Sciencemag.cz
Doporučujeme
Koncept chytrých měst (Smart Cities) se snaží využívat moderních technologií, aby docházelo k synergickým efektům mezi různými odvětvími (doprava, logistika, bezpečnost, energetika, správa budov atd.)
s ohledem na energetickou náročnost a kvalitu života občanů v daném městě. Smart Cities jsou nyní též v centru zájmu výzkumníků ČVUT, kteří se zabývají nejen celkovým pojetím tohoto žhavého tématu, ale především jednotlivými technickými novinkami v dopravě, informatice a dalších oborech.
Uživatelé chytrých měst jsou občané interagující s různými druhy inteligentních systémů, které minimalizují použité zdroje a zvyšují efektivitu městských infrastruktur. Význam slova „smart“ je možno spatřovat ve vyvážené vazbě mezi člověkem a technickými systémy. Chytrá řešení musí činit města více humánními a ne pouze technologicky pokročilými. Kolem problematiky chytrých měst přirozeně vznikají interdisciplinární týmy zahrnující i odborníky na humanitní vědy (sociologie, psychologie, životní prostředí, atd.).
Aplikace je možno rozdělit na cílové a druhové. Cílové aplikace se snaží optimalizovat energetickou spotřebu, zlepšit čistotu ovzduší, snížit hlukovou zátěž, regulovat dopravu atd. Druhové aplikace naopak podporují genetický kód daného územního celku, tj. jeho vlastní historickou, kulturní, ekologickou či estetickou podstatu. Získané poznatky lze rozšířit na jiné typy územních celků (Smart Villages, Smart Regions).
Od „pilotního“ Písku k mezinárodním projektům
První zkušenosti v oblasti chytrých měst byly získány v rámci pilotního projektu Smart City Písek, který se stal prvním městem v České republice, kde byla zastupitelstvem oficiálně odsouhlasena detailní strategie rozvoje chytrého města tzv. Modrožlutá kniha. Fakulta dopravní ČVUT se metodicky podílela na zpracování této koncepce a zajištovala i vzájemnou komunikaci mezi zainteresovanými subjekty.
V současné době již existuje celá řada nových projektů, které lze zařadit do kategorie chytrých měst. Kontinuálně probíhá spolupráce s Hl. městem Prahou či jednotlivými jejími částmi. Zajímavý záměr vzniká na Praze 4, kde se řeší oblast Pankrácké pláně (MendelCity), která se může stát ukázkovým příkladem chytré čtvrti. Potěšující je zájem místních developerů o možnosti, které jim problematika chytrých měst nabízí.
V rámci prvního ročníku mezinárodní konference Smart City Symposium Prague 2015 (scsp2015.fd.cvut.cz) bylo podepsáno Memorandum o spolupráci při přípravě projektu nového města v Maroku. Řešený záměr musí být uzpůsoben místním sociálním, kulturním i klimatickým podmínkám a měl by zahrnovat i oblasti, jako je čištění vody, likvidace odpadů a případně nové možnosti pěstování potravin ve vertikálních farmách. Obdobný koncept je v současnosti diskutován také s Egyptem, kde se připravuje vznik nového města v blízkosti rozšířeného Suezského průplavu.
Pro podporu dalšího rozvoje projektů chytrých měst byl založen Czech Smart City Cluster (www.czechsmartcitycluster.cz), který v současné době sdružuje významné průmyslové partnery i zainteresované univerzity. ČVUT přijalo členství v tomto sdružení jako (historicky) první akademická instituce a významně se podílí na jeho odborném směrování.
Data ze senzorů i z kosmu
Management chytrých měst využívá celou řadu senzorů počínaje fyzickými detektory a konče zpracováváním kosmických snímků (predikce počasí, teplotní mapy měst, emisní mapy). Je třeba upozornit, že i vlastní vozidlo či mobilní telefon se v tomto konceptu stávají inteligentním senzorem poskytujícím důležitá data. Pomocí infrastruktury veřejného osvětlení je možno např. realizovat senzorickou síť a zároveň zajistit dostupnost telekomunikačních služeb na celém území města.
Z technického hlediska bude čím dál více využívána infrastruktura internetu věcí (IoT – Internet of Things), internetu lidí (IoP – Internet of People), internetu energií (IoE – Internet of Energy) nebo internetu služeb (IoS – Internet of Services). Jelikož součástí chytrých měst (regionů) jsou i průmyslové objekty nebo celé výrobní závody, je nutno se zabývat i informačním rozhraním na systémy Průmyslu 4.0 (www.mpo.cz/dokument162351.html).
Ústav bezpečnostního inženýrství a technologií Fakulty dopravní ČVUT provozuje městskou senzorickou síť TrafficSensNet na území Prahy 4. Tím, že data jsou získávána z celé sledované lokality, je možné téměř okamžitě poskytovat aktuální informace o stavu škodlivých emisí z dopravy a dalších zdrojů znečištění, včetně jejich lokalizace.
Pro zpracovávání velkého objemu takto získaných dat (Big Data) jsou stále více využívány superpočítače včetně služeb cloud-computingu. Ukázkou může být projekt RODOS (www.centrum-rodos.cz), kde jsou kontinuálně zpracovávána data o pohybu vozidel vybavených GPS lokalizací.
Řízení města se díky aktuálním datům posouvá od původních před-definovaných dynamických plánů k adaptivním řídicím algoritmům, které zabezpečují koordinaci celých územních celků. Pro ověřování jednotlivých strategií se s úspěchem využívají různé simulační nástroje. Specializované centrum pro aplikovanou simulaci a vizualizaci Fakulty dopravní v Děčíně se zabývá vytvářením 3D virtuálních modelů. Ve virtuálním prostoru je daleko jednodušší modelovat reakce na různé typy mimořádných událostí. Ověřené strategie mohou být následně promítnuty do řízení reálného města prostřednictvím akčních členů, jimiž mohou být jak fyzická zařízení na infrastruktuře, tak navigační nebo asistenční služby až výhledově provoz autonomních systémů jako jsou například vozidla bez řidiče.
Současné technologie umožňují vznik nových obchodních modelů na principu vzájemného sdílení, například jízdních kol (bike-sharing) nebo osobních vozidel (car-sharing). Speciální sociální sítě mohou zajistit efektivní propojení mezi různými skupinami obyvatel, pomocí cílených informací ovlivnit jejich vzorce chování a zlepšit obousměrnou komunikaci vedení města s občany.
Z teoretického úhlu pohledu vzniká ukázkový příklad kyberneticko-fyzického systému (CPS – Cyber-Physical-System) nebo lépe řečeno v případě chytrého města kyberneticko-sociálně-fyzického systému (CSPS – Cyber-Social-Physical-System). Tyto úlohy je možno řešit s pomocí teorie složitých systémů, která je rozvíjena ve spolupráci s Českým institutem informatiky, robotiky a kybernetiky ČVUT.
Výše uvedené inovace přispívají k lepší organizaci města a vedou ke zvýšení kvality života jeho obyvatel. Obecně platí, že vzájemné propojování dílčích komponent přináší nové, doposud nepředpokládané přínosy. Teprve následný vývoj ukáže jejich úplný význam pro udržitelný rozvoj městských aglomerací. Nejde v žádném případě o rychlý jednorázový projekt, ale o dlouhodobou systematickou činnost na dalších několik desítek let.
Udržitelná městská mobilita
Podíváme-li se na časové řady energetické spotřeby, zjistíme, že energetická náročnost dopravy v čase neustále roste, přestože ostatní odvětví mají klesající tendenci. Důležitým pilířem programu chytrých měst je proto udržitelná městská mobilita, jejíž následující oblasti je třeba v rámci logistických projektů pro chytrá města řešit :
• Udržitelné plánování dopravy – vytváření dopravních plánů dle metodiky SUMP (Sustainable Urban Mobility Plans) s maximálním využitím synergických efektů mezi dopravou, energetikou a informačními a komunikačními systémy.
• Podpora sdílených dopravních prostředků – hledání motivačních modelů pro zatraktivnění veřejné hromadné dopravy a obchodních přístupů pro sdílení či maximální využití vozidel nákladní dopravy nebo sdílení osobních automobilů.
• Čistá mobilita a logistika – hledání nových modelů zavádění elektrických nebo hybridních dopravních systémů (vozidla, infrastruktura) včetně inovativních přístupů pro návrh logistických řetězců s využitím elektrických vozidel zejména pro řešení první a poslední míle.
• Integrovaná multimodální veřejná doprava – optimální propojení jednotlivých služeb veřejné dopravy s aplikacemi pro chytré telefony, díky kterým je už dnes možno vyhledávat spojení veřejnou dopravou včetně personální navigace různými druhy veřejné dopravy.
• Řízení dopravy – maximální využití dat o dopravním provozu pro řízení dopravy s ohledem na aktuální či budoucí predikci počasí, spotřebu energie nebo dopady dopravy na životní prostředí.
• Parkovací systémy – využití dat o dopravním provozu pro optimální řešení dopravy v klidu.
• Svoz odpadů – umístění senzorů na popelnice, sledování jejich aktuálního stavu a využití navigačních systémů pro optimální plánování jejich svozu s ohledem na dopravní situaci a dopady na životní prostředí.
• Mimořádné události – propojení všech dostupných informací ze síťových odvětví města tak, aby mimořádná situace byla co nejdříve vyřešena s minimálními dopady.
Pro podporu dalšího rozšiřování projektů chytrých měst byl založen Czech Smart City Cluster, který sdružuje významné průmyslové partnery i zainteresované univerzity. ČVUT přijalo členství v tomto sdružení jako (historicky) první akademická instituce a významně se podílí na jeho odborném směrování.
autor: prof. Dr. Ing. Miroslav Svítek, dr. h. c.
Publikováno v magazínu ČVUT Tecnicall 1/2016
