Кирпичи разумного города: теория и практика

Александр Леус, эксперт по системам интеллектуального видеонаблюдения,
директор по развитию центра 3D-решений, компания КРОК

Когда в достаточно развитых странах доля городского населения стала существенно превышать количество сельских жителей (сейчас это характерно в том числе и для России), а вопросы гибкого и оперативного управления городской инфраструктурой начали выходить на первый план, получила развитие концепция «разумных городов». В теории она подразумевает адаптацию самого мегаполиса под потребности и модели поведения людей, которые вовлекаются в процесс управления с помощью различных ИТ-инструментов. На практике подобных примеров во всем мире не так много. В России спроектированных и технически реализованных разумных городов нет как класса. Основными причинами этого являются необходимость значительного финансирования, которое часто недоступно региональным администрациям, сильный износ городских коммуникаций (по некоторым оценкам – до 80%), сложности реализации проекта. Кроме того, внедрениям должен предшествовать детальный аудит, к которому готов не каждый глава города. А именно такой мастер-план проекта может предоставить точную оценку бюджетов, сроков реализации, достижимых результатов, требуемых технических средств. По сути, мастер-план является документом, дающим общее представление о масштабе проекта и позволяющим привлечь под него инвестиции и аргументировать бюджетные затраты.

Что есть разумный город?

Определений «умного города» несколько. Все они сформировались в последние 10–15 лет. Первый термин – «цифровой (digital) город» появился в 2000 г., позднее стало более употребимо понятие «умного (intelligent) города», а сегодня чаще звучит дефиниция «разумный (smart) город». Такое многообразие иногда сбивает с толку, поскольку каждое из определений реально иллюстрирует лишь промежуточный этап развития всего направления.

Существуют различные способы измерения характеристик «разумности». Наиболее общим является список, сформированный Венским университетом:

• конкурентоспособность бизнес-среды;
• социальный и человеческий капитал;
• участие жителей в управлении городом;
• транспортная и ИКТ-инфраструктуры;
• природные богатства и охрана окружающей среды;
• уровень и качество жизни.

В ИТ-сообществе обычно применяется определение компании Gartner: «…в «разумном городе» различные сферы жизни взаимодействуют друг с другом для достижения устойчивых результатов через анализ информации, поступающей в реальном времени из специализированных информационных и инженерных систем». По нашему мнению, это определение стоит дополнить. разумный город помимо специализированных информационных и инженерных систем – это город людей: на основе их потребностей изменяются городские сервисы, а модели поведения корректируются путем информирования и предоставления вариантов решения.

Одним словом, город не может называться разумным, если отсутствует возможность получения обратной связи и вовлечения главного потребителя в процесс оказания городских услуг.

Мнение масс – всему голова?

В настоящее время возникают модные тренды в области ИТ, применимые, в частности, для направления разумных городов: краудсорсинг (англ. crowdsourcing, crowd – толпа и sourcing – использование ресурсов), краудфандинг (народное финансирование, от англ. сrowd funding, сrowd – толпа, funding – финансирование). И то и другое – это сотрудничество людей, объединяющих свои усилия и ресурсы для решения общественно значимых задач.

В качестве примера применения краудсорсинга можно предложить несколько сайтов:

• сайт города Москвы – «Наш город», где можно высказаться о проблеме и предложить пути ее решения;
• сайт города Нью-Йорка, где проводятся конкурсы на лучшее приложение, которое предоставляло бы сервисы для жителей. Победители конкурса получают финансирование и продвижение на рынке.

По сути, это и есть реализация той самой обратной связи, от которой зависит эффективность всего проекта создания разумного города.

Если говорить о реализации такой системы обратной связи, то ее инфраструктура создается, так же как и для любого крупного интернет-портала. Безусловно, подобная система должна размещаться как минимум в двух отдаленных друг от друга ЦОД с надежными каналами связи и защитой от DDoS-атак. Серверная инфраструктура портала, как показывает практика, обычно состоит из стандартных x86-серверов, виртуализированных для эффективного управления. Программная часть может строиться на портальном решении для интеграции с программной шиной остальных элементов разумного города. Важной частью системы обратной связи является поддержка мобильных приложений. Некоторые системы для организации «разумных городов» поставляются с каркасами таких приложений.

Из чего состоит «скелет» разумного города

В различных информационных источниках набор городских сервисов для жителей кардинально отличается. Однако есть перечень, который присутствует в подавляющем большинстве источников, Под сервисами понимаются в первую очередь услуги или процедуры, например возможность просмотра записи с камер видеонаблюдения при установлении факта нарушения правопорядка. Распространены сервисы безопасности; инженерные сервисы для поддержки общественного транспорта и управления движением, контроля коммунальных услуг (водоснабжения, энергоснабжения, теплоснабжения, утилизации мусора); сервисы для контроля экологической ситуации; социальные сервисы для образования и здоровья.

В рамках концепции разумного города также необходимо отметить следующие сервисы: «умные дома», набор электронных услуг и сервисов (городской портал), сервисы для туристов и улучшения бизнес-среды в городе.

Обязательными компонентами, формирующими техническое решение для разумного города, являются:

• система сбора информации (сенсоры, счетчики газа, воды, электроэнергии, датчики повышенной загрязненности воздуха, датчики влажности, системы видео- и фотофиксации, соответствующие устройства для сбора информации от граждан и т. д.);
• «транспортная система» (система передача информации по проводным или беспроводным каналам связи);
• информационная среда (среда, в которой данные обрабатываются, хранятся и распределяются);
• операционный центр;
• аналитический центр.

Если происходит инцидент, информация поступает в операционный центр – центр управления разумным городом.

Операционный центр – это помещение, оснащенное видеоконференцсвязью и другими средствами интерактивного представления информации. Оно предназначено для оперативного принятия решений, контроля и мониторинга объектов различной природы, ситуаций и других функций в целях более эффективного управления «разумным городом».

В операционном центре происходит обработка поступающих инцидентов в ручном или автоматическом режиме. Важным элементом технического решения также является аналитический центр (может быть совмещен с операционным). В нем осуществляется анализ накопленной информации, и формируются предложения по развитию инфраструктуры города (например, строительство новых развязок в местах формирования пробок, получение информации о посещаемости школ и вузов и т. д.).

Инфраструктура операционного и аналитического центра с точки зрения ИТ зависит от размера города и объема выполняемых функций. Если к созданию инфраструктуры подходить комплексно, то следует обязательно заложить возможности масштабирования, гибкости и отказоустойчивости. Этим требованиям соответствуют частные облачные инфраструктуры: набор однородных серверов и системы управления.

Система сбора информации предъявляет достаточно высокие требования к объему системы хранения данных – это могут быть десятки петабайт! Проектирование и закупка классической СХД такого объема – крайне сложная задача, к тому же на первоначальном этапе нагрузка на систему может быть не очень большой, следовательно, система должна гибко масштабироваться.

От сетевой инфраструктуры разумного города требуется агрегация информации от различных источников: камер видеонаблюдения, датчиков, сенсоров и т. д. Они подключаются к SCADA-системе (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных), которая отправляет информацию в интеграционную сервисную шину города. Камеры видеонаблюдения подключаются к оптическим линиям связи через агрегирующие коммутаторы. Видеопотоки сходятся в систему VMS (Video Management System), к которой можно подключить систему видеоаналитики.

С появлением решений в области интерактивных 3D-технологий стали доступны новые возможности для мониторинга тех или иных объектов. За основу может браться 3D-модель, здания, например, образовательного или медицинского центра, завода или фабрики со сложной инженерной и организационной структурой, т. е. тех объектов, которые требуют постоянного отслеживания их состояния, а также управления необходимыми параметрами оборудования. Можно визуально считывать показания счетчиков, управлять системами кондиционирования, контролировать освещение, перемещаясь при этом по помещениям сооружения в виртуальном пространстве, находясь в 3D-комнате или надев очки виртуальной реальности Oculus Rift. Помимо того что 3D-диспетчеризация обеспечивает возможность мониторинга и контроля над объектами подобные решения позволяют проводить демонстрации инфраструктуры инвесторам, застройщикам, а также обучать операторов, инженерный и обслуживающий персонал.

Примеры реализации центров управления разумным городом

Городская система аварийного реагирования. Рио-де-Жанейро:

• организация центра для сбора информации о погоде, состоянии почв, дорожном трафике и т. д.;
• объединение данных более чем от 30 ведомств, реализация обратной связи;

• круглосуточное отображение состояния транспортной системы, системы водоснабжения и энергетики, погодных условий на 300 экранах центра;
• автоматическая система оповещения городских властей и аварийных служб об изменении погодных условий;

• публикация информации в социальных сетях, рассылка на мобильные устройства пользователей: постоянно обновляемые метеосводки, состояние на дорогах и другая полезная информация.

Программа «Умный Сеул-2015»:

• единый оперативный центр для управления ИТ-сетями города;
• интеллектуальные камеры с функцией видеоаналитики;
• система мониторинга качества воды и воздуха;
• сеть для доступа в Интернет в сеульском метро и административных функций;
• взаимный обмен данными между 30 тыс. камер видеонаблюдения;
• единая среда для сайтов всех государственных учреждений, доступ граждан к информации от городских служб;
• система бронирования общественных услуг по принципу «единого окна» объединяет более 150 услуг (образование, инфраструктура, туризм, медицина);
• «умный» учет энергопотребления.

Необходимо отметить, что, как правило, проектирование и реализация систем и сервисов разумного города в рамках отдельно взятого населенного пункта – процессы постепенные.

Основные подходы:

• решение локальных задач городов;
• создание эталонных районов, на которых тестируются решения. В дальнейшем успешные решения тиражируются;
• проектирование и строительство новых городов – требования к инфраструктуре закладываются на этапе проектирования таким образом, чтобы они соответствовали концепции разумных городов (примером являются города Южной Кореи, Китая, Сингапур).

В России наиболее распространены первые два подхода.

Почему так важны разумные города?

Реализация «разумных» городских систем и сервисов позволяет снизить издержки на создание и эксплуатацию всего комплекса городских информационных и инженерных решений, повысить их эффективность, обеспечить тесное взаимодействие городских служб и жителей города, предоставив тем и другим богатый набор инструментов обмена информацией и повышения качества и удобства проживания. Инвестиция в создание разумных городов способствует привлечению нового бизнеса и созданию для города имиджа туристического центра.

В целом это закономерное эволюционное развитие информационно-инженерного городского хозяйства. Со временем все города станут разумными.