1. Введення
Бачення Iof "Розумних міст" є міським центром майбутнього, стає безпечним, безпечним для навколишнього середовища та ефективним, оскільки всі структури, будь то енерго-, водне, транспортне та інше, розробляються, конструюються та підтримуються, використовуючи передові, інтегровані матеріали, датчики, електроніка та мережі, які взаємодіють з комп'ютеризованими системами, що складаються з баз даних, відстеження та алгоритмів прийняття рішень. Завдання в галузі досліджень та техніки на шляху до цього бачення охоплюють багато технічних областей, включаючи фізику, хімію, біологію, математику, обчислювальну техніку, системи, механіку, електроніку та цивільне будівництво. На найпростішому рівні є основний компонент і пов'язаний з ним "зворотний зв'язок" або механізм самоконтролю. Кожен повинен бути ідентифікований або, якщо він вже існує, адаптований для відповідної програми. На наступному рівні розроблена система використання цих компонентів. З цим пов'язаний інтерфейс для комп'ютеризованої можливості "моніторингу" для кожної заданої функції. Далі - це повна структура або послуга, що надаються, і, нарешті, інтеграція інформації у всі пов'язані та, здавалося б, незв'язані аспекти важливої інфраструктури міських центрів. Місто, яке контролює та інтегрує умови всієї своєї критичної інфраструктури, включаючи дороги, мости, тунелі, залізничні та підземні дороги, аеропорти, морські порти, комунікації, водні об'єкти, електроенергію, навіть великі будівлі, можуть краще оптимізувати свої ресурси, планувати свою діяльність з профілактики , а також стежити за аспектами безпеки при максимізації послуг для своїх громадян. Управління надзвичайними ситуаціями як природних, так і техногенних завдань для системи може бути спрямованим та швидким. За допомогою передових систем моніторингу та вбудованих інтелектуальних датчиків дані можна збирати та оцінювати в режимі реального часу, посилюючи процес прийняття рішень міським управлінням. Наприклад, ресурси можуть бути здійснені до перерви у водному режимі, а екіпажі, що поширюють сіль, відправляються тільки тоді, коли конкретний міст має умови обмерзання, а використання інспекторів зменшується, знаючи стан життєдіяльності всіх споруд. У довгостроковій перспективі "Розумні міста" бачення, системи та структури будуть контролювати свої власні умови та виконувати самообслуговування, якщо це необхідно. Фізичне середовище, повітря, вода та навколишні зелені простори будуть відслідковуватися без нав'язливості для оптимальної якості, що дозволить створювати покращену життєву та робочу середу, яка є чистою, ефективною та безпечною, а також пропонує ці переваги в рамках найбільш ефективне використання всіх ресурсів. У цьому документі обговорюється поточна ініціатива, яку очолює Брукхейвенська національна лабораторія для створення програми досліджень, розробки та розгортання, яка сприяє досягненню цього бачення. Це пов'язано із застосуванням нових технологій у сучасних питаннях міського центру, розглядаючи двадцять років у майбутньому та концептуалізації міської системи, яка може існувати.
2. Baclkm-ound
Останні розробки в області інтелектуальних матеріалів та інтелектуальних структур можна класифікувати за двома категоріями: ті, в яких розробляються справді нові матеріали (що мають сенс та діагностувати себе), а також ті, в яких розгортаються і взаємопов'язані нові, менші та численні мікродіапазони або оптичні системи з системами відповіді. У першій категорії такі події, як поліпшення, рідкокристалічні дисплеї та штучні м'язи відображають події, які перекривають межі мініатюризації до молекулярного рівня. Іншим прикладом є розробка покращених мембран для процесів сепарації, які більш чутливі та специфічні для конкретних хімічних видів. Друга категорія викликає більший інтерес для дизайнерів та інженерів, адже застосування датчиків та механізмів реагування в структурах дає можливість зменшити масу та загальні витрати. Переваги, отримані від цих програм, також поширюються на цивільну інфраструктуру, такі як мости та дамби. Однак, хоча ініціатива починається з цієї категорії, в першу чергу втілюються довгострокові цілі концепції "розумних міст". Деякі з виявлених проблем дослідження: класифікація критичної інфраструктури ідентифікації параметрів, що підлягають моніторингу; дозвіл вимірюваних параметрів на контрольовані показники продуктивності; застосування поточних досліджень і розробок на інтелектуальних датчиках, розробка матеріалів, датчиків та вимірювальних технологій; і розширення обчислювальних, мережевих та інтеграційних можливостей передачі. Протягом останніх двадцяти років інтелектуальні матеріали та структури, також відомі як "інтелектуальні" або "адаптивні" матеріали та структури, були зосереджені на значних дослідженнях. Останнім часом цивільні програми, що представляють інтерес як уряду, так і вчених, розвивалися з того, що було спочатку, і в першу чергу військової та аерокосмічної спрямованості. Військові та аерокосмічні програми / дослідження з вбудованих мікроприводів для управління потоком повітряних профілів і матриць мікро-клапанів, дослідженням сплавів пам'яті форма та діагностичного моніторингу складових структур були добре підтримані Міністерством оборони США та NASA з великими дослідженнями в академічних дослідницьких центрах, таких як Структури та композитні лабораторії Стенфордського університету та Центру динаміки та контролю інтелектуальних структур Гарвардського університету. Зовсім недавно, диверсифікована база розвивалася разом із технологічними потребами та очікуваннями цивільного та промислового секторів для вирішення біологічних, інфраструктурних та транспортних потреб. В результаті динамічна та багатопрофільна науково-дослідна робота ведеться в ряді університетів та урядових інститутів. Спритне місто базується на цих зусиллях та зосереджується на інтеграції їх для використання в міських умовах. Вивчення та дослідження складних "мегасистем" поза компонентом або навіть дискретною системою вимагатиме інновації на основі інтегрованих та цілісних підходів. Ці мегасистеми охоплюють стійкість - уникнення екологічної шкоди, ефективного використання енергії та матеріалів, а також технології життєвого циклу, як інтегровані рішення. Окрім вже розвивається та розширення фінансової бази для цих технологій, життєздатним рішенням потрібно буде включати спонсорство від нових гравців, таких як Міністерство енергетики та Агентства з охорони навколишнього середовища, а також міжнародне співробітництво. Крім того, Конгресський законопроект, HR 115, Закон про розвиток національної інфраструктури 1999 р. Вказує на значну потребу (і інтереси уряду) для ще більш творчих та ефективних методів фінансування інфраструктурних ініціатив та розподілу ресурсів, необхідних для задоволення існуючих та прогнозованих потреб у фінансуванні інфраструктури.
3. Підхід
Щоб реалізувати це бачення, ця ініціатива була спрямована на побудову союзу університетів, урядів, бізнес-асоціацій, приватного сектору та Брукхейвенської національної лабораторії. Метою є розробка структури, яка може пов'язувати потреби міських центрів з ресурсами академічної та лабораторної спільноти, тим самим ефективно ідентифікуючи технології у своїх відповідних портфелях, які можуть бути розгорнуті через демонстраційний проект з комерціалізації в містах. Коли технології не існує, тоді почнеться прикладне дослідження, спрямоване на вирішення цих потреб. Модель, обрана для початку цієї ініціації, - це північно-східний регіон США. Це було засновано на простому аналізі необхідності, який розглядав щільність населення та вік міського центру, починаючи з Нью-Йорка. Регіональна модель, описана нижче, може бути розширена на національному та міжнародному рівнях.
4. Прогрес
Концепція «розумних міст», хоча на етапі планування з кінця 1998 року, отримала своє перше фінансування в січні 2000 року. З того часу альянс почав формуватися за участю 2 регіональних університетів, які приєднуються до команди разом з штатом Нью-Йорка, що займається великим міським програма розвитку. Крім того, Асоціація екологічних бізнесів штату Нью-Йорк погодилася скликати раду представників бізнесу для продовження процесу ідентифікації потреб та визначення пріоритетів у сфері досліджень та розробок. Впродовж серпня 2000 року ініціатива здійснила своє перше здійснення приватних та комунальних фондів. На цьому етапі концепція дозріла, через обмін з членами альянсу, і почалася активна програма досліджень та розробок. На рисунку 1 показано, що статус науково-дослідницької програми з підтримкою трьох напрямків, пасивними структурами, підземними комунікаціями та зеленими будівлями. По-четверте, рідкісних систем, знаходиться на стадії перегляду пропозицій. Оскільки ініціативи продовжують розвиватися, передбачається, що нові напрямки будуть додані, оскільки поточні починають поставляти товарний потік у комерційний сектор.
5. Майбутнє
З раннім успіхом цього бачення, ця ініціатива, як очікується, зросте і займе національну популярність :. Наступні 12-18 місяців повинні бачити перші два продукти, щоб задовольнити потреби міста. Очікується, що шина пасивної структури завершить дослідження або віддалений повнорозмірний оптичний датчик з можливістю вимірювати структурну деградацію від віку мостів до відшарування фасадів цегельних будівель. Друга, що походить від підземних комунальних служб, буде системою виявлення та зображень з високою роздільною здатністю, що дозволяє знаходити не тільки вибрані системи, такі як підземні гази та водогони, а також їхні неприємні суглоби. Як і будь-яка велика компанія, така як це, її успіх полягає у здатності творчо відповідати потребам кінцевих споживачів у практичних дослідженнях та розробці та створенні механізму підтримки фінансування. Ці два напрямки будуть предметом високого пріоритету протягом наступного року. Освіта є життєво важливою частиною майбутнього "Спритних міст". Ініціатива планує провести 2 семінари протягом наступних 12 місяців, щоб розпочати процес навчання наших бізнесів та урядових лідерів. Крім того, аутрич-процес почав розглядати поточний навчальний план коледжу з думкою про потреби майбутніх випускників.
Нарешті, настав час розширити бачення, щоб заручитися внеском міжнародного співтовариства. Міські центри по всьому світу стикаються з подібними проблемами. Цей міжнародний семінар з продовження життя, який об'єднав представників Нью-Йорка та Парижу, є початком цих зусиль.
6. Висновок
Представлено бачення міста майбутнього, яке спирається на інтеграцію науки та технології через інформаційні системи. Майбутнє, яке вимагатиме переосмислення відносин між урядом, керівниками міст, бізнесом, науковими та дослідницькими колами. Назва цього бачення - "Розумні міста".