Технологии IoT на службе умного города

В статье рассматриваются особенности и перспективы применения технологий M2M для решения задач умного города в рамках концепции IoT. Приводятся примеры решения таких задач, взятые из реальной жизни.

Пятницких Алексей

117
В ЗАКЛАДКИ

Введение 

В настоящее время словосочетание «умный город» достаточно популярно. Умные города строятся по всему миру, в том числе и в России. Что же отличает умный город от обычного? Прежде всего – активное применение Интернет-технологий для контроля и управления многими службами города. В первую очередь они используются для постоянного мониторинга важнейших объектов инфраструктуры: автомобильных дорог, мостов, туннелей, железных дорог, метро, аэропортов, морских портов, систем связи, водоснабжения, энергоснабжения, – в целях оптимального распределения ресурсов и обеспечения безопасности. Кроме того, социальные сети позволяют гражданам организовывать локальные сообщества и наблюдать за состоянием городского хозяйства и работой коммунальных служб с помощью специализированных сервисов. В структурном аспекте умный город – это система взаимодействующих систем. К составляющим умный город технологиям относятся и высокоскоростные оптические, сенсорные, проводные и беспроводные сети.
Одной из основных технологий для организации умных городов становится Интернет вещей (IoT) – ключевой тренд мировой экономики на ближайшие десятилетия [1–3]. Наиболее понятным примером концепции Интернета вещей является интеллектуальная окружающая среда, состоящая из привычных, но «поумневших» устройств, таких как термостаты, системы видеонаблюдения, холодильные установки и т.д. Особую роль в развитии IoT играют интеллектуальные решения в области межмашинных коммуникаций (М2M). Концепция IoT/M2M предполагает интеграцию коммуникационного оборудования и различных устройств. Например, датчик на теле пациента соединяется через Интернет с компьютером больницы и далее Министерства здравоохранения, а датчики внутри станка или двигателя поезда метро – с техническим отделом производителя и сервером экологической службы. В промышленности технологии межмашинных коммуникаций M2M используются уже более 20 лет. Однако раньше промышленные системы М2М представляли собой узкоспециализированные замкнутые решения, в то время как современные могут соединяться практически с любым электронным устройством, то есть формировать сегмент IoT/M2M, который откроет новые возможности для бизнеса. Наибольшее влияние могут оказать на экономику новые механизмы продажи товаров и услуг. С помощью решений IoT/M2M производитель может удалённо проверить степень износа оборудования, вероятность поломки и т.д. Благодаря этому производители сложного оборудования уже могут продавать клиентам не условные проценты готовности, ожидаемый ресурс, гарантийные обязательства и т.д., а «подписку» непосредственно на рабочие часы двигателя, турбины или других сложных изделий. Такая «подписка» выгодна производителю, который получает стабильный прогнозируемый доход, а также покупателю, приобретающему гарантированную работоспособность оборудования. 
С точки зрения вопросов построения автоматизированных систем управления, умный город можно рассматривать как совокупность нескольких вертикальных рынков, таких как транспорт, медицина, промышленная автоматизация, безопасность и логистика. Таким образом, все имеющиеся наработки в данных отраслях могут быть применены для построения эффективного умного города.

Решения IoT/M2M от компании Eurotech 

Компания Eurotech является одним из мировых лидеров на рынке встраиваемых систем. Имея более чем 20-летний опыт разработки М2М и распределённых систем, она предлагает программно-аппаратную платформу для задач умного города. Ключевым звеном является собственная облачная платформа Everyware Cloud.
Современная система распределённого управления с применением технологий M2M представлена на рис. 1.

Данные со всех полевых устройств с помощью специализированных шлюзов передаются в облачный сервис (рис. 2), где они собираются и хранятся, а далее их можно всегда получить в удобной форме на любом компьютере, планшете или смартфоне.

Применение облачных технологий для задач автоматизации позволяет значительно снизить издержки, так как нет необходимости в создании собственной инфраструктуры с серверами, специальными зданиями, а также в обслуживающем персонале для них. Кроме того, снижается время вывода готового решения на рынок. 
Eurotech предлагает широкий выбор шлюзов с установленным программным обеспечением для организации сбора, обработки и передачи данных в облако.
По сути, шлюз (рис. 3)  – это встраиваемый компьютер на базе процессора с низким тепловыделением, обладающий широким набором функций, таких как беспроводные интерфейсы Wi-Fi, 3G, 4G, ZigBee, система позиционирования GPS, цифровые и аналоговые вводы-выводы, последовательные порты и интерфейсы полевых шин, с предустановленным программным обеспечением, которое и превращает его в шлюз M2M.

Что же входит в состав данного программного обеспечения? Под управлением операционной системы Linux (Wind River или Yocto) работает программное обеспечение ESF от компании Eurotech, в которое входят виртуальные машины Java от Oracle и OSGi (Open Services Gateway Initiative) от Hitachi, позволяющие динамически подключать компоненты и составные части приложения без необходимости останавливать и перезапускать его. В этом ПО и реализован интерфейс обмена данными с облаком, а также все интерфейсы для беспроводной связи, полевых шин и т.д. Заказчику остаётся только создать собственную логику работы приложения, а все вопросы по поддержке и организации сбора данных и по передаче их в облако уже решены. ПО ESF имеется в открытом доступе на сайте компании Eurotech и может быть установлено не только на компьютеры Eurotech, но и на встраиваемые компьютеры с предустановленной Linux от других производителей. 
Компания Eurotech предлагает широкий спектр шлюзов, среди которых одним из оптимальных по соотношению цена/функциональность является Relia­GATE 10-20 (рис. 4).

Этот недорогой и компактный шлюз выполнен на базе процессора Freescale i.MX6 с тактовой частотой 800 МГц и имеет богатый набор функций: GPS, Wi-Fi и сотовая связь в качестве интерфейсов беспроводной связи, а также 3 порта USB 2.0, 2 порта Gigabit Ethernet, два последовательных порта RS-232/RS-485/RS-422, шина CAN, порты дискретного ввода-вывода, аналоговый ввод, трёхосевой акселерометр, и, кроме этого, поддерживается функционал сетевого маршрутизатора.
Помимо шлюзов Eurotech предлагает и набор интеллектуальных полевых устройств, таких как счётчики пассажиропотока, датчики окружающей среды, интеллектуальные видеокамеры и т.д. Таким образом, получаем комплексное решение от одного поставщика. (рис. 5). 

Применение технологий M2M для задач умного города 

Технологии M2M/IoT предлагают практически безграничные возможности для решения различных задач в рамках умного города: можно собирать статистику по использованию общественного транспорта, осуществлять мониторинг состояния окружающей среды, управлять транспортом, накапливать данные по потреблению электроэнергии, воды и тепла, управлять системами кондиционирования и т.д. Практически любая задача может быть быстро и эффективно решена с использованием M2M/IoT-технологий (рис. 6). 
Далее мы рассмотрим ряд интересных вариантов применения технологий M2M для нужд умного города. 

Система счёта пассажиров 

Система базируется на использовании счётчика пассажиров и шлюзах от компании Eurotech (рис. 7), [4].

Датчики подключаются к шлюзу и подсчитывают количество вошедших и вышедших пассажиров. В шлюзе данные привязываются к конкретной остановке с помощью системы позиционирования, а также проводится контроль отношения числа оплативших проезд к общему количеству пассажиров. С помощью этих данных можно контролировать как оплату проезда, так и загруженность транспорта на маршрутах, оптимизируя работу транспорта в зависимости от времени и дней недели. 

Контроль работы кондиционеров 

Шлюз, подключённый к системе кондиционирования, может собирать всю информацию о его работе и отправлять данные через облако в сервисную службу. Эти данные помогут планово и вовремя производить техобслуживание устройств для поддержания их в рабочем состоянии (рис. 8). 

Мониторинг окружающей среды 

Система мониторинга окружающей среды от Eurotech – это компактное масштабируемое решение, объединяющее несколько датчиков в единый блок. Такое легко устанавливаемое устройство анализирует состав воздуха, электромагнитные поля, уровень радиации и уровни звуковых помех. Системы мониторинга окружающей среды от Eurotech подходят как для стационарных, так и для мобильных приложений. Удалённое управление и доступ к данным возможны через веб-интерфейс и приложения для смартфонов. Собираемую статистическую информацию с раз­личными временны́ми срезами можно экспортировать во внешние программы для проведения более сложных анализов.
ReliaSENS 18-12 (рис. 9) – это компактная, простая в установке система мониторинга окружающей среды, которая позволяет собирать и анализировать показатели качества атмосферного воздуха, электромагнитные поля, ионизирующие излучения, уровни звуковых помех (опционально).

Благодаря облачным технологиям ReliaSENS 18-12 предлагает простой интерфейс для управления устройством и доступа к данным и предоставляет удобный веб-интерфейс и набор мобильных приложений, совместимых с платформами Android и iPhone, для постоянного контроля с помощью компьютеров, планшетов и смартфонов. Графический пользовательский интерфейс позволяет задавать пороговые значения для системы автоматического оповещения (например SMS, E-mail, Twitter и др.). Кроме этого, система генерирует статистические показатели по различным вре­мен­ныˆм срезам. Данные могут быть легко экспортированы и интегрированы с существующими ИТ-системами для выполнения статистического анализа и определения пространственной и вре­менноˆй структуры генерации и распространения загрязняющих веществ.

Контроль парковок 

Ещё одним из интересных продуктов, поставляемых Eurotech, являются интеллектуальные камеры SekuCAM.
Эти камеры (рис. 10 ) сами могут анализировать и обрабатывать видеоданные по заложенным в них алгоритмам и передавать результаты в облако.

Одной из интересных задач, решаемых данной камерой, является контроль парковок. Сама камера анализирует наличие свободных мест и может выдавать информацию на монитор, а также передавать в облачный сервис количество свободных мест. При этом любой водитель, подписавшийся на данный сервис, может получать информацию на смартфон о наличии свободных мест на ближайшей парковке (рис. 11).
Это лишь небольшое количество сценариев применения M2M-технологий для умного города.

M2M-сервер – облако в личном пользовании 

Для тех задач, где необходимо своё собственное закрытое облачное решение, компания Eurotech представляет M2M-серверы, которые предлагают те же услуги, что и облачный сервис, но при этом размещаются на стороне заказчика. Простой в установке и настройке М2М-сервер может быть размещён в любом офисе компании или центре обработки данных, в течение нескольких минут все устройства в сети заказчика будут подключены и управляемы.
M2M-серверы обеспечивают:
  • безопасное соединение устройств на основе протокола MQTT;
  • управление данными (сбор, хранение, анализ и доступ);
  • управление устройствами (обновление приложений, конфигурация). 
Одним из таких продуктов является Everyware Server. 
Это интеграционная M2M-платформа от Eurotech, разработанная для создания дополнительного уровня безопасности и конфиденциальности с использованием общественных облачных технологий или без них, охватывающая все возможности технологии Everyware Cloud, выполненная в виде надёжного аппаратного устройства для обеспечения удобного и полного контроля в центре обработки данных (рис. 12). 

Это лишь небольшой пример того, где могут применяться технологии M2M и какие продукты и решения уже присутствуют на рынке. Возможности применения M2M/IoT-решений практически безграничны: всё зависит от того, какие задачи необходимо решать.

Заключение 

Имея более чем 20-летний опыт работы на рынке M2M-технологий, компания Eurotech предлагает широкий набор устройств, шлюзов, программного обеспечения и облачный сервис для того, чтобы быстро и эффективно решать различные задачи в рамках концепции умного города. Применение продукции и решений Eurotech позволяет разработчикам значительно снизить издержки на разработку и внедрение проекта, а также ускорить выход новых продуктов и решений на рынок. ●

Литература

  1. А. Жирков. Интернет вещей и облачные технологии Eurotech // Современные технологии автоматизации. – 2015. – № 2.
  2. Ю. Широков. Архитекторы умных городов // Современные технологии автоматизации. – 2015. – № 2.
  3. С. Солдатов. Smart City – город будущего // Современные технологии автоматизации. – 2015. – № 2.
  4. А. Пятницких. Технология стереоскопического видения для точного подсчёта количества людей // Современные технологии автоматизации. – 2015. – № 1. 
Автор – сотрудник
фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru



ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТИ

Будьте всегда в курсе самых свежих новостей
и узнавайте первыми о содержании нового номера

Подписка на новости

РЕКОМЕНДУЕМ