Savstarpēji savienotas viedpilsētas sniedz skaistus sapņus. Šādās pilsētās digitālās tehnoloģijas savij kopā vairākas unikālas pilsoniskās funkcijas, lai uzlabotu darbības efektivitāti un intelektu. Tiek lēsts, ka līdz 2050. gadam 70% pasaules iedzīvotāju dzīvos viedpilsētās, kur dzīve būs veselīga, laimīga un droša. Svarīgi, ka tā sola būt zaļa – cilvēces pēdējais trumpis pret planētas iznīcināšanu.
Taču viedās pilsētas ir smags darbs. Jaunās tehnoloģijas ir dārgas, vietējās pašvaldības ir ierobežotas, un politika pāriet uz īsiem vēlēšanu cikliem, apgrūtinot ļoti funkcionāla un finansiāli efektīva centralizēta tehnoloģiju ieviešanas modeļa sasniegšanu, kas tiek atkārtoti izmantots pilsētu teritorijās visā pasaulē vai valsts mērogā. Patiesībā lielākā daļa vadošo viedpilsētu virsrakstos patiesībā ir tikai dažādu tehnoloģiju eksperimentu un reģionālu blakusprojektu apkopojums, un maz ko cerēt uz paplašināšanos.
Aplūkosim atkritumu konteinerus un autostāvvietas, kas ir viedas ar sensoriem un analītiku; šajā kontekstā ieguldījumu atdevi (ROI) ir grūti aprēķināt un standartizēt, īpaši, ja valdības aģentūras ir tik sadrumstalotas (starp valsts aģentūrām un privātajiem pakalpojumiem, kā arī starp pilsētām, reģioniem un valstīm). Aplūkosim gaisa kvalitātes monitoringu; kā ir viegli aprēķināt tīra gaisa ietekmi uz veselības aprūpes pakalpojumiem pilsētā? Loģiski, ka viedās pilsētas ir grūti ieviest, bet arī grūti noliegt.
Tomēr digitālo pārmaiņu miglā ir ieskicējies gaismas stariņš. Ielu apgaismojums visos pašvaldību pakalpojumos nodrošina pilsētām platformu viedfunkciju iegūšanai un vairāku lietojumprogrammu apvienošanai pirmo reizi. Aplūkojiet dažādos viedā ielu apgaismojuma projektus, kas tiek īstenoti Sandiego, ASV, un Kopenhāgenā, Dānijā, un to skaits pieaug. Šie projekti apvieno sensoru blokus ar modulārām aparatūras vienībām, kas piestiprinātas pie apgaismes stabiem, lai nodrošinātu attālinātu apgaismojuma vadību un citu funkciju, piemēram, satiksmes skaitītāju, gaisa kvalitātes monitoru un pat ieroču detektoru, darbību.
Jau no apgaismes staba augstuma pilsētas ir sākušas risināt pilsētas “dzīvojamības” jautājumus uz ielām, tostarp satiksmes plūsmu un mobilitāti, trokšņa un gaisa piesārņojumu, kā arī jaunās uzņēmējdarbības iespējas. Pat stāvvietu sensorus, kas tradicionāli tiek apglabāti autostāvvietās, var lēti un efektīvi pieslēgt apgaismojuma infrastruktūrai. Veselas pilsētas pēkšņi var savienot tīklā un optimizēt, nerokot ielas, neiznomājot telpas vai nerisinot abstraktas skaitļošanas problēmas par veselīgāku dzīvesveidu un drošākām ielām.
Tas darbojas tāpēc, ka lielākoties viedie apgaismojuma risinājumi sākotnēji netiek aprēķināti, cerot uz ietaupījumiem no viedajiem risinājumiem. Tā vietā pilsētas digitālās revolūcijas dzīvotspēja ir nejauša vienlaicīgas apgaismojuma attīstības sekas.
Enerģijas ietaupījums, aizstājot kvēlspuldzes ar cietvielu LED apgaismojumu, kā arī viegli pieejamie barošanas avoti un plaša apgaismojuma infrastruktūra padara viedās pilsētas iespējamas.
LED apgaismojuma ieviešanas temps jau ir apstājies, un viedais apgaismojums strauji attīstās. Saskaņā ar viedās infrastruktūras analītiķa Northeast Group datiem, līdz 2027. gadam aptuveni 90% no pasaules 363 miljoniem ielu apgaismojuma būs apgaismoti ar LED spuldzēm. Trešdaļa no tiem darbosies arī ar viedajām lietojumprogrammām, un šī tendence aizsākās pirms dažiem gadiem. Kamēr netiks publicēts ievērojams finansējums un rasējumi, ielu apgaismojums vislabāk ir piemērots kā tīkla infrastruktūra dažādām digitālajām tehnoloģijām liela mēroga viedpilsētās.
Ietaupiet LED izmaksas
Saskaņā ar apgaismojuma un sensoru ražotāju piedāvātajiem pamatnoteikumiem viedais apgaismojums var samazināt ar infrastruktūru saistītās administratīvās un uzturēšanas izmaksas par 50 līdz 70 procentiem. Taču lielāko daļu šo ietaupījumu (aptuveni 50 procentus, kas ir pietiekami, lai panāktu būtisku atšķirību) varētu panākt, vienkārši pārejot uz energoefektīvām LED spuldzēm. Pārējo ietaupījumu nodrošina gaismekļu pieslēgšana un vadība, kā arī viedas informācijas nodošana par to darbību apgaismojuma tīklā.
Centralizētas regulēšanas un novērojumi vien var ievērojami samazināt apkopes izmaksas. Ir daudz veidu, un tie viens otru papildina: plānošana, sezonāla kontrole un laika regulēšana; kļūmju diagnostika un samazināta apkopes mašīnu apmeklētība. Ietekme palielinās līdz ar apgaismojuma tīkla lielumu un atspoguļojas sākotnējā ieguldījumu atdeves scenārijā. Tirgus apgalvo, ka šī pieeja var atmaksāties aptuveni piecu gadu laikā un tai ir potenciāls atmaksāties īsākā laikā, iekļaujot "mīkstākas" viedpilsētas koncepcijas, piemēram, tās, kas ietver parkošanās sensorus, satiksmes monitorus, gaisa kvalitātes kontroli un ieroču detektorus.
Tirgus analītiķis Guidehouse Insights seko līdzi vairāk nekā 200 pilsētām, lai novērtētu pārmaiņu tempu; tas norāda, ka ceturtdaļa pilsētu ievieš viedās apgaismojuma shēmas. Viedo sistēmu pārdošanas apjomi strauji pieaug. ABI Research aprēķina, ka globālie ieņēmumi līdz 2026. gadam pieaugs desmitkārtīgi, sasniedzot 1,7 miljardus ASV dolāru. Zemes "spuldzes brīdis" ir šāds: ielu apgaismojuma infrastruktūra, kas ir cieši saistīta ar cilvēku darbībām, ir ceļš uz priekšu kā platforma viedajām pilsētām plašākā kontekstā. Jau 2022. gadā vairāk nekā divas trešdaļas jauno ielu apgaismojuma iekārtu tiks piesaistītas centrālai pārvaldības platformai, lai integrētu datus no vairākiem viedās pilsētas sensoriem, paziņoja ABI.
ABI Research galvenais analītiķis Adaršs Krišnans sacīja: “Viedpilsētu piegādātājiem, kas izmanto pilsētu apgaismes stabu infrastruktūru, ieviešot bezvadu savienojamību, vides sensorus un pat viedās kameras, ir daudz vairāk biznesa iespēju. Izaicinājums ir atrast dzīvotspējīgus biznesa modeļus, kas mudina sabiedrību plašā mērogā ieviest vairāku sensoru risinājumus izmaksu ziņā efektīvā veidā.”
Jautājums vairs nav par to, vai pieslēgties, bet gan par to, kā un cik daudz pieslēgties vispār. Kā norāda Krišnans, daļēji tas ir saistīts ar biznesa modeļiem, taču nauda jau ieplūst viedajās pilsētās, izmantojot kooperatīvo komunālo pakalpojumu privatizāciju (PPP), kur privāti uzņēmumi uzņemas finansiālu risku apmaiņā pret panākumiem riska kapitāla jomā. Uz abonēšanu balstīti “kā pakalpojums” līgumi sadala investīcijas pa atmaksāšanās periodiem, kas arī veicināja aktivitāti.
Turpretī ielu apgaismojums Eiropā tiek pieslēgts tradicionālajiem šūnveida tīkliem (parasti no 2G līdz LTE (4G)), kā arī jaunajai HONEYCOMB lietu interneta standarta ierīcei LTE-M. Tiek izmantota arī patentēta īpaši šaurjoslas (UNB) tehnoloģija, kā arī Zigbee — neliels mazjaudas Bluetooth veids — un IEEE 802.15.4 atvasinājumi.
Bluetooth tehnoloģiju alianse (SIG) īpašu uzsvaru liek uz viedajām pilsētām. Grupa prognozē, ka mazjaudas Bluetooth piegāžu skaits viedajās pilsētās nākamo piecu gadu laikā pieaugs pieckārt, sasniedzot 230 miljonus gadā. Lielākā daļa no tām ir saistītas ar aktīvu izsekošanu sabiedriskās vietās, piemēram, lidostās, stadionos, slimnīcās, iepirkšanās centros un muzejos. Tomēr mazjaudas Bluetooth ir paredzēts arī āra tīkliem. "Aktīvu pārvaldības risinājums uzlabo viedās pilsētas resursu izmantošanu un palīdz samazināt pilsētas ekspluatācijas izmaksas," paziņoja Bluetooth tehnoloģiju alianse.
Abu tehniku kombinācija ir labāka!
Tomēr katrai tehnoloģijai ir savas pretrunas, no kurām dažas ir atrisinātas debašu ceļā. Piemēram, UNB ierosina stingrākus ierobežojumus attiecībā uz kravnesību un piegādes grafikiem, izslēdzot paralēlu atbalstu vairākām sensoru lietojumprogrammām vai tādām lietojumprogrammām kā kameras, kurām tas ir nepieciešams. Īsa darbības rādiusa tehnoloģija ir lētāka un nodrošina lielāku caurlaidspēju apgaismojuma platformas iestatījumu izstrādei. Svarīgi ir tas, ka tās var arī veikt rezerves lomu WAN signāla atvienošanas gadījumā un nodrošināt tehniķiem līdzekļus sensoru tiešai nolasīšanai atkļūdošanai un diagnostikai. Piemēram, mazjaudas Bluetooth darbojas gandrīz ar visiem tirgū pieejamajiem viedtālruņiem.
Lai gan blīvāks tīkls var uzlabot robustumu, tā arhitektūra kļūst sarežģīta un rada lielākas enerģijas prasības savstarpēji savienotiem punkta-punkta sensoriem. Arī pārraides diapazons ir problemātisks; pārklājums, izmantojot Zigbee un mazjaudas Bluetooth, ir tikai daži simti metru. Lai gan dažādas īsa darbības rādiusa tehnoloģijas ir konkurētspējīgas un labi piemērotas tīkla bāzes, kaimiņu mēroga sensoriem, tie ir slēgti tīkli, kuriem galu galā ir nepieciešams izmantot vārtejas, lai pārraidītu signālus atpakaļ uz mākoni.
Parasti beigās tiek pievienots šūnveida savienojums. Viedā apgaismojuma pārdevēju tendence ir izmantot punkta-mākonis šūnveida savienojumu, lai nodrošinātu vārteju vai sensoru ierīču pārklājumu 5 līdz 15 km attālumā. Beehive tehnoloģija nodrošina lielu pārraides diapazonu un vienkāršību; tā nodrošina arī gatavu tīklošanu un augstāku drošības līmeni, norāda Hive kopiena.
Nīls Jangs, GSMA, mobilo tīklu operatorus pārstāvošas nozares organizācijas, lietu interneta vertikāles vadītājs, sacīja: “Operatoru darbība… aptver visu teritoriju, tāpēc nav nepieciešama papildu infrastruktūra pilsētas apgaismojuma ierīču un sensoru pieslēgšanai. Licencētajā spektrā šūnveida tīkls ir drošs un uzticams, kas nozīmē, ka operatoram ir vislabākie apstākļi, tas var apmierināt daudzas vajadzības, ievērojami ilgāku akumulatora darbības laiku, minimālu apkopi un lielu pārraides attālumu, kas ir lētāks aprīkojums.”
No visām pieejamajām savienojamības tehnoloģijām HONEYCOMB piedzīvos vislielāko izaugsmi turpmākajos gados, liecina ABI dati. Ažiotāža ap 5G tīkliem un cīņa par 5G infrastruktūras izvietošanu ir pamudinājusi operatorus izmantot apgaismes stabus un aizpildīt tos ar mazām šūnveida vienībām pilsētvidē. Amerikas Savienotajās Valstīs Lasvegasa un Sakramento, izmantojot mobilo sakaru operatorus AT&T un Verizon, ielu apgaismojumā izvieto LTE un 5G, kā arī viedās pilsētas sensorus. Honkonga tikko ir atklājusi plānu uzstādīt 400 5G iespējotus laternu stabus kā daļu no savas viedās pilsētas iniciatīvas.
Cieša aparatūras integrācija
Nīlsens piebilda: “Nordic piedāvā daudzrežīmu īsa un liela darbības rādiusa produktus, un tā nRF52840 SoC atbalsta mazas jaudas Bluetooth, Bluetooth Mesh un Zigbee, kā arī Thread un patentētas 2,4 GHz sistēmas. Nordic Honeycomb bāzes nRF9160 SiP piedāvā gan LTE-M, gan NB-IoT atbalstu. Abu tehnoloģiju kombinācija nodrošina veiktspējas un izmaksu priekšrocības.”
Frekvenču atdalīšana ļauj šīm sistēmām pastāvēt līdzās, pirmajām darbojoties atļauju nesaturošā 2,4 GHz joslā, bet otrajām — visur, kur atrodas LTE. Zemākās un augstākās frekvencēs pastāv kompromiss starp plašāku pārklājumu un lielāku pārraides jaudu. Taču apgaismojuma platformās īsa darbības rādiusa bezvadu tehnoloģija parasti tiek izmantota sensoru savienošanai, perifērijas skaitļošanas jauda tiek izmantota novērošanai un analīzei, un šūnveida lietu internets tiek izmantots datu nosūtīšanai atpakaļ uz mākoni, kā arī sensoru vadībai augstākiem uzturēšanas līmeņiem.
Līdz šim īsa darbības rādiusa un tāla darbības rādiusa radio pāris ir pievienots atsevišķi, nevis iebūvēts vienā silīcija mikroshēmā. Dažos gadījumos komponenti ir atdalīti, jo apgaismotāja, sensora un radio kļūmes ir atšķirīgas. Tomēr divu radio integrēšana vienā sistēmā nodrošinās ciešāku tehnoloģiju integrāciju un zemākas iegādes izmaksas, kas ir galvenie apsvērumi viedajām pilsētām.
Nordic uzskata, ka tirgus virzās šajā virzienā. Uzņēmums ir integrējis īsa darbības rādiusa bezvadu un šūnveida lietu interneta (IoT) savienojamības tehnoloģijas aparatūrā un programmatūrā izstrādātāju līmenī, lai risinājumu ražotāji varētu vienlaikus darbināt abas tehnoloģijas testa lietojumprogrammās. Nordic plate DK nRF9160 SiP tika izstrādāta izstrādātājiem, lai "liktu savām Honeycomb IoT lietojumprogrammām darboties"; Nordic Thingy:91 ir raksturots kā "pilnvērtīgs, gatavs vārtejas risinājums", ko var izmantot kā gatavu prototipu platformu vai koncepcijas pierādījumu agrīniem produktu dizainiem.
Abas ir aprīkotas ar daudzrežīmu šūnveida nRF9160 SiP un daudzprotokolu īsa darbības rādiusa nRF52840 SoC. Saskaņā ar Nordic datiem, iegultās sistēmas, kas apvieno abas tehnoloģijas komerciālai lietu interneta ieviešanai, ir tikai dažu mēnešu attālumā no komercializācijas.
Nordic Nielsen teica: “Viedās pilsētas apgaismojuma platforma ir izveidota, apvienojot visas šīs savienojuma tehnoloģijas; tirgū ir ļoti skaidrs, kā tās apvienot, un mēs esam nodrošinājuši risinājumus ražotāju izstrādes padomei, lai pārbaudītu, kā tās darbojas kopā. To apvienošana biznesa risinājumos ir obligāta tikai laika jautājums.”
Publicēšanas laiks: 2022. gada 29. marts