Главная → Рубрики → Промышленная автоматизация → Что такое «Город 4.0» и как эта концепция меняет мир

Управлять городами становится все сложнее. Мегаполисы по всему миру сталкиваются с такой проблемой, как взрывной рост численности населения, из-за чего спрос на ресурсы – электроэнергию, чистые воду и воздух – постоянно растет. Администрации городов и правительства стран стремятся найти инновационное решение, которое позволит снизить шумовое загрязнение, загруженность дорог и влияние климатических изменений, и все чаще обращаются к интеллектуальным технологиям.

В последние годы СМИ регулярно сообщают о запуске очередных проектов в сфере «умных» городов в различных частях света, а словосочетание smart city наряду с названиями других smart-технологий все больше и больше на слуху. В то же время и определений у этой концепции довольно много, а каждый «умный» город «умен» по-своему. Например, в том же Пскове в рамках государственной программы собираются запустить единую платформу контроля качества жилищно-коммунальных услуг, внедрить дистанционные приборы учета ресурсов, развернуть единую сеть общественного транспорта и систему «умных» светофоров, которые в зависимости от плотности трафика смогут самостоятельно выбирать режим работы и продолжительность того или иного светового сигнала. 

Некоторые «умные» города делают акцент на безопасности: например, в Нью-Йорке помимо других smart-решений работает сеть интеллектуальных видеокамер и сенсоров, которые фиксируют вибрации от выстрелов и посылают сигналы в полицию, там же работает передовая система профилактики пожаров. Есть и такие «умные» города, которые делают упор в первую очередь на экологичности: в японской Фудзисаве каждый дом снабжен солнечной батареей и экологичным генератором электричества и тепла из природного газа, а также другими «умными» приборами, которые позволяют экономить ресурсы. Проектировщики экогорода Масдар в ОАЭ решили пойти еще дальше: на территории населенного пункта запрещен любой транспорт с двигателем внутреннего сгорания, здесь активно ведутся разработки в области беспилотного общественного транспорта, а здания города строятся с перспективой максимально эффективного использования энергии ветра и солнца.

Но как бы ни отличались «умные» города друг от друга при детальном рассмотрении, их объединяет задача сделать управление городской инфраструктурой наиболее эффективным и повысить качество жизни горожан. Добиться этой цели позволяет интеграция данных, собранных с помощью интернета вещей (IoT), с базовым уровнем городской инфраструктуры – собственно, это основа любого «умного» города. В то же время успешность того или иного проекта в области smart city зависит от того, насколько эффективно связанные компоненты городской инфраструктуры обмениваются данными и насколько хорошо они «понимают» друг друга. 

Сегодня человечество уже достигло того уровня, когда многие здания проектируются и строятся с применением стандартизированного программного обеспечения для информационного моделирования зданий, беспилотные поезда перевозят все больше пассажиров, а энергетические сети «умнеют» и учатся быстро адаптироваться к меняющимся требованиям. Если же все эти разрозненные интеллектуальные составляющие городской инфраструктуры смогут обмениваться данными друг с другом, это в разы увеличит потенциал городов и повысит эффективность их функционирования.

Подобную модель развития называют «Город 4.0» – по аналогии с концепцией «Индустрия 4.0», которая описывает влияние технологий автоматизации и обмена данными на промышленность. Так, благодаря возможности создать цифровой двойник физической рабочей среды многократно возросло качество проектирования, конструирования и автоматизации процессов, а также эффективность анализа и составления подробных отчетов. К примеру, в автомобильной промышленности раньше производителям приходилось изготавливать прототип, разбивать его об стену, после чего анализировать, какие идеи были реализованы правильно, а какие – нет. Затем выпускался и разбивался очередной прототип, и так до бесконечности. Легко представить, насколько быстрым и эффективным стал этот процесс с появлением ПО для моделирования. Если подобные принципы и технологии успешно работают в промышленности, насколько они могут изменить облик городов?

Применительно к городам цифровизация в целом и тот же метод создания цифровых двойников в частности способны не только увеличить общую эффективность инфраструктуры за счет минимальной траты времени и ресурсов, но и одновременно обеспечить высокую производительность систем, безопасное развитие и экономический рост. В столице Финляндии Хельсинки сейчас активно ведется работа в этом направлении: городская администрация, одной из первых внедрившая технологии интеллектуального города и инструменты моделирования, запустила проект Helsinki 3D+, в рамках которого был создан трехмерный цифровой двойник города. Цель проекта заключается в оптимизации внутренних городских служб и процессов, а также в сборе данных для дальнейшего развития интеллектуального города.

При разработке 3D-модели Хельсинки использовались средства лазерного сканирования от Bentley Systems, одного из пионеров в области разработки ПО для моделирования объектов инфраструктуры. Недавно предприятие создало стратегический альянс с Siemens, который позволил провести полную интеграцию технологий обеих компаний для решения задач в области 3D-моделирования городов. Трехмерная сетка, созданная при помощи ПО для моделирования объектов Bentley, связана с компонентами инфраструктуры, которые поддерживают интернет вещей, посредством облачной операционной системы Siemens для IoT под названием MindSphere. Таким образом, данные с базового уровня инфраструктуры – сведения о потреблении электроэнергии и воды, состоянии транспортной сети и зданий, работе системы здравоохранения, уровне безопасности – передаются на общий уровень данных для дальнейшего анализа и принятия профилактических или нормативных мер, при этом ОС MindSphere способна обрабатывать огромные объемы информации.

Когда такие данные становятся доступными, компании-новаторы и администрации городов могут с помощью открытых API-интерфейсов создавать новые сценарии их использования и разрабатывать на их основе приложения для удобства жителей, городских властей и местных организаций. Например, в Хельсинки решили сделать доступ к 3D-модели города свободным для поощрения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, которые смогут проводить коммерческие и академические учреждения, – ожидается, что это, в свою очередь, ускорит реализацию экологических инициатив, направленных в основном на разумное потребление природных ресурсов и создание здоровой окружающей среды.

Сбор открытых данных, а также научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в рамках концепции «Город 4.0» ведутся не только в Хельсинки. Проекты по созданию цифровых 3D-моделей городов были реализованы в Коламбусе, ставшем победителем общеамериканского конкурса Smart City Challenge-2016, в главном финансово-технологическом центре Азии Сингапуре и ряде других населенных пунктов.

Таким образом, сегодня вопрос уже не в том, коснется ли цифровизация городов, превратив их в интеллектуальные населенные пункты, а в том, когда развертывание интеллектуальных городских систем охватит весь мир. Учитывая, что темп урбанизации прямо пропорционален росту вызовов, встающих перед городами, и в то же время smart-технологии стремительно развиваются, а количество подключенных к IoT устройств, по различным оценкам, к 2020 году может увеличиться до 20--50 млрд устройств, можно ответить, что это произойдет в ближайшее время.