Интернет вещей уровня район квартал умный город реферат

Обновлено: 01.06.2024

В сфере безопасности большое распространение получают системы автоматического распознавания лиц, которые анализируют данные с огромного числа камер, установленных по всему городу. Такие системы позволяют не только определить местонахождение преступников, но и помочь в розыске пропавших взрослых и детей.

В сфере ЖКХ все большее распространение получают беспроводные автоматизированные системы, которые позволяют собирать и анализировать данные об объеме потребленных энергоресурсов, выполнять задачи контроля технологических параметров, позволяющих выявить аварийную ситуацию, а также управлять элементами систем в различных точках инженерной инфраструктуры. Масштаб развертывания такой системы не ограничен.

К примеру, в здании имеется ряд счетчиков энергоресурсов (воды, электричества, газа, тепла). Специальное оборудование (модем, роутер, коммуникатор, регистратор и т. д.) осуществляет сбор показаний подключенных датчиков, организовывает канал связи с сервером сбора данных и перенаправляет ему все собранные от подключенных устройств данные. В диспетчерском центре производится мониторинг работы всех устройств и передаваемых ими показателей, а также формируются отчеты для анализа имеющейся информации. На объекте могут быть установлены различные типы датчиков, которые при наступлении аварийной ситуации незамедлительно передают сигнал диспетчеру. Это датчики движения, задымления, затопления, утечки газа, разбития стекла и др. Следующий уровень безопасности на объекте обеспечивают различные исполнительные механизмы (шаровые краны, магнитные клапаны и т. д.), которые срабатывают при наступлении аварийной ситуации. К примеру, при обнаружении датчиком протечки воды шаровой кран автоматически перекрывает воду. То есть очаг опасности нейтрализуется системой самостоятельно и практически мгновенно.

LoRa (Long Range) — радиочастотная технология дальней связи ISM-диапазона LoRa, работающая в нелицензируемых частотах. Данный стандарт связи применяется для задач, в которых необходима передача небольших пакетов данных и важен экономичный расход ресурсов элементов питания устройства. Оборудование, применяющее стандарт связи LoRa, может работать от одной батарейки типа АА до нескольких лет. Дальность связи зависит от условий местности и высоты расположения базовой станции: 1–3 км в городе и 15–20 км на открытом пространстве. В отличие от других радиочастотных технологий LoRa обладает высоким уровнем помехоустойчивости. Безопасность и конфиденциальность передаваемых данных обеспечиваются шифрованием AES на нескольких уровнях. В ряде случаев для организации канала связи на основе LoRa не требуются ресурсы операторов связи, поэтому обмен информацией между устройствами и базовой станцией можно считать условно бесплатным. Необходимы только затраты на развертывание самой сети.

Технология NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) построена на использовании существующих сетей сотовой связи, благодаря чему в перспективе имеется возможность обеспечить большую зону покрытия. Тенденции мирового рынка диктуют операторам связи необходимость оперативного развертывания стандарта связи NB-IoT. NB-IoT так же, как и LoRa, обеспечивает передачу небольших пакетов данных с невысоким уровнем энергопотребления. Использование низкочастотного диапазона позволяет обеспечить покрытием такие труднодоступные места, как цокольные помещения, подвалы и т. д. Стоимость трафика зависит от выбранного тарифа сотового оператора.

Технология GSM/GPRS одна из наиболее часто используемых в проектах, где приоритетными условиями являются высокая скорость обмена данными и большая пропускная способность канала. Зона покрытия сетью имеет глобальные масштабы. Уровень энергопотребления при работе с GSM/GPRS достаточно высокий. Для снижения расхода батарей в устройствах предусматриваются специальные алгоритмы работы. Стоимость трафика зависит от выбора мобильного оператора и тарифа.

Wi-Fi — технология передачи данных среднего радиуса, которая позволяет покрыть сетью одно или несколько небольших соседних помещений. Площадь покрытия ограничивается десятками метров. Для доступа к сети используются нелицензируемые диапазоны частот. При работе по стандартам связи технологии Wi-Fi устройствам требуется значительный объем энергии, поэтому чаще всего источником питания для них служит промышленная сеть ~220 В. К преимуществам, помимо скорости передачи данных и возможности передавать большие объемы информации, можно отнести условную бесплатность передачи трафика для частного клиента.

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Невидимые нити Smart City

Современный город, наверное, одно из самых противоречивых и вместе с тем привлекательных образований, созданных человеком. По прогнозам, к 2050 году городское население будет составлять 60-70% от всего количества жителей планеты. Безусловно, такая нагрузка на городскую инфраструктуру уже сегодня требует разработки и внедрения решений, способных ее уменьшить и вывести отдельные сферы на новый уровень.

Транспорт, коммунальные услуги и безопасность являются основными направлениями, в которых уже успешно применяются возможности беспроводных цифровых технологий. Невидимые нити беспроводной связи опутывают сегодня город, соединяя его жителей с огромным количеством всевозможных IoT-устройств.

Используемые технологические решения должны улучшать, поддерживать или оптимизировать общегородские услуги, сокращая расход ресурсов и издержки. При этом Smart City должен постоянно взаимодействовать (обмениваться информацией) с горожанами — пользователями этих услуг, анализируя воздействие применяемых IoT-технологий, постоянно их совершенствуя и внедряя новые интеллектуальные решения.

ТОП-5 городских IoT-решений

Информационный киоск. Сенсорные цифровые киоски приобрели большую популярность во многих городах, причем как у их гостей, так и местных жителей. По сути, это такой себе уличный планшет, позволяющий найти нужную информацию о городе: карту, транспортные маршруты, достопримечательности, развлечения и т.д. Он также показывает местонахождение пользователя и способен синхронизироваться со смартфоном для предоставления дополнительных данных.

Конечно, пока что большинство городов в мире далеки от статуса Smart City. Даже в странах с развитой экономикой внедрение новых IoT-технологий управления жизнедеятельностью города требует времени. Но существующие сегодня решения для Smart City, не важно, относятся ли они к энергоэффективности или управлению транспортными потоками, уже являются составной частью глобальной IoT-системы.

Чтобы использовать все возможности, которые откроет в скором времени новое поколение связи и Интернет вещей, цифровой город будущего должен будет превратиться в единую социальную IoT-платформу (SIoT). С ее помощью любой горожанин сможет стать если не автором решения существующей в его городе проблемы, то, как минимум, генератором идей.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Тренд интернета вещей сейчас набирает всё большую популярность. Чаще всего понятие интернета вещей неразрывно связано с чем-то умным: умные дома, умный транспорт, умные предприятия… Но когда смотришь на эту интеллектуальность внимательнее, то часто разочаровываешься: удаленное управление лампочкой в доме — это в лучшем случае автоматизация, но никак не умный дом. Кажется, что и интернет получается не таким уж и умным… А что же такое умный интернет вещей?

Вообще, историю интернета можно разделить на 4-5 этапов, сейчас мы находимся в эпоху Интернета вещей (Internet of things, IoT). Кратко его можно описать так: увеличение количества устройств, взаимодействующих не только с пользователями, но и друг с другом. Т.е. каждая кофеварка имеет доступ в сеть — но вот для чего ей этот доступ нужен, только предстоит решить.

Появление интернета вещей — это довольно ожидаемый шаг, ведь лень — двигатель прогресса. Зачем подходить к телевизору для переключения каналов, если можно придумать дистанционный пульт управления, зачем нажимать кнопочку на кофеварке, если можно сделать это в смартфоне или настроить правило, чтобы кофе наливался сам… Удобно ли это? Что произойдет, если человека нет дома или свет в настроенное время ему не нужен?

Что в моем понимании означает умный интернет вещей? Это интернет вещей, который позволит изменить парадигму достижения результата: хочется задавать цели, а не способы их достижения.

Умный интернет вещей – постоянная поддержка человека предметами, которые его окружают.
Умный интернет вещей – это прозрачность процессов, это ориентация на результат.
Умный интернет вещей – это говорить не как надо делать, а что должно получиться.

Как этого достичь технически?

Во-первых, мультиагентные технологии — они уже везде и всюду, и интернет вещей без них невозможен. Каждому участнику из реального мира (т.е. каждому человеку и каждому устройству) ставится в соответствие программный агент — объект с некоторой степенью интеллектуальности, представляющий его интересы в мире виртуальном. Виртуальный мир можно назвать в некоторой степени улучшенной копией нашей жизни: там есть те же участники, которые чаще всего следуют заранее установленным и известным правилам, предоставляя достоверные ответы на заданные вопросы, честные и открытые — альтруисты, в общем. При этом взаимосвязь реального и виртуального миров двунаправленная: решения из виртуального мира отдаются в реальность для исполнения, а все события реального мира (очень часто непредвиденные) отражаются на мире виртуальном.

Как живут и работают агенты

Жизненный цикл агентов довольно прост. Сначала они воспринимают информацию из внешнего мира. Потом ее нужно обработать, т.е. запланировать некие действия. Ну а действия уже нужно выполнить – отдав соответствующие команды в реальный мир.

Получается, что в нашем “умном” доме агент человека постоянно общается с агентами кофеварки, лампочек и прочих холодильников — отдавая им команды и обмениваясь информацией. Что-то похожее мы видим в оффлайне: допустим, человек хочет запустить стирку. Он загружает вещи в стиральную машинку, хочет засыпать порошок и понимает, что его не хватит для стирки. После чего идет в магазин, покупает порошок и вновь пытается запустить стирку. Хорошо еще, если кондиционер для белья у него есть и в магазин больше идти не надо.

Смоделируем эту ситуацию с точки зрения агентов, при этом помним, что каждый агент у нас знает всю информацию о своей физической сущности.

Тогда агент стирального порошка попросит закупиться им еще до того, как запасы будут исчерпаны. Как он попросит? Скорее всего, он попадет в очередь к агенту покупок и куплен будет именно тогда, когда у человека будет физическая возможность его принести — или даже будет заказана доставка, без участия человека. Удобно ли это? Да. Сложно ли это? Тоже да. Возможно ли это? И снова да.

Все это кажется чересчур уж далеким будущем. Но вспомним о такой чудесной вещи, как онтологии. Это относительно универсальный и машиночитаемый способ представления знаний, причем знания там могут быть описаны самые разные. В онтологии мы можем описать важные для нас концепции, описать логические правила — а наши интеллектуальные агенты использовать эти знания для достижения и взаимодействия целей.

Можно ли разработать одну универсальную онтологию, которая будет содержать все нужные для умного интернета вещей знания? Наверное, да. Но каким должен быть объем этой онтологии, страшно даже представить. Гораздо более простым кажется возможность поддержки онтологий предметных областей — и, при необходимости, матчинга между ними.

Получается, что пользователь может создать онтологию дома, онтологию рабочего пространства — и данные, описанные в них, должны иметь соответствие. При таком подходе получается, что у нас может быть и “умный” офис, и “умный” дом.

Онтология для логики работы

Агент кондиционера и сам может нуждаться в информации. Например, неплохо было бы учитывать текущую температуру за окном и прогноз на день-два: тогда можно не охлаждать дом в жару перед сильным похолоданием. Как можно получить необходимые данные? Надо узнать из онтологии, кто может их предоставить.

Умный интернет вещей – это только умный дом?

Все примеры выше – про интернет вещей в быту, про умные дома. Но это не единственная область применения столь мощных технологий. Предприятия уже сейчас проявляют большую заинтересованность к интернету вещей. Так, Airbus в своем отчете о предприятиях будущего видит IoT одной из важных технологий.

Другой пример – это агент станка, который сам стать проактивным и искать себе работу. Этому агенту надо понять, какие заказы он может выполнять – для этого ему нужна информация о заказах и технологических процессах их выполнения. Если такая информация у него уже есть, то агент станка может из онтологии определить, кто принимает решение о планировании этих заказов – и пытаться переманить их к себе. Как правило, решение может принимать либо сам заказ, либо менеджер этого заказа – человек.

Стоит отметить, что в описанном интеллектуальном интернете вещей человек является полноправным участником всех процессов – он постоянно видит актуальную информацию, может считать цену произведенной продукции по-настоящему честно. При этом конечное слово в принятии решений может оставаться за ним – но ему будет предоставлена качественная поддержка для этого принятия, а решение будет полностью прозрачным и гибким.

Сетецентрический принцип

Разумеется, все наши сферы жизни (в которых, я уверен, будет интернет вещей), будут тесно пересекаться. Крайне важно, чтобы пересечение таких сфер было жизнеспособным и полезным пользователю. Ведь если в этих наших интернетах каждая область будет использовать свои собственные стандарты взаимодействия, то ни к чему хорошему это не приведет.

В 80-х годах прошлого века маршал Советского Союза Н.В. Огарков сформулировал сетецентрический подход относительно ведения боевых действия (а в США эти идеи получили развитие благодаря вице-адмиралу ВМС Артуру Себровски и профессору Джону Гартска). Согласно этому подходу все ресурсы, которые способны выполнить задачу, должны входить в одну информационную сеть и уметь обмениваться информацией для выполнения этой задачи. Ничего не напоминает? Интернет вещей — это крайне логичное применение сетецентрического подхода, ведь он использует современные информационные технологии для интеграции распределенных элементов в глобальную систему, способную к адаптации под изменяющиеся условия внешнего мира.

Краткие выводы

Интернету вещей — быть, в этом уже никто не сомневается. Быть ли умному интернету вещей — это большой вопрос, но хотелось бы, чтобы он был. Повлиять на эту ситуацию могут компании, участвующие в разработке ПО и железа для интернета вещей. Каким я вижу это влияние? Хочется, чтобы были единые и внятные стандарты, которые будут применимы везде и всюду. Хочется, чтобы было единое и внятное понимание, каким должен быть интернет вещей. Хочется, чтобы этот умный интернет вещей появился как можно скорее.

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

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.

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.

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).

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.

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.

Читайте также: