Взаимосвързаните интелигентни градове носят красиви мечти. В такива градове дигиталните технологии преплитат множество уникални граждански функции, за да подобрят оперативната ефективност и интелигентността. Смята се, че до 2050 г. 70% от населението на света ще живее в интелигентни градове, където животът ще бъде здравословен, щастлив и безопасен. Най-важното е, че те обещават да бъдат зелени, последният коз на човечеството срещу унищожаването на планетата.
Но интелигентните градове са трудна работа. Новите технологии са скъпи, местните власти са ограничени, а политиката се измества към кратки избирателни цикли, което затруднява постигането на високо оперативен и финансово ефективен централизиран модел за внедряване на технологии, който да се използва повторно в градските райони в световен или национален мащаб. Всъщност повечето от водещите интелигентни градове в заглавията са просто съвкупност от различни технологични експерименти и регионални странични проекти, с малко потенциал за разширяване.
Нека разгледаме контейнерите за боклук и паркингите, които са интелигентни със сензори и анализи; В този контекст възвръщаемостта на инвестициите (ROI) е трудна за изчисляване и стандартизиране, особено когато държавните агенции са толкова фрагментирани (между публични агенции и частни услуги, както и между градове, региони и държави). Да разгледаме мониторинга на качеството на въздуха; Как е лесно да се изчисли въздействието на чистия въздух върху здравните услуги в един град? Логично е, че интелигентните градове са трудни за прилагане, но и трудни за отричане.
Има обаче проблясък на светлина в мъглата на дигиталната промяна. Уличното осветление във всички общински услуги предоставя платформа за градовете да придобият интелигентни функции и да комбинират множество приложения за първи път. Вижте различните проекти за интелигентно улично осветление, които се изпълняват в Сан Диего в САЩ и Копенхаген в Дания, и техният брой се увеличава. Тези проекти комбинират масиви от сензори с модулни хардуерни устройства, фиксирани към осветителни стълбове, за да позволят дистанционно управление на самото осветление и да изпълняват други функции, като например броячи на трафика, монитори за качество на въздуха и дори детектори за оръжие.
От височината на осветителните стълбове градовете започнаха да се занимават с „жизнеспособността“ на града на улицата, включително трафика и мобилността, шума и замърсяването на въздуха, както и нововъзникващите бизнес възможности. Дори сензорите за паркиране, традиционно заровени в паркингите, могат да бъдат евтино и ефикасно свързани с осветителната инфраструктура. Цели градове могат внезапно да бъдат свързани в мрежа и оптимизирани, без да се разкопават улици, да се наема пространство или да се решават абстрактни изчислителни проблеми за по-здравословен живот и по-безопасни улици.
Това работи, защото в по-голямата си част интелигентните решения за осветление не са първоначално изчислени с цел икономии от интелигентни решения. Вместо това, жизнеспособността на градската дигитална революция е случайно следствие от едновременното развитие на осветлението.
Спестяванията на енергия от замяната на крушки с нажежаема жичка с твърдотелни LED осветителни тела, заедно с леснодостъпните захранвания и обширната осветителна инфраструктура, правят интелигентните градове осъществими.
Темпото на преминаване към LED осветление вече е стабилно, а интелигентното осветление е в бум. Около 90% от 363-те милиона улични лампи в света ще бъдат осветени от светодиоди до 2027 г., според Northeast Group, анализатор на интелигентна инфраструктура. Една трета от тях ще работят и с интелигентни приложения, тенденция, която започна преди няколко години. Докато не се публикува значително финансиране и планове, уличното осветление е най-подходящо като мрежова инфраструктура за различни цифрови технологии в мащабни интелигентни градове.
Спестете разходи за LED
Според емпиричните правила, предложени от производителите на осветителни тела и сензори, интелигентното осветление може да намали административните и поддържащите разходи, свързани с инфраструктурата, с 50 до 70 процента. Но по-голямата част от тези спестявания (около 50 процента, достатъчно, за да има значение) могат да бъдат реализирани просто чрез преминаване към енергийно ефективни LED крушки. Останалите спестявания идват от свързването и управлението на осветителните тела и предаването на интелигентна информация за това как работят в осветителната мрежа.
Централизираните корекции и наблюдения сами по себе си могат значително да намалят разходите за поддръжка. Има много начини и те се допълват взаимно: планиране, сезонен контрол и корекция на времето; диагностика на повреди и намалено присъствие на камиони за поддръжка. Въздействието се увеличава с размера на осветителната мрежа и се връща обратно в първоначалния случай на възвръщаемост на инвестициите. Пазарът твърди, че този подход може да се изплати за около пет години и има потенциал да се изплати за по-кратко време чрез включване на „по-меки“ концепции за интелигентен град, като например тези със сензори за паркиране, монитори за трафик, контрол на качеството на въздуха и детектори за оръжия.
Guidehouse Insights, пазарен анализатор, проследява над 200 града, за да оцени темпото на промяната. Според компанията една четвърт от градовете въвеждат интелигентни осветителни системи. Продажбите на интелигентни системи се увеличават рязко. ABI Research изчислява, че глобалните приходи ще скочат десетократно до 1,7 милиарда долара до 2026 г. „Моментът на електрическата крушка“ на Земята е такъв; инфраструктурата за улично осветление, която е тясно свързана с човешките дейности, е пътят напред като платформа за интелигентни градове в по-широк контекст. Още през 2022 г. повече от две трети от новите инсталации за улично осветление ще бъдат свързани с централизирана платформа за управление, за да интегрират данни от множество сензори за интелигентни градове, съобщи ABI.
Адарш Кришнан, главен анализатор в ABI Research, каза: „Има много повече бизнес възможности за доставчици на интелигентни градове, които използват инфраструктурата на градските осветителни стълбове чрез внедряване на безжична свързаност, сензори за околната среда и дори интелигентни камери. Предизвикателството е да се намерят жизнеспособни бизнес модели, които насърчават обществото да внедрява мултисензорни решения в голям мащаб по рентабилен начин.“
Въпросът вече не е дали да се свържем, а как и колко да се свържем изобщо. Както отбелязва Кришнан, част от това е свързано с бизнес модели, но парите вече се вливат в интелигентните градове чрез кооперативна приватизация на комунални услуги (ПЧП), където частните компании поемат финансов риск в замяна на успех в рисковия капитал. Договорите „като услуга“, базирани на абонамент, разпределят инвестициите върху периоди на възвръщаемост, което също стимулира активността.
За разлика от това, уличните лампи в Европа се свързват към традиционни мрежи тип „пчелна пита“ (обикновено от 2G до LTE (4G)), както и към новото стандартно устройство за интернет на нещата HONEYCOMB, LTE-M. Патентованата ултратеснолентова (UNB) технология също навлиза в действие, заедно със Zigbee, малко разпространение на Bluetooth с ниска мощност, и производни на IEEE 802.15.4.
Bluetooth Technology Alliance (SIG) поставя специален акцент върху интелигентните градове. Групата прогнозира, че доставките на нискоенергийни Bluetooth устройства в интелигентните градове ще се увеличат пет пъти през следващите пет години, до 230 милиона годишно. Повечето от тях са свързани с проследяване на активи на обществени места, като летища, стадиони, болници, търговски центрове и музеи. Нискоенергийните Bluetooth устройства обаче са насочени и към външни мрежи. „Решението за управление на активи подобрява използването на ресурсите на интелигентните градове и помага за намаляване на градските оперативни разходи“, заявиха от Bluetooth Technology Alliance.
Комбинацията от двете техники е по-добра!
Всяка технология има своите противоречия, някои от които са разрешени чрез дебат. Например, UNB предлага по-строги ограничения за полезния товар и графиците за доставка, изключвайки паралелната поддръжка за множество сензорни приложения или за приложения като камери, които я изискват. Технологията с малък обхват е по-евтина и осигурява по-голяма пропускателна способност за разработване на настройки за осветление като платформа. Важно е, че те могат да играят и резервна роля в случай на прекъсване на WAN сигнала и да предоставят на техниците средство за директно отчитане на сензорите за отстраняване на грешки и диагностика. Bluetooth с ниска консумация на енергия, например, работи с почти всеки смартфон на пазара.
Въпреки че по-гъстата мрежа може да подобри устойчивостта, нейната архитектура става сложна и поставя по-високи енергийни изисквания към взаимосвързаните сензори от точка до точка. Обхватът на предаване също е проблематичен; Покритието, използващо Zigbee и Bluetooth с ниска мощност, е само няколкостотин метра най-много. Въпреки че различни технологии за малък обхват са конкурентни и добре подходящи за мрежови сензори, обхващащи целия район, те са затворени мрежи, които в крайна сметка изискват използването на шлюзове за предаване на сигнали обратно към облака.
Обикновено в края се добавя връзка тип „пчелна пита“. Тенденцията при доставчиците на интелигентно осветление е да използват свързаност тип „пчелна пита“ от точка до облак, за да осигурят покритие на шлюз или сензорно устройство на разстояние от 5 до 15 км. Технологията Beehive осигурява голям обхват на предаване и простота; тя също така осигурява готови за употреба мрежи и по-високо ниво на сигурност, според общността Hive.
Нийл Йънг, ръководител на вертикалния отдел „Интернет на нещата“ в GSMA, индустриална организация, представляваща операторите на мобилни мрежи, заяви: „Действието на операторите... има пълно покритие на цялата зона, следователно не се нуждае от допълнителна инфраструктура за свързване на устройства за градско осветление и сензори. В лицензираната мрежа тип „пчелна пита“ спектърът е безопасен и надежден, което означава, че операторът има най-добри условия, може да поддържа голям брой нужди, много по-дълъг живот на батерията и минимална поддръжка, както и голямо разстояние на предаване на евтино оборудване.“
От всички налични технологии за свързаност, HONEYCOMB ще отбележи най-голям растеж през следващите години, според ABI. Шумът около 5G мрежите и надпреварата за хостване на 5G инфраструктура накараха операторите да се възползват от уличните лампи и да запълнят малки блокове тип „пчелна пита“ в градска среда. В Съединените щати Лас Вегас и Сакраменто внедряват LTE и 5G, както и сензори за интелигентни градове, на улични лампи чрез операторите AT&T и Verizon. Хонконг току-що представи план за инсталиране на 400 улични лампи с 5G поддръжка като част от своята инициатива за интелигентен град.
Тясна интеграция на хардуера
Nielsen добави: „Nordic предлага многомодови продукти за малък и дълъг обхват, като неговият SoC nRF52840 поддържа Bluetooth с ниска консумация на енергия, Bluetooth Mesh и Zigbee, както и Thread и собствени 2.4ghz системи. Базираният на Honeycomb nRF9160 SiP на Nordic предлага поддръжка както на LTE-M, така и на NB-IoT. Комбинацията от двете технологии носи предимства по отношение на производителността и разходите.“
Честотното разделяне позволява на тези системи да съществуват едновременно, като първите работят в безразрешената честотна лента от 2,4 GHz, а вторите работят навсякъде, където се намира LTE. При по-ниски и по-високи честоти има компромис между по-широко покритие на зоната и по-голям капацитет за предаване. Но в осветителните платформи обикновено се използва безжична технология с малък обхват за свързване на сензори, мощността на периферните изчисления се използва за наблюдение и анализ, а IoT тип „пчелна пита“ се използва за изпращане на данни обратно в облака, както и за управление на сензори за по-високи нива на поддръжка.
Досега двойните радиостанции с малък и голям обхват са добавяни отделно, а не са вградени в един и същ силициев чип. В някои случаи компонентите са разделени, защото повреди на осветителя, сензора и радиостанциите са различни. Интегрирането на двойни радиостанции в една система обаче ще доведе до по-тясна технологична интеграция и по-ниски разходи за придобиване, което е ключово за интелигентните градове.
Nordic смята, че пазарът се движи в тази посока. Компанията е интегрирала технологии за безжична връзка с малък обхват и honeycomb IoT свързаност в хардуер и софтуер на ниво разработчик, така че производителите на решения да могат да използват двете едновременно в тестови приложения. Платката DK на Nordic за nRF9160 SiP е проектирана за разработчици, за да „накарат своите Honeycomb IoT приложения да работят“; Nordic Thingy:91 е описана като „пълноценен готов шлюз“, който може да се използва като готова платформа за прототипиране или като доказателство за концепция за ранни продуктови дизайни.
И двете разполагат с многомодов SiP с honeycomb структура nRF9160 и многопротоколен SoC с малък обхват nRF52840. Вградените системи, които комбинират двете технологии за търговски IoT внедрявания, са само на „месеци“ от комерсиализацията, според Nordic.
Nordic Nielsen заяви: „Платформата за интелигентно градско осветление е създадена, за да съчетае всички тези технологии; пазарът е много ясен как да ги комбинира. Ние предоставихме решения за развойна платка на производителите, за да тестваме как работят заедно. Комбинирането им в бизнес решения е наложително, само въпрос на време.“
Време на публикуване: 29 март 2022 г.