Časopis Quark
http://www.quark.sk

Inteligentné mestá budúcnosti

Keď porovnáme bývanie pravekých ľudí v jaskyniach s využívaním našich dnešných príbytkov, našli by sme len málo rozdielov v ich funkcii. K revolúcii v bývaní však dôjde v inteligentných mestách budúcnosti, tzv. Smart cities.

V ére inteligentných miest bude nevyhnutné presne poznať svoju polohu.

Jaskyne poskytovali našim predkom prístrešie a ochranu pred dažďom, snehom a vetrom. Tiež miesto na prespanie, na ohnisko, ktoré zabezpečovalo v jaskyni teplo, aj priestor na uskladnenie zásob. Oheň poskytoval okrem svetla v noci hlavne teplo, možnosť tepelne spracovávať stravu a v neposlednom rade aj ochranu pred nebezpečnými zvieratami. Skladovacie priestory slúžili najmä ako zásobárne suchého dreva a potravín. Je pravda, že dnešné domy sa stavajú s ohľadom na čo najvyšší komfort, ale samotný byt pre nás nič nespraví, podobne ako pre praľudí nič nespravila ani jaskyňa. Byt nenakúpi za nás to, čo nám chýba v chladničke, nezavolá sanitku, keď osobe v našej prítomnosti príde nevoľno. Takéto a mnohé ďalšie vymoženosti nám však ponúknu byty v inteligentných mestách budúcnosti. Ich integrovanou súčasťou budú aj dopravné systémy a v neposlednom rade aj odev ich obyvateľov.

Dôležitá informácia – poloha

Všetky zariadenia a funkcie, ktoré nám budú mestá budúcnosti poskytovať, budú závislé od jednej veľmi dôležitej informácie. Tou bude poloha mobilných objektov a predovšetkým ľudí.

Mobilná meracia platforma skonštruovaná na tvorbu 3D modelu priestoru

Informácia o polohe bude dôležitou nielen v oblasti inteligentnej dopravy, ale aj pri využívaní nových služieb, ktoré vzniknú, napríklad v smart budovách, smart zdravotníctve, ale aj v iných zariadeniach súvisiacich so životom ľudí v meste. Väčšina služieb využívajúcich informáciu o polohe je v súčasnosti odkázaná na odhad polohy pomocou satelitných systémov, hlavne GPS. Výhodou tohto riešenia je celosvetová dostupnosť systému, ale jeho výkonnosť môže byť negatívne ovplyvnená nielen geometrickým usporiadaním satelitov, ale predovšetkým vplyvom prostredia na šírenie signálu. Z dôvodu tienenia a odrážania signálu od prekážok môžu vznikať veľké chyby pri určovaní polohy, hlavne v mestách. Na druhej strane, práve v týchto oblastiach sa kladú vysoké požiadavky na presnosť. Niektoré aplikácie napríklad vyžadujú presnú informáciu, na ktorej strane cesty sa používateľ (alebo zariadenie) nachádza. Takáto informácia môže byť základom pre službu vyhľadávania voľných parkovacích miest či pre činnosť autonómnych vozidiel.

Internet vecí a 5G siete

Problém určenia polohy je možné vyriešiť pomocou lokalizačných riešení založených na technológiách bežne dostupných v mobilných smart zariadeniach. Môžu to byť rádiové signály, dáta z inerciálnych senzorov alebo z obrazových dát nasnímaných kamerou.

Mikroskopický pohľad na vodivé textilné vlákno

Perspektívna sa javí fúzia dát z jednotlivých platforiem zabezpečujúca presný odhad polohy. V problematických oblastiach je už v súčasnosti možné pomocou rádiových sietí určiť polohu zariadení presnejšie ako pomocou GPS. S príchodom nových technológií pre inteligentné mestá, ako sú napríklad internet vecí alebo bezdrôtové siete 5. generácie (5G siete), sa presnosť určovania polohy bude ďalej zvyšovať. Prispeje k tomu aj väčšie množstvo zariadení vysielajúcich rádiové signály pri rozvoji technológie internetu vecí, pretože bude dostupných viac signálov s parametrami vhodnými na určovanie polohy. Komunikácia pomocou bezdrôtových sietí bude dôležitou súčasťou inteligentných miest nielen z dôvodu využitia veľkého množstva senzorov, pripojených vozidiel a internetu vecí, ale aj z dôvodu nových služieb pre koncových používateľov (napríklad streamovanie videa vo vysokom rozlíšení v reálnom čase či aplikácie rozšírenej a virtuálnej reality). Tieto služby budú vyžadovať vysoké prenosové rýchlosti a nízke oneskorenie. Takéto požiadavky sa zohľadňujú aj pri vývoji siete 5. generácie, ktorá by mala poskytovať používateľom vysokú mieru mobility a zároveň vysoké prenosové rýchlosti s minimálnym oneskorením. Okrem toho bude časť siete vymedzená pre veľký počet zariadení, ktoré nevyžadujú vysoké prenosové rýchlosti, čím bude poskytovať priestor pre rozvoj internetu vecí.

Mobilný merací systém

Informácie o polohe nájdu svoje uplatnenie aj v systémoch rozšírenej reality. Predpokladá sa, že v systémoch pre navigáciu dopravných prostriedkov, hlavne leteckých – drony a pod., sa bude využívať navigácia založená na použití 3D modelov v kombinácii s informáciami získanými z kamier.

Riadiaca jednotka pripojená k snímačom umiestneným na tričku

V prípade, že budeme potrebovať vytvoriť trojrozmerný model vonkajšieho priestoru, je možné použiť terestriálne laserové skenery, ktoré umožňujú zmerať priestor okolo skenera a následne programovo vytvoriť virtuálny model snímaného priestoru. Niekedy však pomerne zložitý terestriálny skener použiť nemožno. Napríklad ak potrebujeme vytvoriť model železničnej trate a jej okolia alebo diaľnice aj s jej okolím, nie je možné na čas merania zastaviť dopravu. Z týchto dôvodov sa vyvíjajú mobilné meracie systémy, ktoré umožnia zosnímanie priestoru počas pohybu. Na pohyblivú meraciu platformu sa umiestnia potrebné zariadenia, ktoré pri jej pohybe odmerajú všetky údaje potrebné na vytvorenie 3D modelu. Na meranie vzdialeností jednotlivých objektov sa môžu použiť laserové skenery. Na vytvorenie 3D modelu je preto potrebné skenermi pohybovať a pritom zisťovať ich skutočnú polohu. Na to môžu slúžiť už spomenuté metódy na určenie polohy. Takto vytvorený model bude poskytovať informácie o veľkosti a vzdialenostiach všetkých nasnímaných objektov. Vďaka tomu ho možno použiť nielen na virtuálnu prehliadku nasnímaného priestoru, ale aj na presné zistenie rozmerov všetkých objektov, a môže poslúžiť aj architektom pri návrhu budov v inteligentnom meste.

Inteligentné odevy

Výskumníci z mnohých univerzít pracujú na výskume inteligentných textílií, z ktorých bude možné v budúcnosti vyrábať inteligentné odevy. Ich hlavnou úlohou je monitorovať vitálne funkcie osôb, ktoré ich majú oblečené. Medzi základné monitorované funkcie patria: krvný tlak a pulz srdca, frekvencia a hĺbka dýchania a potenie sa. Miniatúrne snímače na zber dát sa väčšinou nachádzajú priamo v samotnej štruktúre špeciálnych vodivých textilných vláken. Vlákna tkaniny inteligentného odevu sa okrem bežných zložiek, ako sú bavlna a polyester, skladajú aj z vodičov s veľmi malými prierezmi. Zozbierané údaje o vitálnych funkciách sa bezdrôtovo posielajú na server, ktorý na základe získaných údajov a lekármi navrhnutých algoritmov monitoruje zdravotný stav sledovanej osoby. V prípade, že algoritmus vyhodnotí zozbierané údaje ako rizikové, odošle ich lekárom, ktorí môžu vykonať opatrenia na záchranu ľudského života. Monitorovací systém tiež môže osobe so zlým zdravotným stavom autonómne privolať rýchlu zdravotnú pomoc.

Systém domácej starostlivosti

Fínski vedci prišli s rozšírením systému inteligentných odevov a zakomponovali ho do koncepcie inteligentného domu ako základnej stavebnej bunky inteligentných miest. Pomocou tohto systému sa dá zistiť aj poloha osoby v miestnosti. Napríklad v prípade nečakaného pádu človeka, ktorý ostane dlhšie ležať, systém automaticky privolá lekársku pomoc. Výskumné snahy smerujú k vytvoreniu jednotného systému, ktorý bude mať uplatnenie vo viacerých odvetviach. V zdravotníctve pôjde o meranie vitálnych funkcií pacientov s chronickými ochoreniami, monitorovanie novorodeniatok a predchádzanie syndrómu náhleho a neočakávaného úmrtia, a to bez obmedzenia bežne vykonávaných aktivít. V rámci rôznych športových aktivít sa budú takéto odevy využívať na priebežné snímanie a monitorovanie telesných údajov. Inteligentné odevy bude možné využiť pri vytváraní ochranných a pracovných odevov. Môžu pomáhať aj pri riešení rôznych problémov v oblasti verejného zdravotníctva aj domácej starostlivosti.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 8/2017.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Referát pre vzdelávanie žilinskej univerzity v Žiline http://fel.uniza.sk/
Fotky a ilustrácie EF UNIZA

 

Komentáre