Что входит в физическую систему технологического стека умный город
«Умный город»: пять технологий концепции smart city
Что такое «умный город»
Концепцию smart city внедряют мегаполисы по всему миру — Нью-Йорк, Сингапур, Барселона, Токио, Москва, Амстердам и десятки других. Но трактовка этого понятия у разных стран и организаций может отличаться.
К примеру, компания IBM, которая считается одним из основных разработчиков решений для «умного города», определяет его через три ключевых качества — оснащенный, объединенный и интеллектуальный. В Европарламенте считают, что «умный город» — это тот, который стремится решать общественные проблемы за счет инфокоммуникационных ресурсов. Такие города стратегически важны для борьбы с бедностью, неравенством и безработицей, эффективного управления энергопотоками, уверены в ЕС. Российские ведомства часто описывают smart city как «инновационный город», который комплексно внедряет решения на благо среды и жителей.
Несмотря на разницу в определениях, более или менее общее видение концепции в мире все-таки сложилось. Среди базовых характеристик «умных городов» — устойчивость и экологичность, участие общества в управлении, эффективное использование данных, стремление повысить качество сервисов и уровень жизни.
Ключевые характеристики концепции «умный город»:
На основе определений Международной организации по стандартизации, Международной электротехнической комиссии, Международного союза электросвязи, Европейского института стандартизации электросвязи и других профильных организаций.
Что патенты могут рассказать о развитии smart city
Оценить, на какие технологии опирается настоящее и будущее «умных городов», помогает патентная информация. По сравнению со статьями в интернете и научными публикациями, она содержит намного более подробные сведения об изобретениях. Патентные документы включают детальное технологическое описание продуктов и технологий и их новизны. А сама информация открыта и структурирована.
Кроме того, такие данные позволяют проанализировать затраты на охрану изобретений, по которым можно косвенно судить о важности и перспективности каждого ноу-хау. «Чем больше ресурсов компания вкладывает в патентование технологии или продукта, тем более ценным для компании является изобретение», — поясняют в проектном офисе Федерального института промышленной собственности (ФИПС), который разработал патентный ландшафт по теме «Умный город». ФИПС — подведомственное учреждение Роспатента, отвечающего за охрану и использование интеллектуальной собственности в России.
Эксперты проектного офиса изучили сведения о выданных патентах и зарегистрированных заявках на изобретения, которые опубликованы патентными ведомствами всех стран мира. Всего они обнаружили около 53,3 тыс. документов, связанных со smart city. Из них около 8,1 тыс. — это патенты на изобретения, остальные находились на рассмотрении к моменту исследования. Авторы доклада также нашли множество опубликованных заявок — больше 35,1 тыс. Это, по их мнению, говорит об активной фазе патентования в области «умных городов».
Активность изобретателей быстро росла, начиная с 2009 года. А в 2018-м начала входить в фазу коммерциализации технических решений. «Уже сегодня наблюдаются все признаки промышленной эксплуатации умного города», — указывают в проектном офисе ФИПС.
Какие технологии «умного города» — самые перспективные
Чтобы выделить ключевые тренды в технологическом развитии «умных городов», авторы патентного ландшафта оценили показатель силы изобретений. Они учитывали, в частности, случаи прямого цитирования публикаций, новизну, территориальный охват и другие факторы.
Такой анализ проводился только для патентных документов, зарегистрированных за пределами Китая. Рынок КНР обособлен, а местным изобретателям трудно выходить на международный уровень, объясняют эксперты из ФИПС. Поэтому некитайский сегмент более интересен с коммерческой точки зрения и применим в мировых масштабах, в том числе и в России.
После детальной оценки авторы составили рейтинг из 100 самых сильных документов коллекции и подробно описали несколько наиболее перспективных технологий.
1. Отслеживание передвижений с помощью RFID
Автор разработки — южнокорейская компания KT Corporation, крупнейший в стране провайдер телекоммуникационных услуг. Предложенная ей система отслеживает положение движущихся объектов, используя радиочастотные метки (RFID) и сети связи — беспроводные, мобильные или фиксированные.
Такие метки можно разместить на рабочей одежде, машинах или инструментах сотрудников, которые занимаются обслуживанием городской инфраструктуры. Кроме того, технология пригодна для учета и управления доступом на объекты.
2. Движущиеся беспроводные сети
Создание движущихся сетей радиодоступа — одно из ключевых направлений развития беспроводной связи. Беспроводные точки устанавливают на различные транспортные средства, включая городской общественный транспорт, машины коммунальных служб, такси и беспилотники.
У такого подхода два основных плюса. Во-первых, транспорт имеет бортовой источник питания, к которому можно подключить устройства. Во-вторых, он плотно распределен по территории городов и магистралям.
Движущиеся точки доступа могут взаимодействовать между собой, создавая беспроводные самоорганизующиеся сети. Так можно обеспечить пассажиров интернетом и получать данные с различных бортовых датчиков — например, для оптимизации маршрутов и мониторинга городского транспорта.
Авторы разработки — американский стартап Veniam, который специализируется на перемещении данных между подключенными транспортными средствами и облаком. Компания предложила динамическую конфигурацию движущихся сетей, которые в режиме реального времени адаптируются к изменению нагрузки и других параметров. Алгоритмы способны повышать пропускную способность и надежность сетей, уменьшать потери и задержки, обеспечивать связь в «мертвых зонах» и снижать затраты на обслуживание.
3. Сети устройств для интернета вещей
Технология, предложенная американской компанией Qualcomm, дает возможность быстро внедрять телеметрические сети для интернета вещей. Речь идет о построении ячеистых, или mesh-сетей, в которых узлы соединяются по принципу «каждый с каждым». Такая схема сложна в настройке, но обеспечивает высокую устойчивость: обрыв одного соединения не влияет на работу сети в целом.
При этом задачи по передаче данных выполняют сами беспроводные девайсы. Схема выглядит так: устройство, которое должно передать информацию, проводит разведку сети и само выбирает другое устройство для обработки пакета данных. Затем первый девайс устанавливает связь со вторым и использует его как временное реле для передачи информации.
4. Контент для дополненной реальности
Изобретение принадлежит группе компаний Samsung: она запатентовала способ предоставления контента для AR, адаптированное к технологии электронное устройство и систему.
В разработке используется информация от внешнего электронного сенсора. Эти данные помогают идентифицировать объект, определить его свойства и местоположение, в том числе по высоте. Контент дополненной реальности обновляется по мере движения устройства.
Возможность идентифицировать объект и оценить его параметры пригодится «умным городам» при строительстве и мониторинге муниципальной инфраструктуры. Технология позволит опознавать объекты и анализировать их состояние, необходимость ремонта или замены.
5. Передача данных через видимый свет
Решение принадлежит американской Intel. Она создала передающие системы, которые могут использовать видимый свет, в том числе инфракрасный или ультрафиолетовый. Разработка предназначена для транспортной сферы: машины, идущие в одном потоке, смогут обмениваться информацией для предотвращения аварий.
В основе технологии VLC (Visible Light Communication) — преобразование яркости и частоты мерцания света информационным сигналом. Но этот сигнал незаметен для человеческого глаза, поскольку передается с очень высокой частотой.
Бортовые датчики автомобилей регистрируют различные дорожные события — аварии, появление животных или пешеходов на проезжей части, поврежденное покрытие. Затем информация по цепочке передается машинам, которые движутся сзади. То есть водители узнают о событиях на дороге еще до того, как они попали в зону видимости.
В качестве передатчиков Intel предлагает использовать фары стоп-сигналов или фонари в задней части транспортных средств. А принимать информацию будут фронтальные камеры или специальные фотодатчики на автомобилях.
По мнению авторов доклада, перспективы VLC не ограничиваются транспортом. Любой прибор освещения на предприятиях или улицах потенциально можно превратить в приемник или передатчик сигнала. А алгоритмы — приспособить для сбора данных и управления объектами.
В патентном ландшафте также выделяется несколько технических решений, которые напрямую не относятся к «умному городу», но потенциально в нем применимы. Помимо технологии VLC, это промышленный интернет, цифровые двойники, грузовые беспилотники и подключенные автомобили, которые могут обмениваться данными с другими машинами, сетями и сервисами.
Кто создает технологии для городов будущего
Разработки для «умного города» ведут не более 20 стран мира. Лидером по числу собственных изобретений является Китай. Но самый большой территориальных охват — у США: патентные документы американских изобретателей включают 24 различных юрисдикции. За ними следуют Великобритания, Южная Корея, Норвегия, Индия и Япония.
Технологическое лидерство в «умных городах» в большинстве стран захватили телекоммуникационные гиганты. В некитайском сегменте по количеству патентных семейств (группа публикаций, относящихся к одному изобретению) первое место занимает Samsung. За ней с большим отрывом идет американская Cisco, которая специализируется на разработке сетевого оборудования.
Среди китайских компаний выделяются Huawei и Xiaomi. В целом игроки из КНР слабо представлены в других странах, но эти два гиганта уверенно нацелились на территориальную экспансию.
Россию зарубежные компании рассматривают как потенциально привлекательный рынок для коммерциализации своих технологий. Здесь присутствуют три крупных некитайских игрока (Samsung, Philips и Ford) и столько же китайских (Xiaomi, Huawei и ZTE).
В то же время патентная активность в России пока невысока: на территории страны зарегистрировано всего 115 патентных семейств. Большинство из них — публикации иностранных изобретателей и компаний, которые решили продвигать свои технологии за рубежом, в том числе в РФ.
На основе всех этих данных эксперты из проектного офиса ФИПС дают российским игрокам несколько рекомендаций. Прежде всего, провести патентную технологическую разведку зарубежных решений, которые представлены в стране, проанализировать опыт других стран и компаний-лидеров.
И хотя во многих регионах лидеры уже определены, в мире еще остались свободные рынки. Владельцы разработок сейчас рассматривают рыночный потенциал всего 27 государств. Поэтому нужно изучить страны, где технологическое лидерство еще не так развито, считают разработчики патентного ландшафта.
Особое внимание они советуют обратить на две сегмента технологий — «промышленный интернет» и «цифровой двойник». «Оба направления имеют свободные ниши для патентования», — заключают в проектном офисе ФИПС.
Как устроены «умные» города в России и в мире
«Умные» города: мировой опыт
По словам Андрея Мишурного, главы проектного офиса АПК «Безопасный город» ГК «Ростех», главное внимание сегодня сосредоточено на предупреждении и ликвидации чрезвычайных ситуаций. За последние 20 лет из-за ЧС в мире погибли 1,3 млн человек, что сопоставимо с военными конфликтами.
Ученые исследовали применение смарт-технологий для городской безопасности в 68 странах мира и выяснили, что такие подходы можно условно разделить на четыре группы:
Самым передовым в плане реагирования на ЧС оказался Сингапур, а прогнозирования — Южная Корея: во время последнего наводнения в августе 2021 года в стране не пострадал ни один человек. В России лучше развиты процессы, связанные с реагированием на ЧС, тогда как в Европе — мониторинг и прогнозирование.
Чтобы ситуация стала еще лучше, необходимо создать всемирный информационный центр, который обрабатывал бы большие данные для прогнозирования и реагирования на ЧС.
Перспективы «умных» городов в России
Виталий Солонин из консалтингового агентства J’son & Partners Сonsulting рассказал, как развивается концепция Smart City в России. Это проект в рамках «Цифровой экономики», который охватывает:
В рейтинге безопасных городов Safe Cities Index 2021 Москва занимает 38 место из 60. По сегментам же рейтинга:
По словам Солонина, концепция «умного» города включает в себя и безопасный — в частности, АПК «Безопасный город» в рамках МЧС. Эта программа объединяет средства для автоматизации в области общественной безопасности, правопорядка и защиты окружающей среды. Она включает в себя 160 систем и подсистем, работает на федеральном, региональном, муниципальном уровнях, а также на уровне отдельных объектов. Сюда входят городские улицы и региональные трассы, метеостанции, системы видеонаблюдения в общественных местах и видеофиксации нарушений.
Среди других сдерживающих факторов — риск монополизации рынка, злоупотребления при участии в госконтрактах, недоступность программы для регионов из-за высоких цен, аффилированность исполнителей и власти на местах, сложности в реализации комплексных программ и экономическая неэффективность отдельных инвестпроектов.
С другой стороны, госфинансирование и технологические инновации — такие как интернет вещей и 5G — стимулируют развитие концепции «умного» города хотя бы в рамках отдельных регионов.
Для дальнейшего развития «умных» городов необходимо:
Как «умные» технологии работают в регионах
Проект «Умный город», запущенный Минстроем России, направлен на создание комфортной и безопасной городской среды. О нем рассказал Евгений Дук, начальник отдела по внедрению технологий «умного» города.
Среди главных трудностей при внедрении проекта Дук назвал:
Всего в проекте участвуют 213 городов. Их оценивают при помощи Индекса «IQ городов», разработанного совместно с учеными из МГУ для анализа эффективности проводимых мероприятий: в сфере городского управления, «умного» ЖКХ и транспорта, систем безопасности, экологии, туризма и сервиса.
Среди успешных кейсов — город Саров в Нижегородской области, который вошел в тройку лучших «умных» городов России. Здесь внедрили около 40 разных модулей онлайн-системы для доступа к городским сервисам. С ее помощью можно сообщить о брошенном автомобиле или неубранном мусоре, обратиться в полицию или записаться к врачу.
В Тюменской области АПК «Безопасный город» используется для мониторинга аварий и отключений, экстренной помощи по вопросам ЖКХ и других ситуаций. В области действует единый центр, который обрабатывает звонки в режиме онлайн, в том числе с помощью голосовых ботов и виртуального консультанта. Также в системе анализируются данные видеонаблюдения и видеоаналитики от Visionlabs и NTechLab, статистика аварий и ДТП.
Видеоаналитика для «умного» города
Глеб Дьяконов, директор по консалтингу компании NtechLab, рассказал о FindFace Multi: платформе, которая объединяет возможность распознавания образов и обработку их данных — то есть видеоаналитику. Под распознаванием образов подразумеваются не только лица, но и биометрия (отпечатки пальцев, сетчатка глаза), силуэты, униформа, средства защиты, автомобили и спецтехника. Это позволяет следить за перемещением транспорта, действиями персонала, соблюдением техники безопасности и антикоронавирусных мер.
В рамках «умного» города FindFace Multi открывает массу возможностей в сферах:
Однако применение видеоаналитики сегодня связано с рядом ограничений:
Чтобы решить эти проблемы, участники рынка и государственные службы должны действовать сообща, вырабатывая единые стандарты и правовые нормы для применения технологий во всех сферах. Самый перспективный в этом плане вариант — государственно-частное партнерство в сфере видеоаналитики для «умного» и безопасного города.
Как ИИ и квадрокоптеры помогают контролировать недвижимость и общественные пространства
Дарья Степанова, замначальника Госинспекции по недвижимости Москвы, поделилась опытом применения «умных» дронов, которые снимают объекты в черте города и оповещают о нарушениях.
Квадрокоптеры оборудованы системами распознавания, которые позволяют находить незаконную недвижимость еще на стадии строительства: по наличию строительного мусора, вагончиков и спецтехники. В отличие от людей, беспилотники могут обследовать самые труднодоступные места, окруженные лесом или заборами. Они сверяют объекты на карте с базами лицензий и разрешений и оповещают и нарушениях. Также дроны распознают летние веранды и другие временные конструкции, которые не были согласованы с властями. После этого инспектор проводит проверку и выносит решение.
Как устроен «умный» дом на примере московских ЖК
Юрий Беликов из ГК «Пионер» и Никита Шувалов из ГК «Самолет» рассказали о том, как системы «умного» дома работают в современных ЖК комфорт- и бизнес-класса.
«Умная» диспетчерская объединяет данные с систем водоснабжения, отопления, электричества, видеонаблюдения и других. Это позволяет отслеживать состояние оборудования и коммуникаций, вовремя реагировать на аварии и неисправности, контролировать расходы на коммунальные услуги и ремонт. Сюда же поступают заявки от жителей — по телефону, через личный кабинет на сайте или мобильное приложение. Они автоматически передаются собственным службам УК или сторонним подрядчикам, а в особо сложных ситуациях — главному инженеру оборудования.
У жителей жилых комплексов ГК «Пионер» есть доступ к виртуальному двойнику дома, где можно увидеть все данные по квартире: показания счетчиков, расход энергии и другие. В интерактивных зонах на первых этажах отображается информация обо всех авариях и отключениях в режиме онлайн.
ГК «Самолет» разрабатывает сервисы на базе интернета вещей для квартир ЖК комфорт-класса. Они позволяют управлять освещением, климат-контролем, безопасностью, бытовой техникой и мультимедиа через приложение. С помощью приложения можно автоматически снимать показания счетчиков и отправлять их в УК, получать доступ к системам видеонаблюдения, управлять уличным коворкингом и освещением двора. А также принимать звонки и открывать двери через домофон или отправлять гостевой код, открывать шлагбаум и отслеживать свободные места на парковке и даже вызывать лифт при приближении к дому.
«Умные» города: какие технологии делают городские пространства умнее
Рассказывает Робин Де Кейзер, руководитель департамента бизнес-решений и инноваций Orange Business Services.
Сейчас нет полностью умных городов, но некоторые мегаполисы уже вплотную приблизились к этому статусу. Например, Москва. Здесь существует множество умных сервисов, однако они крайне слабо связаны друг с другом. А для полноценного умного города важно, чтобы все системы взаимодействовали друг с другом и работали слаженно.
Представьте, что вы едете в супермаркет, а дорога передает в центральную городскую систему данные о сцеплении шин и дорожного покрытия. В то же время на дисплее автомобиля отображается информация о загруженности ближайших дорог и скоростных трасс. Машина, учитывая эти данные, сама прокладывает оптимальный маршрут до места назначения. А у супермаркета, к примеру, вас ждет парковочное место, которое муниципальная smart-система уже закрепила за вашем автомобилем. Чтобы это стало реальностью, все умные службы должны быть связаны в единую городскую систему.
Практически все крупные города усыпаны видеокамерами. Больше всего камер установлено в китайских мегаполисах, но и города в других странах не отстают. Сейчас в Москве работает система «Безопасный город», у общей сети которой подключено более 170 000 камер в черте города. В будущем количество камер планируется довести до полумиллиона. К 2020 году эксперты компании NVIDIA прогнозируют, что число городских камер по всему миру достигнет 1 млрд. Все они генерируют огромный массив данных, обработать который вручную невозможно.
Нужны технологии, которые смогут превратить неструктурированные данные в полезную информацию. Например, специализированные приложения на основе ИИ могут отслеживать и классифицировать автомобили, общественный транспорт, пешеходов и велосипедистов. В итоге становится возможно оценивать периодичность роста транспортного потока, обнаруживать нарушения автомобилистов и пешеходов.
Источник: Global Look Press
В Шеньчжене (Китай) уже работает система фиксаций нарушений ПДД пешеходами. Она распознает их лица, а затем отправляет данные в правоохранительные органы. Система также выводит фотографии нарушителей на видеоэкраны, размещенные вдоль дорог.
Скоростная беспроводная связь
Умный город нельзя представить без системы связи, позволяющей в режиме реального времени передавать видео, аудио, текст и пр. Кроме того, без высокоскоростной беспроводной связи невозможна работа городского интернета вещей (IoT), важнейшего компонента концепции умного города.
5G работает в Южной Корее, в некоторых городах США и Европы. Тестовый запуск сотовых сетей пятого поколения состоялся и в России (например, во время Чемпионата мира по футболу 2018 года). Сегодня тестовый участок 5G сети работает в Сколково. Пилотный запуск 5G России планируется в Москве в сентябре 2019 года.
Пока что скорость любых типов связи в городах остается слишком низкой для полноценного обмена данными между smart-системами. Но в ближайшие годы 5G станет привычным делом для мегаполисов, после чего города смогут быстрее внедрять smart-технологии в свою инфраструктуру.
Кроме того, при помощи роботов можно оценивать состояние инфраструктуры городов: водопровода и газопровода, линий электропередач. С этой задачей справляются квадрокоптеры и дроны других типов, ведомые искусственным интеллектом.
Автономный общественный транспорт
Умный мегаполис будущего невозможно представить без общественного транспорта без водителей. Испытания беспилотных автобусов проводятся в Вене, Барселоне, Пекине, Копенгагене, Хельсинки и других городах разных стран мира. В ближайшие два года их станут использовать гораздо шире. Запустить автономный транспорт планируют власти Хельсинки (Финляндия), Барселоны (Испания), Пало-Альто (Калифорния) и других городов.
Есть и проекты летающих автоматических такси. Такие транспортные средства разрабатываются, в частности, Uber и Bell Nexus.
Магазины без продавцов
В ближайшие два-три года Amazon планирует открыть до 3 тыс. таких магазинов. Не хотят отставать от Amazon и такие крупные корпорации, как Microsoft или Walmart. Поэтому вполне можно ожидать, что в ближайшем будущем магазины без касс станут привычными в крупных мегаполисах.
Маркетинг и реклама
Телемедицина и роботохирургия
Врачи сейчас активно тестируют роботов-хирургов, управлять которыми можно как непосредственно на операционном столе, так и удаленно. Такие роботы уже работают в некоторых российских больницах: Боткинской (Москва), Усть-Каменогорской (Усть-Каменогорск), Мариинской (Санкт-Петербург). В ближайшие годы “железные хирурги” будут становиться все популярнее. Врач сможет оперировать пациента со сложным заболеванием в другом городе, управляя роботом по беспроводной сети. Кстати, это один из примеров технологии, для работы которой необходимы высокоскоростные 5G-сети.
Искусственный интеллект и машинное обучение
Работа большинства систем, описанных выше, невозможна без искусственного интеллекта. Специализированные нейросети будут решать (и уже решают) самые разные вопросы: от распределения лекарственных препаратов для конкретных больниц и аптек до управления освещением и транспортом. ИИ становится все более совершенным и проникает во все сферы жизни.
ИИ будет играть ключевую роль в:
Преимущества и перспективы умных городов
По мнению аналитиков Smart Cities Connect, умные системы позволяют добиться значительного прогресса в течение ближайших 10-15 лет во многих сферах жизни города:
Общественная безопасность. При наличии систем мониторинга преступлений (видеоаналитика в сочетании с идентификацией подозрительных шумов) можно снизить количество грабежей, случаев разбоя, убийств и похищений на 30-40%.
Социальные службы. Благодаря оптимизации трафика и уличного освещения машины «скорой помощи», пожарные и полиция смогут добираться до места назначения, теряя на 20-35% меньше времени, чем обычно.
Участие граждан в жизни города. Социальная жизнь города станет гораздо активнее благодаря специализированным приложениям.
Транспорт. Жители города добираются до работы или дома на 15-30 минут быстрее.