04 марта 2016г.
Город представляет собой многопараметрическую систему, состоящую из большого количества разнообразных по назначению и содержанию ресурсов, объединенных происходящими между ними процессами. Это промышленные предприятия и государственные организации, учреждения здравоохранения и образования, коммунальные хозяйства и предприятия сферы обслуживания, строительные и энергетические компании и т.п., успешное функционирование которых непосредственно зависит от транспортной инфраструктуры, состояния линейных объектов и зданий, от управления жизнеобеспечивающими процессами, от безопасности среды и, в первую очередь, от состояния человека – от биосферосовместимости природо-социо-технических структур. В настоящий момент не существует структурированных данных о процессах взаимодействия между собой участников жизнедеятельности города, их влияния на состояние городской среды. Информация об объектах и связях между ними абсолютно разная с точки зрения формата, синхронизации во времени, способов обработки, хранения и передачи. Таким образом, недостаток информации о состоянии городской среды, городских ресурсов и процессов не позволяет реализовать качественное управление городом и обеспечить экологическую, техногенную безопасность города и быстрое реагирование специальных служб на внештатные ситуации. Поэтому разработка автоматизированной системы сбора и отображения информации о состоянии городской среды является актуальной задачей.
Существует немало разработок и разработчиков в области «Интеллектуальный город», «Умный город», «Безопасный город» (например, г.Москва, г.Сочи, г.Прага). Однако пока они не решают задачу комплексно и используют, в основном, импортное программное и аппаратное обеспечение.
Современный город состоит из множества подсистем – транспортной, телекоммуникационной, систем электро- и водоснабжения, а также многих других, которые функционируют и взаимодействуют между собой. Для контроля работы всех городских систем, обеспечения безопасности каждого жителя и всех уязвимых точек городской инфраструктуры, получения и архивирования информации обо всех важных событиях и оперативного предоставления этой информации всем заинтересованным службам необходима комплексная информационная система, способная аккумулировать, объединять, анализировать и группировать разнородные данные, поступающие от множества источников. Подобную систему представляет собой «Безопасный город», успешно внедряемый во многих городах России и ближнего зарубежья. «Безопасный город» – гибридная автоматизированная система для решения основных технических задач городского хозяйства. Это комплекс программно-аппаратных средств и организационных мер для обеспечения видеоохраны и технической безопасности, а также для управления объектами жилищно-коммунального хозяйства и другими распределенными объектами в масштабах современного города. Однако в России внедрение «умных технологий» происходит значительно медленнее, чем в других странах, но, тем не менее, предпосылками для этого являются снижение стоимости оборудования и необходимость управлять системами в экономном режиме из-за недостаточности ресурсов (вода, тепло- и электроэнергия и пр.).
В настоящее время за счет новых технологий «умная» настройка может уже спуститься на уровень города. Переход от пилотных проектов к более-менее массовому внедрению в Европе и Северной Америке произошел в 90-е годы XX века. «Smart Cities» («Умный город») — это единая система управления городским хозяйством, основанная на энергосберегающих и энергоэффективных технологиях, информатизации производственных процессов.
Внедрение «умных технологий» дает возможность улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения количества вредных выбросов в окружающую среду, в том числе за счет использования нетрадиционных источников энергии, введения экотранспорта и т.п. В результате оптимизации управления можно снизить излишнее потребление ресурсов на 10-30% – это высокий процент, особенно в ситуациях предельных нагрузок систем. Такие технологии позволяют создать эффективную систему транспорта: уменьшить загруженность дорог за счет интеллектуального регулирования трафика, внедрить дорожные информационные службы. «Умные технологии» могут также лежать в основе создания эффективной социальной инфраструктуры с едиными базами данных о населении, которые позволят оперативно обмениваться информацией и принимать решения, они могут сократить «бумажную» работу. Внедрение этих технологий повысит качество электроснабжения и энергосбережения. Такая единая система управления позволяет существенно улучшить качество предоставляемых горожанам услуг, повысить эффективность всех служб города.
В Белгороде и Нижнем Новгороде сегодня частично используется автоматизированная система, позволяющая контролировать состояние электросетей, вести учет энергопотребления, определять количество перегоревших ламп и дистанционно управлять режимами освещения с районных диспетчерских пунктов. «Умные сети» способны повышать качество электроснабжения посредством применения реклоузеров, бустеров и других современных устройств.
Для реализации автоматизированной системы сбора информации о состоянии городской среды предстоит выполнить ряд задач: 1) представить городскую среду –– реальную систему (процесс) как совокупность взаимодействующих ресурсов и процессов; 2) построить концептуальную модель биосферосовместимой безопасной городской среды; 3) алгоритмически описать функционирование отдельных ресурсов и процессов; 4) описать процесс взаимодействия различных ресурсов между собой и с внешней средой; 5) выделить и описать состояния системы; 6) сформировать критерии биосферосовместимого безопасного города; 7) провести анализ современных методов обеспечения безопасности города; 8) разработать систему количественных оценок ресурсов и процессов городской среды; 9) выявить динамические связи между природо-социо-техническими структурами города, оказывающими наибольшее влияние на развитие биосферосовместимого безопасного города; 10) разработать критерии и алгоритмы качественного (экспертного) анализа работы природо-социо-технических структур города; 11) разработать прогнозную модель последствий управляющих воздействий с целью предотвращения рисков для жизни и здоровья людей; 12) разработать практические рекомендации по обеспечению безопасности систем жизнеобеспечения города и их перспективному развитию; 13) разработать сценарии и алгоритмы работы систем сбора данных и распознавания образов; 14) программирование информационно-управляющей системы (MIS, management information system) в рамках единой концепции организации базы данных и разработка программного модуля централизованного управления соответствующего приложения для архитектуры клиент-сервер.
Разработку устройства сбора информации о состояния города можно реализовать одним из следующих способов:
1. Бюджетный. Устройство можно реализовать на базе микроконтроллера AVR или PIC с подключением к нему набора микросхем и датчиков [1, 2]. Несмотря на то, что часть микросхем придется выполнить на заказ, себестоимость прототипа такого комплекта будет не более 30 000 рублей, но качество и скорость сбора и обработки информации будет на достаточно низком уровне.
2. Устройство сбора информации о городской среде разрабатывается на базе MyRIO от NI или PLC- контроллера [3]. Себестоимость проекта в таком виде будет значительно выше, т.к. стоимость MyRIO – 50 000 рублей. Однако дополнительных микросхем не понадобится, а качество и скорость обработки данных с датчиков увеличится в разы.
Реализация подобной системы позволит: 1. Разработать методы качественного и количественного анализа безопасности среды жизнедеятельности урбанизированных территорий. 2. Сформировать критерии обеспечения безопасности при реализации функций города (поселения). 3. Получить количественные оценки ресурсов и процессов городской среды. 4. Выявить динамические связи между природо-социо-техническими структурами города, оказывающими наибольшее влияние на развитие биосферосовместимого безопасного города. 5. Спрогнозировать возможные последствия управляющих воздействий и предотвратить риски для жизни и здоровья людей. 6. Произвести качественный (экспертный) анализ взаимодействия природо-социо-технических структур города с нужной степенью детализации. 7. Продемонстрировать пользователю процессы, происходящие в городе в заданных условиях, установить причины возникновения тех или иных ситуаций. 8. Обеспечить достаточно подробную информацию о процессах взаимодействия органов МЧС, власти, организаций и предприятий, жителей города в условиях текущего времени.
Разрабатываемая система в будущем может использоваться как отдельно в качестве источника достоверной и своевременной информации о состоянии города, так и в качестве подсистемы в масштабных и очень перспективных проектах "безопасный город", "умный город".
Список литературы
1. Подходы к разработке системы мониторинга параметров микроклимата предприятия [Текст] / А.В. Пилипенко, О.В. Пилипенко, А.П. Пилипенко // Промышленные АСУ и контроллеры. 2015. № 5. с. 40-46
2. Программирование на языке Си для AVR и PIC микроконтроллеров. / Ю.А. Шпак. // К.: МК-Пресс, 2006. –– 400 с.: ил.
3. Сравнение технологий программирования микроконтроллерных систем [Текст] / А.В. Пилипенко, О.В. Пилипенко, А.П. Пенькова // Промышленные АСУ и контроллеры. 2012. № 9. с. 50-54
