Οι διασυνδεδεμένες έξυπνες πόλεις φέρνουν όμορφα όνειρα. Σε τέτοιες πόλεις, οι ψηφιακές τεχνολογίες συνδυάζουν πολλαπλές μοναδικές λειτουργίες του αστικού περιβάλλοντος για τη βελτίωση της επιχειρησιακής αποτελεσματικότητας και της νοημοσύνης. Εκτιμάται ότι έως το 2050, το 70% του παγκόσμιου πληθυσμού θα ζει σε έξυπνες πόλεις, όπου η ζωή θα είναι υγιής, ευτυχισμένη και ασφαλής. Το πιο σημαντικό είναι ότι υπόσχεται να είναι πράσινες, το τελευταίο ατού της ανθρωπότητας ενάντια στην καταστροφή του πλανήτη.
Αλλά οι έξυπνες πόλεις απαιτούν σκληρή δουλειά. Οι νέες τεχνολογίες είναι ακριβές, οι τοπικές αυτοδιοικήσεις είναι περιορισμένες και η πολιτική μετατοπίζεται σε σύντομους εκλογικούς κύκλους, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίτευξη ενός εξαιρετικά λειτουργικού και οικονομικά αποδοτικού κεντρικού μοντέλου ανάπτυξης τεχνολογίας που επαναχρησιμοποιείται σε αστικές περιοχές σε παγκόσμιο ή εθνικό επίπεδο. Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες από τις κορυφαίες έξυπνες πόλεις στα πρωτοσέλιδα είναι στην πραγματικότητα απλώς μια συλλογή διαφορετικών τεχνολογικών πειραμάτων και περιφερειακών παράπλευρων έργων, με ελάχιστα να αναμένεται να επεκταθούν.
Ας δούμε τους κάδους απορριμμάτων και τους χώρους στάθμευσης, οι οποίοι είναι έξυπνοι με αισθητήρες και αναλυτικά στοιχεία. Σε αυτό το πλαίσιο, η απόδοση της επένδυσης (ROI) είναι δύσκολο να υπολογιστεί και να τυποποιηθεί, ειδικά όταν οι κυβερνητικές υπηρεσίες είναι τόσο κατακερματισμένες (μεταξύ δημόσιων υπηρεσιών και ιδιωτικών υπηρεσιών, καθώς και μεταξύ πόλεων, περιφερειών και χωρών). Δείτε την παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα. Πώς είναι εύκολο να υπολογιστεί ο αντίκτυπος του καθαρού αέρα στις υπηρεσίες υγείας σε μια πόλη; Λογικά, οι έξυπνες πόλεις είναι δύσκολο να εφαρμοστούν, αλλά και δύσκολο να απορριφθούν.
Υπάρχει, ωστόσο, μια αχτίδα φωτός στην ομίχλη της ψηφιακής αλλαγής. Ο φωτισμός των δρόμων σε όλες τις δημοτικές υπηρεσίες παρέχει μια πλατφόρμα για τις πόλεις ώστε να αποκτήσουν έξυπνες λειτουργίες και να συνδυάσουν πολλαπλές εφαρμογές για πρώτη φορά. Δείτε τα διάφορα έργα έξυπνου φωτισμού δρόμων που υλοποιούνται στο Σαν Ντιέγκο στις ΗΠΑ και στην Κοπεγχάγη στη Δανία, και ο αριθμός τους αυξάνεται. Αυτά τα έργα συνδυάζουν συστοιχίες αισθητήρων με αρθρωτές μονάδες υλικού που είναι στερεωμένες σε στύλους φωτισμού για να επιτρέπουν τον τηλεχειρισμό του ίδιου του φωτισμού και την εκτέλεση άλλων λειτουργιών, όπως μετρητές κυκλοφορίας, οθόνες ποιότητας αέρα, ακόμη και ανιχνευτές όπλων.
Από την εποχή που άνθισαν οι φωτεινοί στύλοι, οι πόλεις άρχισαν να ασχολούνται με την «βιωσιμότητα» της πόλης στους δρόμους, συμπεριλαμβανομένης της ροής της κυκλοφορίας και της κινητικότητας, του θορύβου και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, καθώς και των αναδυόμενων επιχειρηματικών ευκαιριών. Ακόμη και οι αισθητήρες στάθμευσης, που παραδοσιακά είναι θαμμένοι σε χώρους στάθμευσης, μπορούν να συνδεθούν φθηνά και αποτελεσματικά με την υποδομή φωτισμού. Ολόκληρες πόλεις μπορούν ξαφνικά να δικτυωθούν και να βελτιστοποιηθούν χωρίς να σκάβουν δρόμους ή να νοικιάζουν χώρο ή να λύνουν αφηρημένα υπολογιστικά προβλήματα σχετικά με την πιο υγιεινή διαβίωση και τους ασφαλέστερους δρόμους.
Αυτό λειτουργεί επειδή, ως επί το πλείστον, οι λύσεις έξυπνου φωτισμού δεν υπολογίζονται αρχικά με βάση την εξοικονόμηση χρημάτων από έξυπνες λύσεις. Αντίθετα, η βιωσιμότητα της αστικής ψηφιακής επανάστασης είναι μια τυχαία συνέπεια της ταυτόχρονης ανάπτυξης του φωτισμού.
Η εξοικονόμηση ενέργειας από την αντικατάσταση των λαμπτήρων πυρακτώσεως με φωτισμό LED στερεάς κατάστασης, σε συνδυασμό με τα άμεσα διαθέσιμα τροφοδοτικά και την εκτεταμένη υποδομή φωτισμού, καθιστούν εφικτές τις έξυπνες πόλεις.
Ο ρυθμός μετατροπής σε LED είναι ήδη σταθερός και ο έξυπνος φωτισμός γνωρίζει άνθηση. Περίπου το 90% των 363 εκατομμυρίων φωτιστικών δρόμων στον κόσμο θα φωτίζονται με LED έως το 2027, σύμφωνα με την Northeast Group, μια εταιρεία ανάλυσης έξυπνων υποδομών. Το ένα τρίτο από αυτά θα χρησιμοποιούν επίσης έξυπνες εφαρμογές, μια τάση που ξεκίνησε πριν από λίγα χρόνια. Μέχρι να δημοσιευτούν σημαντική χρηματοδότηση και σχέδια, ο φωτισμός δρόμων είναι ο πλέον κατάλληλος ως υποδομή δικτύου για διάφορες ψηφιακές τεχνολογίες σε μεγάλης κλίμακας έξυπνες πόλεις.
Εξοικονομήστε κόστος LED
Σύμφωνα με τους εμπειρικούς κανόνες που προτείνουν οι κατασκευαστές φωτισμού και αισθητήρων, ο έξυπνος φωτισμός μπορεί να μειώσει το διοικητικό κόστος και το κόστος συντήρησης που σχετίζονται με τις υποδομές κατά 50 έως 70 τοις εκατό. Αλλά το μεγαλύτερο μέρος αυτής της εξοικονόμησης (περίπου 50 τοις εκατό, αρκετό για να κάνει τη διαφορά) θα μπορούσε να επιτευχθεί απλώς με τη μετάβαση σε ενεργειακά αποδοτικούς λαμπτήρες LED. Η υπόλοιπη εξοικονόμηση προέρχεται από τη σύνδεση και τον έλεγχο των φωτιστικών και τη μετάδοση έξυπνων πληροφοριών σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας τους σε όλο το δίκτυο φωτισμού.
Οι κεντρικές προσαρμογές και παρατηρήσεις από μόνες τους μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κόστος συντήρησης. Υπάρχουν πολλοί τρόποι και αλληλοσυμπληρώνονται: προγραμματισμός, εποχιακός έλεγχος και προσαρμογή χρονισμού· διάγνωση σφαλμάτων και μειωμένη παρουσία των φορτηγών συντήρησης. Ο αντίκτυπος αυξάνεται με το μέγεθος του δικτύου φωτισμού και επιστρέφει στην αρχική περίπτωση απόδοσης επένδυσης (ROI). Η αγορά λέει ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να αποσβέσει τα έξοδά της σε περίπου πέντε χρόνια και έχει τη δυνατότητα να αποσβέσει τα έξοδά της σε λιγότερο χρόνο ενσωματώνοντας «ηπιότερες» έννοιες έξυπνης πόλης, όπως αυτές με αισθητήρες στάθμευσης, συστήματα παρακολούθησης κυκλοφορίας, έλεγχο ποιότητας αέρα και ανιχνευτές όπλων.
Η Guidehouse Insights, μια εταιρεία ανάλυσης αγοράς, παρακολουθεί περισσότερες από 200 πόλεις για να μετρήσει τον ρυθμό της αλλαγής. Αναφέρει ότι το ένα τέταρτο των πόλεων εφαρμόζουν έξυπνα συστήματα φωτισμού. Οι πωλήσεις έξυπνων συστημάτων αυξάνονται ραγδαία. Η ABI Research υπολογίζει ότι τα παγκόσμια έσοδα θα δεκαπλασιαστούν στα 1,7 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2026. Η «στιγμή της λάμπας» της Γης έχει ως εξής: Οι υποδομές φωτισμού δρόμων, οι οποίες συνδέονται στενά με τις ανθρώπινες δραστηριότητες, αποτελούν τον δρόμο προς τα εμπρός ως πλατφόρμα για έξυπνες πόλεις σε ένα ευρύτερο πλαίσιο. Ήδη από το 2022, περισσότερα από τα δύο τρίτα των νέων εγκαταστάσεων φωτισμού δρόμων θα συνδέονται με μια κεντρική πλατφόρμα διαχείρισης για την ενσωμάτωση δεδομένων από πολλαπλούς αισθητήρες έξυπνων πόλεων, δήλωσε η ABI.
Ο Adarsh Krishnan, κύριος αναλυτής της ABI Research, δήλωσε: «Υπάρχουν πολύ περισσότερες επιχειρηματικές ευκαιρίες για τους προμηθευτές έξυπνων πόλεων που αξιοποιούν την υποδομή αστικών στύλων φωτισμού αναπτύσσοντας ασύρματη συνδεσιμότητα, περιβαλλοντικούς αισθητήρες, ακόμη και έξυπνες κάμερες. Η πρόκληση είναι να βρεθούν βιώσιμα επιχειρηματικά μοντέλα που ενθαρρύνουν την κοινωνία να αναπτύξει λύσεις πολλαπλών αισθητήρων σε μεγάλη κλίμακα με οικονομικά αποδοτικό τρόπο».
Το ερώτημα δεν είναι πλέον αν θα συνδεθούμε, αλλά πώς και πόσο θα συνδεθούμε εξαρχής. Όπως παρατηρεί ο Κρισνάν, μέρος αυτού αφορά τα επιχειρηματικά μοντέλα, αλλά τα χρήματα ρέουν ήδη στις έξυπνες πόλεις μέσω της ιδιωτικοποίησης των συνεργατικών υπηρεσιών κοινής ωφέλειας (ΣΔΙΤ), όπου οι ιδιωτικές εταιρείες αναλαμβάνουν οικονομικό κίνδυνο με αντάλλαγμα την επιτυχία σε επιχειρηματικά κεφάλαια. Οι συμβάσεις «ως υπηρεσίας» που βασίζονται σε συνδρομές κατανέμουν τις επενδύσεις σε περιόδους αποπληρωμής, γεγονός που επίσης ώθησε τη δραστηριότητα.
Αντίθετα, τα φώτα των δρόμων στην Ευρώπη συνδέονται με παραδοσιακά δίκτυα honeycomb (συνήθως 2G έως LTE (4G)), καθώς και με τη νέα συσκευή HONEYCOMB IoT, LTE-M. Η ιδιόκτητη τεχνολογία υπερ-στενής ζώνης (UNB) μπαίνει επίσης στο παιχνίδι, μαζί με το Zigbee, μια μικρή ποικιλία Bluetooth χαμηλής ισχύος, και παράγωγα του IEEE 802.15.4.
Η Bluetooth Technology Alliance (SIG) δίνει ιδιαίτερη έμφαση στις έξυπνες πόλεις. Η ομάδα προβλέπει ότι οι αποστολές Bluetooth χαμηλής ισχύος στις έξυπνες πόλεις θα πενταπλασιαστούν τα επόμενα πέντε χρόνια, φτάνοντας τα 230 εκατομμύρια ετησίως. Οι περισσότερες συνδέονται με την παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων σε δημόσιους χώρους, όπως αεροδρόμια, στάδια, νοσοκομεία, εμπορικά κέντρα και μουσεία. Ωστόσο, το Bluetooth χαμηλής ισχύος απευθύνεται επίσης σε εξωτερικά δίκτυα. «Η λύση διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων βελτιώνει την αξιοποίηση των πόρων της έξυπνης πόλης και βοηθά στη μείωση του λειτουργικού κόστους των πόλεων», δήλωσε η Bluetooth Technology Alliance.
Ένας συνδυασμός των δύο τεχνικών είναι καλύτερος!
Κάθε τεχνολογία έχει τις δικές της αντιπαραθέσεις, ωστόσο, μερικές από τις οποίες έχουν επιλυθεί μέσω συζήτησης. Για παράδειγμα, το UNB προτείνει αυστηρότερα όρια στο ωφέλιμο φορτίο και τα χρονοδιαγράμματα παράδοσης, αποκλείοντας την παράλληλη υποστήριξη για εφαρμογές πολλαπλών αισθητήρων ή για εφαρμογές όπως οι κάμερες που την απαιτούν. Η τεχνολογία μικρής εμβέλειας είναι φθηνότερη και παρέχει μεγαλύτερη απόδοση για την ανάπτυξη ρυθμίσεων φωτισμού ως πλατφόρμας. Είναι σημαντικό ότι μπορούν επίσης να διαδραματίσουν εφεδρικό ρόλο σε περίπτωση αποσύνδεσης του σήματος WAN και να παρέχουν στους τεχνικούς ένα μέσο για να διαβάζουν απευθείας τους αισθητήρες για εντοπισμό σφαλμάτων και διαγνωστικά. Το Bluetooth χαμηλής ισχύος, για παράδειγμα, λειτουργεί με σχεδόν κάθε smartphone στην αγορά.
Παρόλο που ένα πυκνότερο δίκτυο μπορεί να ενισχύσει την ανθεκτικότητα, η αρχιτεκτονική του γίνεται πολύπλοκη και θέτει υψηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις σε διασυνδεδεμένους αισθητήρες από σημείο σε σημείο. Η εμβέλεια μετάδοσης είναι επίσης προβληματική. Η κάλυψη που χρησιμοποιεί Zigbee και Bluetooth χαμηλής ισχύος είναι μόνο μερικές εκατοντάδες μέτρα το πολύ. Παρόλο που μια ποικιλία τεχνολογιών μικρής εμβέλειας είναι ανταγωνιστική και κατάλληλη για αισθητήρες που βασίζονται στο δίκτυο και καλύπτουν ολόκληρο το δίκτυο, πρόκειται για κλειστά δίκτυα που τελικά απαιτούν τη χρήση πυλών για τη μετάδοση σημάτων πίσω στο cloud.
Μια σύνδεση honeycomb προστίθεται συνήθως στο τέλος. Η τάση για τους προμηθευτές έξυπνου φωτισμού είναι να χρησιμοποιούν honeycomb συνδεσιμότητα από σημείο σε νέφος για να παρέχουν κάλυψη πύλης ή συσκευής αισθητήρα σε απόσταση 5 έως 15 χλμ. Η τεχνολογία Beehive προσφέρει μεγάλη εμβέλεια μετάδοσης και απλότητα. Παρέχει επίσης έτοιμα δίκτυα και υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας, σύμφωνα με την κοινότητα Hive.
Ο Neill Young, επικεφαλής του Internet of Things Vertical στην GSMA, έναν βιομηχανικό φορέα που εκπροσωπεί τους φορείς εκμετάλλευσης δικτύων κινητής τηλεφωνίας, δήλωσε: «Οι φορείς εκμετάλλευσης Action... έχουν όλη την κάλυψη ολόκληρης της περιοχής, επομένως δεν απαιτούν πρόσθετη υποδομή για τη σύνδεση των συσκευών και των αισθητήρων αστικού φωτισμού. Στο αδειοδοτημένο φάσμα, το κυψελωτό δίκτυο διαθέτει ασφάλεια και αξιοπιστία, πράγμα που σημαίνει ότι ο φορέας εκμετάλλευσης έχει τις καλύτερες συνθήκες, μπορεί να υποστηρίξει μεγάλο αριθμό αναγκών, πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μπαταρίας και ελάχιστη συντήρηση, καθώς και μεγάλη απόσταση μετάδοσης χαμηλού κόστους εξοπλισμού».
Από όλες τις διαθέσιμες τεχνολογίες συνδεσιμότητας, η HONEYCOMB θα δει τη μεγαλύτερη ανάπτυξη τα επόμενα χρόνια, σύμφωνα με την ABI. Ο θόρυβος για τα δίκτυα 5G και η προσπάθεια φιλοξενίας υποδομών 5G έχουν ωθήσει τους παρόχους να αρπάξουν τον στύλο φωτισμού και να γεμίσουν μικρές μονάδες με κυψελοειδή δομή σε αστικά περιβάλλοντα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Λας Βέγκας και το Σακραμέντο αναπτύσσουν LTE και 5G, καθώς και αισθητήρες έξυπνης πόλης, στα φώτα των δρόμων μέσω των παρόχων AT&T και Verizon. Το Χονγκ Κονγκ μόλις αποκάλυψε ένα σχέδιο για την εγκατάσταση 400 στύλων φωτισμού με δυνατότητα 5G στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας του για έξυπνες πόλεις.
Στενή ενσωμάτωση υλικού
Η Nielsen πρόσθεσε: «Η Nordic προσφέρει προϊόντα πολλαπλών λειτουργιών, μικρής και μεγάλης εμβέλειας, με το SoC nRF52840 να υποστηρίζει Bluetooth χαμηλής ισχύος, Bluetooth Mesh και Zigbee, καθώς και Thread και ιδιόκτητα συστήματα 2.4ghz. Το nRF9160 SiP της Nordic, που βασίζεται σε Honeycomb, προσφέρει υποστήριξη LTE-M και NB-iot. Ο συνδυασμός των δύο τεχνολογιών προσφέρει πλεονεκτήματα απόδοσης και κόστους.»
Ο διαχωρισμός συχνοτήτων επιτρέπει σε αυτά τα συστήματα να συνυπάρχουν, με το πρώτο να λειτουργεί στη ζώνη των 2,4 GHz χωρίς άδεια και το δεύτερο να λειτουργεί όπου υπάρχει LTE. Σε χαμηλότερες και υψηλότερες συχνότητες, υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ ευρύτερης κάλυψης περιοχής και μεγαλύτερης χωρητικότητας μετάδοσης. Αλλά στις πλατφόρμες φωτισμού, η ασύρματη τεχνολογία μικρής εμβέλειας χρησιμοποιείται συνήθως για τη διασύνδεση αισθητήρων, η ισχύς υπολογισμού edge χρησιμοποιείται για παρατήρηση και ανάλυση και το honeycomb iot χρησιμοποιείται για την αποστολή δεδομένων πίσω στο cloud, καθώς και για τον έλεγχο αισθητήρων για υψηλότερα επίπεδα συντήρησης.
Μέχρι στιγμής, το ζεύγος ραδιοσυχνοτήτων μικρής και μεγάλης εμβέλειας έχουν προστεθεί ξεχωριστά, όχι ενσωματωμένα στο ίδιο τσιπ πυριτίου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα εξαρτήματα διαχωρίζονται επειδή οι βλάβες του φωτιστικού, του αισθητήρα και του ραδιοσυχνοτήτων είναι διαφορετικές. Ωστόσο, η ενσωμάτωση διπλών ραδιοσυχνοτήτων σε ένα ενιαίο σύστημα θα οδηγήσει σε στενότερη ενσωμάτωση τεχνολογίας και χαμηλότερο κόστος κτήσης, τα οποία αποτελούν βασικά ζητήματα για τις έξυπνες πόλεις.
Η Nordic πιστεύει ότι η αγορά κινείται προς αυτή την κατεύθυνση. Η εταιρεία έχει ενσωματώσει τεχνολογίες ασύρματης σύνδεσης μικρής εμβέλειας και συνδεσιμότητας Honeycomb IoT σε υλικό και λογισμικό σε επίπεδο προγραμματιστή, έτσι ώστε οι κατασκευαστές λύσεων να μπορούν να τις εκτελούν ταυτόχρονα σε δοκιμαστικές εφαρμογές. Η πλακέτα DK της Nordic για το nRF9160 SiP σχεδιάστηκε για προγραμματιστές, ώστε να «κάνουν τις εφαρμογές Honeycomb IoT τους να λειτουργούν». Το Nordic Thingy:91 έχει περιγραφεί ως μια «πλήρης, έτοιμη πύλη» που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως έτοιμη πλατφόρμα δημιουργίας πρωτοτύπων ή ως απόδειξη της ιδέας για πρώιμα σχέδια προϊόντων.
Και τα δύο διαθέτουν πολυλειτουργικό honeycomb nRF9160 SiP και πολυπρωτοκολλικό SoC μικρής εμβέλειας nRF52840. Σύμφωνα με την Nordic, τα ενσωματωμένα συστήματα που συνδυάζουν τις δύο τεχνολογίες για εμπορικές αναπτύξεις IoT απέχουν μόνο «μήνες» από την εμπορευματοποίηση.
Η Nordic Nielsen δήλωσε: «Έχει δημιουργηθεί μια πλατφόρμα φωτισμού έξυπνων πόλεων που συνδυάζει όλες αυτές τις τεχνολογίες. Η αγορά είναι πολύ σαφής στο πώς να τις συνδυάσουμε, έχουμε παράσχει λύσεις για το συμβούλιο ανάπτυξης των κατασκευαστών, για να δοκιμάσουμε πώς λειτουργούν μαζί. Ο συνδυασμός τους σε επιχειρηματικές λύσεις είναι επιτακτικός, σε λίγο χρόνο».
Ώρα δημοσίευσης: 29 Μαρτίου 2022