TELEMATICKÁ SMART CITY

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta dopravní TELEMATICKÁ INFRASTRUKTURA SMART CITY Zdeněk Votruba votruba@lss.fd.cvut.cz zdevo@ieee.org KONFERENCE INTELIGENTNÍ BUDOVY A MĚSTA BRNO

2 Koncept Smart City Intuitivní vymezení: 1. Aby se tam dobře žilo zdraví, bezpečí, čistota, kultura, estetický dojem, pohoda,; smysluplně žitý čas, 2. Chytré komponenty budovy; infrastruktura; správa; energetické sítě; doprava; lékařská péče; bezpečnost; zásobování, atd. musí do sebe zapadat (systém). 3. Práce / podnikání / zaměstnání 4. Významná je informatická vrstva (ICT v dopravě - Telematika; v energetice; ve správě a řízení; při řešení krizí ) 5. Udržitelnost (časový horizont měst: století a více ) Navazují pokusy o přesnější vymezení - definice:

3 Koncept Smart City Vymezení podle EU 1 :

4 Koncept Smart City Vymezení podle IBM:

5 Koncept Smart City Vymezení podle : 2 Vyšší celek Č. Komponenta Příklady naplnění A: Organizační A.1 Politický závazek Vize inteligentního města A.2 Organizace a odpovědnost Útvar města a odpovědná osoba A.3 Strategie/Akční plán Strategický a Akční plán pro naplnění vize A.4 Spolupráce a dlouhodobí partneři Pracovní skupina (zápis z jednání) B.1 Aktivuje a propojuje Aplikace/web pro sběr nápadů a připomínek B: Komunitní C: Infrastrukturní D: Výsledný B.2 Vytváří komunity a dává prostor k Motivační a podpůrné programy pro občany seberozvoji B.3 Sdílí (ekonomika sdílení) Koncepty sdílení (bydlení, pracoviště, dopravních prostředků apod.) B.4 Kultivuje veřejný prostor Vizualizace územního plánu, kategorizace uličního prostoru C,1 Plošné pokrytí Technologie a celoplošná regulace C.2 Víceúčelové řešení Jedna investice/technologie pro pokrytí více účelů, systémová synergie C.3 Integrované řešení Jedna centrální správa (např. datové centrum) C.4 Otevřené řešení Otevřená data D.1 Kvalita života: město digitální, otevřené Pestrost služeb a prostor pro podnikání a kooperativní D.2 Kvalita života: město zdravé a čisté Environmentální dopad na občana D.3 Kvalita života: město ekonomicky Finanční dopad na občana České vysoké zajímavéučení technické v Praze - Fakulta dopravní D.4 Brand: se skvělou pověstí Mediální obraz SC programů města

6 Infrastruktura - definice ze zákona Infrastrukturu definuje stavební zákon (zákon č. 183/2006 Sb.). Podle tohoto zákona jsou veřejnou infrastrukturou pozemky, stavby, zařízení, a to: 1. dopravní infrastruktura, například stavby pozemních komunikací, drah, vodních cest, letišť a s nimi souvisejících zařízení; 2. technická infrastruktura, kterou jsou vedení a stavby a s nimi provozně související zařízení technického vybavení, například vodovody, vodojemy, kanalizace, čistírny odpadních vod, stavby a zařízení pro nakládání s odpady, trafostanice, energetické vedení, komunikační vedení veřejné komunikační sítě a elektronické komunikační zařízení veřejné komunikační sítě, produktovody; 3. občanské vybavení, kterým jsou stavby, zařízení a pozemky sloužící například pro vzdělávání a výchovu, sociální služby a péči o rodiny, zdravotní služby, kulturu, veřejnou správu, ochranu obyvatelstva; 4. veřejné prostranství, zřizované nebo užívané ve veřejném zájmu. Tato definice je pro naše účely úzká. Týká se jen reálných hard systémů.

7 Infrastruktura - systémová definice Scénář: 1. Existuje systém S. Má svou strukturu St (S). 2. S je součástí systému vyššího N (nadsystému). 3. Také nadsystém má svou strukturu St(N). Průnik: IfSt(S):= St (S) St(N) je infrastruktura S. Je to tedy významná páteřní část struktury systému, na níž navazuje nadsystém. Toto pojetí infrastruktury je v našem případě použitelné. Je dokonce i ve shodě s intuicí.

8 Telematika (ITS) Vymezení podle : 3 Systémový obor, který se zabývá tvorbou a účinným využitím informačního prostředí (informatika / CS + Telekomunikace) pro realizaci homeostatických procesů nadsystému. (území - města, regionu, světa) TELEKOMUNIKACE telekomunikační sítě a protokoly inteligentní telekomunikační prostředí multifunkční telekomunikační sítě INFORMATIKA softwarové inženýrství databázové systémy a technologie zpracování dat optimalizace datových toků TELEMATIKA distribuované databáze redukce informací, znalostní společnost telematické služby a protokoly řízení sítě a telematických služeb organizace, architektura, číselníky

9 Vyhodnocení představených definic Rekapitulace definic ukazuje důležitý faktor: Telematická infrastruktura musí být propojena s informační strukturou SC tak, že je její organickou součástí. Minimálním požadavkem je interoperabilita. Podrobnější rozbor s vyhodnocením účinnosti procesů ukáže, že často je nutná i regularita rozhraní. Intuice napovídá, že infrastruktura (dopravní) telematiky by se mohla stát předobrazem informační struktury SC, protože je komplexní, heterogenní i technicky pokročilá. (To nelze v takovém rozsahu říci o informačních infrastrukturách ostatních komponent SC.) Jaké jsou tedy základní charakteristiky telematické infrastruktury?

10 Charakteristiky telematické infrastruktury - Záměr Nesměšovat záměr (potenciál) s realitou. Záměr koncepce telematiky architektury infrastruktury byl na přelomu 20 / 21 století pojat kompetentně, odpovědně a systémově, V pozadí byly čerstvé zkušenosti s nástupem mobilních sítí i počítačových sítí, V Evropě byly v jednotlivých zemích (ČR byla jednou z prvních) zpracovány rámcové telematické architektury, většinově vycházející z pokročilé francouzské architektury ACTIF či rámcové evropské architektury FRAME, ty byly dále rozpracovány i zobecněny, Relativně funkční evropská normalizace (CEN TC 278) vytvořila nezbytný základ pro interoperabilitu a efektivitu. Leč - aplikace standardů je nepovinná

11 Charakteristiky telematické infrastruktury - Záměr 5. vrstva Evropská úroveň řízení 4. komunikační vrstva 4.vrstva Řízení dopravních procesů na národní úrovni 3. komunikační vrstva 3. vrstva Řízení velkých dopravních celků 2. komunikační vrstva 2. vrstva Oblastní řízení dopravních procesů 1. komunikační vrstva 1. vrstva Data - detektory, aktory, lokální logika

12 Charakteristiky telematické infrastruktury 3 - Záměr i realizace Telematické prostředky Telematické prostředky nákladu a cestujících Telematické řízení dopravních a přepravních procesů Telematické řízení nákladu a cestujících Telematické ekon. a pasportní systémy Ekonomika nákladu a cestujících Telematické prostředky mobilních prostředků Telematické prostředky dopravních cest Telematické prostředky dopravních terminálů Technická podpora dopravní telematiky Telematické řízení mobilních prostředků Telematické řízení provozu dopravních cest Telematické řízení dopravních terminálů Logistika, spedice, přeprava Ekonomika dopravců Ekonomika dopravních cest Ekonomika dopravních terminálů Ekonomické řízení dopravního procesu Výkon regionální dopravní politiky Výkon státní a evropské dopravní politiky Uživatelé systému: všichni aktéři dopravního procesu (státní správa, dopravci, atd.) Doprava: silniční, železniční, vodní, letecká, multimodální

13 DOPRAVNÍ PERSONÁL / TRANSPORT STAFF Charakteristiky telematické infrastruktury 3 Záměr i realizace příklad procesního modelu SOUVISEJÍCÍ PROCESY / RELATED PROCESSES LOGISTIKA, PŘEPRAVA / LOGISTICS, TRANSFER DOPRAVNÍ TERMINÁLY / TRANSPORT TERMINALS ŘÍZENÍ DOPRAVNÍCH PROCESŮ / TRANSPORT PROCESS CONTROL DOPRAVNÍ PROSTŘEDKY / TRANSPORT VEHICLES ŘÍZENÍ OBĚHU VOZIDEL APOD. / CONTROL OF VEHICLE CIRCULATION, ETC. DOPRAVNÍ INFRASTUKTURA / TRANSPORT INFRASTRUCTURE

14 Charakteristiky telematické infrastruktury 3 Záměr i realizace příklad 3 balíčků služeb 1. Monitoring dopravy 2. Distribuce dopravních informací 3. Navigace vozidel v nebezpečí

15 Charakteristiky telematické infrastruktury 3 Záměr i realizace - synergie Subsystem dopravního managementu

16 Charakteristiky telematické infrastruktury - Realita V reálném byznysu se mnohdy dává přednost proprietárním řešením, jejichž rozhraní plní požadavky norem sporným způsobem a tedy i jejich další integrace je problematická. (Někdy to souvisí s minimalizací ceny při výběrových řízeních) - příklady Správci existujících systémů odmítají z různých důvodů / záminek sdílení procesů, tedy synergická řešení příklady Na přelomu 20 / 21 století byl koncept Connected vehicle 5 nahozen jen rámcově (v2v; v2i). Totéž platí pro pokročilé asistenční systémy, vozidla bez řidičů a vazbu elektromobility na Smart Grids. I když architektury telematiky nejsou většinově hierarchické, ukazuje se zejména u služeb v reálném čase, nebo všude tam, kde existují lokální úložiště dat, která mají nelokální použití, že zavedené architektury nejsou zcela vhodné.

17 Charakteristiky telematické infrastruktury - Realita Závěr: Využití (stávajících) telematických infrastruktur (nikoliv jednotlivých služeb) v rámci SC je problematické.

18 Alternativy Předchozí závěr vyvolává přirozenou otázku: Co s tím? Jaké jsou jiné možnosti? 1. Nabízí se převzetí infrastruktur Smart Grids. Záhy zjistíme, že stupeň propracování je zde nízký, i zde se vhodné řešení hledá. Pokrok v informatice nabízí dvě (mírně související) alternativy: 2. Sémantický web, 3. Internet věcí (Internet of Things; IoT). Sémantický web je pokročilý přístup, má ale dosud mnoho konceptuálních neřešených problémů. Kromě dílčích aplikací je stále ve fázi základního výzkumu. Věnujme se proto možnostem využití IoT:

19 IoT 4 1. Rozhraní na stávající Internet je interoperabilní, ošetříme-li problematiku adresovatelnosti. Znamená to přechod od IPv4 (teoreticky 4.3* 10 9 adres - prakticky méně) na IPv6 s teoretickým adresovacím prostorem * Tato změna znamená (pouze) zásah do síťové vrstvy TCP/IP (datagramy). aplikační vrstva (application layer) transportní vrstva (transport layer) síťová vrstva (internet layer) vrstva síťového rozhraní (network interface) Ostatní vrstvy jsou nedotčeny (přenositelnost aplikace). 2. Prakticky univerzální propojitelnost téměř libovolná architektura, včetně vyhrazených oblastí (dostupných přes jedinou adresu) 3. Big Data vč. virtuálních úložišť

20 IoT 4 4. Distribuované zpracování 5. Téměř libovolné aplikace: energetika / doprava / správa / inteligentní budovy / SC / senzorické sítě / osobní bezpečnost / nedeterministické i virtuální sítě / předpovědi / učení / zábava Otevřené problémy: 1. Bezpečnost (safety / security) 2. Spolehlivost / dostupnost 3. Emergence 4. Tvorba aplikací (Jak využít skoro neomezené schopnosti? složité systémy / aliance 6 / aplikace teorie her / agentní resp. holonické přístupy / umělé neuronové a neuronově - senzorické sítě 5. Chceme to?? autonomie, soukromí, big brother

21 Závěr 1. Hodnotíme li dosavadní vývoj telematických infrastruktur ve vztahu k SC, docházíme i přes jejich pokročilost k závěru, že pro integraci dopravy jako jedné z komponent SC jim chybějí některé předpoklady. 2. Totéž zjistíme u každé jednotlivé komponenty SC. 3. Východiskem může být je zavedení IoT jako universálního a flexibilního informatického prostředí, schopného akceptovat prakticky libovolné architektury dílčích aplikací a umožňovat jejich integraci bez ohledu na počet vrstev, topologii, parciální uzavřenost, rozsah i (do jisté míry) dynamiku. 4. Problém se tím přesouvá do oblasti tvorby nástrojů, jimiž se aplikace navrhují a verifikují, resp. do oblasti teorie složitých systémů a umělé inteligence. 5. Podmínkou je především vyřešit bezpečnost, spolehlivost a sociální aspekty IoT. 6. Dosavadní vývoj informatiky signalizuje, že základní problémy mohou být vyřešeny do roku 2020

22 Reference 1 European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities; Strategic Implementation Plan; Bárta D., Metodika Konceptu inteligentních měst; Projekt TB930MMR001; CDV, v.v.i. Brno; Bělinová Z., TRANSPORT TELEMATIC definitions, benefits, telecommunication environment; Učební texty kurzu: Telematics Systems and their Design; ČVUT, Fakulta dopravní, IEEE-SA Internet of Things Ecosystem Study 2015 ISBN Narla S R.K. The Evolution of Connected Vehicle Technology: From Smart Drivers to Smart Cars to Self-Driving Cars ; ITE JOURNAL / JULY Votruba Z., ed., Theory of System Alliances in Transportation Science, Prague 2009 ISBN