Взаємопов’язані розумні міста приносять прекрасні мрії. У таких містах цифрові технології поєднують численні унікальні громадські функції для підвищення оперативної ефективності та інтелекту. За оцінками, до 2050 року 70% населення світу житимуть у розумних містах, де життя буде здоровим, щасливим і безпечним. Важливо те, що він обіцяє бути зеленим, останнім козирем людства проти знищення планети.
Але розумні міста — це важка робота. Нові технології є дорогими, місцеві органи влади обмежені, а політика зміщується до коротких циклів виборів, що ускладнює досягнення високоефективної та фінансово ефективної централізованої моделі впровадження технологій, яка повторно використовується в міських районах у всьому світі чи на національному рівні. Насправді, більшість провідних розумних міст у заголовках насправді є просто набором різних технологічних експериментів і регіональних побічних проектів, з невеликим очікуванням розширення.
Давайте подивимося на сміттєві баки та стоянки, які оснащені датчиками та аналітикою; У цьому контексті рентабельність інвестицій (ROI) важко підрахувати та стандартизувати, особливо коли державні установи настільки роздроблені (між державними установами та приватними службами, а також між містами, регіонами та країнами). Подивіться на моніторинг якості повітря; Як легко підрахувати вплив чистого повітря на медичні послуги в місті? Логічно розумні міста важко реалізувати, але й заперечити.
Однак у тумані цифрових змін є проблиск світла. Вуличне освітлення в усіх муніципальних службах надає містам платформу для отримання інтелектуальних функцій і вперше поєднання кількох застосувань. Подивіться на різноманітні проекти інтелектуального вуличного освітлення, які реалізуються в Сан-Дієго в США та Копенгагені в Данії, і їх кількість зростає. Ці проекти поєднують масиви датчиків із модульними апаратними блоками, закріпленими на опорах освітлення, щоб забезпечити дистанційне керування самим освітленням і запустити інші функції, такі як лічильники руху, монітори якості повітря та навіть детектори зброї.
З висоти світлового стовпа міста почали звертати увагу на «життєздатність» міста на вулицях, включаючи транспортний потік і мобільність, шум і забруднення повітря, а також нові можливості для бізнесу. Навіть датчики паркування, які традиційно ховають на стоянках, можна дешево та ефективно підключити до інфраструктури освітлення. Цілі міста можна раптово об’єднати в мережу та оптимізувати, не розкопуючи вулиці, не орендуючи приміщення чи не вирішуючи абстрактні обчислювальні проблеми щодо здоровішого життя та безпечніших вулиць.
Це працює, оскільки здебільшого інтелектуальні освітлювальні рішення спочатку не розраховуються на економію від розумних рішень. Натомість життєздатність міської цифрової революції є випадковим наслідком одночасного розвитку освітлення.
Економія енергії завдяки заміні ламп розжарювання на твердотільні світлодіодні лампи разом із доступними джерелами живлення та розгалуженою інфраструктурою освітлення робить розумні міста можливими.
Темпи переходу на світлодіодні технології вже є стабільними, а інтелектуальне освітлення процвітає. Близько 90% із 363 мільйонів вуличних ліхтарів у світі до 2027 року будуть освітлюватись світлодіодами, повідомляє Northeast Group, аналітик розумної інфраструктури. Третина з них також запускатимуть розумні додатки, тенденція, яка почалася кілька років тому. Поки не буде опубліковано значне фінансування та креслення, вуличне освітлення найкраще підходить як мережева інфраструктура для різних цифрових технологій у великих розумних містах.
Збережіть вартість світлодіодів
Відповідно до емпіричних правил, запропонованих виробниками освітлювальних приладів і датчиків, розумне освітлення може зменшити адміністративні витрати та витрати на технічне обслуговування, пов’язані з інфраструктурою, на 50–70 відсотків. Але більшу частину цієї економії (близько 50 відсотків, достатньо, щоб змінити ситуацію) можна було б реалізувати, просто перейшовши на енергозберігаючі світлодіодні лампи. Решта заощаджень забезпечується підключенням і керуванням освітлювачами, а також передачею інтелектуальної інформації про те, як вони працюють, через мережу освітлення.
Лише централізовані налаштування та спостереження можуть значно скоротити витрати на обслуговування. Способів багато, і вони доповнюють один одного: планування, сезонний контроль і коригування часу; Діагностика несправностей і скорочення відвідуваності вантажівки на технічне обслуговування. Вплив зростає разом із розміром мережі освітлення та повертається до початкового випадку ROI. Ринок каже, що цей підхід може окупитися приблизно за п’ять років і має потенціал окупитися за менший час завдяки використанню «м’якших» концепцій розумного міста, таких як датчики паркування, монітори руху, контроль якості повітря та детектори зброї. .
Guidehouse Insights, аналітик ринку, відстежує понад 200 міст, щоб оцінити темпи змін; За його словами, чверть міст впроваджують інтелектуальні схеми освітлення. Продажі розумних систем стрімко зростають. За підрахунками ABI Research, до 2026 року світові доходи зростуть у десять разів до 1,7 мільярдів доларів. «Момент лампочки» на Землі виглядає так; Інфраструктура вуличного освітлення, яка тісно пов’язана з людською діяльністю, — це шлях вперед як платформа для розумних міст у ширшому контексті. Уже в 2022 році понад дві третини нових установок вуличного освітлення будуть прив’язані до центральної платформи керування для інтеграції даних з кількох датчиків розумного міста, повідомляє ABI.
Адарш Крішнан, головний аналітик ABI Research, сказав: «Існує набагато більше бізнес-можливостей для постачальників розумних міст, які використовують інфраструктуру міських освітлювальних стовпів шляхом розгортання бездротового зв’язку, екологічних датчиків і навіть розумних камер. Завдання полягає в тому, щоб знайти життєздатні бізнес-моделі, які заохочуватимуть суспільство розгортати мультисенсорні рішення в масштабах економічно ефективним способом».
Питання вже не в тому, чи підключати, а в тому, як і скільки підключати в першу чергу. Як зауважує Крішнан, частково це стосується бізнес-моделей, але гроші вже надходять у розумні міста через кооперативну приватизацію комунальних підприємств (ДПП), де приватні компанії беруть на себе фінансовий ризик в обмін на успіх у венчурному капіталі. Контракти на основі передплати «як послуга» розподіляли інвестиції протягом періодів окупності, що також стимулювало діяльність.
Навпаки, вуличні ліхтарі в Європі підключаються до традиційних стільникових мереж (зазвичай від 2G до LTE (4G)), а також до нового стандартного пристрою HONEYCOMB Iot, LTE-M. Власна ультравузькосмугова (UNB) технологія також вступає в дію разом із Zigbee, невеликим розповсюдженням Low-power Bluetooth та похідними IEEE 802.15.4.
Bluetooth Technology Alliance (SIG) приділяє особливу увагу розумним містам. Група прогнозує, що протягом наступних п’яти років поставки Bluetooth з низьким енергоспоживанням у розумних містах зростуть у п’ять разів до 230 мільйонів на рік. Більшість із них пов’язані з відстеженням активів у громадських місцях, таких як аеропорти, стадіони, лікарні, торгові центри та музеї. Однак Bluetooth з низьким енергоспоживанням також призначений для зовнішніх мереж. «Рішення для управління активами покращує використання ресурсів розумного міста та допомагає зменшити міські експлуатаційні витрати», — заявили в Bluetooth Technology Alliance.
Поєднання двох методів краще!
Кожна технологія має свої суперечності, проте деякі з них були вирішені в ході дебатів. Наприклад, UNB пропонує суворіші обмеження щодо корисного навантаження та графіків доставки, виключаючи паралельну підтримку для кількох сенсорних додатків або таких додатків, як камери, які цього потребують. Технологія малого радіусу дії є дешевшою та забезпечує більшу пропускну здатність для розробки параметрів освітлення як платформи. Важливо, що вони також можуть відігравати резервну роль у разі відключення сигналу WAN і надавати технікам засіб для зчитування датчиків безпосередньо для налагодження та діагностики. Наприклад, малопотужний Bluetooth працює майже з усіма смартфонами на ринку.
Хоча більш щільна сітка може підвищити надійність, її архітектура стає складнішою та підвищує енергоспоживання для взаємопов’язаних датчиків «точка-точка». Дальність передачі також проблематична; Покриття за допомогою Zigbee і Bluetooth з низьким енергоспоживанням становить лише кілька сотень метрів. Незважаючи на те, що різноманітні технології малого радіусу дії є конкурентоспроможними та добре підходять для мережевих сусідніх датчиків, вони є закритими мережами, які зрештою потребують використання шлюзів для передачі сигналів назад у хмару.
Наприкінці зазвичай додається стільникове з’єднання. Тенденцією серед постачальників розумного освітлення є використання стільникового зв’язку «точка-хмара» для забезпечення покриття шлюзу від 5 до 15 км або сенсорного пристрою. Технологія Beehive забезпечує великий діапазон передачі та простоту; За словами спільноти Hive, він також забезпечує стандартну мережу та вищий рівень безпеки.
Ніл Янг, голова відділу Інтернету речей у GSMA, галузевому органі, який представляє операторів мобільних мереж, сказав: «Оператори Action… охоплюють всю територію, тому не потребують додаткової інфраструктури для підключення пристроїв міського освітлення та датчиків. . У ліцензованому спектрі стільникова мережа має безпеку та надійність, це означає, що оператор має найкращі умови, може підтримувати велику кількість потреб, набагато довший час роботи акумулятора та мінімальне обслуговування та велику відстань передачі недорогого обладнання».
За даними ABI, з усіх доступних технологій зв’язку HONEYCOMB побачить найбільше зростання в найближчі роки. Шум навколо мереж 5G і боротьба за розміщення інфраструктури 5G спонукали операторів схопити стовп освітлення та заповнити невеликі стільникові блоки в міських середовищах. У Сполучених Штатах Лас-Вегас і Сакраменто розгортають LTE і 5G, а також розумні міські датчики на вуличних ліхтарях через операторів AT&T і Verizon. Гонконг щойно оприлюднив план встановлення 400 ліхтарних стовпів із підтримкою 5G у рамках ініціативи «розумного міста».
Тісна інтеграція обладнання
Nielsen додав: «Nordic пропонує багаторежимні продукти малого та дальнього радіусу дії, а його SoC nRF52840 підтримує Bluetooth з низьким енергоспоживанням, Bluetooth Mesh і Zigbee, а також Thread і власні системи 2,4 ГГц. nRF9160 SiP від Nordic Honeycomb пропонує підтримку як LTE-M, так і NB-iot. Поєднання двох технологій забезпечує переваги в продуктивності та вартості».
Розділення частот дозволяє цим системам співіснувати, причому перша працює в діапазоні 2,4 ГГц без дозволу, а друга працює всюди, де знаходиться LTE. На низьких і вищих частотах існує компроміс між ширшою зоною покриття та більшою пропускною здатністю. Але в платформах освітлення бездротова технологія малого радіусу дії зазвичай використовується для з’єднання датчиків, периферійні обчислювальні потужності використовуються для спостереження та аналізу, а стільниковий iot використовується для надсилання даних назад у хмару, а також для керування датчиками для більш високого рівня обслуговування.
Наразі пару радіостанцій ближнього та далекого радіусу дії додавали окремо, а не вбудовані в один кремнієвий чіп. У деяких випадках компоненти розділені, оскільки несправності опромінювача, датчика та радіо різні. Однак інтеграція подвійних радіостанцій в єдину систему призведе до більш тісної інтеграції технологій і зниження витрат на придбання, що є ключовим моментом для розумних міст.
Nordic вважає, що ринок рухається в цьому напрямку. Компанія інтегрувала технології бездротового зв’язку малого радіусу дії та стільникового зв’язку IoT в апаратне та програмне забезпечення на рівні розробника, щоб виробники рішень могли запускати пару одночасно в тестових програмах. Плата Nordic DK для nRF9160 SiP була розроблена для розробників, щоб «змусити їхні додатки Honeycomb iot працювати»; Nordic Thingy:91 було описано як «повноцінний готовий шлюз», який можна використовувати як готову платформу для створення прототипів або доказ концепції для раннього дизайну продукту.
Обидва оснащені багаторежимним стільниковим nRF9160 SiP і багатопротокольним nRF52840 SoC малого радіусу дії. За словами Nordic, до комерціалізації вбудованих систем, які поєднують дві технології для комерційного розгортання IoT, залишилися лише «місяці».
Nordic Nielsen сказав: «Платформа розумного міського освітлення створила всі ці технології підключення; на ринку дуже чітко видно, як їх поєднати, ми надали рішення для виробників розробки плат, щоб перевірити, як вони працюють разом. Їх поєднання в бізнес-рішення є обов’язковим, лише за певний час».
Час публікації: 29 березня 2022 р