является случайным следствием одновременного развития освещения.
Экономия энергии за счет замены ламп накаливания на полупроводниковое светодиодное освещение, а также легкодоступные источники питания и обширная инфраструктура освещения делают умные города возможными.
Темпы перехода на светодиоды уже не растут, а умное освещение находится на подъеме. По данным Northeast Group, аналитика умной инфраструктуры, к 2027 году около 90% из 363 миллионов уличных фонарей в мире будут освещаться светодиодами. Треть из них также будут использовать интеллектуальные приложения — тенденция, которая началась несколько лет назад. До тех пор, пока не будет опубликовано значительное финансирование и чертежи, уличное освещение лучше всего подходит в качестве сетевой инфраструктуры для различных цифровых технологий в крупных умных городах.
Экономьте стоимость светодиодов
Согласно эмпирическим правилам, предложенным производителями освещения и датчиков, интеллектуальное освещение может снизить административные и эксплуатационные расходы, связанные с инфраструктурой, на 50–70 процентов. Но большую часть этой экономии (около 50 процентов, достаточно, чтобы изменить ситуацию) можно было бы реализовать, просто перейдя на энергоэффективные светодиодные лампы. Остальная экономия достигается за счет подключения и управления осветителями, а также передачи интеллектуальной информации о том, как они работают, по сети освещения.
Только централизованные регулировки и наблюдения могут значительно снизить затраты на техническое обслуживание. Способов много, и они дополняют друг друга: составление расписания, сезонный контроль и корректировка сроков; Диагностика неисправностей и сокращение обслуживания грузовиков. Воздействие увеличивается с размером сети освещения и возвращается к исходному варианту рентабельности инвестиций. Рынок утверждает, что этот подход может окупиться примерно через пять лет и потенциально окупиться за меньшее время за счет включения «более мягких» концепций умного города, таких как датчики парковки, мониторы дорожного движения, контроль качества воздуха и детекторы оружия. .
Компания Guidehouse Insights, аналитик рынка, отслеживает более 200 городов, чтобы оценить темпы изменений; В нем говорится, что четверть городов внедряют схемы умного освещения. Продажи интеллектуальных систем стремительно растут. По оценкам ABI Research, к 2026 году глобальные доходы вырастут в десять раз и составят 1,7 миллиарда долларов. На Земле наступает «момент лампочки»; Инфраструктура уличного освещения, которая тесно связана с деятельностью человека, является шагом вперед в качестве платформы для умных городов в более широком контексте. По данным ABI, уже в 2022 году более двух третей новых установок уличного освещения будут привязаны к центральной платформе управления для интеграции данных от нескольких датчиков умного города.
Адарш Кришнан, главный аналитик ABI Research, сказал: «У поставщиков умных городов появляется гораздо больше возможностей для бизнеса, которые используют городскую инфраструктуру фонарных столбов путем развертывания беспроводной связи, датчиков окружающей среды и даже интеллектуальных камер. Задача состоит в том, чтобы найти жизнеспособные бизнес-модели, которые стимулировали бы общество к масштабному развертыванию мультисенсорных решений экономически эффективным способом».
Вопрос уже не в том, подключаться ли, а в том, как и сколько подключать в первую очередь. Как отмечает Кришнан, частично это связано с бизнес-моделями, но деньги уже текут в умные города посредством кооперативной приватизации коммунальных предприятий (ГЧП), когда частные компании берут на себя финансовый риск в обмен на успех в венчурном капитале. Контракты «как услуга» на основе подписки распределяют инвестиции по периодам окупаемости, что также стимулирует активность.
Напротив, уличные фонари в Европе подключаются к традиционным сотовым сетям (обычно от 2G до LTE (4G)), а также к новому стандартному устройству HONEYCOMB Iot, LTE-M. Также в игру вступает запатентованная сверхузкополосная технология (UNB), а также Zigbee, небольшая разновидность Bluetooth с низким энергопотреблением, и производные от IEEE 802.15.4.
Альянс Bluetooth Technology Alliance (SIG) уделяет особое внимание умным городам. Группа прогнозирует, что поставки Bluetooth с низким энергопотреблением в умных городах вырастут в пять раз в течение следующих пяти лет, до 230 миллионов в год. Большинство из них связано с отслеживанием активов в общественных местах, таких как аэропорты, стадионы, больницы, торговые центры и музеи. Однако маломощный Bluetooth также предназначен для наружных сетей. «Решение по управлению активами улучшает использование ресурсов умного города и помогает снизить городские эксплуатационные расходы», — заявили в Bluetooth Technology Alliance.
Комбинация двух методов лучше!
Однако у каждой технологии есть свои противоречия, некоторые из которых были разрешены в ходе дискуссий. Например, UNB предлагает более строгие ограничения на полезную нагрузку и графики доставки, исключая параллельную поддержку приложений с несколькими датчиками или таких приложений, как камеры, которые этого требуют. Технология ближнего действия дешевле и обеспечивает большую пропускную способность для разработки настроек освещения как платформы. Важно отметить, что они также могут играть роль резервного копирования в случае отключения сигнала глобальной сети и предоставлять техническим специалистам возможность напрямую считывать показания датчиков для отладки и диагностики. Например, Bluetooth с низким энергопотреблением работает практически со всеми смартфонами, представленными на рынке.
Хотя более плотная сеть может повысить надежность, ее архитектура становится сложной и предъявляет более высокие требования к энергии для взаимосвязанных датчиков «точка-точка». Дальность передачи также проблематична; Покрытие с использованием Zigbee и Bluetooth с низким энергопотреблением составляет не более нескольких сотен метров. Хотя различные технологии ближнего действия конкурентоспособны и хорошо подходят для сетевых датчиков, охватывающих весь регион, они представляют собой закрытые сети, которые в конечном итоге требуют использования шлюзов для передачи сигналов обратно в облако.
В конце обычно добавляется сотовое соединение. Тенденция среди поставщиков интеллектуального освещения заключается в использовании сотовой связи «точка-облако» для обеспечения зоны покрытия шлюза или сенсорного устройства на расстоянии от 5 до 15 км. Технология Beehive обеспечивает большую дальность передачи и простоту; По мнению сообщества Hive, он также обеспечивает готовую сеть и более высокий уровень безопасности.
Нил Янг, руководитель направления Интернета вещей в GSMA, отраслевой организации, представляющей операторов мобильных сетей, сказал: «Операторы действий… имеют полное покрытие всей территории, поэтому не требуют дополнительной инфраструктуры для подключения городских осветительных приборов и датчиков». . В лицензированном спектре сотовая сеть обладает безопасностью и надежностью, что означает, что оператор имеет лучшие условия, может поддерживать большое количество потребностей, имеет гораздо более длительный срок службы батареи, минимальное обслуживание и большую дальность передачи недорогого оборудования».
По данным ABI, из всех доступных технологий связи в ближайшие годы наибольший рост будет наблюдаться у HONEYCOMB. Ажиотаж вокруг сетей 5G и борьба за размещение инфраструктуры 5G побудили операторов взяться за фонарный столб и заполнить небольшие сотовые единицы в городских условиях. В США Лас-Вегас и Сакраменто развертывают LTE и 5G, а также датчики умного города на уличных фонарях через операторов связи AT&T и Verizon. Гонконг только что представил план установки 400 фонарных столбов с поддержкой 5G в рамках своей инициативы «умный город».
Тесная интеграция оборудования
Нильсен добавил: «Nordic предлагает многорежимные продукты ближнего и дальнего радиуса действия, благодаря своей SoC nRF52840, поддерживающей маломощные Bluetooth, Bluetooth Mesh и Zigbee, а также Thread и собственные системы 2,4 ГГц. SiP nRF9160 SiP на базе Honeycomb от Nordic предлагает поддержку как LTE-M, так и NB-iot. Комбинация двух технологий обеспечивает преимущества в производительности и стоимости».
Разделение частот позволяет этим системам сосуществовать: первая работает в свободном диапазоне 2,4 ГГц, а вторая работает везде, где находится LTE. На более низких и более высоких частотах существует компромисс между более широким охватом территории и большей пропускной способностью. Но в платформах освещения обычно используется беспроводная технология ближнего действия для соединения датчиков, периферийные вычислительные мощности используются для наблюдения и анализа, а сотовый интернет используется для отправки данных обратно в облако, а также сенсорное управление для более высоких уровней обслуживания.
До сих пор пара радиостанций ближнего и дальнего действия добавлялась отдельно, а не была встроена в один и тот же кремниевый чип. В некоторых случаях компоненты разделяются, поскольку неисправности прожектора, датчика и радиостанции различны. Однако интеграция двух радиостанций в единую систему приведет к более тесной интеграции технологий и снижению затрат на приобретение, что является ключевым моментом для умных городов.
В Nordic считают, что рынок движется в этом направлении. Компания интегрировала технологии беспроводной связи малого радиуса действия и сотовой связи IoT в аппаратное и программное обеспечение на уровне разработчиков, чтобы производители решений могли одновременно запускать эту пару в тестовых приложениях. Плата Nordic DK для nRF9160 SiP была разработана для разработчиков, чтобы «заставить их Honeycomb iot-приложения работать»; Nordic Thingy:91 описывается как «полноценный готовый шлюз», который можно использовать в качестве готовой платформы для прототипирования или проверки концепции для ранних проектов продукта.
Оба имеют многорежимный сотовый чип nRF9160 SiP и многопротокольную SoC ближнего действия nRF52840. По данным Nordic, до коммерциализации встроенных систем, сочетающих в себе две технологии для коммерческого внедрения Интернета вещей, осталось всего несколько месяцев.
Nordic Nielsen сказал: «Умная платформа освещения города была создана со всеми этими технологиями подключения; На рынке очень ясно, как их объединить, мы предоставили производителям решения для разработки плат, чтобы проверить, как они работают вместе. Их объединение в бизнес-решения является обязательным, и это всего лишь вопрос времени».
Время публикации: 29 марта 2022 г.