De la iluminatul public la iluminatul inteligent. De la iluminatul inteligent la orașele inteligente. Impulsionate de nevoia de sustenabilitate și control, orașele adoptă soluții inteligente. Acest articol identifică unii dintre acești factori și arată ce face ca iluminatul public să fie o opțiune fantastică de infrastructură pentru dezvoltarea unui oraș inteligent. Acesta explică modul în care alte tehnologii pot fi adăugate la rețeaua de iluminat și care este rolul tehnologiilor de comunicare IoT în integrarea aplicațiilor inteligente.

Ați auzit de orașele inteligente, desigur. Dar cum funcționează, de fapt, sistemele orașelor inteligente și care sunt obiectivele pe care un astfel de oraș promite să le atingă? Cum se transpune teoria orașelor inteligente în practică și chiar există în prezent orașe inteligente?

Ei bine, sunt multe de discutat despre toate elementele care definesc un oraș inteligent. Din acest motiv este atât de greu de spus dacă există astăzi orașe care pot fi considerate “orașe cu adevărat inteligente“. Ceea ce știm cu siguranță este că există inițiative inteligente care susțin ideea unui oraș inteligent.

Probabil că ați auzit de traficul inteligent sau de iluminatul public inteligent. Senzorii de gestionare a deșeurilor pot fi amplasați în containerele de deșeuri pentru a măsura nivelul de umplere al acestora și pentru a anunța lucrătorii când pubelele sunt gata să fie golite. Pentru a economisi timpul în trafic, unele orașe au instalat senzori în intersecții pentru a determina volumul de trafic și pentru a regla funcționarea semafoarelor în funcție de numărul de vehicule. Alții folosesc senzori pentru colectarea datelor privind calitatea aerului sau lumini inteligente care își ajustează automat luminozitatea în funcție de nivelul de activitate.

Odată cu creșterea urbanizării, există o serie de provocări importante pe care orașele au început să le abordeze, iar digitalizarea a devenit răspunsul la unele dintre problemele nerezolvate cu care se confruntă orașele moderne în prezent. Preocupări legate de mediu, constrângeri bugetare, oameni care așteaptă la mai mult? Un oraș inteligent promite soluții.

Informații. Analiză. Controlul.

Dar, până la urmă, v-ați întrebat vreodată ce face un oraș să fie inteligent? Orașele inteligente integrează trei elemente: informații, analiză și control. Mai exact, o rețea interconectată de senzori este utilizată pentru a colecta date în timp real, care sunt apoi analizate și utilizate pentru a controla diferite procese din oraș.

Orașele inteligente colectează informații care duc la analize. Analiza duce la decizii. Deciziile duc la acțiuni. Așa este. Date utilizate pentru străzi mai sigure, date pentru îmbunătățirea traficului, date pentru un consum mai mic de energie, date pentru investiții mai bune la nivelul municipalității.

Dar orașele sunt sisteme complexe. Trafic, utilități, siguranță publică, iluminat public etc. – cu atât de multe sisteme diferite, cum funcționează acestea împreună? Și chiar… funcționează? Există două straturi tehnologice care au ajutat deja sute de orașe să depășească aceste probleme: integrarea (interconectivitatea) și software-ul pentru orașe inteligente.

Realizarea conexiunilor

În principiu, pentru a evita sistemele diferite și pentru a încuraja sinergiile, toate sistemele trebuie să fie capabile să comunice între ele(TALQ și uCIFI sunt două dintre aceste standarde de interconectivitate). În plus, companii precum Cisco, Nokia sau Ericsson au dezvoltat suite de software care conectează sisteme neasociate între ele și permit municipalității să supravegheze și să controleze totul dintr-un singur loc.

Odată rezolvate aceste provocări, mai există o întrebare importantă: unde se montează toate aceste dispozitive în tot orașul și cum se alimentează? Desigur, datorită noilor comunicații IoT cu consum redus de energie, multe dintre acestea vor funcționa pe baterii. Dar sistemele vitale, cum ar fi controlul traficului și camerele de supraveghere, au nevoie de condiții speciale – și aici intervine infrastructura de iluminat public.

Iluminatul inteligent, o platformă pentru orașele inteligente?

Un oraș inteligent poate părea ușor în teorie, dar cum se ajunge de la un plan de oraș inteligent la implementarea efectivă a soluțiilor inteligente? Și unde intră în joc iluminatul public inteligent?

Iluminatul public poate fi considerat coloana vertebrală a oricărui oraș și infrastructura ideală pentru orașele inteligente de pretutindeni. De ce? Stâlpii de iluminat public sunt omniprezenți. Aceștia au o densitate mare și sunt conectați la rețeaua electrică.

Și chiar mai multă energie este disponibilă, de când orașele modernizează rețeaua de iluminat public cu lămpi cu LED, care sunt mult mai eficiente din punct de vedere energetic. Au fost făcute experimente în cadrul cărora chiar și prizele de încărcare a vehiculelor electrice au fost atașate direct la stâlpii de iluminat public, fără a fi nevoie de lucrări civile.

Un oraș inteligent va utiliza senzori care comunică între ei sau cu software-ul de control. Acești senzori trebuie să fie instalați în tot orașul pe o infrastructură fizică. Această infrastructură fizică este, de obicei, componenta neinteligentă a orașelor inteligente. Aceasta include clădiri, drumuri, cabluri de alimentare cu energie electrică și sisteme de alimentare cu apă. Și orice astfel de infrastructură necesită investiții semnificative, deoarece orașele inteligente sunt proiecte care implică un grad ridicat de complexitate.

În comparație cu un proiect la scară largă, montarea senzorilor pe stâlpii de iluminat public este mai puțin complexă și mai puțin deranjantă și poate fi integrată mai ușor în tot orașul. În plus, controlul individual al iluminatului asigură o alimentare neîntreruptă la nivelul stâlpilor (iluminatul public clasic este oprit în timpul zilei).

Fiecare stâlp ar putea fi asociat la o conexiune de rețea mai largă, ceea ce transformă fiecare lampă într-o platformă de instalare pregătită pentru IoT. Autoritățile pot folosi apoi toate punctele de date fixe din oraș (stâlpii de iluminat) ca bază pentru montarea unor senzori suplimentari pentru alte aplicații inteligente.

Toate acestea înseamnă că toate cele trei elemente esențiale pentru dezvoltarea unui oraș inteligent sunt deja furnizate de iluminatul public inteligent: o infrastructură fizică de instalare, o infrastructură de comunicare și o sursă de alimentare permanentă.

Cum sunt utilizați stâlpii de iluminat public pentru integrarările orașului inteligent?

Ceea ce încurajează implementarea orașelor inteligente este faptul că, datorită controlului la nivel de lampă, rețelele inteligente de iluminat public sunt alimentate continuu, chiar și în timpul zilei. Acest lucru înseamnă că există un număr mare de alți senzori și dispozitive IoT care pot fi alimentate de la rețeaua de iluminat public inteligent, utilizând orice mijloace de comunicare disponibile și fiind coordonate prin intermediul software-ului de iluminat public sau al altor platforme IoT.

Prin instalarea de senzori suplimentari pe lămpile stradale, problemele comune cu care se confruntă orașele în prezent ar putea fi rezolvate. Pe stâlpii inteligenți se pot monta stații de încărcare pentru vehicule electrice, senzori pentru parcare și trafic inteligent, senzori de mediu, camere de supraveghere sau microfoane. Deoarece sistemul de iluminat este prevăzut cu o conexiune sigură și securizată, toate acestea (și multe altele) pot fi integrate cu ușurință în rețeaua electrică.

Cu ajutorul iluminatului inteligent se adaugă și mai multă valoare

Este clar că transformarea iluminatului public într-o platformă pentru servicii multiple, cum ar fi controlul traficului sau monitorizarea calității aerului, s-ar putea dovedi o soluție viabilă. Dar iluminatul inteligent în sine oferă beneficii imediate. Costurile energetice sunt reduse imediat cu până la 35%, iar costurile operaționale scad cu până la 42%.

Cum? Iluminatul inteligent oferă posibilitatea ca fiecare lampă să fie controlată și monitorizată individual, ceea ce înseamnă că nu va mai fi nevoie de verificări pe timp de noapte. De asemenea, controlerul inteligent instalat cu fiecare lampă permite o cunoaștere continuă și un control dinamic de aprindere/oprire/modificare a intensității luminoase în funcție de momentul zilei sau de trafic. Toate acestea se traduc prin reducerea costurilor de exploatare, străzi mai sigure, o scădere a costurilor energetice și un mediu mai durabil. În plus, un sistem de iluminat inteligent reduce costurile de întreținere , deoarece defecțiunile lămpilor pot fi detectate și remediate cu ușurință.

Dar de ce contează acest lucru în raport cu celelalte probleme des întâlnite cu care se confruntă orașele? Ce părere aveți despre trafic și mobilitate, conexiune publică Wi-fi sau poluare? După cum am văzut mai sus, dincolo de beneficiile care vin cu un sistem de control al iluminatului, iluminatul public are potențialul de a sprijini toate celelalte aplicații ca parte a implementării mai largi a soluțiilor Internet of Things pentru orașele inteligente.

După cum s-a menționat anterior, un lucru pe care orașele inteligente și iluminatul inteligent îl au în comun este tehnologia informației și a comunicațiilor. Considerată “sistemul nervos”, tehnologia de comunicare este cea care integrează toate elementele unui sistem inteligent într-o singură platformă. Asigură transmiterea de informații între hardware și software, acționează ca un liant între dispozitive și software. În acest fel, orașele inteligente integrează toate serviciile prin intermediul infrastructurilor digitale, fără a fi nevoie să le gestioneze individual.

Dar, având în vedere că există o serie de tehnologii de comunicare disponibile în acest moment, cum vă decideți care dintre ele facilitează integrarea iluminatului public inteligent cu alte dispozitive urbane inteligente?

Scopul este de a conecta mai multe inovații tehnologice într-un mod semnificativ. Dar diferiți furnizori folosesc tehnologii cu conectivitate și modele de date diferite și nu toate tehnologiile de comunicare oferă aceeași flexibilitate în ceea ce privește integrarea. În timp ce unii producători folosesc comunicații open source, alții au aderat la standarde acceptate la nivel mondial, iar alții folosesc integrarea API proprietare.

Standarde deschise vs protocoale proprietare – evitați un oraș blocat într-o singură tehnologie

Un oraș modelat de o viziune pe termen lung va încuraja interacțiunea între toate sistemele orașului inteligent. În acest caz, o comunicare liberă este cea care va permite orașului să beneficieze de aplicații inteligente nelimitate în viitor. Acest lucru se datorează faptului că rețelele cu standarde deschise sunt disponibile în mod gratuit și pot fi implementate în cadrul oricărui model de afaceri. Deoarece sunt mai flexibile, acestea permit posibilitatea de a se conecta la aplicațiile de control inteligent existente, fără a fi nevoie să achiziționați un sistem separat pentru a gestiona fiecare dispozitiv sau sistem suplimentar, ceea ce le face un punct bun de plecare pentru dispozitivele IoT.

Să presupunem că municipalitatea dorește să conecteze un sistem de monitorizare a aerului la o instalație de iluminat inteligent. Acest lucru ar fi posibil numai dacă aceste sisteme ar folosi un limbaj comun, un standard de comunicare deschis. Orașele care implementează sisteme cu standarde deschise vor putea utiliza soluții pentru orașe inteligente de la mai mulți furnizori care “vorbesc” între ele.

Ce se întâmplă dacă vă decideți să schimbați furnizorul rețelei de iluminat inteligent? Probabil că orașul va trebui să reinstaleze un număr mare de sisteme informatice și senzori, ceea ce înseamnă că va pierde toate datele istorice care nu pot fi transferate de la vechiul furnizor. Din nou, această situație poate fi evitată prin utilizarea unor standarde deschise care permit stocarea unor cantități mari de date și utilizarea lor de către alte sisteme.

Acest schimb de informații necesar pentru aplicațiile inteligente a creat necesitatea de a stabili standarde acceptate la nivel mondial. Una dintre acestea este certificarea TALQ, care asigură interoperabilitatea între software și rețele de la diferiți furnizori. De exemplu, deoarece soluția de iluminat inteligent inteliLIGHT utilizează sisteme cu standarde deschise, cu interoperabilitate între furnizori și este certificată TALQ, aceasta poate fi integrată cu alte aplicații software pentru orașe inteligente și poate coexista cu alte controlere compatibile sau cu soluții de iluminat complet diferite.

Pe de altă parte, există protocoale proprietare care ar putea împiedica adoptarea altor servicii și inovații inteligente, deoarece acestea prezintă riscul de blocare din partea furnizorului. Odată ce se face o investiție inițială într-un sistem proprietar, acesta va fi compatibil doar cu tehnologia de comunicare patentată a furnizorului. Va fi necesară o continuitate a investiției de-a lungul timpului cu același producător, ceea ce poate duce la blocarea din partea furnizorului. Iar trecerea la o altă tehnologie sau un alt standard s-ar putea dovedi costisitoare și dificilă.

O altă opțiune care merită luată în considerare este o conexiune API. Standardele proprietare existente, care limitează interoperabilitatea între furnizori, au condus la utilizarea API-urilor (Application Programming Interface – Interfață de Programare). În acest fel, furnizorii și partenerii pot împărtăși și valorifica datele și serviciile celorlalți.

Rețele publice și private

În ceea ce privește comunicarea, este important să se analizeze dacă o rețea publică sau privată permite o implementare mai ușoară a unor soluții inteligente specifice. Acestea necesită costuri diferite și au niveluri diferite de securitate și fiabilitate. Cu toate acestea, totul depinde de nevoile specifice ale orașului și de celelalte sisteme inteligente existente.

Rețelele publice (de exemplu, NB-IoT, LTE-M, GSM) sunt instalate și întreținute de operatorii de telecomunicații. Fiind sub responsabilitatea operatorilor de rețea, aceștia iau măsuri pentru a se asigura că rețeaua este securizată și funcțională în orice moment. Prin urmare, acest tip de comunicare este însoțit de o securitate și o fiabilitate sporite.

Rețelele private (de exemplu, LoRaWAN, Wi-SUN etc.) sunt operate direct de municipalitate sau de furnizorul de iluminat public. Aceste rețele necesită mai multe competențe și responsabilități: planificarea, instalarea, întreținerea și securitatea rețelei – care trebuie să fie efectuate de furnizorul de iluminat. În plus, costurile de instalare sunt mai mari, iar utilizatorii trebuie să asigure ei înșiși întreținerea rețelei, dar costul abonamentului este complet eliminat.

Acoperirea rețelei

Serviciile orașelor inteligente sunt concepute la diferite scări, ceea ce necesită diverse rețele de comunicații care pot acoperi diferite intervale. Din acest motiv, există posibilitatea de a alege între trei rețele diferite, fiecare dintre ele având limite și beneficii diferite: rețele celulare, rețele cu rază lungă de acțiune și rețele cu rază scurtă de acțiune.

Rețelele celulare(NB-IoT, LTE-M) pot include un număr nelimitat de dispozitive și sunt mai potrivite pentru comunicarea în timp real. În cazul în care aplicațiile implementate necesită executarea comenzilor imediat ce sunt trimise, rețelele celulare pot garanta o comunicare instantanee. Cu toate acestea, vine cu o taxă pe consumul de energie și un preț pentru conectivitate.

Rețelele cu rază lungă de acțiune(LoRaWAN, Sigfox) funcționează de obicei pe o rază lungă de acțiune și cu consum redus de energie și pot conecta până la 5 000 de dispozitive la un singur gateway, fiind preferate de furnizorii de soluții atunci când proiectează sisteme IoT sau sisteme urbane inteligente. Acest lucru se datorează faptului că sunt potrivite pentru nevoile specifice ale comunicării M2M (mașină la mașină) și pot permite dispozitivelor IoT să funcționeze în mod fiabil timp de până la 10 ani cu o singură baterie. Rețelele cu rază scurtă de acțiune, cum ar fi RF mesh sau Wi-Fi, au o distanță maximă de la nod la nod de 200-300 de metri și pot cuprinde aproximativ 200 de dispozitive. Fiabilitatea rețelei crește cu cât sunt instalate mai multe noduri.

Întrucât orașele au nevoie de soluții care să răspundă nevoilor lor de infrastructură, găsirea celei mai bune soluții de comunicare se poate dovedi dificilă. Din fericire, diferitele tehnologii de comunicare pot fi utilizate atât separat, cât și combinate. Într-adevăr, există orașe care optează pentru o combinație de tehnologii pentru a asigura o acoperire completă în orice zonă. De exemplu, Grottaglie, un orășel din Italia, a decis să combine comunicațiile LoRaWAN și GSM într-o instalație hibridă care asigură atât controlul și cunoașterea la nivel de lampă, cât și la nivel de segment.

În orice caz, fiecare rețea are avantaje și dezavantaje, care trebuie evaluate ținând cont de geografia zonei, de densitatea urbană, de nevoile și de planurile de dezvoltare viitoare ale orașului. Este important de știut că o conectivitate proprietară va limita opțiunile pentru dezvoltarea viitoare a sistemului; comunicarea în sine ar trebui să aibă un viitor fiabil (rată de adoptare ridicată), astfel încât să aveți piese de schimb și asistență pentru viitorul apropiat; interoperabilitatea este un mare avantaj, adăugând siguranță și flexibilitate în viitor.

Fiecare oraș are propriile ambiții în ceea ce privește soluțiile inteligente, precum și circumstanțele și provocările locale specifice. Valoarea iluminatului public conectat constă în faptul că municipalitățile pot beneficia de un anumit grad de flexibilitate atunci când încearcă să abordeze problemele locale. Un exemplu important este Abu Dhabi, unde, datorită implementării controlerelor inteliLIGHT care permit controlul la nivel de lampă, au fost integrați cu succes și alți senzori și aplicații. Soluțiile IoT compatibile instalate au îmbunătățit calitatea și performanța serviciilor urbane, cum ar fi energia, transportul și utilitățile, și au redus costurile, îmbunătățind în același timp sustenabilitatea.

Obiectivul orașului a fost de a crea o adevărată sinergie a orașului inteligent. Prin urmare, controlul iluminatului public a fost integrat cu alte 10 servicii ale orașului, cum ar fi: urmărirea activelor, monitorizarea calității aerului, parcarea inteligentă, contorizarea apei, detectarea gărgărițelor din palmieri.

Deci, cât de mare este contribuția iluminatului public inteligent la crearea orașului inteligent al viitorului? După cum sugerează datele recente, orașele au început să recunoască faptul că, într-o lume care depinde de un acces permanent la energie și conectivitate, rețeaua de iluminat public este un bun valoros.

Prin valorificarea rețelei străzilor inteligente pentru instalarea de aplicații inteligente suplimentare în oraș, costurile pe termen lung vor fi mult reduse, iar aceste noi servicii vor fi implementate cu o viteză accelerată. Acest lucru face ca un sistem de iluminat conectat să fie o bază solidă pentru orice platformă de oraș inteligent.