Inteligentne oświetlenie uliczne i miasto przyszłości

Autor: Lorenzo Amicucci, Business Development Manager, Nordic Semiconductor

Niedawno liczba mieszkańców na świecie przekroczyła osiem miliardów, przy czym większość z nich mieszka w miastach. Współczesny świat podlega tak szybkiej urbanizacji, że według prognoz ONZ do 2050 roku 70% światowej populacji będzie żyło w miastach i na obszarach miejskich. 

W porównaniu do stanu obecnego, taki stopień urbanizacji zwiększy populację miast na całym świecie o kolejne 2,5 miliarda ludzi. Ludzie ci będą potrzebować środków do życia i pracy, dalej zwiększając emisje i zużycie energii. Aby sprostać temu dodatkowemu zapotrzebowaniu, będziemy potrzebować inteligentniejszych sposobów zarządzania tymi zasobami, aby zapewnić, że wystarczy ich dla wszystkich. Będziemy również potrzebować inteligentniejszych sposobów radzenia sobie z generowanymi przez ludzi odpadami.

Inteligentne miasto obiecuje odpowiedzieć na te potrzeby. Zdefiniowane jako miejsce, w którym rozwiązania cyfrowe wspierane przez IoT są wykorzystywane do zwiększenia wydajności tradycyjnych sieci komunikacyjnych i usług komputerowych, inteligentne miasto jest ostatecznie zaprojektowane w celu poprawy życia jego mieszkańców i przedsiębiorstw.

Pomysł ten narodził się wiele lat temu, gdy w 1994 roku Amsterdam stał się pionierem w tej dziedzinie, tworząc wirtualne „cyfrowe miasto” – De Digital Stad (DDS) – w celu promowania korzystania z Internetu.

Od tego momentu inni również podjęli wyzwanie. Singapur, Zurych i Oslo uplasowały się na pierwszych miejscach na liście najmądrzejszych miast na świecie według Smart City Index 2021.

Obecnie coraz więcej miast przyjmuje rozwiązania inteligentnych miast opartych na IoT, aby pomóc rozwiązać problem rosnącej urbanizacji, zużycia energii, zagęszczenia ruchu ulicznego i kwestii ochrony środowiska. 

Inteligentne oświetlenie uliczne

Jednym z największych pochłaniaczy energii w każdym mieście jest oświetlenie uliczne. Zaprojektowane w celu umożliwienia bezpiecznej podróży w godzinach wieczornych i nocnych, a tym samym niezbędne w nowoczesnym mieście 24/7, oświetlenie uliczne musi stać się bardziej wydajne, aby oszczędzać energię i zmniejszać emisje. 

Całkowite wyłączanie świateł ulicznych w godzinach zmniejszonego ruchu, kiedy mniej osób porusza się po mieście nie jest dogodnym, ani bezpiecznym rozwiązaniem. Na szczęście rozważane są również bardziej zaawansowane metody, w tym połączenie z IoT, aby oświetlenie uliczne było inteligentniejsze i bardziej elastyczne w kwestii zapotrzebowania na energię. Połączenie z siecią zapewnia, że skromny słup uliczny może stać się inteligentny i robić o wiele więcej niż tylko oświetlać drogę.

Oprócz ostrożnego zarządzania energią, lampy uliczne mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii elektrycznej poprzez przejście z konwencjonalnych źródeł światła na diody LED. UE szacuje, że do 50% miejskiego rachunku za energię składa się z kosztów oświetlenia ulicznego, i że można zaoszczędzić do 1,9 mld EUR (2,07 mld USD) przechodząc na oświetlenie LED w całej Europie.

Te tak zwane „inteligentne słupy” potrafią optymalizować własne zużycie energii – na przykład poprzez włączanie się na krótszy czas w okresie letnim – i dostarczać informacji zwrotnych na temat stanu działania diod LED. Dzięki dodatkowym inteligentnym możliwościom, takim jak automatyczne przyciemnianie i wykrywanie obecności, słupy uliczne mogą oszczędzić nawet 90% energii w porównaniu z tradycyjnym oświetleniem ulicznym.

Budowanie inteligentniejszego miasta

Oprócz zapewnienia oświetlenia, inteligentne lampy uliczne mogą stanowić platformę dla czujników zaprojektowanych w celu zapewnienia swoim obywatelom wygody i bezpieczeństwa. Na przykład, inteligentne czujniki mogą przekształcić oświetlenie uliczne w centrum monitorowania chodników i kamer drogowych, monitorowania jakości powietrza i pogody, wykrywania powodzi, wyświetlania informacji, kontaktu ze służbami ratunkowymi, ogłoszeń publicznych, a nawet hotspotów Wi-Fi i ładowania pojazdów elektrycznych (EV).

Na przykład, wiedza o tym, jak w czasie rzeczywistym zmieniają się warunki pogodowe, takie jak opady deszczu i poziom wody, może pomóc miastu szybciej przygotować się na potencjalne powodzie, umożliwiając lepszą ochronę infrastruktury i społeczności. Dane te są rejestrowane przez podłączone czujniki, podczas gdy zaawansowane analizy mogą być wykorzystywane do ujawniania trendów i odkrywania kluczowych spostrzeżeń. 

Jednakże inteligentne oświetlenie uliczne nie jest jedyną platformą dla czujników IoT. Niedrogie urządzenia bezprzewodowe o niskim poborze mocy, zasilane bateriami lub nawet ogniwami słonecznymi, mogą być umieszczone w wielu miejscach w celu dostarczenia danych granularnych na temat czynników, takich jak zaopatrzenie w wodę, elektryczność, inteligentne warunki budowlane lub miejsce pobytu cennych towarów. Dzięki długiej żywotności baterii mierzonej w latach, czujniki te mogą dostarczać kluczowych danych dla sieci IoT, minimalizując jednocześnie koszty utrzymania sieci poprzez ograniczenie regularnych cykli wymiany baterii. 

Dużą ilość generowanych danych można wykorzystać do uzupełniania baz danych dotyczących uczenia maszynowego (machine learning - ML), które mogłyby na przykład wskazać potencjalne awarie niezbędnych urządzeń, umożliwiając skuteczniejsze ukierunkowanie zasobów eksploatacyjnych.

Ponadto czujniki w inteligentnych budynkach w inteligentnym mieście mogą dostarczać danych na temat tego, gdzie zużywane są zasoby. Dzięki danym pozyskiwanym w czasie rzeczywistym na temat takich kwestii jak zużycie energii i wytwarzanie odpadów, dostawcy energii mogą zoptymalizować dostawy, a firmy zajmujące się gospodarowaniem odpadami mogą zapewnić, że zbiórki są planowane tylko w razie potrzeby, minimalizując emisje.

Łączność jest kluczowa

Rozwiązania łączności bezprzewodowej są potrzebne do zasilania inteligentnego oświetlenia ulicznego i aplikacji inteligentnego miasta. Nordic Semiconductor dostarcza pełen zakres rozwiązań, w tym SiPs serii NRF91. Produkty te oferują łączność komórkową IoT LTE-M/NB-IoT i DECT NR+ o niskim poborze mocy. Technologia ta zapewnia solidną łączność dalekiego zasięgu z długą żywotnością baterii. Taka łączność jest szczególnie ważna w przypadku bezprzewodowych czujników stosowanych w odległych i niesprzyjających środowiskach, do których dostęp jest utrudniony.

SiPs serii nRF91 firmy Nordic oferują potężne procesory aplikacji, dużą pamięć i wsparcie dla ML, które umożliwia lokalną analizę informacji o czujniku. Oznacza to, że tylko najważniejsze informacje są przekazywane do chmury, zmniejszając zużycie energii i oszczędzając na opłatach za przesyłanie danych.

Te istotne informacje mogą przybierać kilka form: w zależności od algorytmów, mogą to być osoby wykryte przez czujniki dźwiękowe, przemieszczające się w dużych grupach w nietypowych godzinach lub nieoczekiwane dźwięki, które mogą wskazywać na uderzenie pojazdu w przeszkodę. Wydarzenia te są nietypowe i dlatego warto je zgłaszać władzom, w przeciwieństwie do godzin niezmiennych i prozaicznych danych.

Dzięki łączności dalekiego zasięgu, inteligentne miasto może pomóc chronić mieszkańców miasta i im służyć, a jednocześnie robić wiele dla ochrony planety poprzez zapewnienie, że energia i zasoby są wykorzystywane tak efektywnie, jak to możliwe.