Современный уровень развития информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) позволил людям широко использовать термин «умный город». Несмотря на интуитивное для людей определение, существует иная интерпретация критериев, которыми должен обладать такой город. «Умный город» – это город, в котором «ИКТ интенсивно используются для улучшения качества жизни их граждан при обеспечении устойчивого развития». Умный город также считается «разумным способом предоставления услуг населению или бизнесу и реализации функций государственного управления, основанных на широком использовании оборудования, программного обеспечения и организационных и технических мер в секторах городской экономики».

Концепция «умного города» в долгосрочной перспективе подразумевает минимизацию доли человеческого вклада в модель управления городом, а в некоторых областях – полное отсутствие живого труда в функции управления. Таким образом, человек становится потребителем преимуществ автономной системы «умный город». Но сегодня разработка ученых в области искусственного интеллекта не позволяет ему возложить функции принятия управленческих решений. Для этого нужно усовершенствовать технологию машинного обучения, а также скорость передачи данных, в том числе сбор и обработку информации в Интернете.

Город представляет собой сложную многоуровневую систему, которая должна учитывать внутренние и внешние факторы, подсистемы микро, мезо и макроуровней, чье развитие и взаимодействие могут быть полностью искусственными и предсказуемыми (например, планирование городского планирования пространства, электричество и водоснабжение) и более случайные (объем инвестиций, социокультурные движения)

Результаты исследования

Способ первый: умный город «с нуля»

Масдарский проект предусматривал размещение 50 000 жителей на площади 6 квадратных километров; Строительство началось в 2008 году. Основной целью проекта было достижение «нулевого выброса углерода». Но в 2016 году такой суровый язык был заброшен. Причина в том, что архитекторы признали невозможность достижения «нулевого уровня», даже если Масдар когда-либо будет полностью завершен. Сегодня ожидаемая дата завершения – 2030 (план был определен в 2018 году). В городе проживает 300 человек, большинство из которых являются аспирантами местного института науки и технологии, около 2000 человек приезжают на работу в город. Работает беспилотная система электромобилей.

Проект южнокорейского города Сонгдо был запущен в 2002 году. Сейчас город наполовину закончен. Причина в том, что проект стоимостью 45 миллиардов долларов не смог привлечь инвесторов. Первый этап проекта должен был быть завершен в 2015 году, но дата была перенесена сначала на 2018 год, а затем на 2022 год.

Сорок процентов площади 53,3 кв. км в рамках проекта предполагается занять парк, аналогичный Центральному парку в Нью-Йорке США. В противном случае информационные технологии, основанные на принципах интерактивности с возможностью дистанционного управления объектом управления, должны быть внедрены повсеместно, благодаря чему предполагалась переработка отходов в электричество. Город имеет собственную систему электроснабжения и автономную транспортную инфраструктуру, основным видом транспорта является велосипед, 95% парковочных мест находятся под землей. Стремление инвесторов привлечь эмигрантов из США, Германии, Великобритании и Новой Зеландии привело к тому, что общий уровень цен в городе, включая школьные и больничные услуги, слишком дорог для обычных людей, что вынуждает их отправляться в Сеул. Население Сонгдо составляет всего около 70000 – 25% от максимально возможного. Несмотря на высокую концентрацию технологического оборудования, в городе нет объектов культуры: музеев, театров или кинотеатров.

Искандар в Малайзии строится с 2006 года и рассчитан на 3 миллиона человек. Запланированный год завершения – 2025 год. Концепция города включает шесть областей: «Умная экономика», «Умная среда», «Умная мобильность», «Умное управление», «Умная жизнь». Технологии включают возобновляемые источники энергии, переработку отходов, широкое использование общественного транспорта, интеллектуальные услуги и электромобили. Симбиотическая система сочетания растительности и архитектуры должна создать крупнейшую в мире сеть зеленых крыш. Многие азиатские города страдают от перенаселения и загрязнения. Искандар предлагает «разнообразие»: в городе будут как небоскребы, так и небольшие здания с автономными районами и зелеными зонами. Разнородный городской ландшафт должен улучшить умственное состояние людей и социальную сплоченность.

В России умный город с нуля называется Иннополис в Республике Татарстан. Официально, как город, он был открыт в июне 2015 года. Иннополис рассчитан на 50 тысяч человек. По данным Федеральной службы государственной статистики по состоянию на 01.01.2019 г. население города составляет 407 человек. Считается, что в городе работают и обучаются 3,5 тысячи человек, ежегодно его посещают 100 тысяч туристов. В городе всего 20 многоквартирных домов. Аренда 3-комнатной квартиры обойдется в 17 тысяч рублей, цена покупки составляет 1 кв. м жилья – 60 тысяч рублей (для сравнения, в Казани аналогичные показатели составили 43 и 78 тысяч рублей за аналогичный период).

В городе создан технопарк на 2,2 тысячи рабочих мест, действует частный университет (в 2019 году в нем обучалось 771 студент), создан современный медицинский центр на 500 посещений в смену. создана современная и разнообразная инфраструктура спорта и культуры (стадион, бассейн, гольфклуб, горнолыжный курорт и т. д.). Чтобы привлечь инвесторов и развить инфраструктуру в городе, в технопарке были уплачены низкие арендные ставки (206,5 руб. / М2) – 530-640 руб. В июле 2019 г. E для Госжилфонда предложили 10 тыс. Кв. м коммерческой недвижимости на первых этажах жилых домов по месячной ставке 100 руб / м² для предприятий общественного питания, аптек, магазинов розничной торговли и объектов отдыха. Иннополис – это особая экономическая зона (ОЭЗ) с чрезвычайно низкими налогами. Первые 10 лет транспортный налог, налог на имущество, земельный участок составит 0%, подоходный налог – 2%. В декабре 2019 года 86 компаний-резидентов и 13 компаний-партнеров реализовали проекты в ZES Innopolis.

Доступность транспорта Иннополис обеспечивается автомобильным транспортом, речными лодками и вертолетами. Он стал первым городом в Европе, где было протестировано беспилотное такси Яндекса. На данном этапе развития Иннополис больше похож на отдаленный регион Казани, к которому есть микроавтобус

Способ второй: изменение существующего города

Нацеленность на конкретную цель – модель городского развития, «зеленый» город, адаптируемый город, культурный город, здоровый город, спортивный город, город устойчивого развития и, наконец, модель – «умный» город.

«Умная» модель развития предполагает постоянные инновационные преобразования на всех уровнях управления в различных областях городской жизни. Уровень развития сфер неоднороден, изменения требуют много ресурсов и энергии; поэтому система активно сопротивляется и стремится сохранить свое постоянство. Изменения влияют на бизнес-модели, системы управления и взаимодействие между участниками города, так что они в основном говорят о новых.

Преобразование существующего города требует больших усилий для реорганизации устоявшихся взглядов, моделей поведения жителей и других участников. Однако, несмотря на изменения, которые претерпели многие города (Сингапур, Сеул, Нью-Йорк, Вена, Дубай, Копенгаген и другие), они не преминули выполнить свою главную функцию – стать комфортным местом для жизни людей. Города стремятся стать «умными» для решения проблем, которые возникают в основном в связи с ростом населения, ростом потребления и расширением производства.

Одной из самых распространенных проблем является экология. Многие города борются с проблемой утилизации, но интеллектуальные города решают ее нестандартным способом, используя информационные и коммуникационные технологии. Например, правительство Нью-Йорка в Соединенных Штатах, как часть концепции «умного города», в сотрудничестве с Bigbelly внедрило умные урны для мусора по всему городу. Компания трансформирует управление отходами из общественных мест с помощью облачной системы. Контейнеры для мусора имеют компактор и солнечные панели, что позволяет вам работать на 500% эффективнее, чем обычные мусорные баки. Контейнеры содержат беспроводной датчик для контроля уровня мусора, который используется при планировании маршрутов сбора мусора. Нью-Йорк постоянно следит за качеством воздуха.

Это позволяет определить источники загрязнения, а затем уменьшить их. Обработанные сточные воды и дождевая вода. Город предоставляет бесплатный Wi-Fi, который обеспечивает доступ к 311 государственным приложениям государственных служб. Финансирование исходит от рекламы. Чтобы сэкономить деньги налогоплательщиков, город перешел на светодиодное освещение. В городе имеется сеть мониторинга города.

Результаты

В результате анализа представленных проектов «умного города» с нуля, созданных на основе существующих, Тяньцзинь следует считать наиболее успешным, поскольку ему удалось привлечь 29% запланированного населения в Сингапур и город благодаря значительному влиянию на повышение качества жизни людей. Поэтому «рост населения» и «повышение качества жизни» должны стать критериями для оценки эффективности проекта «Умный город».

Вывод

Таким образом, успех внедрения технических решений во многом зависит от человеческого фактора. Существующие города страдают от инертности в управлении и поведении граждан, сопротивляясь необходимым изменениям для перехода в группу «умных городов». Умные города «с нуля» не могут стать полными городами без населения. В современных условиях «умный город» – это набор отдельных технических решений в разных областях экономики, которые не всегда пересекаются и взаимодействуют друг с другом. Но для того, чтобы стать по-настоящему умным, городу нужна умная техническая и материальная база, умное управление и умные жители

Развитие регионов и городов в настоящее время тесно связано с уровнем развития информационных технологий. С экранов телевизоров и мониторов компьютеров все чаще можно услышать слова: цифровизация, цифровая экономика, «Умный город».

Что же подразумевается по термином «Умный город»? Создание глобальной инфраструктуры связи на территории крупных мегаполисов, включающей в себя цифровые сервисы всех социально-значимых объектов: больниц и поликлиник, фельдшерско-акушерских пунктов, школ, колледжей, университетов, органов государственной власти и органов местного самоуправления, – это и есть «Умный город» [1].

С 2018 г. национальный проект «Цифровая экономика» входит в перечень основных направлений стратегического развития страны и служит для масштабного применения цифровых технологий в социально-экономической деятельности. При этом программу цифровизации прежде всего связывают с повсеместным обеспечением жителей страны услугами сотовой связи и мобильным широкополосным доступом к сети «Интернет», ведь только после этого можно обеспечить граждан всевозможными цифровыми сервисами [2].

В России первым городом, где внедрялась технология «Умный город» стал г. Саров. Информационная система, выполненная саровскими разработчиками, позволила в онлайн-режиме контролировать ряд процессов жизнедеятельности города, адресовать профильным специалистам каждое обращение граждан по любой проблеме, минуя бюрократические проволочки, получить доступ к информации о движении общественного транспорта и уборочной техники, контактные данные ближайших организаций, медицинских учреждений и опорных пунктов полиции. При этом в системе обеспечен контроль: кто и когда взял проблему в работу, как решил.

Работа над реализацией концепции развития «Умного города» ведется и в Екатеринбурге уже несколько лет и пока находится скорее на зачаточной стадии. Она, также как и в г. Саров, включает в себя направления автоматизации различных сфер деятельности с использованием цифровых решений – от жилищно-коммунального хозяйства и городского транспорта до интернет-сервисов для населения в областях здравоохранения, образования, участия в решении проблем благоустройства, озеленения и т. д [3].

У концепции «Умный город» есть как многочисленные сторонники, так и противники. Сторонники говорят о плюсах, противники о минусах. Рассмотрим обе точки зрения.

Рисунок 1. Недостатки концепции «Умный город»

Рисунок 2. Преимущества концепции «Умный город»

В заключении можно сделать следующий вывод: даже при существующих недостатках, внедрение сквозных технологий «Умный город» прежде всего ориентировано на человека, и, хотя такие технологии проще организовать в маленьких городах, таких как г. Саров, но хочется верить, что и в нашем миллионном городе данная концепция будет воплощена в жизнь.

Рациональное распределение ресурсов внутри беспроводных сетей требует применения адаптивных алгоритмов, способных учитывать приоритетность различных типов трафика. В условиях интернета вещей важно обеспечивать стабильную работу медицинских датчиков и систем безопасности даже при пиковых нагрузках на базовые станции. Обучение интеллектуальных систем управления трафиком позволяет предотвращать перегрузки и обеспечивать непрерывность бизнес-процессов на автоматизированных предприятиях. Архитектурная гибкость современных платформ связи способствует их быстрой модернизации под требования конкретных отраслей экономики. Мы стремимся к созданию универсальной среды, где каждое устройство обладает мгновенным доступом к необходимым вычислительным ресурсам.

Проблема энергоэффективности абонентских терминалов интернета вещей решается за счет внедрения методов пассивной передачи данных и сбора энергии из окружающей среды. Сети шестого поколения проектируются с учетом необходимости обслуживания миллиардов автономных датчиков, способных работать годами без замены элементов питания. Оптимизация протоколов физического уровня направлена на минимизацию времени работы радиопередатчика, что существенно продлевает жизненный цикл устройств. Разработка экологически чистых технологий связи становится этической нормой для ведущих производителей телекоммуникационного оборудования. Устойчивое развитие цифровой среды невозможно без бережного отношения к энергетическим ресурсам планеты.

Безопасность и конфиденциальность в сетях интернета вещей обеспечиваются за счет использования криптографических методов, устойчивых к атакам с применением квантовых вычислений. Архитектура безопасности должна быть многоуровневой, начиная от физической защиты модулей связи и заканчивая облачными системами аутентификации. Обучение алгоритмов обнаружения аномалий в поведении устройств позволяет мгновенно выявлять попытки несанкционированного доступа или взлома сегментов сети. Прозрачность процессов передачи информации повышает доверие пользователей к сервисам умного дома и электронного правительства. Постоянное совершенствование систем защиты является необходимым условием для массового внедрения критических технологий связи.

Интеграция сетей связи с системами спутникового интернета обеспечивает глобальное покрытие и доступность сервисов в любой точке земного шара. Это особенно важно для мониторинга климатических изменений и управления логистическими цепочками в труднодоступных регионах. Обучение моделей для бесшовного переключения между наземными и космическими сегментами сети гарантирует надежность соединения в любых условиях. Архитектурная сложность таких гибридных систем требует высокой квалификации инженеров и использования современного программного обеспечения для моделирования. Глобальная связность становится фундаментом для обмена знаниями и научно-технического прогресса всего человечества.

Экономический эффект от внедрения высокоскоростных сетей проявляется в автоматизации рутинных операций и снижении эксплуатационных расходов предприятий. Интернет вещей позволяет осуществлять предиктивное обслуживание оборудования, предотвращая аварии и простои на производстве. Обучение персонала работе с цифровыми двойниками реальных объектов становится обязательным элементом корпоративной культуры современных компаний. Использование данных, получаемых в режиме реального времени, повышает точность управленческих решений и способствует росту производительности труда. Технологии пятого и шестого поколений выступают в роли мощного катализатора четвертой промышленной революции.

Демократизация доступа к информации и цифровым услугам способствует социальному развитию и повышению уровня жизни населения. Обучение молодежи навыкам программирования и управления интеллектуальными системами в рамках образовательных инициатив открывает новые карьерные возможности. Доступность скоростного интернета в сельской местности позволяет развивать дистанционное образование и телемедицину, сокращая цифровой разрыв. Инфраструктурные проекты в сфере связи поддерживаются государством как стратегические инвестиции в будущее страны. Искусственный интеллект и интернет вещей становятся привычными инструментами для решения повседневных задач граждан.

Системный мониторинг состояния сетей связи позволяет операторам своевременно проводить модернизацию оборудования и расширять зону покрытия. Использование больших данных для анализа трафика помогает оптимизировать топологию сети и повышать качество предоставляемых услуг. Обучение нейросетей прогнозировать спрос на ресурсы связи в различных локациях обеспечивает высокую удовлетворенность абонентов. Постоянный поиск новых технических решений направлен на достижение идеального пользовательского опыта. Будущее телекоммуникаций неразрывно связано с развитием программно-определяемых сетей и виртуализацией функций управления.

Адаптация протоколов связи для работы в условиях высокой мобильности объектов важна для развития систем автономного вождения. Автомобили должны обмениваться информацией друг с другом и с дорожной инфраструктурой со скоростью, сопоставимой с реакцией человеческого мозга. Обучение систем коллективного принятия решений на базе данных из сети шестого поколения позволит полностью исключить аварийность на дорогах. Архитектурные решения в области интеллектуальных транспортных систем требуют высочайшего уровня надежности и защиты от помех. Мы работаем над созданием безопасной городской среды, где транспорт функционирует как единый отлаженный механизм.

Развитие компонентной базы для радиоэлектроники, включая использование новых полупроводниковых материалов, способствует миниатюризации модулей связи. Это позволяет встраивать интеллектуальные функции в самые простые предметы быта, расширяя границы интернета вещей. Обучение материаловедов и инженеров-микроэлектронщиков направлено на создание устройств с минимальным собственным энергопотреблением. Инновации в области антенных решеток и систем формирования луча обеспечивают высокую эффективность использования радиочастотного ресурса. Технологический суверенитет в сфере производства чипов связи является приоритетом для многих государств.

Этическая сторона тотального проникновения технологий интернета вещей обсуждается учеными и правозащитниками для защиты частной жизни граждан. Важно обеспечить прозрачность алгоритмов сбора данных и предоставить пользователям полный контроль над их личной информацией. Обучение цифровой грамотности помогает людям осознанно использовать преимущества подключенных устройств, минимизируя риски. Архитектура систем должна проектироваться с учетом принципов приватности по умолчанию. Социальная ответственность технологических компаний становится важным фактором их долгосрочного успеха.

Рациональное сочетание локальных вычислений на устройствах и мощных облачных ресурсов обеспечивает гибкость современных информационных систем. Модели машинного обучения могут эффективно распределяться по всей иерархии сети в зависимости от требований к задержке и точности. Обучение систем динамической миграции задач повышает общую отказоустойчивость инфраструктуры. Подобные гибридные подходы позволяют реализовывать сложные сценарии автоматизации при ограниченных ресурсах отдельных узлов. Интеллектуальная сеть становится адаптивным живым организмом, реагирующим на запросы окружающей среды.

 Заключение

Перспективы интеграции биологических и технических систем в рамках сетей шестого поколения открывают путь к созданию интерфейсов дополненной реальности нового уровня. Передача тактильных ощущений и запахов через высокоскоростные каналы связи изменит наше представление о дистанционном взаимодействии. Обучение нейронных интерфейсов для прямой передачи информации в мозг является одной из самых футуристических задач современной науки. Эти исследования требуют глубоких знаний в области нейрофизиологии и квантовой физики. Мы стоим на пороге величайшей трансформации способов коммуникации между людьми.