Propojená chytrá města přinášejí krásné sny. V takových městech digitální technologie propojují řadu jedinečných občanských funkcí, aby zlepšily provozní efektivitu a inteligenci. Odhaduje se, že do roku 2050 bude 70 % světové populace žít v chytrých městech, kde bude život zdravý, šťastný a bezpečný. Rozhodující je, že slibují zelenou energii, poslední trumf lidstva proti ničení planety.
Chytrá města jsou ale těžká práce. Nové technologie jsou drahé, místní samosprávy jsou omezené a politika se přesouvá ke krátkým volebním cyklům, což ztěžuje dosažení vysoce provozně a finančně efektivního centralizovaného modelu zavádění technologií, který by se znovu používal v městských oblastech globálně nebo na národní úrovni. Ve skutečnosti je většina předních chytrých měst v titulcích novin jen souborem různých technologických experimentů a regionálních vedlejších projektů, které nemají mnoho co očekávat od rozšíření.
Podívejme se na kontejnery a parkoviště, která jsou chytrá díky senzorům a analytice. V této souvislosti je obtížné vypočítat a standardizovat návratnost investic (ROI), zejména když jsou vládní agentury tak roztříštěné (mezi veřejné agentury a soukromé služby, stejně jako mezi městy, regiony a zeměmi). Podívejte se na monitorování kvality ovzduší. Jak snadno lze vypočítat dopad čistého ovzduší na zdravotnické služby ve městě? Logicky je chytrá města obtížné zavést, ale také těžké je popřít.
V mlze digitální změny se však objevuje záblesk světla. Pouliční osvětlení ve všech komunálních službách poskytuje městům platformu pro získání chytrých funkcí a poprvé v historii kombinování více aplikací. Podívejte se na různé projekty chytrého pouličního osvětlení, které se realizují v San Diegu v USA a Kodani v Dánsku, a jejich počet roste. Tyto projekty kombinují pole senzorů s modulárními hardwarovými jednotkami připevněnými k lampám, které umožňují dálkové ovládání samotného osvětlení a provoz dalších funkcí, jako jsou počítadla dopravy, monitory kvality ovzduší a dokonce i detektory zbraní.
Z výšky sloupů veřejného osvětlení se města začala zabývat „obyvatelností“ města na ulici, včetně plynulosti dopravy a mobility, hluku a znečištění ovzduší a nově vznikajících obchodních příležitostí. Dokonce i parkovací senzory, tradičně zakopané na parkovištích, lze levně a efektivně připojit k osvětlovací infrastruktuře. Celá města mohou být náhle propojena a optimalizována bez nutnosti rozkopávání ulic, pronájmu prostor nebo řešení abstraktních výpočetních problémů týkajících se zdravějšího života a bezpečnějších ulic.
To funguje, protože řešení chytrého osvětlení většinou nejsou zpočátku kalkulována s úsporami z chytrých řešení. Životaschopnost digitální revoluce ve městech je naopak náhodným důsledkem současného rozvoje osvětlení.
Úspory energie plynoucí z nahrazení žárovek polovodičovými LED diodami spolu s snadno dostupnými zdroji napájení a rozsáhlou osvětlovací infrastrukturou činí chytrá města proveditelnými.
Tempo přechodu na LED osvětlení již stagnuje a chytré osvětlení zažívá boom. Podle analytika chytré infrastruktury společnosti Northeast Group bude do roku 2027 osvětlováno LED diodami přibližně 90 % z 363 milionů pouličních lamp na světě. Třetina z nich bude také provozovat chytré aplikace, což je trend, který začal před několika lety. Dokud nebudou zveřejněny značné finanční prostředky a plány, je pouliční osvětlení nejvhodnější jako síťová infrastruktura pro různé digitální technologie ve velkých chytrých městech.
Ušetřete náklady na LED
Podle obecných pravidel navržených výrobci osvětlení a senzorů může chytré osvětlení snížit administrativní a údržbářské náklady související s infrastrukturou o 50 až 70 procent. Většiny těchto úspor (asi 50 procent, což stačí k dosažení změny) by však bylo možné dosáhnout pouhým přechodem na energeticky úsporné LED žárovky. Zbytek úspor pochází z propojení a ovládání osvětlovačů a předávání inteligentních informací o jejich fungování v rámci osvětlovací sítě.
Centralizované úpravy a pozorování samy o sobě mohou výrazně snížit náklady na údržbu. Existuje mnoho způsobů a vzájemně se doplňují: plánování, sezónní řízení a úprava časování; diagnostika poruch a snížená docházka údržbářských vozidel. Dopad se zvyšuje s velikostí osvětlovací sítě a odráží se zpět v počátečním případě návratnosti investic. Trh uvádí, že se tento přístup může zaplatit přibližně za pět let a má potenciál zaplatit se i v kratším čase začleněním „měkčích“ konceptů chytrého města, jako jsou například parkovací senzory, monitory dopravy, kontrola kvality ovzduší a detektory zbraní.
Společnost Guidehouse Insights, analytik trhu, sleduje více než 200 měst, aby zhodnotila tempo změn. Uvádí, že čtvrtina měst zavádí systémy chytrého osvětlení. Prodej chytrých systémů prudce roste. Společnost ABI Research vypočítává, že globální tržby do roku 2026 vzrostou desetinásobně na 1,7 miliardy dolarů. „Moment žárovky“ Země je takový: infrastruktura pouličního osvětlení, která úzce souvisí s lidskou činností, je cestou vpřed jako platforma pro chytrá města v širším kontextu. Již v roce 2022 bude více než dvě třetiny nových instalací pouličního osvětlení propojeno s centrální řídicí platformou pro integraci dat z více senzorů chytrého města, uvedla společnost ABI.
Adarsh Krishnan, hlavní analytik společnosti ABI Research, uvedl: „Existuje mnoho dalších obchodních příležitostí pro dodavatele chytrých měst, kteří využívají infrastrukturu sloupů městského osvětlení k nasazení bezdrátového připojení, environmentálních senzorů a dokonce i chytrých kamer. Úkolem je najít životaschopné obchodní modely, které povzbudí společnost k nasazení multisenzorových řešení ve velkém měřítku nákladově efektivním způsobem.“
Otázkou už není, zda se připojit, ale jak a do jaké míry se připojit. Jak poznamenává Krishnan, částečně se to týká obchodních modelů, ale peníze do chytrých měst již proudí prostřednictvím družstevní privatizace veřejných služeb (PPP), kde soukromé společnosti přebírají finanční riziko výměnou za úspěch v rizikovém kapitálu. Smlouvy „jako služba“ založené na předplatném rozložily investice na dobu návratnosti, což také podnítilo aktivitu.
Naproti tomu se pouliční osvětlení v Evropě připojuje k tradičním voštinovým sítím (obvykle 2G až LTE (4G)), ale i k novému standardnímu zařízení internetu věcí HONEYCOMB, LTE-M. Do hry vstupuje také proprietární ultraúzkopásmová technologie (UNB), spolu se Zigbee, malou verzí nízkopříkonového Bluetooth a deriváty IEEE 802.15.4.
Aliance pro technologie Bluetooth (SIG) klade zvláštní důraz na chytrá města. Skupina předpovídá, že dodávky nízkopříkonových zařízení Bluetooth v chytrých městech se v příštích pěti letech zpětinásobí na 230 milionů ročně. Většina z nich souvisí se sledováním majetku na veřejných místech, jako jsou letiště, stadiony, nemocnice, nákupní centra a muzea. Nízkopříkonové zařízení Bluetooth je však zaměřeno i na venkovní sítě. „Řešení pro správu majetku zlepšuje využití zdrojů chytrých měst a pomáhá snižovat provozní náklady měst,“ uvedla Aliance pro technologie Bluetooth.
Kombinace obou technik je lepší!
Každá technologie má však své kontroverze, z nichž některé byly vyřešeny v debatě. Například UNB navrhuje přísnější limity pro užitečné zatížení a harmonogramy dodávek, čímž vylučuje paralelní podporu pro aplikace s více senzory nebo pro aplikace, jako jsou kamery, které ji vyžadují. Technologie krátkého dosahu je levnější a poskytuje větší propustnost pro vývoj nastavení osvětlení jako platformy. Důležité je, že mohou také hrát záložní roli v případě výpadku signálu WAN a poskytovat technikům prostředky k přímému čtení senzorů pro ladění a diagnostiku. Například nízkoenergetický Bluetooth funguje s téměř každým chytrým telefonem na trhu.
Ačkoli hustší síť může zvýšit robustnost, její architektura se stává složitější a klade vyšší energetické nároky na propojené senzory typu point-to-point. Dosah přenosu je také problematický; pokrytí pomocí Zigbee a nízkoenergetického Bluetooth je maximálně několik set metrů. Přestože je řada technologií krátkého dosahu konkurenceschopná a dobře se hodí pro senzory založené na síti v celém sousedství, jedná se o uzavřené sítě, které v konečném důsledku vyžadují použití bran pro přenos signálů zpět do cloudu.
Na konci se obvykle přidává voštinové připojení. Trendem dodavatelů inteligentního osvětlení je používat voštinové připojení typu point-to-cloud, které zajišťuje pokrytí bránou nebo senzorovým zařízením na vzdálenost 5 až 15 km. Technologie Beehive přináší velký dosah přenosu a jednoduchost; podle komunity Hive také poskytuje standardní síťové připojení a vyšší úroveň zabezpečení.
Neill Young, vedoucí divize Internet of Things Vertical v asociaci GSMA, která zastupuje operátory mobilních sítí, uvedl: „Action Operators… má pokrytí celé oblasti, a proto nevyžaduje žádnou další infrastrukturu pro připojení městského osvětlení a senzorů. V licencované spektrální voštinové síti je zajištěna bezpečnost a spolehlivost, což znamená, že operátor má nejlepší podmínky, může podporovat velké množství potřeb, mnohem delší výdrž baterie, minimální údržbu a dlouhou přenosovou vzdálenost levného zařízení.“
Ze všech dostupných technologií konektivity zaznamená v nadcházejících letech největší růst HONEYCOMB, uvádí ABI. Rozruch kolem sítí 5G a snaha o hostování 5G infrastruktury přiměly operátory, aby se chopili sloupů veřejného osvětlení a zaplnili malé jednotky ve tvaru voštiny v městském prostředí. Ve Spojených státech Las Vegas a Sacramento nasazují LTE a 5G, stejně jako senzory pro chytré město, na pouličním osvětlení prostřednictvím operátorů AT&T a Verizon. Hongkong právě představil plán na instalaci 400 sloupů veřejného osvětlení s podporou 5G v rámci své iniciativy chytrých měst.
Těsná integrace hardwaru
Nielsen dodal: „Nordic nabízí vícerežimové produkty pro krátký i dlouhý dosah, přičemž jeho SoC nRF52840 podporuje nízkoenergetické Bluetooth, Bluetooth Mesh a Zigbee, stejně jako Thread a proprietární 2,4GHz systémy. SiP nRF9160 založený na Honeycomb technologii od společnosti Nordic nabízí podporu LTE-M i NB-IoT. Kombinace těchto dvou technologií přináší výhody z hlediska výkonu i ceny.“
Díky frekvenčnímu oddělení mohou tyto systémy koexistovat, přičemž první běží v pásmu 2,4 GHz bez nutnosti povolení a druhý běží všude, kde se nachází LTE. Na nižších a vyšších frekvencích existuje kompromis mezi širším pokrytím oblasti a větší přenosovou kapacitou. V osvětlovacích platformách se však k propojení senzorů obvykle používá bezdrátová technologie krátkého dosahu, k pozorování a analýze se využívá výkon edge computingu a k odesílání dat zpět do cloudu se používá voštinový internet věcí, stejně jako k řízení senzorů pro vyšší úroveň údržby.
Doposud byly dvojice rádiových zařízení krátkého a dlouhého dosahu přidávány samostatně, nikoli zabudovány do stejného křemíkového čipu. V některých případech jsou komponenty oddělené, protože poruchy iluminátoru, senzoru a rádia jsou odlišné. Integrace duálních rádií do jednoho systému však povede k užší integraci technologií a nižším pořizovacím nákladům, což jsou klíčové faktory pro chytrá města.
Společnost Nordic si myslí, že se trh ubírá tímto směrem. Společnost integrovala technologie bezdrátového připojení krátkého dosahu a voštinového IoT připojení do hardwaru a softwaru na úrovni vývojářů, aby výrobci řešení mohli tyto dva technologie současně provozovat v testovacích aplikacích. Deska DK od společnosti Nordic pro nRF9160 SiP byla navržena pro vývojáře, aby „zprovoznili své aplikace Honeycomb IoT“; Nordic Thingy:91 byla popsána jako „plnohodnotná běžně dostupná brána“, kterou lze použít jako běžně dostupnou prototypovací platformu nebo proof-of-concept pro návrhy raných produktů.
Oba systémy jsou vybaveny vícerežimovým voštinovým SiP nRF9160 a víceprotokolemovým krátkodosahovým SoC nRF52840. Vestavěné systémy, které tyto dvě technologie kombinují pro komerční nasazení IoT, jsou podle společnosti Nordic od komercializace vzdáleny jen „měsíce“.
Společnost Nordic Nielsen uvedla: „Platforma pro inteligentní městské osvětlení byla vytvořena pro všechny tyto propojovací technologie; trh velmi jasně ukazuje, jak je kombinovat. Poskytli jsme řešení pro vývojové desky výrobců, abychom otestovali, jak spolu fungují. Jejich kombinace do obchodních řešení je nezbytná, a to v co nejkratší době.“
Čas zveřejnění: 29. března 2022