«Умное» освещение городов. Трудности на пути развития
В прошлый раз мы уже рассмотрели общие положения, связанные с «умным» освещением, перечислили его основные возможности и преимущества в сравнении с устаревшими видами осветительных систем, а также узнали о том, как учёные видят наше будущее со смарт-источниками света. Данная технология направлена на одновременное повышение энергоэффективности и удобства использования различных приборов, а это фактически означает установление нового типа взаимодействия между человеком и техническим оснащением. В основу «умных» приборов заложена автоматика и, отчасти, робототехника, которые сейчас и развиваются специалистами в первую очередь.
Действующие ныне осветительные смарт-системы самостоятельно осуществляют мониторинг за техническим состоянием светильников и ламп, уведомляют о необходимости планового или ремонтного обслуживания, информируют об авариях на трансформаторных подстанциях, способны распознать несанкционированное вмешательство в работу или взлом, а также отправлять соответствующую информацию в полицию. Флагманом по внедрению является Европейский союз, однако среди стран, уже успевших частично поставить на вооружение подобные системы США, Япония, Австралия, Израиль и Индия. В ближайшее время к ним планируют хотя бы частично присоединиться Китай и Российская Федерация.
Краткая история
Первые попытки создания систем автоматизации осветительного оборудования осуществлялись ещё в 80-х годах ХХ-го века, однако сама технология в знакомом нам виде появилась лишь к самому концу столетия. Тем не менее, около десяти лет она оставалось замороженной, пока не приобрела второе дыхание, воплотившись в светодиодных лампах. Таким образом, наиболее правильно будет вести отсчёт существования смарт-освещения примерно с 2010-го года (или с 2011/12 для менее развитых стран). Использование LED-технологий продемонстрировало общественности пользу в виде снижения затрат на энергоресурсы в сравнении с лампами накаливания по меньшей мере в 5 раз. В то же время была доказана и долговечность новых приборов, превышающая аналогичный показатель старых в 20-30, а то и в 50-100 раз.
Буквально за пять лет светодиоды вытеснили не только лампы накаливания, но и люминесцентные, моментально приступив к экспансии отрасли автоматизации. Начиная с 2014/15 годов, изделия стали оснащать модулями связи, позволяющими быстро удалённо взаимодействовать с контроллерами и операторами (или простыми пользователями). Ко второй половине 2017-го года стала очевидной максимальная гибкость такого средства управления и его потенциал для реализации концепции «умных» городов. Задачи освещения, называемые также «кейсы», на западный манер, сочетают в себе функциональность для помощи в осуществлении повседневных дел, высокую экономичность и безопасность.
Наряду со светодиодными светильниками для воплощения отдельных кейсов привлекают различные датчики, диммеры, модули беспроводной связи и пр. При этом управление может осуществляться при помощи программируемых или интеллектуальных систем, а также вручную с использованием гаджетов. При добавлении в систему датчиков движения и инфракрасных камер стали очевидными дополнительные пути энергосбережения. Наконец, эстетическая составляющая тоже не была опущена: пользователю доступны настройки яркости, цвета свечения и уровня общей освещённости. В скандинавских странах популярно использование светильников в качестве будильника, а также сигнализатора о зонах энергопотребления в доме. Например, покидая квартиру, человек может забыть отключить утюг – и настроенная особым образом интеллектуальная система, обнаружив последнего жильца у порога, укажет ему лучом света на не выключенный потребитель. Подобных хитростей и тонких настроек в системе очень много, а процесс разработки новых алгоритмов не стоит на месте. Разумеется, в условиях больших городов его темпы гораздо медленнее.
Интернет вещей и трудности в отечественных реалиях
В основу «умных» концепций заложено явление под названием «Интернет вещей» или IoT, от английского «InternetofThings», означающего способ взаимодействия устройств, машин и механизмов в обход человека, без его участия. Это, безусловно, удобно, однако для правильной организации всех модулей требуется их тщательнейшая настройка. Самый простой вариант реализуется проводным путём, но позволяет решить совсем небольшие, локальные задачи: включить LED-панели в офисе, зажечь свет на лестничной клетке при проходе жильцов мимо, осветить придомовую территорию в частном секторе при подъезде машины. В масштабах целого города одним из основных препятствий становится недостаточное качество беспроводных соединений и слабо защищённые протоколы взаимодействий.
Инфраструктура «умного» города – это механизм, который способен эффективно работать лишь после предварительной настройки. Специалисты из IT-сферы, непосредственно занимающиеся разработкой программной базы для таких систем, могут назвать несколько сложностей, с которыми им приходится сталкиваться в процессе работы. Именно о них мы и будем преимущественно говорить далее.
Например, среди понятных большинству препятствий можно назвать уровень протоколов IoT. Это понятие не так страшно, как кажется на первый взгляд: в действительности оно отражает степень открытости и стандартизированности программных алгоритмов. Чтобы управлять системой было удобно, она обязана иметь возможность подключать к себе управляющие гаджеты от разных производителей и сервисные приложения, разработанные различными компаниями. Кроме того, важно понимать, что требуется привлечение сторон, которые на первый взгляд совершенно никак не связаны с уличными светильниками и, что ещё сложнее, практически не заинтересованы в совершенствовании систем. Повсеместный пример – операторы мобильной связи, имеющие готовую инфраструктуру, способную взять на себя роль контрольных пунктов и приёмников-передатчиков управляющего сигнала в «умных» городах.
За рубежом телеком-услуги более открыты к сотрудничеству, чем в Украине, и проще идут на взаимодействие. Ныне работающие иностранные алгоритмы построены на базе технологии 5G с использованием методов, близких к тем, что применяются в военной технике и космической коммуникации. Они имеют высокую дальнобойность, что чаще всего является решающим фактором. Освещение пары километров дорожного полотна фонарными столбами, включёнными в единую сеть, контролируется сигналом всего от одной-двух станций, что заметно упрощает взаимодействие всех элементов системы. Кроме того, нельзя забывать, что отсутствие необходимости строить новые объекты снабжения-передачи существенно удешевляют инфраструктуру, делая её действительно выгодной для городов.
Безусловно, интернет вещей уже частично присутствует и в Украине. Было бы невозможно совершенно изолировать его от всего вокруг, имея «скелет» городов в виде повсеместных уличных светильников и прожекторов, подключённых к муниципальной сети электропитания. Тем не менее, основным препятствием нетехнического характера на данный момент является законодательство и власть страны. Построить столь обширную систему удаётся лишь там, где есть не просто поддержка со стороны государства, а полноценное вовлечение, имеющее воздействие на других участников общественной жизни – в том числе, не извлекающих собственной выгоды.
Среди передовых мировых компаний, которые лоббируют на всех уровнях продвижение LED-технологий и «умного» освещения, находится концерн Philips. Сейчас она производит не только бытовую технику, как это было раньше, но и оборудование для оснастки смарт-систем, занимается разработкой протоколов и алгоритмов для взаимодействия оборудования. Светодиодные лампы от Philips занимают лидирующие позиции на рынках разных стран, среди всех представленных там брендов. Сегодня у данной компании есть амбиции захватить мировое первенство в этом вопросе. С этой целью было создано подразделение Philips Lighting, которое в начале 2018-го года переименовали в «Signify».
Если же говорить об уже реализованных проектах и определённых тенденциях, то можно условно разбить все активно участвующие в этих инициативах страны по географическому и климатическому признаку. Например, США энергично влились в процессы совершенствования своих осветительных систем, а некоторые страны Европы более консервативны и долго тестируют подобные проекты в пилотном режиме и небольших масштабах. Самые прогрессивные города Америки – Нью-Йорк и Лос-Анджелес обеспечены покрытием «умного» города примерно на 85%. На нынешний момент взаимодействие модулей организовано максимально сходно с мобильной связью, по GSM-технологии, однако предусматривается дальнейшая модернизация данных проектов. Развитые арабские страны также изъявили желание опробовать подобные инновации, однако имеют объективно другие условия для реализации – чаще всего, это повсеместный контраст центра города и пригорода в плане технического оснащения. Среди стран бывшего СССР наилучшие перспективы, кроме Украины, у Казахстана и крупных городов России. Тем не менее, в последних случаях огромное значение начинает иметь климат.
У компаний, устанавливающих смарт-оборудование на территории постсоветских стран, есть особая специфика. В первую очередь – применение светодиодных светильников с IP65 и антивандальным покрытием. В отличие от многих других стран, проблема хулиганства и порчи общественного имущества наблюдается у нас повсеместно. Кроме того, летний зной, чередующийся с ливнями, зимними морозами, оттепелью и новыми заморозками, требует применения техники, которая будет способна всё это выдержать. Если во многих других странах часть электрических коммуникаций прокладывается воздушным способом, растягиваясь между столбами, то для наших условий такая методика не годится. От Карпат и до Камчатки применение каких-либо приборов, помимо уличных светильников с IP65 и выше, обречено на провал, поскольку попросту нерентабельно в долгосрочной перспективе за счёт обслуживания.
Кроме того, есть и ещё одна тенденция, свойственная для отечественных реалий. Какая бы компания ни заходила на рынок, украинская или зарубежная, вопросы энергосбережения пока отодвигаются на второй план. Для нашего менталитета, по-своему консервативного и весьма критического мышления, нет смысла предлагать одну лишь экономию взамен десятилетиями стабильно работающих систем. Наоборот, специализированным компаниям важнее сделать себе имя, а потому подход к каждому проекту скорее имиджевый, нежели исключительно технический. В условиях повсеместной нехватки освещённости на улицах, первоочередной задачей становится обеспечение достаточно яркого и равномерного освещения, и только потом – снижения энергопотребления, которое является автоматическим результатом использования светодиодов.
Внедрённые энергосервисные проекты измеряют свою эффективность в эквиваленте фактической экономии, то есть в процентах от старой суммы оплаты за носитель, приходящейся на тот же период времени. Минимальные показатели – 30%, но преимущественное число объектов демонстрирует около 60% экономии. При этом в различных микрорайонах уровень освещённости возрос на 25-40%, а особое внимание получили зоны с пешеходными переходами, что добавило безопасности на дорогах.
Наверняка изложенная здесь информация может показаться непосвящённому очень сложной, однако в сущности «умные» технологии не подменяют обычные приборы. На бытовом уровне люди могут продолжать пользоваться всё той же люстрой или любимым светильником, а на улицах останутся работать светодиодные приборы сразу нескольких поколений, выпущенные разными брендами. Отличиями служат лишь управляемые извне контроллеры и средства приёма связи – то есть автоматическая часть, которая зачастую физически вынесена и напрямую не связана с прибором. В итоге, приходит понимание того, что не столько аппаратурное обеспечение, сколько грамотно выстроенное управление прибором, на самом деле и является ключевым звеном «умных» систем.