1. Úvod
Vízia "Smart Cities" je mestským centrom budúcnosti, je bezpečná, bezpečná a ekologicky ekologická, pretože všetky stavby - či už ide o energiu, vodu, dopravu atď. - sú navrhnuté, konštruované a udržiavané s využitím pokročilých, integrovaných materiálov, senzorov, elektroniky a sietí, ktoré sú prepojené s počítačovými systémami pozostávajúcimi z databáz, sledovania a rozhodovacích algoritmov. Výskumné a inžinierske výzvy na ceste k tejto vízii zahŕňajú mnohé technické oblasti vrátane fyziky, chémie, biológie, matematiky, výpočtovej vedy, systémov, mechanických, elektroniky a stavebného inžinierstva. Na najjednoduchšej úrovni je základná zložka a jej pridružený mechanizmus "spätnej väzby" alebo samočinného monitorovania. Každý musí byť identifikovaný alebo, ak je už existujúci, prispôsobený pre príslušnú aplikáciu. Na ďalšej úrovni je návrh systému, ktorý využíva tieto komponenty. S tým súvisí rozhranie k počítačovej "monitorovacej" schopnosti pre každú danú funkciu. Ďalej je úplná štruktúra alebo služba poskytovaná a nakoniec integrácia informácií do všetkých súvisiacich a zdanlivo nesúvisiacich aspektov základnej infraštruktúry mestských centier. Mesto, ktoré monitoruje a integruje podmienky všetkých svojich kritických infraštruktúr, vrátane ciest, mostov, tunelov, železníc / metro, letísk, námorných prístavov, komunikácií, vody, energie a dokonca aj veľkých budov, môže lepšie optimalizovať svoje zdroje, , a monitorovať aspekty bezpečnosti pri súčasnom maximalizovaní služieb pre svojich občanov. Riadenie havarijných reakcií na prírodné, ako aj na človekom spôsobené výzvy systému môže byť zamerané a rýchle. S pokročilými monitorovacími systémami a vstavanými inteligentnými snímačmi je možné údaje zhromažďovať a vyhodnocovať v reálnom čase, čím sa zlepšuje rozhodovanie mesta. Napríklad, zdroje sa môžu zaviazať pred hlavným prerušením vody, posádka soľnej nádrže sa vysiela iba vtedy, keď špecifický mostík má podmienky námrazy a používanie inšpektorov sa znižuje s vedomím stavu života všetkých štruktúr. V dlhodobej perspektíve vízia, systémy a štruktúry Smart Cities budú monitorovať svoje vlastné podmienky a vykonávať opravu podľa vlastného uváženia podľa potreby. Fyzické prostredie, vzduch, voda a okolité zelene sa budú monitorovať nezaťažujúcimi spôsobmi optimálnej kvality, čím sa vytvorí zlepšené životné a pracovné prostredie, ktoré je čisté, účinné a bezpečné a ktoré ponúka tieto výhody v rámci najúčinnejšie využívanie všetkých zdrojov. Tento článok sa zaoberá súčasnou iniciatívou, ktorú vedie národné laboratórium Brookhaven na vytvorenie agendy výskumu, vývoja a nasadenia, ktoré túto víziu napredovať. Toto je zakotvené v aplikácii nových technológií na súčasné problémy s mestskými centrami, pričom sa hľadáme 20 rokov do budúcnosti a konceptualizujeme mestský rámec, ktorý môže existovať.
2. Baclkm-ound
Najnovší vývoj v inteligentných materiáloch a inteligentných štruktúrach možno zaradiť do dvoch kategórií: tých, v ktorých sa vyvíjajú skutočne nové materiály (ktoré rozumejú a diagnostikujú) a tie, v ktorých sa nasadzujú a spájajú nové, menšie a početnejšie mikroz senzory alebo optické systémy s reakčnými systémami. V prvej kategórii vývoj, akými sú vylepšené kryštálové displeje a umelé svaly, odrážajú vývoj, ktorý tlačí hranice miniaturizácie na molekulárnu úroveň. Ďalším príkladom je vývoj zlepšených membrán pre oddeľovacie procesy, ktoré sú citlivejšie a špecifickejšie pre konkrétne chemické druhy. Druhá kategória bola pre dizajnérov a inžinierov väčší záujem v tom, že aplikácia snímačov a mechanizmov reakcie v štruktúrach poskytuje príležitosť na zníženie hmotnosti a celkových nákladov. Prínosy z týchto aplikácií sa tiež rozširujú na občianske infraštruktúry, ako sú mosty a priehrady. Hoci iniciatíva začína touto kategóriou, dlhodobé ciele koncepcie inteligentných miest sú zakotvené v prvej. Niektoré z identifikovaných otázok výskumu sú: kategorizácia identifikácie kritických infraštruktúr parametrov, ktoré sa majú monitorovať; rozlíšenie nameraných parametrov na zvládnuteľné výkonnostné opatrenia; uplatňovanie súčasného výskumu a vývoja na inteligentných snímačoch, vývoj materiálu, snímačov a meracích technológií; a rozširovanie prenosových výpočtových, sieťových a integračných schopností. Za posledných dvadsať rokov sa inteligentné materiály a štruktúry, známe aj ako "inteligentné" alebo "adaptačné" materiály a štruktúry, sústreďujú na značný výskum. V poslednej dobe sa civilné aplikácie, ktoré sú v záujme vlády i akademickej obce, vyvinuli z pôvodného a predovšetkým vojenského a leteckého zamerania. Vojenské a kozmické aplikácie / výskumy z vstavaných mikroaktivátorov na riadenie prietoku nad profilmi a v mikrovlnkových poliach, na skúmanie zliatin s tvarovou pamäťou a diagnostické sledovanie kompozitných štruktúr boli dobre podporované Ministerstvom obrany USA a od NASA, so značným výskumom v akademických výskumných centrách, ako je Štruktúra a kompozitné laboratórium Stanfordskej univerzity a Centrum pre dynamiku a kontrolu inteligentných štruktúr Harvardskej univerzity. Nedávno sa rozvíjala diverzifikovaná základňa spolu s technologickými potrebami a očakávaniami občianskeho a priemyselného sektora s cieľom riešiť biologické, infraštruktúrne a dopravné potreby. V dôsledku toho prebiehajú dynamické a multidisciplinárne výskumné práce v mnohých inštitúciách sponzorovaných univerzitami a vládami. Vízia inteligentných miest nadväzuje na tieto snahy a zameriava sa na ich integráciu do používania v mestskom prostredí. Skúmanie a skúmanie zložitých "megasystémov" nad rámec komponentu alebo dokonca diskrétneho systému si bude vyžadovať inovácie založené na integračných a holistických prístupoch. Tieto mega systémy zahŕňajú udržateľnosť - zabraňujú škodám na životnom prostredí, efektívnemu využívaniu energie a materiálov a inžinieringu životného cyklu ako integrovaných riešení. Okrem už vyvíjajúcej sa a rozšírenej základne financovania týchto technológií bude potrebné, aby životaschopné riešenia zahŕňali aj sponzorstvo od nových aktérov, ako je ministerstvo energetiky a agentúry na ochranu životného prostredia, ako aj medzinárodná spolupráca. Okrem toho Congressional Bill, HR 115, Národný zákon o rozvoji infraštruktúry z roku 1999 naznačuje silnú potrebu (a vládny záujem) o ešte tvorivejšie a efektívnejšie metódy financovania iniciatív súvisiacich s infraštruktúrou a zaraďovanie zdrojov potrebných na splnenie existujúcich a plánovaných požiadaviek na financovanie infraštruktúry.
3. Prístup
Na realizáciu tejto vízie sa táto iniciatíva uskutočnila s cieľom vybudovať alianciu univerzít, vlád, podnikateľských združení, súkromného sektora a národného laboratória Brookhaven. Zámerom je vytvoriť štruktúru, ktorá dokáže prepojiť potreby mestských centier s prostriedkami akademickej a laboratórnej komunity, a tým efektívne identifikovať technológie v ich príslušných portfóliách, ktoré môžu byť zavedené prostredníctvom demonštračného projektu na komercializáciu v mestách. Ak technológia neexistuje, potom začať s aplikovaným výskumným úsilím na riešenie týchto potrieb. Model, ktorý sa začal s týmto začiatkom, je model severovýchodného regiónu USA. Toto bolo založené na jednoduchej analýze potrieb, ktorá sa zaoberala hustotou obyvateľstva a vekom regiónov mestského centra, počnúc New Yorkom. Nižšie opísaný regionálny model môže byť rozšírený na národnej a medzinárodnej úrovni.
4. Pokrok
Koncepcia inteligentných miest, hoci v štádiu plánovania od konca roka 1998 získala svoje prvé financovanie v januári 2000. Od tej doby sa aliancia začala formovať spolu s 2 regionálnymi univerzitami, ktoré sa pridali k tímu spolu s štátnym orgánom štátu New York, rozvojový program. Okrem toho environmentálna obchodná asociácia štátu New York sa dohodla na zvolaní rady zástupcov podnikov, aby pokračovali v procese identifikácie potrieb a uprednostňovania výskumu a vývoja. V mesiaci august 2000 sa v tejto iniciatíve uskutočnili prvé súkromné a verejné finančné prostriedky. V tomto bode koncepcia vypršala prostredníctvom výmeny s členmi aliancie a začal sa aktívny program výskumu a vývoja. Na obrázku 1 je znázornený stav programu výskumu a vývoja s podporou troch podporných oblastí, pasívnych štruktúr, podzemných zariadení a zelených budov. Štvrtý, kvapalné systémy, je v štádiu preskúmania návrhu. Keďže iniciatívy naďalej vyrastú, predpokladá sa, že budú pridané nové oblasti, pretože súčasné oblasti začnú prinášať produktový tok do komerčného sektora.
5. Budúcnosť
Vďaka skorému úspechu vízie sa očakáva, že iniciatíva bude rásť a bude mať národnú dôležitosť. Nasledujúcich 12 až 18 mesiacov by mali vidieť prvé dva produkty immerge riešiť potreby mesta. Očakáva sa, že pasívna ťahová štruktúra dokončí výskum alebo vzdialený optický senzor s plným poľom s možnosťou merania štrukturálnej degradácie od vekov mostov až po delamináciu murovaných fasád budov. Druhým, ktorý pochádza z tahu podzemných zariadení, bude detekčný a zobrazovací systém s vysokým rozlíšením schopný lokalizovať nielen vybrané systémy, ako sú podzemné plynové a vodovodné siete, ale aj ich nepríjemné kĺby. Rovnako ako v prípade akéhokoľvek významného podniku, ako je tento, bude jeho úspech spočívať v schopnosti kreatívne prispôsobiť potreby koncového užívateľa praktickému výskumu a vývoju a vytvorením udržiavacieho financovania. Tieto dve oblasti budú v najbližšom roku predmetom vysokej priority. Vzdelanie je dôležitou súčasťou budúcnosti inteligentných miest. Táto iniciatíva plánuje usporiadať v priebehu nasledujúcich 12 mesiacov 2 workshopy s cieľom začať proces vzdelávania našich podnikateľských a vládnych predstaviteľov. Okrem toho sa začal proces oslovenia na súčasnom učebnom pláne vysokých škôl s úvahami o potrebách budúcich absolventov.
Napokon, je načase rozšíriť víziu, aby sme požadovali vstup od medzinárodného spoločenstva. Mestské centrá po celom svete čelia podobným výzvam. Tento medzinárodný workshop o rozšírení života, ktorý spája zástupcov New Yorku a Paríža, predstavuje začiatok tohto úsilia.
6. Záver
Bola predstavená vízia mesta budúcnosti - ktorá spočíva na integrácii vedy a techniky prostredníctvom informačných systémov. Budúcnosť, ktorá si bude vyžadovať prehodnotenie vzťahov medzi vládou, mestskými manažérmi, podnikaním, akademickou obcou a výskumnou komunitou. Názov tejto vízie je Smart Cities.