Понятие «Smart Cities»

«Smart Cities» («Умный город») – это единая система управления городским хозяйством, основанная на энергосберегающих и энергоэффективных технологиях, информатизации производственных процессов.
Внедрение «умных технологий» дает возможность улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения количества вредных выбросов в окружающую среду, в том числе за счет использования нетрадиционных источников энергии, введения экотранспорта и т.п.
Такие технологии могут обеспечить город качественной питьевой водой благодаря инновационным системам очистки, сделать жизнь горожан более безопасной.
Они позволяют создавать эффективную систему транспорта: уменьшить загруженность дорог за счет интеллектуального регулирования трафика, создания дорожных информационных служб.
«Умные технологии» могут также лежать в основе создания эффективной социальной инфраструктуры, с едиными базами данных о населении, которые позволят оперативно обмениваться информацией и принимать решения, они могут сократить «бумажную» работу.
Внедрение этих технологий повысит качество электроснабжения и высвободит дополнительные финансовые средства за счет энергосбережения.
Такая единая система управления позволяет существенно улучшить качество предоставляемых горожанам услуг, повысить эффективность всех служб города.

История вопроса

Предпосылки возникновения идеи «умного» города и ее развитие:
1. Рост загруженности инфраструктур. Неустойчивость инфраструктур при режимах близких к предельным значениям.
2. Появление технических возможностей дешевой передачи в реальном времени большого объема информации и ее обработки.
3. Появление технической возможности создания дешевых и массовых интеллектуальных управляющих узлов (светофоров, задвижек и т.п.), программируемых и управляемых дистанционно.
4. Появление возможности создания надежных и экономически конкурентоспособных малых или автономных систем ресурсообеспечения (электро- и теплогенерация, водоочистка и т.п.)
5. Накопление опыта проектирования многопараметрических управляющих/управляемых систем в отдельных отраслях и системах: авиация, портовое дело, энергетика и т.д.

Современный этап развития:
Современный этап характеризуется выходом «интеллектуальных технологий» в массы. Эта революция сравнима по масштабам с созданием систем массовой сотовой связи или всеобщей компьютеризацией. Сегодня появился целый пласт технических и организационных проблем и решений, которые подтолкнут к выходу на совершенно другой уровень развитие инфраструктурных систем. Новые технологии будут отличаться от существующих образцов, как современные телефоны сегодня отличаются от систем мобильной связи 80-х годов. Какое из технических решений получит массовое применение сложно сказать, также как и тогда, когда появились революционные технологии в сотовой связи.

Тема «Умный город» базируется на нескольких основных подходах:

«Ресурсосбережение» – энергосбережение, водосбережение, теплосбережение, теплоснабжение и др.
С целью сохранения ресурсов и появились «умные» инженерные инфраструктуры, которые включают в себя системы, позволяющие контролировать в реальном времени работу всех узлов сети, получать информацию о фактическом потреблении ресурсов в каждом узле сети и в конечном итоге выстраивать оптимальные потребительские стратегии и оптимизировать потребление:

  • – равномернее распределять нагрузку во времени, разгружать «пиковые периоды» и догружать периоды с минимальной нагрузкой;
  • – выявлять потери, быстро обнаруживать и устранять аварии.

Внедрение ресурсосберегающего подхода в управлении коммунальным хозяйством стало возможным и доступным только сегодня. Это связано с тем, что стоимость оборудования и мероприятий по «умному учету» и «умному потреблению» снизилась, а получаемая экономическая выгода, напротив, возросла.
В России внедрение «умных технологий» происходит значительно медленнее, чем в других странах, но, тем не менее, процесс внедрения ресурсосберегающих технологий идет по нарастающей. Предпосылками для этого являются снижение стоимости оборудования и необходимость управлять системами в экономном режиме из-за недостаточности ресурсов (вода, тепло, электроэнергия и пр.) В результате оптимизации потребления можно снизить излишнее потребление ресурсов на 10-30% – это высокий %, особенно в ситуациях предельных нагрузок систем.

Когда начали заниматься ресурсосбережением:
Оптимизацией режимов работы инфраструктур занимались всегда, например, в 70-е годы в СССР была создана единая энергосистема, сочетающая в себе разные типы генерации (атомную – почти нерегулируемую по мощности, тепловую – средне регулируемую и гидро – быстро регулируемую), а также систему оперативного управления всеми сетями и генераторами, но в масштабах страны или крупных регионов. В масштабах же среднего или малого города, квартала, дома такое регулирование не осуществлялось, т.к. это достаточно тонкая настройка оказывалась экономически нецелесообразной (сложной в реализации, дорогой и пр.) Аналогичные системы и подходы существовали и в других странах. В настоящее время за счет новых технологий «умная» настройка может уже спуститься на уровень города и дома.
Переход от пилотных проектов к более-менее массовому внедрению в Европе и Северной Америке произошел в 90-е годы XX века.

Основные механизмы оптимизации потребления ресурсов в «умном» городе:
- распределение нагрузки на инфраструктурные сети во времени, т.е. снижение неравномерности потребления в период пиков и провалов (основная проблема всех инфраструктур);
- распределение в пространстве, т.е. создание сетевых, а не линейных систем поставки ресурса позволят маневрировать потоками и «обходить» аварийные или пиковые участки;
-создание динамически управляемых источников мощности: малоинерционные генераторы, накопители, демпферы и др.;
-создание распределенной генерации различного масштаба;
-снижение потерь и ресурсопотребления конечных пользователей («умные» дома, энергоэффективное оборудование и др.)

Реализация проектов «умного» города в России:

Повышение качества электроснабжения на примере Белгорода и Нижнего Новгорода:

Нижний Новгород – один из городов мира, где начал осуществляться проект «Умный город». Инфраструктура такого города должна быть полностью выстроена на новых технологиях, позволяющих рационально использовать источники энергии и минимизировать воздействие на окружающую среду. Уже сегодня в Нижнем Новгороде внедрены:

-энергосберегающие автоматические программы управления уличным освещением с использованием фотоэлементов и ламп малой мощности;
-автоматизированная система учета электроэнергии в работе городского электротранспорта.

В Нижнем Новгороде и Белгороде, где также реализуются проекты «умного» города, экономика динамично развивается и постоянно растет уровень энергопотребления, поэтому вопрос энергосбережения весьма актуален.
В Белгороде и Нижнем Новгороде сегодня частично используется автоматизированная система, позволяющая контролировать состояние электросетей, вести учет энергопотребления, определять количество перегоревших ламп и дистанционно управлять режимами освещения с районных диспетчерских пунктов.
Интеллектуальные счетчики электроэнергии обеспечивают точность расчетов энергетиков с потребителями, позволяют дистанционно снимать показания со счетчиков, контролировать качество электроэнергии.

«Умные сети» способны повышать качество электроснабжения посредством применения реклоузеров, бустеров и других современных устройств.

«Умное» водоснабжение Нижнего Новгорода:

В водоснабжении водоканал Нижнего Новгорода первым в России применил комплексную систему очистки воды с применением предварительной амонизации, озона, гипохлорита и ультрафиолета, активно реализует программу по ресурсосбережению путём установки в домах приборов учёта, управляемых с помощью средств сотовой связи. На Нижегородской станции аэрации проектируется создание установки по утилизации метана совместно с ведущим немецким предприятием «РВЕ Пауэр АГ», которая позволит не только сократить выбросы парниковых газов в атмосферу, но и увеличить энергоэффективность предприятия.
С полным применением технологий «умного города» внедрение новых технологий перестанет быть «точечным» и охватит всё водоснабжение в целом, сделав его в разы более эффективным.

Реализация проектов «умного» города в Европе и Америке:

Контроль над электроэнергией на примере Амстердама:

В Амстердаме внедряется инновационная система регулирования энергопотребления, которая позволяет амстердамским семьям получить более полное представление о потребляемой ими электроэнергии. В жилищах семей-участниц проекта были установлены интеллектуальные счётчики и домашние системы регулирования энергопотребления. В результате этого проекта потребители сократили расходы на электроэнергию, снизились выбросы углеводородов как минимум на 14 процентов.

Водоснабжение на примере Миннеаполиса:

В новой системе сбора дождевой воды при строительстве зданий используется гигантский подземный резервуар. С его помощью можно дополнительно сохранить ежегодно более двух миллионов галлонов воды. Это вода годится как для человеческих нужд, так и для технического обслуживания и ирригационных работ. Отфильтрованная через систему фильтрации вода, также подается в жилые помещения здания.

«Разумный транспорт»

Как и с электроэнергией, водообеспечением, теплоснабжением и прочими ресурсами, интеллектуализация транспортных систем идет по нескольким направлениям: интеллектуализация видов транспорта, интеллектуализация перевалочных узлов (стыковок) разных видов транспорта, организация городского транспортного сообщения.

Когда начали появляться первые проекты «умного» транспорта:
По отраслевым системам много было сделано в конце 70-90-х годов. В конце 90-х – начале 2000-х гг. основные усилия были сосредоточены на внедрении перевалочных узлов, например, Гамбургский порт, Роттердамский порт и др. Но это все-таки еще не «умный» город, а лишь часть, хотя и значимая часть городских систем.

Задачи оптимизации городских транспортных потоков ставились еще в 80 –е годы – в СССР предпринимались попытки оптимизировать городское движение, например, за счет синхронизации светофоров. Так, в Киеве и других городах над улицами висели дорожные знаки «Зеленая волна» – 45 км час. Предпринимались такие попытки и в современной Москве, и в Нижнем Новгороде. Синхронизация светофоров в Москве на Дмитровке позволила в первое время увеличить пропускную способность на 15%, но потом все вернулось на прежний уровень. По словам авторов эксперимента, внедрение такого способа регулирования транспорта нужно делать сразу же в масштабах всего города. 15% – это максимальный выигрыш времени, который можно получить при синхронизации светофоров, без реорганизации всей системы городского движения это значение, по всей видимости, не увеличить.

Современная ситуация:

Сегодня при площади дорог в российских городах кратно меньшей, чем в европейских странах и Америке (советские города были оптимизированы под кратно меньший объем автотранспорта) простой оптимизацией ничего не достигнешь – ситуацию необходимо улучшать не на проценты, а в разы! Проблема заключается в самой геометрии (пространственной структуре) городских транспортных сетей. Особенность многих российских (постсоветских ) городов заключается в их сегментированности. Это приводит к тому, что из одной точки в другую часто можно проехать единственным способом, по единственной крупной магистрали, соответственно, если на ней появляется автотранспортная пробка, то приходится стоять, порой, часами. Вариантов объезда не существует, поэтому, сколько не регулируй, если поток больше пропускной способности, то весь транспорт останавливается. В российских условиях решение транспортных проблем возможно зачастую не с помощью реконструкции, а полного сноса и нового дорожного строительства.

Реализация проектов «умного» города в России:

Внедрение «умных» транспортных систем в Нижнем Новгороде:

Реалии сегодняшнего времени диктуют необходимость внедрения новейших систем измерения транспортных потоков, систем счетчиков движения. В Нижнем Новгороде такие системы в ближайшее время будут внедрены в работу грузового, общественного транспорта, дорожной сети, аэропортов и портов. Система счетчиков движения, комплексная система управления движением, погодные и дорожные информационные службы в целом приведут к улучшению качества транспортных услуг и уменьшению трафика. Не за горами и внедрение экотранспорта, которое снизит вредные выбросы.

Реализация проектов «умного» города в Европе и Америке:

Решение транспортной проблемы на примере Амстердама:

В Амстердаме для решения проблемы дорожного движения создали развитую инфраструктуру центров интеллектуальной работы, где отдельные сотрудники и целые коллективы могут использовать современные информационные и коммуникационные технологии, имея при этом удобный доступ к дорожной системе и общественному транспорту. Таким образом, теперь жителям Амстердама не обязательно ехать на работу в свой офис (порой через весь город) – свои служебные обязанности они могут выполнять в ближайшем центре интеллектуальной работы.

«Умная» инженерная инфраструктура на примере Миннеаполиса:

Разработана новая система мониторинга состояния мостов (что актуально и для Нижнего Новгорода). Для контроля над состоянием крупных объектов было разработано специальное покрытие на основе нанотехнологий, позволяющее следить за состоянием крупных объектов дистанционно через компьютер. По мнению разработчиков, эта технология дает новые возможности мониторинга состояния мостов, что особенно актуально после трагедии в Миннеаполисе. Коррозия и трещины представляют собой серьезную проблему для 500 тыс. мостов в США. Новая технология делает процесс проверки малозатратным.

Электромобили во Франции:

Уже сегодня в Париже появились бесплатные пункты для зарядки электромобилей. Мэр Парижа планирует закупить 4000 электромобилей. Они будут сдаваться в аренду всем желающим.

Регулирование дорожного трафика в Швеции:

Интеллектуальное регулирование трафика внедрено в Стокгольме, кроме этого, внедрение системы взимания платы за проезд в Стокгольме позволило снизить интенсивность трафика на 20-22% и увеличить скорость движения общественного транспорта. Следствием уменьшения автомобильного потока стало заметное снижение уровня загрязненности воздуха. Система основывается на видеонаблюдении: камеры, установлены таким образом, что охватывают всю магистраль и фиксируют номер любого автомобиля. Для идентификации могут использоваться RFID-метки или GPS-оборудование, установленные непосредственно на автомобиле.

Социальная инфраструктура

В последние годы в России органы местного самоуправления, государственной власти и бизнеса вкладывают значительные средства в обновление и реконструкцию городских инфраструктур. Благодаря этим усилиям удается сохранить жизнеспособность городов: работают электрические сети, водоканалы, ремонтируются дороги, строятся и реконструируются объекты социальной инфраструктуры. Но, в целом, существенного изменения качества жизни не происходит. Можно, конечно, кратно увеличить вложения в городские системы, но это не приведет к существенному улучшению качества жизни людей.
Сама идеология, в которой построены существующие инфраструктуры, не позволяет сделать этого. Решение видится в том, чтобы принципиально изменить подход к строительству и реконструкции городских систем. Город XXI века создан для людей, а не для предприятий. Городские системы должны подстроиться под потребности людей. Появившиеся в последние 10-15 лет «умные» технологии дают возможности для реализации различных социальных проектов. Примеры этих лет показывают, как в социальной сфере применяются «умные» социальные сети, которые позволяют быстро, без очередей и лишних бумаг получать необходимые услуги.

Реализация проектов «умного» города в России:
Социальные инфраструктурные изменения на примере экономики Нижнего Новгорода:
В Нижнем Новгороде создается единый центр обработки данных с прямым доступом потребителей к системе в режиме реального времени. Это существенно повысит эффективность работы администрации города, служб безопасности и коммунальных служб. Прямая связь приборов и устройств потребителей и поставщиков услуг в единой сети сокращает документооборот, ускоряет принятие решений. Часть процессов управления в ближайшее время будет переведена на автоматический режим.
Внедрение новых технологий, позволяющих создавать единые распределенные базы данных с информацией о населении, связность записей для всей социальной инфраструктуры города и оперативный обмен информацией приведет, в конечном счете, к повышению качества социальных услуг в: здравоохранении, образовании, культуре, спорте, общественных инициативах, государственных услугах.

Реализация проектов «умного» города в Европе и Америке:
Социальные проекты в Германии:

В системе здравоохранения Берлина появились электронная история болезни, индивидуальные карты пациентов, содержащие всю информацию о конкретном пациенте, отдаленный доступ к пациенту через системы электронного мониторинга, электронные системы выписки рецептов. Активно реализуются проекты по дистанционному образованию.

Социальные проекты на примере Боулдера, США, Колорадо:

В этом городе создана электронная система регистрации запросов населения, единый электронный административный сервисный центр.

Что даст горожанам внедрение технологий «Умного» города в России:

Система «Умный город» позволит замедлить рост тарифов и удешевить услуги ЖКХ, значительно улучшить качество предоставляемых горожанам услуг, повысит эффективность работы всех городских служб. Это даст положительный результат во всех сферах жизни:

  • улучшит экологическую обстановку;
  • расширит возможности для самореализации граждан;
  • улучшит социальную ситуацию в городе;
  • повысит конкурентоспособность города;
  • повысит инвестиционную привлекательность;
  • снизит общегородские затраты;
  • высвободит дополнительные финансовые средства;
  • увеличит ВРП;
  • даст толчок развитию высокотехнологичных производственных отраслей;
  • в целом изменит структуру экономики города и т.д.

www