Технологии умного города: от ИИ до RPA

Умный город, или smart city, — это концепция развития городской инфраструктуры с помощью цифровых технологий для улучшения качества жизни. Простыми словами: это город, где технологии незаметно функционируют, чтобы жители чувствовали себя комфортно и безопасно. В статье разбираемся, как это работает на практике и какие технологии уже меняют наши города.

В 2018 году в России утвердили ведомственный проект Минстроя «Умный город», который реализовывался в рамках нацпроектов «Цифровая экономика» и «Жилье и городская среда». Предполагалось, что объем инвестиций в инфраструктуру под эти цели до 2024-го составит 360 млрд руб. В прошлом году зампредседателя правительства Марат Хуснуллин подчеркнул, что за время реализации проекта уровень цифровизации российских городов вырос на 55%.

Направления развития умного города

Современные технологии трансформируют города по пяти ключевым направлениям:

• Безопасный город — системы видеонаблюдения с компьютерным зрением, предиктивная аналитика правонарушений, автоматическое оповещение экстренных служб.
• Благосостояние людей — «умные» сервисы в здравоохранении и образовании, цифровые платформы для участия жителей в управлении городом.
• Цифровое городское управление — автоматизация процессов, цифровые двойники для планирования инфраструктуры.
• Инвестиционный климат — создание технологичных кластеров, открытые данные для бизнеса, системы поддержки стартапов.
• Городская среда — умное ЖКХ с датчиками мониторинга, адаптивное освещение и озеленение, автоматизированные системы переработки отходов.

Каждое направление не может существовать отдельно. Все они взаимосвязаны: безопасность повышает инвестиционную привлекательность, а цифровое управление улучшает качество городской среды. Главный вызов, который стоит перед адептами концепции и ответственными, — как комплексно интегрировать все технологии, чтобы решения работали не изолированно, а как единая экосистема. В первую очередь, необходимо обеспечить равномерное развитие и внедрение основных инноваций.

Ключевые технологии умного города

Искусственный интеллект

Технологии искусственного интеллекта (ИИ) меняют подходы не только в бизнесе, но и в развитии городов. Можно выделить три основных направления, в которых он применяется.

• Анализ данных. Города генерируют огромные объемы информации — от транспортных потоков до энергопотребления. С помощью машинного обучения (ML) и нейросетевых моделей можно быстро обрабатывать эти данные, выявлять закономерности и аномалии. Например, предиктивные алгоритмы на основе регрессионного анализа помогают прогнозировать нагрузку на электросети, а кластеризация данных выявляет проблемные участки дорог с повышенной аварийностью.
• Компьютерное зрение. Камеры с ИИ, работающие на алгоритмах сверточных нейронных сетей, распознают различные изменения в городской среде и правонарушения. Технологии позволяют выделять на изображениях конкретные объекты: трещины на асфальте, переполненные мусорные баки или незаконные парковки. Умные камеры используются в интеллектуальных транспортных системах, которые активно внедряются в российских городах.
• Обработка естественного языка и распознавание, синтез речи. Для автоматизации работы с обращениями граждан применяются NLP-модели и speech-to-text системы. За счет этого чат-боты и голосовые ассистенты понимают сложные формулировки и могут составлять ответы.

Более половины российских регионов внедряют решения на базе технологий ИИ, а в Москве их используют порядка 40% сервисов. В планах у Минцифры создать в 2025 году единую систему для обработки данных со всех видеокамер, в том числе расположенных в регионах. В сервисе планируют использовать ИИ.

Как умные камеры делают города безопаснее, заводы умнее, а магазины эффективнее?

Сети пятого поколения

Развертывание сетей пятого поколения можно назвать ключевым элементом инфраструктуры современных городов. В отличие от предыдущих поколений связи, 5G обеспечивает скорость передачи данных до 20 Гбит/с, задержку сигнала менее 1 мс, плотность подключения до 1 млн устройств на кв. км. В умном городе системы должны обмениваться информацией в режиме реального времени, для этих целей 4G уже недостаточно.

Без массового развертывания 5G дальнейшая цифровизация городской инфраструктуры столкнется с серьезными ограничениями по пропускной способности и скорости отклика систем. Однако стоимость базовых станций для сетей пятого поколения намного выше, чем 4G-оборудования. Помимо этого необходимо плотное размещение антенн — желательно каждые 200-300 метров, что непросто в нынешних условиях городской застройки. Также необходимо решить проблемы с проникновением сигнала в здания. 5G используют высокочастотные радиоволны, которые хуже проникают через стены, стекла и другие строительные конструкции. Для обеспечения стабильного покрытия внутри зданий требуется установка дополнительных маломощных базовых станций или системы распределенных антенн, что увеличивает стоимость развертывания сети.

5G важен для работы всех технологий и цифровых решений, о которых мы говорим в статье. Например, беспилотные автомобили или общественный транспорт может в реальном времени получать информацию о дорожной обстановке, пешеходах и других участниках движения. Или современные системы безопасности с ИИ-аналитикой требуют передачи огромных объемов видеоданных без потери качества. 5G позволяет одновременно обрабатывать потоки с тысяч камер и выявлять правонарушения или аварии.

Цифровые двойники

Цифровые двойники стали важным инструментом для планирования и управления городской инфраструктурой. Виртуальные копии городов объединяют в одном месте данные с датчиков, камер и информационных систем и позволяют моделировать различные сценарии развития — от изменения транспортных потоков до последствий ЧС. В отличие от традиционных 3D-моделей, цифровые двойники работают с актуальными данными в режиме реального времени.

Создание и поддержка таких систем требуют значительных ресурсов. Для точного моделирования необходимы мощные вычислительные мощности и постоянный поток данных с IoT-устройств, а интеграция разрозненных городских сервисов в единую платформу остается сложной задачей. Кроме того, цифровые двойники сталкиваются с проблемами защиты данных — чем детальнее модель, тем выше риски утечки конфиденциальной информации. Тем не менее, города, внедрившие эту технологию, уже демонстрируют ее эффективность. Например, цифровой двойник помогает оптимизировать маршруты общественного транспорта и прогнозировать нагрузку на энергосети, сокращая расходы на 15–20%.

Цифровые двойники особенно важны для комплексного развития городской среды. Они позволяют заранее оценить, как новый жилой квартал повлияет на транспортную инфраструктуру, или смоделировать последствия реконструкции инженерных сетей. Без таких инструментов города рискуют столкнуться с непредвиденными проблемами после реализации проектов.

В России активно развивается создание цифровых двойников городов. Например, у Москвы есть полноценный виртуальный аналог. По словам замминистра строительства Константина Михайлика, в ближайшие три года должны появиться цифровые двойники городов-миллионников.

Разработка полноценных цифровых двойников городов — трудоемкая и финансово затратная задача. В большинстве случаев она оправдана, если городское хозяйство достигло высокого уровня цифровизации во всех направлениях своей деятельности. Альтернативой могут быть виртуальные карты городов. 

Компания «Девелоника» разработала интуитивный интерфейс для визуализации 3D-карты, на которой отображаются все инженерные и транспортные коммуникации населенного пункта (более 8 тыс. единиц городской техники). Для органов власти это стало платформой для планирования строительства и контроля реализации значимых проектов.

Как устроены цифровые двойники: этапы разработки и примеры использования

Интернет вещей

Объем российского рынка интернета вещей (IoT) на 2024 год 34,4 млрд руб. Количество устройств достигло более 60 млн единиц. Стимулирует рынок не только промышленность, но и цифровизация городского хозяйства. Интернет вещей объединяет различные датчики в единую сеть и является технологической основой для сбора и анализа данных. Такие устройства позволяют управлять как отдельными сегментами инфраструктуры, так и выстраивать комплексные решения. Из простых и доступных — умные счетчики или датчики движения, которые оптимизируют расходы на электроэнергию.

По оценкам McKinsey, к 2030 году потенциальная ценность интернета вещей может составить 12,5 трлн долл. в глобальном масштабе. Чтобы прогноз сбылся, отрасли необходимо решить проблемы совместимости оборудования разных производителей и вопросы кибербезопасности подключенных устройств: чем больше датчиков, тем больше лазеек для злоумышленников. Более того, необходимо создать единые стандарты передачи данных. В 2023 году Росстандарт утвердил национальный стандарт протокола LoRaWAN. Его задача — обеспечить совместимость между техническими требованиями производителей устройств и инфраструктурой телеком-операторов.

Цифровизация госсектора: роль заказной разработки в достижении целей

RPA

Технология Robotic Process Automation (RPA) автоматизирует рутинные административные процессы без масштабной перестройки ИТ-инфраструктуры. В отличие от сложных ИИ-решений, роботы работают на уровне пользовательского интерфейса, имитируя действия человека при обработке стандартизированных операций.

Программные роботы автоматически обрабатывают заявки от населения, верифицируют документы и переносят данные между системами, формируют отчетности, мониторят показания и т.д. Их внедрение сокращает время обработки типовых операций, уменьшает количество ошибок и минимизирует человеческий фактор.

19 органам исполнительной власти Санкт-Петербурга удалось высвободить 150 тыс. человеко-часов в год, внедрив программных роботов на платформе Robin компании SL Soft (ГК Softline). Всего было запущено 46 роботов. Изменения коснулись комитетов финансов, здравоохранения, политики и стратегического планирования и т.д.

Программные роботы с интеллектом — новое поколение RPA

Технологии на службе у людей

Несмотря на активное развитие инноваций в российских городах, концепция «умного города» остается малоизвестной для большинства граждан: лишь 33% знакомы с понятием. При описании его ключевых характеристик только 22% упоминают технологии, тогда как 31% связывают «умный город» в первую очередь с социальной инфраструктурой и благоустройством. Только 14% считают, что живут в таком городе. Запрос на комфортную инфраструктуру свидетельствует о готовности общества к изменениям — главное, чтобы технологии в городах развивались не ради самих технологий, а ради людей.