روشنایی خیابان بستری ایده آل برای شهرهای هوشمند به هم پیوسته فراهم می کند

شهرهای هوشمند به هم پیوسته رویاهای زیبایی را به ارمغان می آورند. در چنین شهرهایی، فن‌آوری‌های دیجیتال چندین کارکرد مدنی منحصربه‌فرد را برای بهبود بهره‌وری عملیاتی و هوشمندی با هم ترکیب می‌کنند. تخمین زده می شود که تا سال 2050، 70 درصد از جمعیت جهان در شهرهای هوشمند زندگی خواهند کرد، جایی که زندگی سالم، شاد و ایمن خواهد بود. مهمتر از همه، نوید سبز بودن، آخرین برگ برنده بشریت در برابر نابودی سیاره است.

اما شهرهای هوشمند کار سختی هستند. فن‌آوری‌های جدید گران هستند، دولت‌های محلی محدود شده‌اند، و سیاست به چرخه‌های انتخاباتی کوتاه تغییر می‌کند و دستیابی به یک مدل استقرار متمرکز فناوری بسیار عملیاتی و مالی کارآمد را که در مناطق شهری در سطح جهانی یا ملی مورد استفاده مجدد قرار می‌گیرد، دشوار می‌سازد. در واقع، بیشتر شهرهای هوشمند پیشرو در سرفصل‌ها، در واقع تنها مجموعه‌ای از آزمایش‌های مختلف فناوری و پروژه‌های جانبی منطقه‌ای هستند که انتظار چندانی برای گسترش آن وجود ندارد.

بیایید به زباله دان ها و پارکینگ ها نگاه کنیم که با حسگرها و تجزیه و تحلیل هوشمند هستند. در این زمینه، محاسبه و استاندارد کردن بازگشت سرمایه (ROI) دشوار است، به ویژه زمانی که سازمان‌های دولتی بسیار پراکنده هستند (بین سازمان‌های دولتی و خدمات خصوصی، و همچنین بین شهرها، شهرها، مناطق و کشورها). به پایش کیفیت هوا نگاه کنید. چگونه می توان تأثیر هوای پاک بر خدمات بهداشتی در یک شهر را محاسبه کرد؟ به طور منطقی پیاده سازی شهرهای هوشمند سخت است، اما انکار آن نیز سخت است.

با این حال، نوری از نور در مه تغییرات دیجیتال وجود دارد. روشنایی خیابان ها در تمام خدمات شهری، بستری را برای شهرها فراهم می کند تا برای اولین بار عملکردهای هوشمند را به دست آورند و چندین برنامه را ترکیب کنند. به پروژه های مختلف روشنایی هوشمند خیابانی که در سن دیگو در ایالات متحده و کپنهاگ در دانمارک اجرا می شوند نگاه کنید و تعداد آنها در حال افزایش است. این پروژه‌ها آرایه‌هایی از حسگرها را با واحدهای سخت‌افزاری مدولار متصل به تیرهای چراغ ترکیب می‌کنند تا امکان کنترل از راه دور خود روشنایی و اجرای عملکردهای دیگر، مانند شمارنده‌های ترافیک، مانیتورهای کیفیت هوا، و حتی آشکارسازهای تفنگ را فراهم کنند.

از اوج تیر چراغ، شهرها شروع به پرداختن به "قابلیت زندگی" شهر در خیابان، از جمله جریان ترافیک و تحرک، آلودگی صوتی و هوا، و فرصت های تجاری در حال ظهور کرده اند. حتی حسگرهای پارکینگ که به طور سنتی در پارکینگ ها دفن می شوند، می توانند ارزان و کارآمد به زیرساخت روشنایی متصل شوند. کل شهرها می‌توانند ناگهان بدون حفر خیابان‌ها یا اجاره فضا یا حل مشکلات محاسباتی انتزاعی درباره زندگی سالم‌تر و خیابان‌های ایمن‌تر، شبکه‌سازی و بهینه‌سازی شوند.

این کار به این دلیل کار می کند که در بیشتر موارد، راه حل های روشنایی هوشمند در ابتدا با صرفه جویی در راه حل های هوشمند محاسبه نمی شوند. در عوض، زنده ماندن انقلاب دیجیتال شهری نتیجه تصادفی توسعه همزمان روشنایی است.

صرفه جویی در مصرف انرژی ناشی از جایگزینی لامپ های رشته ای با روشنایی LED حالت جامد، به همراه منابع تغذیه در دسترس و زیرساخت های روشنایی گسترده، شهرهای هوشمند را امکان پذیر می کند.

سرعت تبدیل LED در حال حاضر ثابت است و روشنایی هوشمند در حال رونق است. به گفته گروه نورث ایست، تحلیلگر زیرساخت های هوشمند، حدود 90 درصد از 363 میلیون چراغ خیابانی جهان تا سال 2027 توسط چراغ های LED روشن می شوند. یک سوم از آنها همچنین برنامه های هوشمند را اجرا می کنند، روندی که از چند سال پیش آغاز شد. تا زمانی که بودجه و طرح‌های اولیه منتشر نشود، روشنایی خیابان‌ها به بهترین وجه به عنوان زیرساخت شبکه برای فناوری‌های دیجیتال مختلف در شهرهای هوشمند در مقیاس بزرگ مناسب است.

صرفه جویی در هزینه LED

طبق قوانین کلی پیشنهاد شده توسط تولیدکنندگان روشنایی و حسگر، روشنایی هوشمند می تواند هزینه های اداری و نگهداری مربوط به زیرساخت را 50 تا 70 درصد کاهش دهد. اما بیشتر این صرفه‌جویی‌ها (حدود 50 درصد، که برای ایجاد تفاوت کافی است) را می‌توان به سادگی با تغییر به لامپ‌های LED کم‌مصرف تحقق بخشید. مابقی صرفه جویی از اتصال و کنترل روشنگرها و ارسال اطلاعات هوشمند در مورد نحوه عملکرد آنها در سراسر شبکه روشنایی حاصل می شود.

تنظیمات و مشاهدات متمرکز به تنهایی می تواند هزینه های نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. راه های زیادی وجود دارد، و آنها مکمل یکدیگر هستند: برنامه ریزی، کنترل فصلی و تنظیم زمان. تشخیص خطا و کاهش حضور کامیون تعمیر و نگهداری. تاثیر با اندازه شبکه روشنایی افزایش می‌یابد و به کیس ROI اولیه بازمی‌گردد. بازار می‌گوید این رویکرد می‌تواند در حدود پنج سال هزینه‌های خود را بپردازد، و این پتانسیل را دارد که با استفاده از مفاهیم شهر هوشمند «نرم‌تر» مانند حسگرهای پارک، مانیتورهای ترافیک، کنترل کیفیت هوا و آشکارسازهای تفنگ، هزینه‌های خود را در زمان کمتری بپردازد. .

Guidehouse Insights، تحلیلگر بازار، بیش از 200 شهر را دنبال می کند تا سرعت تغییرات را بسنجد. می گوید یک چهارم شهرها در حال اجرای طرح های روشنایی هوشمند هستند. فروش سیستم های هوشمند در حال افزایش است. تحقیقات ABI محاسبه می کند که درآمد جهانی تا سال 2026 ده برابر خواهد شد و به 1.7 میلیارد دلار خواهد رسید. زیرساخت‌های روشنایی خیابان‌ها که ارتباط نزدیکی با فعالیت‌های انسانی دارد، به عنوان بستری برای شهرهای هوشمند در یک زمینه گسترده‌تر راهگشاست. به گفته ABI، در اوایل سال 2022، بیش از دو سوم از تاسیسات جدید روشنایی خیابان ها به یک پلت فرم مدیریت مرکزی برای ادغام داده های چندین حسگر شهر هوشمند متصل خواهند شد.

آدارش کریشنان، تحلیلگر اصلی در ABI Research، می‌گوید: «فرصت‌های تجاری بیشتری برای فروشندگان شهرهای هوشمند وجود دارد که از زیرساخت‌های قطب نور شهری با استقرار اتصال بی‌سیم، حسگرهای محیطی و حتی دوربین‌های هوشمند استفاده می‌کنند. چالش این است که مدل‌های کسب‌وکار بادوام را پیدا کنیم که جامعه را تشویق کند راه‌حل‌های چند حسگر را در مقیاس به روشی مقرون‌به‌صرفه به کار گیرد.»

سوال دیگر این نیست که آیا باید وصل شد یا نه، بلکه این است که چگونه و چقدر باید وصل شد. همانطور که کریشنان مشاهده می‌کند، بخشی از این موضوع مربوط به مدل‌های کسب‌وکار است، اما پول از طریق خصوصی‌سازی شرکت تعاونی (PPP) به شهرهای هوشمند سرازیر می‌شود، جایی که شرکت‌های خصوصی در ازای موفقیت در سرمایه‌گذاری خطرپذیر، ریسک مالی را متحمل می‌شوند. قراردادهای «به عنوان خدمات» مبتنی بر اشتراک، سرمایه‌گذاری را در دوره‌های بازپرداخت توزیع می‌کنند، که این نیز باعث تحریک فعالیت‌ها شد.

در مقابل، Streetlights در اروپا به شبکه‌های لانه زنبوری سنتی (معمولاً 2G تا LTE (4G)) و همچنین دستگاه جدید استاندارد HONEYCOMB Iot، LTE-M متصل می‌شوند. فناوری اختصاصی فوق باند باریک (UNB) به همراه Zigbee، گسترش کوچک بلوتوث کم مصرف و مشتقات IEEE 802.15.4 نیز وارد بازی شده است.

اتحاد فناوری بلوتوث (SIG) تاکید ویژه ای بر شهرهای هوشمند دارد. این گروه پیش‌بینی می‌کند که محموله‌های بلوتوث کم‌مصرف در شهرهای هوشمند طی پنج سال آینده پنج برابر خواهد شد و به ۲۳۰ میلیون در سال خواهد رسید. بیشتر آنها با ردیابی دارایی ها در مکان های عمومی مانند فرودگاه ها، استادیوم ها، بیمارستان ها، مراکز خرید و موزه ها مرتبط هستند. با این حال، بلوتوث کم مصرف نیز برای شبکه های بیرونی هدف قرار می گیرد. اتحاد فناوری بلوتوث گفت: «راه حل مدیریت دارایی، استفاده از منابع شهر هوشمند را بهبود می بخشد و به کاهش هزینه های عملیات شهری کمک می کند.

ترکیبی از این دو تکنیک بهتر است!

هر فناوری اختلافاتی دارد، با این حال، برخی از آنها در بحث حل شده اند. به عنوان مثال، UNB محدودیت های سخت گیرانه تری را برای بارگذاری و برنامه های تحویل پیشنهاد می کند، و پشتیبانی موازی را برای چندین برنامه حسگر یا برای برنامه هایی مانند دوربین هایی که به آن نیاز دارند، رد می کند. فناوری برد کوتاه ارزان‌تر است و توان عملیاتی بیشتری را برای ایجاد تنظیمات نورپردازی به‌عنوان یک پلتفرم فراهم می‌کند. مهمتر از همه، آنها همچنین می توانند نقش پشتیبان را در صورت قطع شدن سیگنال WAN ایفا کنند و ابزاری را برای تکنسین ها فراهم کنند تا حسگرها را مستقیماً برای اشکال زدایی و عیب یابی بخوانند. برای مثال، بلوتوث کم مصرف، تقریباً با هر گوشی هوشمند موجود در بازار کار می کند.

اگرچه یک شبکه متراکم تر می تواند استحکام را افزایش دهد، اما معماری آن پیچیده می شود و انرژی بیشتری را در حسگرهای نقطه به نقطه به هم متصل می کند. محدوده انتقال نیز مشکل ساز است. پوشش با استفاده از Zigbee و بلوتوث کم مصرف حداکثر تنها چند صد متر است. اگرچه انواع فن‌آوری‌های کوتاه برد رقابتی هستند و برای حسگرهای شبکه‌ای و همسایه مناسب هستند، اما آنها شبکه‌های بسته‌ای هستند که در نهایت نیاز به استفاده از دروازه‌ها برای انتقال سیگنال‌ها به ابر دارند.

یک اتصال لانه زنبوری معمولاً در انتها اضافه می شود. گرایش فروشندگان روشنایی هوشمند استفاده از اتصال لانه زنبوری نقطه به ابر برای ارائه پوشش گیت‌وی مسافت 5 تا 15 کیلومتری دستگاه حسگر است. فناوری کندوی زنبور عسل محدوده انتقال بزرگ و سادگی را به ارمغان می آورد. به گفته جامعه Hive، همچنین شبکه‌ای خارج از قفسه و سطح بالاتری از امنیت را فراهم می‌کند.

نیل یانگ، رئیس اینترنت اشیاء عمودی در GSMA، یک نهاد صنعتی که اپراتورهای شبکه تلفن همراه را نمایندگی می‌کند، گفت: «اپراتورهای اکشن... تمام منطقه را پوشش می‌دهند، بنابراین نیازی به زیرساخت اضافی برای اتصال دستگاه‌های روشنایی شهری و حسگرها نیست. . در طیف مجاز شبکه لانه زنبوری دارای ایمنی و قابلیت اطمینان است، به این معنی که اپراتور دارای بهترین شرایط است، می تواند تعداد زیادی از نیازها را پشتیبانی کند، عمر باتری بسیار طولانی تر و حداقل تعمیر و نگهداری و فاصله انتقال طولانی تجهیزات کم هزینه را پشتیبانی کند.

به گفته ABI از میان تمام فناوری‌های اتصال موجود، HONEYCOMB بیشترین رشد را در سال‌های آینده خواهد داشت. سر و صدا در مورد شبکه های 5G و تقلا برای میزبانی زیرساخت های 5G، اپراتورها را بر آن داشته است تا تیر چراغ برق را گرفته و واحدهای لانه زنبوری کوچک در محیط های شهری را پر کنند. در ایالات متحده، لاس‌وگاس و ساکرامنتو از طریق اپراتورهای AT&T و Verizon در حال استقرار LTE و 5G و همچنین حسگرهای شهر هوشمند بر روی چراغ‌های خیابان هستند. هنگ کنگ به تازگی از طرحی برای نصب 400 لامپ 5G به عنوان بخشی از ابتکار شهر هوشمند خود رونمایی کرده است.

یکپارچه سازی سخت افزاری

نیلسن اضافه کرد: «نوردیک محصولات چند حالته برد کوتاه و دوربرد را با تراشه nRF52840 خود که از بلوتوث کم مصرف، بلوتوث مش و Zigbee و همچنین Thread و سیستم های اختصاصی 2.4 گیگاهرتزی پشتیبانی می کند، ارائه می دهد. nRF9160 SiP مبتنی بر Honeycomb Nordic هم پشتیبانی از LTE-M و هم NB-iot را ارائه می دهد. ترکیب این دو فناوری مزایای عملکرد و هزینه را به همراه دارد.

جداسازی فرکانس به این سیستم‌ها اجازه می‌دهد که همزیستی کنند، اولی در باند 2.4 گیگاهرتز بدون مجوز و دومی در هر جایی که LTE قرار دارد اجرا می‌شود. در فرکانس‌های پایین‌تر و بالاتر، بین پوشش منطقه وسیع‌تر و ظرفیت انتقال بیشتر، تعادل وجود دارد. اما در پلتفرم‌های روشنایی، فناوری بی‌سیم کوتاه برد معمولاً برای اتصال حسگرها استفاده می‌شود، از توان محاسباتی لبه برای مشاهده و تجزیه و تحلیل استفاده می‌شود و از honeycomb iot برای ارسال داده‌ها به ابر و همچنین کنترل حسگر برای سطوح بالاتر نگهداری استفاده می‌شود.

تاکنون، جفت رادیوهای برد کوتاه و دوربرد به طور جداگانه اضافه شده اند، نه در یک تراشه سیلیکونی. در برخی موارد، قطعات جدا می شوند زیرا خرابی های روشن کننده، سنسور و رادیو همه متفاوت است. با این حال، ادغام رادیوهای دوگانه در یک سیستم واحد منجر به یکپارچه‌سازی فناوری نزدیک‌تر و کاهش هزینه‌های خرید می‌شود که ملاحظات کلیدی برای شهرهای هوشمند است.

نوردیک فکر می کند که بازار در این مسیر حرکت می کند. این شرکت فناوری‌های اتصال کوتاه‌برد بی‌سیم و اینترنت اشیاء لانه زنبوری را در سخت‌افزار و نرم‌افزار در سطح توسعه‌دهنده ادغام کرده است تا سازندگان راه‌حل بتوانند این جفت را به طور همزمان در برنامه‌های آزمایشی اجرا کنند. برد Nordic DK برای nRF9160 SiP برای توسعه دهندگان طراحی شده است تا «برنامه های Honeycomb iot خود را کار کنند». Nordic Thingy:91 به عنوان یک "دروازه تمام عیار خارج از قفسه" توصیف شده است که می تواند به عنوان یک پلت فرم نمونه سازی اولیه یا اثبات مفهوم برای طراحی های اولیه محصول استفاده شود.

هر دو دارای لانه زنبوری چند حالته nRF9160 SiP و چند پروتکل برد کوتاه nRF52840 SoC هستند. به گفته نوردیک، سیستم‌های تعبیه‌شده که این دو فناوری را برای استقرار تجاری اینترنت اشیا ترکیب می‌کنند، تنها «ماه‌ها» با تجاری‌سازی فاصله دارند.

نوردیک نیلسن گفت: "پلتفرم روشنایی شهر هوشمند همه این فناوری های اتصال را راه اندازی کرده است. بازار بسیار واضح است که چگونه آنها را با هم ترکیب کنیم، ما راه حل هایی را برای هیئت مدیره توسعه تولید کنندگان ارائه کرده ایم تا نحوه کار آنها را با هم آزمایش کنیم. ترکیب آنها در راه حل های تجاری ضروری است، فقط در یک زمان.