Medsebojno povezana pametna mesta prinašajo lepe sanje. V takih mestih digitalne tehnologije prepletajo več edinstvenih civilnih funkcij za izboljšanje operativne učinkovitosti in inteligence. Ocenjuje se, da bo do leta 2050 70 % svetovnega prebivalstva živelo v pametnih mestih, kjer bo življenje zdravo, srečno in varno. Ključno je, da se obeta zeleno okolje, zadnji adut človeštva proti uničenju planeta.
Toda pametna mesta so težko delo. Nove tehnologije so drage, lokalne oblasti so omejene, politika pa se preusmerja v kratke volilne cikle, zaradi česar je težko doseči visoko operativno in finančno učinkovit centralizirani model uvajanja tehnologije, ki bi se ponovno uporabljal v urbanih območjih po vsem svetu ali na nacionalni ravni. Pravzaprav je večina vodilnih pametnih mest v naslovnicah le zbirka različnih tehnoloških eksperimentov in regionalnih stranskih projektov, ki se ne morejo veliko razširiti.
Poglejmo si zabojnike za odpadke in parkirišča, ki so pametna s senzorji in analitiko; v tem kontekstu je donosnost naložbe (ROI) težko izračunati in standardizirati, še posebej, ko so vladne agencije tako razdrobljene (med javnimi agencijami in zasebnimi storitvami, pa tudi med mesti, regijami in državami). Poglejmo si spremljanje kakovosti zraka; kako enostavno je izračunati vpliv čistega zraka na zdravstvene storitve v mestu? Logično je, da je pametna mesta težko izvajati, a tudi težko zanikati.
Vendar pa se v megli digitalnih sprememb kaže kanček svetlobe. Ulična razsvetljava v vseh občinskih storitvah mestom prvič ponuja platformo za pridobitev pametnih funkcij in združevanje več aplikacij. Poglejte si različne projekte pametne ulične razsvetljave, ki se izvajajo v San Diegu v ZDA in Københavnu na Danskem, in njihovo število se povečuje. Ti projekti združujejo nize senzorjev z modularnimi strojnimi enotami, pritrjenimi na drogove luči, da omogočajo daljinsko upravljanje same razsvetljave in izvajanje drugih funkcij, kot so števci prometa, monitorji kakovosti zraka in celo detektorji pištol.
Z višine svetlobnih drogov so mesta začela obravnavati »bivalnost« mesta na ulici, vključno s prometnim tokom in mobilnostjo, hrupom in onesnaženostjo zraka ter novimi poslovnimi priložnostmi. Celo parkirne senzorje, ki so bili tradicionalno zakopani na parkiriščih, je mogoče poceni in učinkovito povezati z razsvetljavno infrastrukturo. Cela mesta je mogoče nenadoma povezati v omrežje in optimizirati brez prekopavanja ulic, najema prostora ali reševanja abstraktnih računalniških problemov o bolj zdravem življenju in varnejših ulicah.
To deluje, ker pametne rešitve za razsvetljavo večinoma niso sprva izračunane s stavo na prihranke zaradi pametnih rešitev. Namesto tega je izvedljivost urbane digitalne revolucije naključna posledica sočasnega razvoja razsvetljave.
Prihranki energije zaradi zamenjave žarnic z žarilno nitko s trdnimi LED-sijalkami, skupaj z lahko dostopnimi napajalniki in obsežno svetlobno infrastrukturo, omogočajo pametna mesta.
Tempo prehoda na LED-sijalke je že stagniral, pametna razsvetljava pa je v razcvetu. Po podatkih Northeast Group, analitika pametne infrastrukture, bo do leta 2027 približno 90 % od 363 milijonov uličnih svetilk na svetu osvetljenih z LED-sijalkami. Tretjina teh svetilk bo uporabljala tudi pametne aplikacije, kar je trend, ki se je začel pred nekaj leti. Dokler ne bodo objavljena znatna sredstva in načrti, je ulična razsvetljava najbolj primerna kot omrežna infrastruktura za različne digitalne tehnologije v velikih pametnih mestih.
Prihranite stroške LED
V skladu s pravili, ki jih predlagajo proizvajalci razsvetljave in senzorjev, lahko pametna razsvetljava zmanjša administrativne stroške in stroške vzdrževanja, povezane z infrastrukturo, za 50 do 70 odstotkov. Večino teh prihrankov (približno 50 odstotkov, kar je dovolj, da bi prišlo do spremembe) pa bi lahko dosegli preprosto s prehodom na energetsko učinkovite LED-sijalke. Preostali prihranki izvirajo iz povezovanja in krmiljenja osvetlitev ter posredovanja inteligentnih informacij o njihovem delovanju po omrežju razsvetljave.
Že samo centralizirane prilagoditve in opazovanja lahko znatno zmanjšajo stroške vzdrževanja. Obstaja veliko načinov, ki se medsebojno dopolnjujejo: načrtovanje, sezonski nadzor in prilagajanje časa; diagnosticiranje napak in zmanjšana prisotnost vzdrževalnih tovornjakov. Učinek se povečuje z velikostjo svetlobnega omrežja in se kaže nazaj v začetnem primeru donosnosti naložbe. Trg pravi, da se lahko ta pristop izplača v približno petih letih in ima potencial, da se izplača v krajšem času z vključitvijo "mehkejših" konceptov pametnih mest, kot so tisti s parkirnimi senzorji, monitorji prometa, nadzorom kakovosti zraka in detektorji pištol.
Guidehouse Insights, tržni analitik, spremlja več kot 200 mest, da bi ocenil tempo sprememb; pravijo, da četrtina mest uvaja pametne sisteme razsvetljave. Prodaja pametnih sistemov strmo narašča. ABI Research izračunava, da se bodo svetovni prihodki do leta 2026 podeseterili na 1,7 milijarde dolarjev. Zemljin »trenutek žarnice« je takšen; infrastruktura ulične razsvetljave, ki je tesno povezana s človeškimi dejavnostmi, je pot naprej kot platforma za pametna mesta v širšem kontekstu. Že leta 2022 bo več kot dve tretjini novih instalacij ulične razsvetljave povezanih s centralno platformo za upravljanje, ki bo integrirala podatke iz več senzorjev pametnih mest, je sporočil ABI.
Adarsh Krishnan, glavni analitik pri ABI Research, je dejal: »Za ponudnike pametnih mest obstaja veliko več poslovnih priložnosti, ki izkoriščajo infrastrukturo mestnih svetilk z uvedbo brezžične povezljivosti, okoljskih senzorjev in celo pametnih kamer. Izziv je najti izvedljive poslovne modele, ki bodo družbo spodbudili k uvedbi večsenzorskih rešitev v velikem obsegu na stroškovno učinkovit način.«
Vprašanje ni več, ali se povezati, ampak kako in koliko se sploh povezati. Kot ugotavlja Krishnan, je del tega povezan s poslovnimi modeli, vendar denar že priteka v pametna mesta prek zadružne privatizacije komunalnih storitev (JZP), kjer zasebna podjetja prevzemajo finančno tveganje v zameno za uspeh v tveganem kapitalu. Naročniške pogodbe »kot storitev« razporedijo naložbo po obdobjih odplačevanja, kar je prav tako spodbudilo aktivnost.
V nasprotju s tem se ulične svetilke v Evropi povezujejo s tradicionalnimi satovnimi omrežji (običajno od 2G do LTE (4G)), pa tudi z novo standardno napravo interneta stvari HONEYCOMB, LTE-M. V poštev prihaja tudi lastniška ultra ozkopasovna tehnologija (UNB), skupaj z Zigbee, manjšo različico nizkoenergijskega Bluetootha, in derivati IEEE 802.15.4.
Združenje za tehnologijo Bluetooth (SIG) daje poseben poudarek pametnim mestom. Skupina napoveduje, da se bodo pošiljke nizkoenergijskih naprav Bluetooth v pametnih mestih v naslednjih petih letih povečale za petkrat, na 230 milijonov na leto. Večina jih je povezanih s sledenjem sredstev na javnih mestih, kot so letališča, stadioni, bolnišnice, nakupovalna središča in muzeji. Vendar pa je nizkoenergijska tehnologija Bluetooth namenjena tudi zunanjim omrežjem. »Rešitev za upravljanje sredstev izboljšuje izkoriščanje virov pametnih mest in pomaga zmanjšati obratovalne stroške v mestih,« so sporočili iz Združenja za tehnologijo Bluetooth.
Kombinacija obeh tehnik je boljša!
Vsaka tehnologija ima svoje polemike, nekatere pa so bile rešene v razpravi. UNB na primer predlaga strožje omejitve glede koristnega tovora in urnikov dostave, s čimer izključuje vzporedno podporo za več senzorskih aplikacij ali za aplikacije, kot so kamere, ki jo zahtevajo. Tehnologija kratkega dosega je cenejša in zagotavlja večjo prepustnost za razvoj nastavitev osvetlitve kot platforme. Pomembno je, da lahko igrajo tudi rezervno vlogo v primeru prekinitve signala WAN in tehnikom omogočajo neposredno branje senzorjev za odpravljanje napak in diagnostiko. Bluetooth z nizko porabo energije na primer deluje s skoraj vsemi pametnimi telefoni na trgu.
Čeprav lahko gostejše omrežje poveča robustnost, postane njegova arhitektura kompleksna in nalaga večje energijske zahteve medsebojno povezanim senzorjem od točke do točke. Doseg prenosa je prav tako problematičen; pokritost z Zigbee in nizkoenergijskim Bluetoothom je največ nekaj sto metrov. Čeprav so različne tehnologije kratkega dosega konkurenčne in zelo primerne za senzorje, ki temeljijo na omrežju in delujejo v sosednji regiji, gre za zaprta omrežja, ki na koncu zahtevajo uporabo prehodov za prenos signalov nazaj v oblak.
Na koncu se običajno doda satjasta povezava. Trend ponudnikov pametne razsvetljave je uporaba satjaste povezljivosti od točke do oblaka, da se zagotovi pokritost s prehodom ali senzorsko napravo na razdalji od 5 do 15 km. Tehnologija Beehive prinaša velik doseg prenosa in preprostost; zagotavlja tudi standardno omrežje in višjo raven varnosti, pravi skupnost Hive.
Neill Young, vodja oddelka za internet stvari pri združenju GSMA, industrijskem organu, ki zastopa operaterje mobilnih omrežij, je dejal: »Akcija operaterjev ... pokriva celotno območje, zato ne potrebuje dodatne infrastrukture za povezavo mestnih svetlobnih naprav in senzorjev. V licenciranem spektralnem omrežju s satjem je zagotovljena varnost in zanesljivost, kar pomeni, da ima operater najboljše pogoje, lahko podpira veliko število potreb, veliko daljšo življenjsko dobo baterije, minimalno vzdrževanje in dolge prenosne razdalje nizkocenovne opreme.«
Od vseh razpoložljivih tehnologij povezljivosti bo HONEYCOMB v prihodnjih letih po podatkih ABI doživel največjo rast. Vnetje o omrežjih 5G in prizadevanja za namestitev infrastrukture 5G sta operaterje spodbudila, da so se lotili uličnih svetilk in zapolnili majhne enote satja v urbanih okoljih. V Združenih državah Amerike Las Vegas in Sacramento prek operaterjev AT&T in Verizon nameščata LTE in 5G ter senzorje pametnih mest na ulične svetilke. Hongkong je pravkar predstavil načrt za namestitev 400 uličnih svetilk s podporo za 5G kot del svoje pobude za pametna mesta.
Tesna integracija strojne opreme
Nielsen je dodal: »Nordic ponuja večmodalne izdelke kratkega in dolgega dosega, pri čemer njegov SoC nRF52840 podpira nizkoenergijske Bluetooth, Bluetooth Mesh in Zigbee, pa tudi Thread in lastniške 2,4 GHz sisteme. Nordicov SiP nRF9160, ki temelji na satju, ponuja podporo tako za LTE-M kot za NB-IoT. Kombinacija obeh tehnologij prinaša prednosti pri zmogljivosti in stroških.«
Ločitev frekvenc omogoča sobivanje teh sistemov, pri čemer prvi deluje v frekvenčnem pasu 2,4 GHz brez dovoljenj, drugi pa povsod, kjer se nahaja LTE. Pri nižjih in višjih frekvencah obstaja kompromis med širšo pokritostjo območja in večjo prenosno zmogljivostjo. Toda pri svetlobnih platformah se za medsebojno povezovanje senzorjev običajno uporablja brezžična tehnologija kratkega dosega, za opazovanje in analizo se uporablja moč robnega računalništva, za pošiljanje podatkov nazaj v oblak pa se uporablja satjasti internet stvari, za višje ravni vzdrževanja pa tudi nadzor senzorjev.
Do sedaj sta bila par radijskih postaj kratkega in dolgega dosega dodana ločeno, ne pa vgrajena v isti silicijev čip. V nekaterih primerih so komponente ločene, ker so okvare osvetljevalnika, senzorja in radia različne. Vendar pa bo integracija dveh radijskih postaj v en sam sistem povzročila tesnejšo integracijo tehnologije in nižje stroške nabave, kar sta ključna dejavnika za pametna mesta.
Nordic meni, da se trg premika v to smer. Podjetje je na ravni razvijalcev v strojno in programsko opremo integriralo brezžične tehnologije kratkega dosega in tehnologije povezljivosti satjastega interneta stvari, tako da lahko proizvajalci rešitev oba hkrati izvajajo v testnih aplikacijah. Nordicova plošča DK za nRF9160 SiP je bila zasnovana za razvijalce, da bi »uspeli pri delovanju svojih aplikacij satjastega interneta stvari«; Nordic Thingy:91 je bil opisan kot »polnopravni prehod«, ki ga je mogoče uporabiti kot platformo za izdelavo prototipov ali za dokazilo koncepta za zgodnje zasnove izdelkov.
Oba imata večmodalni satjasti SiP nRF9160 in večprotokolnik kratkega dosega nRF52840 SoC. Vgrajeni sistemi, ki združujejo obe tehnologiji za komercialne uvedbe interneta stvari, so po navedbah podjetja Nordic le še "meseci" oddaljeni od komercializacije.
Nordic Nielsen je dejal: »Platforma za pametno mestno razsvetljavo je bila vzpostavljena za vse te tehnologije povezovanja; trg je zelo jasno pokazal, kako jih združiti, zato smo zagotovili rešitve za razvojne plošče proizvajalcev, da bi preizkusili, kako delujejo skupaj. Njihova združitev v poslovne rešitve je nujna, in to v le še vprašanje časa.«
Čas objave: 29. marec 2022