Концепция "умного города"
В наши дни численность населения крупных городов может исчисляться десятками миллионов. Управление такими мегаполисами с их сложной инфраструктурой (электросиловыми сетями, водопроводами, транспортными магистралями, телефонными линиями) невозможно без эффективных средств автоматизации. Их состав и устройство совершенствовались в течение последних 100 лет по мере развития электроники и информатики.
Сегодняшний управление городами производится посредством взаимосвязанных компьютерных сетей, представляющих собой воплощения сложных информационных моделей. Особенно активно такие системы развиваются в последние десятилетия, когда появились т.н. "умные" устройства: оснащенные программоконтроллерами электронные приборы, способные не только длительное время функционировать в автоматическом режиме, но и обмениваться информацией между собой, а также с центральными вычислительными узлами.
Программоконтроллер - маломощное электронное устройство, работающее по циклическому алгоритму. Оно обрабатывает информацию с датчиков (входов) и управляет силовыми устройствами - реле, световыми табло, двигателями, нагревателями и т.п. Программоконтроллеры могут отправлять сигналы на обработку по стандартным компьютерным сетям, а также по таким протоколам, как RS-485, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave и т.д.
Широкое внедрение "умных" устройств породило концепцию "Интернета вещей" - сети, объединяющей приборы, установленные как городскими службами, так и домохозяйствами. "Умные" устройства, организуемые муниципалитетами в сети, известны как "умные" города. У этого понятия пока нет четкого определения, но теория и практика этого направления информатизации в настоящее время бурно развиваются.
В России разработана программа "Цифровая экономика" (утверждена распоряжением Правительства России №1632-р от 28 июля 2017 года). Ее осуществление предусматривает широкое использование технологий информационного моделирования в государственном и муниципальном управлении.
Модели объектов и модели сред
В информационной модели города можно выделить:
- индивидуальные информационные модели объектов (зданий, сооружений);
- модель общей среды.
Модель городской среды, в свою очередь, включает в себя:
- моделирование реальности;
- моделирование городской инфраструктуры.
Рисунок 1. Информационная модель жилмассива. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Моделирование реальности - построение трехмерной модели рельефа, включающей искусственные сооружения. При этом в дополнение к геометрической модели используются так называемые BIM-объекты.
BIM (Building Information Modeling или Building Information Model) — информационая трехмерная модель здания, к каждый элемент которой можно детализировать, запросив о нем информацию в базе данных. На BIM-моделях можно рассмотреть отдельные коммуникации: электропроводку, водопровод, компьютерные сети и т.п.
Рисунок 2. BIM-модель. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поступление информации от внешних источников - важнейшая часть информационной модели города. Этот процесс задействует как сбор оперативных сведений (например, с датчиков об интенсивности загрязнения воздуха), так и архивные материалы (например, историю наблюдений за погодой).
На основе собранной информации в рамках информационной модели принимаются решения. По большей части это прерогатива руководителей города, но в ряде случаев система управления срабатывает автоматически, например, включает освещение при наступлении темного времени суток.
Примеры городских информационных систем
Концепция "умного города" из футуристической конструкции превращается в наши дни в реальность.
Рисунок 3. Автоматика "умного города". Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рассмотрим несколько автоматизированных систем, работающих в современных мегаполисах.
Сингапур.
На улицах города-государства работают умные светофоры, сокращающие число заторов. Дорожные датчики измеряют плотность транспортного потока. Сингапур располагает сетью смарт-парковок. Они регистрируют количество оставленных на них автомобилей, отправляют водителям данные о том, где есть свободные места.
Лондон: в борьбе с транспортными проблемами.
Британская столица в недавнем прошлом столкнулась с коллапсами из-за пробок и нехваткой мест для парковки. В 2002 году там создали сеть перехватывающих парковок, преобразовали сеть автобусного сообщения. С того же времени там введены платежи за перегруженность дорог. Они вносятся с помощью компьютерных приложений. В Лондоне планируется инвестировать около $5,4 млн. в автобусную сеть и смарт-технологии.5,4 млн. в автобусную сеть и смарт-технологии.
Нью-Йорк.
Нью-Йорк охвачен сетью видеокамер; на улицах установлены сенсоры, фиксирующие звуки выстрелов и отправляющие сигнал в полицию. Там также работает современная система профилактики пожаров. В центре города установлены урны BigBelly, снабженные датчиками, вызывающими мусоровоз, когда их пора опорожнять.
Барселона.
В столице Каталонии не хватает воды. Здесь действует и интеллектуальная система полива. В периоды засухи она переключается в экономный режим. Действует также сеть датчиков для мониторинга загрязнений воздуха и уровня городского шума. В Барселоне активно внедряются возобновляемые источники энергии и коммунальные сети с "умными" счетчиками. Исходный код системы сбора информации от городских датчиков Sentilo стала проектом с открытым исходным кодом, т.е. может быть безвозмездно скопирован для внедрения в других городах.
Копенгаген.
В столице Дании в 2017 г. стартовал проект по оснащению велосипедов датчиками, сообщающими об уровне загрязнения и пробках на дорогах. Муниципалитет поддерживает бизнес по внедрению умных решений в сфере освещения, домоуправления, контроля трафика. Власти Копенгагена создали «городскую базу обмена данными», с помощью которой любое физическое или юридическое лицо может рассказать о своих товарах и услугах.
В число лидеров списка "умных" городов входят Осло, Бостон, Цюрих, Шанхай, Амстердам, Стокгольм, Ницца. Москва участвует в рейтинге благодаря порталу Госуслуг, транспортным картам, медицинской системе ЕМИАС и густому покрытию города открытыми сетями Wi-Fi.
