Как оптоволоконные сети способствуют развитию умных городов

Необходимость переосмысления принципов городского развития возникла еще в 1960–1980-е гг., когда одним из основных ресурсов городского управления стала информация, а жители городов стали предъявлять новые требования к городской среде. Сама концепция появилась в научной литературе в 1980-е гг., а в 2000-х гг. она заинтересовала представителей крупных корпораций и политических структур. Одной из первых программу «Умнеющие города» запустила IBM: компания стала выдавать гранты муниципалитетам и направлять туда специалистов, которые проанализируют существующие процессы и помогут повысить эффективность городских процессов. В это же время к таким проектам стала подключаться компания Cisco.

Несмотря на то, что концепция умного города существует несколько десятилетий, первый умный город официально признали лишь чуть более десятка лет назад. Часть исследователей склоняется к тому, что первым в мире умным городом стал Сантандер на севере Испании — в 2010 году там по всему городу было установлено более 12 000 датчиков для сбора данных обо всем: от транспортных потоков до качества воздуха и уровня шума. Затем эти данные анализировались и использовались для улучшения качества жизни горожан. Так, например, для жителей запустили сервис, который в режиме реального времени помогал найти парковочное место, и мобильное приложение, с помощью которого можно было оперативно уведомить городские службы о возникающих проблемах. 

По другим данным, первым умным городом стал Амстердам, где с 2009 года было реализовано более 170 проектов, совместно разработанных жителями, органами власти и бизнеса. Среди наиболее интересных инициатив: мобильное приложение, которое позволяет жителям сдавать свои парковочные места в аренду тем, кому это сейчас необходимо, а также «гибкое освещение», с помощью которого регулируется яркость уличных фонарей. 

Как сегодня развиваются умные города?

К настоящему моменту число мегаполисов в мире, в которых реализуются подобные проекты, существенно выросло — по разным данным их более 200, преимущественно они сконцентрированы в Европе и Азии. В числе наиболее продвинутых умных городов — Сингапур, Барселона, Дубай, Лондон, Нью-Йорк, Сеул, Амстердам, Цюрих. 

Около половины мегаполисов, где управление городскими процессами происходит с помощью больших данных, уже сделали серьезные шаги в своем развитии и попадают в различные рейтинги. Так в последнем рейтинге Smart City Index 2021, который составили швейцарская бизнес-школа IMD и Сингапурский университет технологии и дизайна, были ранжированы 118 умных городов — в 2020 году их было 107, в 2019 — 102. Первые три места в Smart City Index-2021 заняли Сингапур, Цюрих и Осло. Москва заняла в этом рейтинге 54 место, Санкт-Петербург — 79.

Технологии умного города сегодня внедряются в разные сферы. Большое количество успешных проектов реализовано для улучшения городской инфраструктуры. Например, в сфере дорожного хозяйства и транспорта проводится мониторинг местоположения объектов, который позволяет жителям с помощью мобильных приложений в режиме онлайн узнавать, где сейчас нужный им автобус и на каких улицах возникли заторы. По оценкам McKinsey Smart cities, к 2025 году города, внедряющие приложения для умной мобильности, смогут сократить время, которое жители проводят в поездках, в среднем на 15–20%. А с помощью датчиков, которые устанавливаются в дорожное полотно, можно отследить автомобили, идущие с перегрузом, и смоделировать динамику износа дорожного покрытия. Часто решения для умного города дают кумулятивный эффект: так в Лондоне за счет установки камер на въездах и выездах в город и программы штрафов за передвижение на автомобиле в зонах, где это запрещено в определенные часы, за 14 лет удалось снизить трафик на 53%. А прибыль за счет сбора штрафов в течение 10 лет составила 1,2 млрд фунтов стерлингов — их направили на обновление автобусной сети и дорожной инфраструктуры. 

В здравоохранении решения, основанные на больших данных, помогают предотвратить очереди в больницах, автоматизировать поиск нужных лекарств. Телемедицинские консультации дают возможность оперативно получить совет квалифицированного специалиста. В сумме сервисы умного здравоохранения помогают ускорить выздоровление человека на 8–15%. Кроме этого, с помощью специальных устройств и программного обеспечения можно в режиме онлайн отслеживать важнейшие показатели состояния здоровья человека (пульс, давление, сатурацию) и получать сигнал, если их величина достигла критической отметки. Анализ больших данных помогает врачам минимизировать возможные негативные последствия в своей работе. Так в больницах американского Бостона при помощи больших данных перед серьезными операциями прогнозируют риск летального исхода — иногда на основе анализа система предлагает перенести операцию на другой день с целью стабилизации состояния пациента. 

Распространены решения для умного города в сфере безопасности. С помощью камер видеонаблюдения, датчиков и специального программного обеспечения ведется мониторинг общественного порядка в местах массового скопления людей и по периметру критически важных объектов. Решения для мониторинга общественной безопасности и оптимизации колл-центров помогут на 20–35% сократить время реагирования на чрезвычайные ситуации и снизить смертность от них на 8–10%. Одним из наиболее безопасных городов мира считается Сингапур, где уже установлено около 100 000 полицейских камер, а к 2030 году их число вырастет в два раза. Конечно, тотальная система слежки в общественных местах нервирует жителей, но доказывает свою эффективность. Например, в бассейнах Сингапура используются системы компьютерного зрения: если кто-то тонет, — спасатели тут же получают сигнал и помогают пострадавшему. 

По данным аналитиков Markets&Markets, число умных городов в мире к 2030 году может вырасти в три-четыре раза — до 800. Но для того, чтобы обеспечить этот рост, должны развиваться технологии и обновляться информационно-коммуникационная инфраструктура.

Необходимо строить новые дата-центры, где будут размещаться сервера проектов, необходимые для работы сервисов умного города. Нужны эффективные программы для анализа поступающих данных. А чтобы датчики и устройства без перебоев считывали информацию и обменивались ею с другими устройствами, необходимо обеспечить высокоскоростное подключение к интернету. Для этого нужны надежные коммуникационные сети.

Почему нужны именно оптоволоконные сети?

Оптоволокно считается наиболее современной технологией, которая обеспечивает высокую скорость передачи данных на большие расстояния. Такие кабели имеют гораздо более высокую пропускную способность по сравнению с медными. Кроме этого, оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным помехам, имеет низкое затухание сигнала, не подвержено перепадам температуры, влажности и другим факторам, которые способны повредить другие типы кабелей. 

Чтобы в цифровую экосистему умного города поступали данные для принятия решений, нужно установить большое количество сенсоров. Как правило, и здесь приоритет отдается оптоволоконным датчикам. С их помощью отслеживают трафик на дорогах, следят за безопасностью периметра, фиксируют изменения погодных условий и степень загрязнения окружающей среды. Последнее направление считается наиболее перспективным — по данным Transparency Market Research, сейчас рынок волоконно-оптических датчиков ежегодно растет на 12,8% и к 2024 году объем рынка составит $3,4 млрд.

Волоконно-оптические датчики помогают проводить мониторинг состояния конструкций мостов, зданий и другой инфраструктуры. В частности, для мониторинга дефектов зданий ими активно пользуются Токио и Барселона — там их устанавливают в фундамент здания для контроля температуры и вибраций, которые потенциально могут спровоцировать возникновение повреждений. Согласно исследованиям, оптоволоконные датчики демонстрируют более высокую точность (97%) в обнаружении структурных повреждений по сравнению с традиционными датчиками (их эффективность оценивается в 18%).

Также сенсорами оборудуют беспилотные автомобили: с их помощью считывается информация о дорожной обстановке, ближайших транспортных средствах, дорожных знаках и состоянии асфальта, и управление поездкой происходит в автоматическом режиме. К слову, в Сеуле и Сан-Франциско уже опробовали поездки по городу на такси без водителей.

Многие годы передовиком в развитии волоконно-оптических технологий остается Япония. В числе составляющих успеха — сильная нормативно-правовая база: правительство всячески стимулирует инвестиции в оптоволоконную инфраструктуру, в частности, предлагает бизнесу налоговые льготы. Но, пожалуй, ключевым фактором, который позволил ей занять лидирующие позиции, стал сильный потенциал в области исследований и разработок — лидеры отрасли Fujitsu, Hitachi и NEC вложили в них значительные средства. Именно в этой стране несколько раз фиксировали рекорд по скорости передачи данных. Так летом прошлого года специалистам удалось передать данные на 51,7 км со скоростью 1,02 Пбит/с, что в 100 000 раз быстрее максимальной скорости домашнего интернета на тот момент.

В авангарде развития волоконно-оптических технологий последние годы находятся Китай и Южная Корея, которые также вкладывают серьезные инвестиции в исследования и разработки. В этой работе активно участвуют китайские компании Huawei и ZTE, южнокорейские Samsung, LG и SK Telecom. При этом в этих странах активно развивают 5G.

Уровень проникновения интернета в разных странах

Активно расширяют свои оптоволоконные сети в США — в этом заинтересованы и бизнес, и государство. Миллиарды долларов инвестируют в создание новой инфраструктуры такие компании как AT&T, Verizon и Comcast, которые нацелены охватить как можно больше клиентов. Существуют целевые программы на уровне государства, с аналогичными инициативами выступают руководители штатов и местных органов власти. Есть и примеры государственно-частных партнерств. Так в 2011 году в стране запустили программу содействия развертыванию высокоскоростного доступа в интернет в районах, где поставщикам услуг экономически невыгодно вкладывать средства в сетевую инфраструктуру. Ею управляет фонд Connect America, который является дочерней компанией Universal Service Administration Company.

В России в строительство сетей также вкладываются и государство, и частные инвесторы — телекоммуникационные компании. Ежегодно прокладываются десятки тысяч километров волоконно-оптических линий связи. Во многом увеличить долю населения, имеющую широкополосный доступ к интернету, помогла федеральная программе по устранению цифрового неравенства, которая стартовала в 2014 году. По оценкам правительства, в настоящий момент все регионы страны подключены к магистральной сети связи по волоконно-оптическим линиям связи. В конце прошлого года их протянули в последний регион — Чукотку. Кроме этого, к настоящему моменту все социально-значимые учреждения страны получили доступ в интернет.

Очевидно, что необходимо продолжать создавать инфраструктуру для доступа к сети в малонаселенных пунктах, модернизировать существующие сети для повышения надежности и скорости соединения. Для этого необходимо развивать в стране производство оптического волокна, компонентов, оборудования для построения сети. Несмотря на то, что весомая доля оптоволоконной продукции импортируется в Россию, необходимые технологии для развития сети локализованы. 

Зачем вкладываться в развитие умных городов?

Развитие инфраструктуры станет драйвером для роста числа умных городов и развития тех мегаполисов, которые уже используют такие решения. А для того, чтобы стимулировать приток инвестиций в строительство информационно-коммуникационной инфраструктуры, дата-центров, создания программного обеспечения, нужно заниматься совершенствованием законодательства — формировать местные стандарты, снижать административные барьеры, создавать стимулы, которые подтолкнут бизнес к созданию инфраструктуры для умных городов. В частности, эффективным инструментом здесь могут выступить концессионные соглашения в ИТ-проектах. 

Безусловно, развитие умных городов не только делает жизнь людей более комфортной, но и имеет экономический смысл. Используемые технологии помогают снижать объем затраченных ресурсов и повышать эффективность работы городских систем. Например, интеллектуальные системы управления дорожным движением помогают уменьшить пробки, экономят время пассажиров и используемое ими топливо. А интеллектуальные системы освещения в общественных местах позволяют уменьшить расход электричества и сэкономить расходы бюджета.

Еще один важный момент заключается в том, что умные города выступают драйверами развития инновационных производств. Развертывание интеллектуальной инфраструктуры и разработка новых технологий и услуг могут создать новые рабочие места в таких сферах, как проектирование, анализ данных, разработка программного обеспечения и городское планирование.

Наконец, объекты умного города создаются с учетом принципов устойчивого развития — чтобы уменьшить негативное воздействие города на окружающую среду, повысить жизнеспособность городских систем. Наглядный пример — Пекин: за счет развертывания датчиков качества воздуха в городе стали тщательнее отслеживать источники загрязнения, и это позволило сократить объем выбросов в атмосферу на 20%. Работа по достижению целей устойчивого развития особенно важна, поскольку в мире продолжается урбанизация населения. Уже сегодня горожане потребляют 80% всей энергии, 75% мировых природных ресурсов и несет ответственность за 75% выбросов углерода. По данным исследований Allied Market Research, к 2050 году уже около двух третей населения мира будет проживать в городах, а значит доля потребляемых ресурсов городским населением вырастет. 

Поэтому аналитики считают, что в ближайшие годы рынок решений для умных городов будет развиваться высокими темпами. На начало текущего года, по оценкам инвестиционной компании Insight Partners, рынок умных городов составлял $1 094,23 млрд, объем рынка в 2028 году прогнозируется уже на уровне $3 110,58 млрд. 

Читать далее:

Найдена уникальная звездная система: ее планеты противоречат известным моделям

Найден странный радиовсплеск: он ставит под сомнение то, что ученые о них знают

Посмотрите, как взорвалась самая большая за последние 10 лет сверхновая

На обложке: изображение от fanjianhua на Freepik