Термином «умный город» принято называть такую организацию городского пространства, при которой инфраструктура и службы функционируют на основе информационно-коммуникационных технологий и искусственного интеллекта, обеспечивая максимальный комфорт жителям, экономию энергии и эффективное управление рисками. Данная концепция возникла как ответ на растущие требования современной цивилизации к качеству городской среды и эффективному управлению ресурсами. Современное состояние большинства городов характеризуется высокими нагрузками на коммунальные услуги, транспортной перегруженностью, ухудшением экологии и дефицитом жилья. Население крупных городов нуждается в качественном жилье, чистой воде, удобных дорогах и надежных социальных услугах. Традиционные меры, направленные на удовлетворение этих нужд, исчерпали себя, и вот тут вступают в игру современные технологии, объединяющие достижения искусственного интеллекта, Интернета вещей и сенсорных датчиков.
Доцент кафедры искусственного интеллекта Финансового университета Романова Екатерина Владимировна отмечает, что последние десятилетия отмечены возникновением целого ряда инновационных направлений градостроительстве и управлении городом. Урбанистика претерпевает значительные изменения, принимая во внимание факторы экономического развития, здравоохранения, экологии и социальной справедливости.
История зарождения идеи "умного города" начинается с середины XX века, когда урбанисты и футурологи задумались о будущих городах, оснащенных высокотехнологичными устройствами и услугами. Однако термин "smart city" вошел в широкое употребление лишь в конце 1990-х — начале 2000-х годов, когда возросли темпы развития телекоммуникаций и технологий дистанционного мониторинга. Изначально концепция подразумевала модернизацию базовых коммунальных и административных систем, таких как электроснабжение, водоснабжение и транспорт, с целью повышения их надежности и эффективности.
Первым примером раннего этапа развития умных городов стал проект Living PlanIT в Португалии, инициированный в 2006 году. Проект представлял собой попытку построить город с нуля, оборудованный сетью сенсоров и автоматических управляющих систем. Позже этому примеру последовали Сингапур, Барселона, Нью-Йорк и другие крупные города мира, начав применять современные технологии для улучшения условий жизни и повышения эффективности городских служб.
Переход от традиционной инфраструктуры к умным системам проходил несколькими ключевыми этапами:
Ранний этап (до 2000-х гг.) характеризовался локальными попытками внедрения новых технологий в отдельные сегменты городской инфраструктуры. Примером служат небольшие пилотные проекты, такие как электронные системы освещения улиц, точечное внедрение видеонаблюдения и элементарные системы диспетчеризации коммунального хозяйства.
На начальном этапе (2000—2010 гг.) происходит постепенное распространение технологий беспроводной связи и мобильных приложений, обеспечивающих базовый мониторинг состояния городских объектов. Начинается активная интеграция датчиков и камер наблюдения в общественные зоны и здания. Начался активный процесс тестирования интеллектуальных транспортных систем, систем управления энергетикой и водообеспечением.
Активный этап (2010—2020 гг.) – масштабное развертывание технологий IoT (Интернет вещей), видеонаблюдение высокого разрешения, внедрение интеллектуальных сигнализаций и систем предупреждения чрезвычайных ситуаций. Растет популярность автономного транспорта, появляются интеллектуальные системы переработки отходов и анализа состояния дорог. Активно разворачиваются публичные бесплатные Wi-Fi сети, что способствует быстрому развитию экосистемы умных городских сервисов.
На современном этапе (после 2020 г.) доминирующим становится широкое использование технологий искусственного интеллекта и машинного обучения. Наступает период полной интеграции всех компонентов городской инфраструктуры в единую систему. Умные дома, smart grid, системы ситуационного анализа, самоуправляющиеся транспортные средства, электронное здравоохранение и дистанционный мониторинг здоровья становятся обыденностью. Осуществляются эксперименты по полному переносу госуслуг в цифровую плоскость, а также созданию автоматизированных парковочных зон и системы диагностики дорожной обстановки.
Умные города переживают настоящий технологический прорыв, охватывающий практически все сферы жизнедеятельности человека, считает старший преподаватель Кафедры искусственного интеллекта Финансового университета Бартева Виктория Алексеевна. Инновационные технологии играют ведущую роль в улучшении и повышении комфортности городской инфраструктуры. Транспортные коммуникации приобретают свежие грани благодаря масштабному внедрению технологий искусственного интеллекта и Интернета вещей.
Корпорации, такие как «Яндекс» и «Waymo», энергично тестируют беспилотные автомобили. Полноценное введение коммерческих служб беспилотных такси произойдёт несколько позже, однако технологии активно шлифуются и скоро выйдут на массовые рынки.
Светофоры с интеллектуальными функциями, подключённые к системам наблюдения за транспортом, постепенно внедряются в городах Европы и Азии, помогая уменьшить количество пробок и повысить безопасность дорожного движения.
В общественном транспорте повсеместно прижились технологии GPS и QR-кодов, предоставляя пассажирам простой и удобный способ узнавать маршруты следования и расписание рейсов.
В Японии и Германии активно внедряются интеллектуальные энергосети, которые обеспечивают оптимальный расход электричества и стабилизацию поставок. Умные контейнеры для раздельного сбора мусора уже устанавливают в ряде европейских городов, такие как Копенгаген и Берлин, показывая положительные результаты в снижении объемов захоронения отходов. Сенсорные сети устанавливаются в крупных городах Китая и Индии для постоянного контроля за качеством воздуха и выявления потенциальных очагов загрязнения.
Комфорт и качество жизни жителей зависят от правильной организации городской инфраструктуры. В Нидерландах внедряются системы автоматизированного мониторинга водных ресурсов, позволяющих избежать аварий и экономить воду. Умные светодиодные лампы, регулируемые в зависимости от времени суток и погоды, активно применяются в Сан-Франциско и Лондоне, снижая расходы на электричество.
Высокие технологии в сфере безопасности ныне являются важнейшей частью инфраструктуры умных городов. Биометрия, распознавание лиц и голосов широко внедряются в России, Китае и странах Евросоюза, служа полиции для противодействия криминалитету и стабилизации порядка в обществе. Великобритания славится крупнейшей в мире сетью камер видеонаблюдения, позволяющей оперативно задерживать правонарушителей и охранять покой граждан. США интенсивно развивают системы экстренного реагирования, куда входят спутниковая картография и GPS-технологии, предназначенные для быстрого устранения чрезвычайных происшествий.
Свободный доступ к информации и средствам связи превратился в необходимое требование для достойного уровня жизни в городском пространстве. Столицей с наибольшим числом сенсоров, регистрирующих погоду, дорожную ситуацию и общественное поведение, стал Амстердам. Практически во всех мировых столицах, в том числе Москве, введена услуга бесплатного подключения к интернету, что позволяет горожанам находиться на связи с семьёй, властями и коммерческими структурами круглые сутки.
Скорость развития технологий для умных городов неуклонно растет, предвещая радикальные преобразования в ближайшей перспективе. Дальнейшее развитие систем искусственного интеллекта обеспечит существенное повышение производительности и точности функционирования городских интеллектуальных комплексов. Большие надежды связывают с областями, такими как обработка визуальной информации, анализ больших данных и автоматическое принятие решений. Всё это обещает в итоге улучшить настройку городских систем, повысить эффективность распределения ресурсов и усилить безопасность горожан.
Городские службы станут еще более автоматизированными. Предполагается усиление роли роботов в таких областях, как уборка территорий, обслуживание сооружений и наблюдение за состоянием окружающей среды. Параллельно в бытовой сфере всё активнее внедряются устройства домашней автоматизации, управляемые голосом и интегрированные в интеллектуальные системы управления жилищем.
Электрокары и автомобили с автономным управлением завладеют значительной частью автомобильного рынка. Медленно, но верно двигатели внутреннего сгорания уйдут в прошлое, что приведёт к сокращению углеродных выбросов и улучшению чистоты воздуха в населённых пунктах. В будущем беспилотные транспортные средства лягут в основу транспортной инфраструктуры, обеспечивающей комфортную, быструю и безопасную доставку пассажиров и грузов.
В грядущем важнейшей задачей развития «умных городов» станет резкое снижение неблагоприятного влияния на природу. Озеленённые территории, экопарки и вертикально расположенные растительные зоны станут обязательной частью градостроительной архитектуры. Использование панелей солнечной энергетики и ветрогенераторов позволит городам самостоятельно вырабатывать электричество, гарантируя им полную энергетическую автономию.
Создания «умных городов» невозможно добиться без интенсивного международного сотрудничества. Фирмы и некоммерческие сообщества активно ведут диалоги о принятии единых норм и договоров, что поспособствует облегчению обмена технологиями и укреплению международной интеграции. Стандартизация правил сыграет ключевую роль в повышении результативности и выгодности внедрения нововведений.
Идея умного города представляет собой инновационный подход к безопасной и комфортной среде, где ИТ-решения и искусственный интеллект направлен на улучшение качества жизни людей. Если проанализировать текущее состояние технологий умных городов, то мы увидим, что внедрение интеллектуальных систем охватывает практически все системы городской жизни: транспорт, экология, безопасность и т.д. Однако реализация амбициозных планов по развитию умного города во всех странах сталкиваются с трудностями, например, высокая стоимость технологий и обеспечение информационной безопасности.