Prepojené inteligentné mestá prinášajú krásne sny. V takýchto mestách digitálne technológie prepájajú viacero jedinečných občianskych funkcií s cieľom zlepšiť prevádzkovú efektívnosť a inteligenciu. Odhaduje sa, že do roku 2050 bude 70 % svetovej populácie žiť v inteligentných mestách, kde bude život zdravý, šťastný a bezpečný. Rozhodujúce je, že budú zelené, posledný tromf ľudstva proti ničeniu planéty.
Inteligentné mestá sú však ťažká práca. Nové technológie sú drahé, miestne samosprávy sú obmedzené a politika sa posúva ku krátkym volebným cyklom, čo sťažuje dosiahnutie vysoko prevádzkovo a finančne efektívneho centralizovaného modelu nasadenia technológií, ktorý by sa opätovne používal v mestských oblastiach na globálnej alebo národnej úrovni. V skutočnosti je väčšina popredných inteligentných miest v titulkoch správ len súborom rôznych technologických experimentov a regionálnych vedľajších projektov, ktoré sa len málo očakávajú v budúcnosti.
Pozrime sa na kontajnery na odpad a parkoviská, ktoré sú inteligentné vďaka senzorom a analytike. V tejto súvislosti je návratnosť investícií (ROI) ťažké vypočítať a štandardizovať, najmä keď sú vládne agentúry tak roztrieštené (medzi verejné agentúry a súkromné služby, ako aj medzi mestami, regiónmi a krajinami). Pozrime sa na monitorovanie kvality ovzdušia. Ako je ľahké vypočítať vplyv čistého ovzdušia na zdravotnícke služby v meste? Logicky je ťažké implementovať inteligentné mestá, ale aj ťažko ich poprieť.
V hmle digitálnej zmeny sa však objavuje záblesk svetla. Pouličné osvetlenie vo všetkých komunálnych službách poskytuje mestám platformu na získanie inteligentných funkcií a po prvýkrát kombináciu viacerých aplikácií. Pozrite sa na rôzne projekty inteligentného pouličného osvetlenia, ktoré sa realizujú v San Diegu v USA a Kodani v Dánsku, a ich počet stále rastie. Tieto projekty kombinujú polia senzorov s modulárnymi hardvérovými jednotkami pripevnenými na stĺpoch verejného osvetlenia, aby umožnili diaľkové ovládanie samotného osvetlenia a spustenie ďalších funkcií, ako sú počítadlá premávky, monitory kvality ovzdušia a dokonca aj detektory zbraní.
Z výšky stĺpov verejného osvetlenia sa mestá začali zaoberať „obývateľnosťou“ mesta na uliciach vrátane plynulosti dopravy a mobility, hluku a znečistenia ovzdušia a vznikajúcich obchodných príležitostí. Dokonca aj parkovacie senzory, tradične uložené na parkoviskách, sa dajú lacno a efektívne pripojiť k osvetľovacej infraštruktúre. Celé mestá sa zrazu dajú prepojiť a optimalizovať bez toho, aby sa museli rozkopávať ulice, prenajímať priestory alebo riešiť abstraktné výpočtové problémy týkajúce sa zdravšieho života a bezpečnejších ulíc.
Toto funguje, pretože riešenia inteligentného osvetlenia vo väčšine prípadov nie sú spočiatku kalkulované s stávkou na úspory z inteligentných riešení. Namiesto toho je životaschopnosť mestskej digitálnej revolúcie náhodným dôsledkom súčasného rozvoja osvetlenia.
Úspory energie z nahradenia žiaroviek polovodičovými LED svetlami spolu s ľahko dostupnými zdrojmi napájania a rozsiahlou osvetľovacou infraštruktúrou umožňujú budovanie inteligentných miest.
Tempo prechodu na LED diódy už stagnuje a inteligentné osvetlenie zažíva boom. Podľa spoločnosti Northeast Group, analytika inteligentnej infraštruktúry, bude do roku 2027 osvetlených LED diódami približne 90 % z 363 miliónov pouličných lámp na svete. Tretina z nich bude tiež prevádzkovať inteligentné aplikácie, čo je trend, ktorý sa začal pred niekoľkými rokmi. Kým nebudú zverejnené značné finančné prostriedky a plány, pouličné osvetlenie je najvhodnejšie ako sieťová infraštruktúra pre rôzne digitálne technológie vo veľkých inteligentných mestách.
Ušetrite náklady na LED
Podľa empirických pravidiel navrhnutých výrobcami osvetlenia a senzorov môže inteligentné osvetlenie znížiť administratívne náklady a náklady na údržbu súvisiace s infraštruktúrou o 50 až 70 percent. Väčšinu týchto úspor (približne 50 percent, čo stačí na to, aby to malo nejaký význam) by však bolo možné dosiahnuť jednoduchým prechodom na energeticky úsporné LED žiarovky. Zvyšok úspor pochádza z pripojenia a ovládania iluminátorov a prenosu inteligentných informácií o ich fungovaní v rámci osvetľovacej siete.
Už len centralizované úpravy a pozorovania môžu výrazne znížiť náklady na údržbu. Existuje mnoho spôsobov a navzájom sa dopĺňajú: plánovanie, sezónne riadenie a úprava načasovania; diagnostika porúch a zníženie počtu účastníkov údržby. Dopad sa zvyšuje s veľkosťou osvetľovacej siete a odráža sa v počiatočnom prípade návratnosti investícií. Trh tvrdí, že tento prístup sa môže zaplatiť približne za päť rokov a má potenciál zaplatiť sa aj rýchlejšie začlenením „mäkších“ konceptov inteligentných miest, ako sú napríklad parkovacie senzory, monitory dopravy, kontrola kvality ovzdušia a detektory zbraní.
Spoločnosť Guidehouse Insights, ktorá sa zaoberá analýzou trhu, sleduje viac ako 200 miest, aby zistila tempo zmien. Tvrdí, že štvrtina miest zavádza systémy inteligentného osvetlenia. Predaj inteligentných systémov prudko rastie. Spoločnosť ABI Research odhaduje, že globálne príjmy do roku 2026 vzrastú desaťnásobne na 1,7 miliardy dolárov. „Moment žiarovky“ na Zemi je takýto: infraštruktúra pouličného osvetlenia, ktorá úzko súvisí s ľudskými činnosťami, je cestou vpred ako platforma pre inteligentné mestá v širšom kontexte. Už v roku 2022 bude viac ako dve tretiny nových inštalácií pouličného osvetlenia prepojených s centrálnou riadiacou platformou, ktorá bude integrovať údaje z viacerých senzorov inteligentných miest, uviedla spoločnosť ABI.
Adarsh Krishnan, hlavný analytik spoločnosti ABI Research, povedal: „Existuje oveľa viac obchodných príležitostí pre dodávateľov inteligentných miest, ktorí využívajú infraštruktúru mestských stĺpov verejného osvetlenia nasadením bezdrôtového pripojenia, environmentálnych senzorov a dokonca aj inteligentných kamier. Výzvou je nájsť životaschopné obchodné modely, ktoré povzbudia spoločnosť k nasadzovaniu multisenzorových riešení vo veľkom meradle nákladovo efektívnym spôsobom.“
Otázkou už nie je, či sa pripojiť, ale ako a v akej miere sa pripojiť. Ako poznamenáva Krishnan, čiastočne ide o obchodné modely, ale peniaze do inteligentných miest už prúdia prostredníctvom družstevnej privatizácie verejnoprospešných služieb (PPP), kde súkromné spoločnosti preberajú finančné riziko výmenou za úspech v rizikovom kapitáli. Zmluvy „ako služba“ založené na predplatnom rozložili investície počas doby návratnosti, čo tiež podnietilo aktivitu.
Naproti tomu pouličné osvetlenie v Európe sa pripája k tradičným sieťam typu voštinová sieť (zvyčajne 2G až LTE (4G)), ako aj k novému štandardnému zariadeniu HONEYCOMB Iot, LTE-M. Do hry vstupuje aj proprietárna ultraúzkopásmová technológia (UNB) spolu so Zigbee, malou verziou nízkopríkonového Bluetooth a derivátmi IEEE 802.15.4.
Aliancia pre technológie Bluetooth (SIG) kladie osobitný dôraz na inteligentné mestá. Skupina predpovedá, že dodávky nízkopríkonových zariadení Bluetooth v inteligentných mestách sa v priebehu nasledujúcich piatich rokov päťnásobne zvýšia na 230 miliónov ročne. Väčšina z nich súvisí so sledovaním majetku na verejných miestach, ako sú letiská, štadióny, nemocnice, nákupné centrá a múzeá. Nízkopríkonové zariadenia Bluetooth sú však zamerané aj na vonkajšie siete. „Riešenie správy majetku zlepšuje využitie zdrojov inteligentných miest a pomáha znižovať prevádzkové náklady miest,“ uviedla Aliancia pre technológie Bluetooth.
Kombinácia týchto dvoch techník je lepšia!
Každá technológia má však svoje kontroverzie, z ktorých niektoré boli vyriešené v diskusii. Napríklad UNB navrhuje prísnejšie limity užitočného zaťaženia a harmonogramov dodávok, čím vylučuje paralelnú podporu pre viacero senzorových aplikácií alebo pre aplikácie, ako sú kamery, ktoré ju vyžadujú. Technológia krátkeho dosahu je lacnejšia a poskytuje väčšiu priepustnosť pre vývoj nastavení osvetlenia ako platformy. Dôležité je, že môžu tiež zohrávať záložnú úlohu v prípade výpadku signálu WAN a poskytnúť technikom prostriedky na priame čítanie senzorov na účely ladenia a diagnostiky. Napríklad nízkoenergetický Bluetooth funguje s takmer každým smartfónom na trhu.
Hoci hustejšia sieť môže zvýšiť robustnosť, jej architektúra sa stáva zložitejšou a kladie vyššie energetické nároky na prepojené senzory typu bod-bod. Dosah prenosu je tiež problematický; pokrytie pomocou Zigbee a nízkoenergetického Bluetooth je maximálne niekoľko stoviek metrov. Hoci je množstvo technológií krátkeho dosahu konkurencieschopných a vhodných pre senzory založené na sieti v celom susedstve, ide o uzavreté siete, ktoré v konečnom dôsledku vyžadujú použitie brán na prenos signálov späť do cloudu.
Na konci sa zvyčajne pridáva voštinové pripojenie. Trendom dodávateľov inteligentného osvetlenia je používať voštinové pripojenie typu point-to-cloud, ktoré zabezpečuje pokrytie bránou alebo senzorovým zariadením na vzdialenosť 5 až 15 km. Technológia Beehive prináša veľký prenosový dosah a jednoduchosť; poskytuje tiež bežne dostupné sieťové pripojenie a vyššiu úroveň zabezpečenia, uvádza komunita Hive.
Neill Young, vedúci oddelenia internetu vecí Vertical v organizácii GSMA, ktorá zastupuje operátorov mobilných sietí, povedal: „Akcia operátorov... má pokrytie celej oblasti, a preto nevyžaduje žiadnu ďalšiu infraštruktúru na pripojenie mestského osvetlenia a senzorov. V licencovanej sieti s frekvenčným spektrom je bezpečnosť a spoľahlivosť bezpečná, čo znamená, že operátor má najlepšie podmienky, dokáže podporovať veľké množstvo potrieb, má oveľa dlhšiu výdrž batérie, minimálnu údržbu a dlhú prenosovú vzdialenosť lacných zariadení.“
Podľa spoločnosti ABI zaznamená HONEYCOMB v nasledujúcich rokoch najväčší rast zo všetkých dostupných technológií pripojenia. Rozruch okolo sietí 5G a snaha o hosťovanie infraštruktúry 5G prinútili operátorov, aby sa chopili stĺpov verejného osvetlenia a zaplnili malé jednotky v tvare plástu v mestskom prostredí. V Spojených štátoch Las Vegas a Sacramento nasadzujú LTE a 5G, ako aj senzory pre inteligentné mestá, na pouličné osvetlenie prostredníctvom operátorov AT&T a Verizon. Hongkong práve predstavil plán na inštaláciu 400 stĺpov verejného osvetlenia s podporou 5G ako súčasť svojej iniciatívy inteligentných miest.
Tesná integrácia hardvéru
Nielsen dodal: „Nordic ponúka viacrežimové produkty s krátkym a dlhým dosahom, pričom jeho SoC nRF52840 podporuje nízkoenergetické Bluetooth, Bluetooth Mesh a Zigbee, ako aj Thread a proprietárne 2,4 GHz systémy. SiP nRF9160 založený na Honeycomb technológii od spoločnosti Nordic ponúka podporu LTE-M aj NB-IoT. Kombinácia týchto dvoch technológií prináša výhody vo výkone aj nákladoch.“
Frekvenčné oddelenie umožňuje koexistenciu týchto systémov, pričom prvý beží v pásme 2,4 GHz bez povolení a druhý beží všade, kde sa nachádza LTE. Pri nižších a vyšších frekvenciách existuje kompromis medzi širším pokrytím oblasti a väčšou prenosovou kapacitou. V osvetľovacích platformách sa však na prepojenie senzorov zvyčajne používa bezdrôtová technológia krátkeho dosahu, na pozorovanie a analýzu sa využíva výkon edge computingu a na odosielanie údajov späť do cloudu sa používa honeycomb IoT, ako aj riadenie senzorov pre vyššiu úroveň údržby.
Doteraz sa dvojica rádií s krátkym a dlhým dosahom pridávala samostatne, nie zabudovaná do toho istého kremíkového čipu. V niektorých prípadoch sú komponenty oddelené, pretože poruchy iluminátora, senzora a rádia sú odlišné. Integrácia duálnych rádií do jedného systému však povedie k užšej integrácii technológií a nižším obstarávacím nákladom, čo sú kľúčové faktory pre inteligentné mestá.
Spoločnosť Nordic si myslí, že trh sa uberá týmto smerom. Spoločnosť integrovala technológie bezdrôtového pripojenia krátkeho dosahu a pripojenia typu Honeycomb IoT do hardvéru a softvéru na úrovni vývojárov, aby výrobcovia riešení mohli tieto dva systémy spúšťať súčasne v testovacích aplikáciách. Doska DK od spoločnosti Nordic pre nRF9160 SiP bola navrhnutá pre vývojárov, aby „svoje aplikácie Honeycomb IoT fungovali“; Nordic Thingy:91 bola opísaná ako „plnohodnotná hotová brána“, ktorú možno použiť ako hotovú prototypovú platformu alebo ako overenie konceptu pre návrhy skorých produktov.
Oba systémy sú vybavené viacrežimovým voštinovým SiP nRF9160 a viacprotokolomovým krátkodosahovým SoC nRF52840. Podľa spoločnosti Nordic sú vstavané systémy, ktoré kombinujú tieto dve technológie pre komerčné nasadenie IoT, od komercializácie vzdialené len „mesiace“.
Spoločnosť Nordic Nielsen uviedla: „Platforma inteligentného mestského osvetlenia bola vytvorená pre všetky tieto technológie prepojenia; trh veľmi jasne ukazuje, ako ich skombinovať. Poskytli sme riešenia pre vývojové dosky výrobcov, aby sme otestovali, ako spolu fungujú. Ich skombinovanie do obchodných riešení je nevyhnutné, a to len v krátkom čase.“
Čas uverejnenia: 29. marca 2022