Моделирование умного города как сложной самоорганизующейся системы

Одновременно система продолжает измерять уровень шума и сообщает об этом онлайн-серверу через сеть IOT. Датчики взаимодействуют с микроконтроллером, который обрабатывает эти данные и передает их через Интернет на городской сервер.Уже упомянутое интеллектуальное акустическое решение EAR-IT обеспечивает «ситуационную осведомленность», используя аудиомониторингв сочетании с технологиями InternetofThings (IoT). Это достигается за счет развертывания по всему городу акустических датчиков (APU). APU состоит из микрофона и встроенной процессорной платформы, которая содержит собственную программную среду с алгоритмами предварительной и последующей обработки аудиосигнала и машинного обучения. Таким образом датчикмогжет быть «обучен» и использован для обнаружения произвольных акустических событий и речевых команд. APU постоянно «слушает» окружающую среду и анализирует звук в соответствии с указанными вариантами использования на местном уровне.Рис.6 Звуковой датчикВ самом простом варианте модуль позволяет определить, когда регистрируемый звук превышает заданное выбранное значение. Звук детектируется микрофоном и подается в операционный усилитель LM393.Пороговый уровень звука настраивается с помощью встроенного потенциометра. Когда уровень звука превышает заданное значение, он автоматически отправляет сообщение на сервер через Wi-Fi-соединение.Рис. 7Установка акустических датчиков в городе СантандерВ различных случаях используется различная чувствительность датчика - на низком уровне (например, для измерения громкости), на промежуточном уровне (для фиксации акустических событий) и на высоком уровне (доступа к речевой информации). Напомним, что проект EAR-IT исследует пять вариантов применения в реальных условиях:Мониторинг уровня шума;Акустическая аварийная идентификация и отслеживание транспортных средств;Повышение энергоэффективности умных зданий путем обнаружения акустического присутствия посетителя;Обнаружение акустического аварийного события в помещении (звук падения человека, звук разбитого стекла);Распознавание речи.Интересным представляется применение EAR-IT для экономии энергии. Система по звуковому фону оценивает, что происходит в комнате, и сколько людей находится в ней. После этого окна могут быть автоматически закрыты и открыты, занавески опущены, свет в помещении и нагрев включены и выключены автоматически.Количество людей, которые в настоящее время находятся в большом здании, является важной контрольной переменной для энергосберегающего контроля освещения, вентиляции и отопления. Так, в исследовательском проекте Ear-Itпо эффективному использованию здания в Женевском университете, количество людей в помещении определялось с помощью акустических датчиков, и система кондиционирования воздуха была соответствующим образом скорректирована. Освещение в офисах также включалось только тогда, когда датчики обнаруживали, что в комнатах присутствуют сотрудники. Исследователи использовали сетевые микрофоны и компьютерную технологию обработки сигналов для обнаружения акустических событий в офисах, таких как закрытие дверей, шумы клавиатуры или звук кофеварки, измельчающей кофейные зерна. Если блок обработки обнаруживал необычный звук, аварийный сигнал автоматически перенаправлялся в службу безопасности. Сотрудники также получили возможность управления системами отопления и освещения с помощью голосовых команд через микрофоны.Рис.8 Примеры использования результатов мониторинга звуковой среды2.2 Архитектура акустической интеллектуальной сетиВ общем виде структура акустической подсистемы умного города (на примере проекта в городе Сантандер, Испания) приведена на рисунке ниже.Рис.9 Обобщенная схема Умного города Сантандер (http://www.smartsantander.eu/)Более подробная уровневая схема архитектуры Умного города представлена на следующем рисунке. Рис. 10 Трехуровневая архитектура построения Умного города СантандерПри этом для организации связи между отдельными элементами Сети вещей могут быть использованы самые разные протоколы.Рис. 12 Протоколы связи, поддерживающие информационную инфраструктуру умного города (взято с http://www.smartsantander.eu/index.php/material/public-deliverables)Процесс акустического мониторинга происходит в несколько этапов.Сеть Умного города регистрирует датчик и запускает специальное приложение для работы с ним (PhysicalSensorApplication)Приложение начинает снимать физические данные с датчика и передает их на сервер акустической подсистемыПри совершении акустического события оно распознается сервером акустической подсистемы и информация о событии передается на центральный сервер городской Сети ВещейюСервер городской Сети вещей отрабатывает событие и, в зависимости от его характера, передает сигнал либо на соответствующее приложение, либо непосредственно ответственному лицу.Логическая архитектура Сети Вещей и ее отдельные блоки представлены на рисунке ниже.Рис.13 Логическая архитектура и отдельные блоки Сети SmartSantander2.3 Взаимодействие с другими подсистемами Умного городаКак уже говорилось выше транспортная подсистема городской Сети вещей может активно взаимодействовать с другими подсистемами Интернета вещей.Самое очевидное использование системы интеллектуального акустического контроля – это взаимодействие ее с системой управления транспорта, системой обеспечения общественной безопасности и системой контроля загряяненийРис.14 Фиксация дорожных происшествий с помощью интеллектуальной системы акустического контроляРис.15 Освобождение дороги для машины Скорой помощи (система фиксирует звук сирены).В дополнение к обеспечению лучшего доступа к больницам, о чем говорилось ранее, акустические датчики могут оказаться эффективными при измерении общей плотности движения. Они могут помочь выявить, помимо прочего, число проходящих мимо автомобилей и идентифицировать некоторые «горячие точки», в которых отмечается высокий уровень вредных выхлопных газов в результате простоя машин на светофорах. Рис.16 Контроль трафика путем мониторинга акустического сигналаЗаключениеМассовому внедрению технологий Интернета Вещей препятствует тот факт, что, несмотря на то, что диапазон вариантов проектирования для систем Умных городов довольно широк, набор открытых и стандартизованных протоколов для их обеспечения значительно меньше. Кроме того, обеспечивающие технологии еще не достигли того уровня зрелости, который позволяет практическую реализацию многих решений и сервисов Интернета Вещей.Если верить исследованию PikeResearch по Умным городам, этот рынок оценивается в сотни миллиардов долларов к 2020 году, а ежегодные расходы достигают почти 16 миллиардов. Особенности этого рынка проистекают из синергетического взаимосвязи ключевых отраслей промышленности и сферы услуг, таких как интеллектуальное управление, интеллектуальная мобильность, интеллектуальные утилиты, интеллектуальные здания и интеллектуальная среда. Эти сектора также были рассмотрены в проекте EuropeanSmartCities (http://www.smart-cities.eu) для определения критерия ранжирования, который можно использовать для оценки уровня «умности» европейских городов. Однако на пути к массовому внедрению технологии еще лежит ряд барьеров.Одним из таких барьеров является задача охраны персональных данных при мониторинге городской среды. Видео и аудио наблюдение фактически лишает горожанина персональной зоны информационного комфорта. Однако, те плюсы, которые получает общество от использования технологий Умного города во многом перевешивает недостатки этих технологий.СписокиспользованнойлитературыArchitecting the Internet of Things / Dieter Uckelmann , Mark Harrison, Florian Michahelles Eds.- Berlin Heidelberg : Springer-Verlag , 2011. - 386 p.Digitising the Industry. Internet of Things Connecting the Physical, Digital and Virtual Worlds / Ovidiu Vermesan, Peter Friess Eds. – Delft: River Publishers, 2016. – 364 p.PalaghatYaswanthSai An IoT Based Automated Noise and Air Pollution Monitoring System // International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering, Vol. 6, Issue 3, March 2017 . – pp.419-423 Pedersen, D. M. Model for Types of Privacy by Privacy Functions // Journal of Environmental Psychology, 1999, Vol. 19, No. 4, pp.397-405.Simran Kaur,Yash Joshi, Sharada Kailasam, Afsha Shaikh, Mahesh Malwade Smart Sound Measurement and Control System For Smart City // International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), 2017, Volume: 04 Issue: 12. – pp.76-79StåhlbröstA., Sällström A. and Hollosi D. AUDIO MONITORING IN SMART CITIES - AN INFORMATION PRIVACY PERSPECTIVE // 12th International Conference e-Society 2014. – IADIS,2014. – pp. 35-44Zanella A., Bui N., Castellani A., Vangelista L., Zorzi M. Internet of Things for Smart Cities / IEEE Internetof Things Journal, Vol. 1, No. 1, February 2014. – pp.22-32.Гольдштейн, Б. С. Сети связи постNGN / Б. С. Гольдштейн, А. Е. Кучерявый. —СПб.: БХВПетербург, 2014. —160 с.