1. Úvod
Výhled z "inteligentních měst" je městským centrem budoucnosti, který je bezpečný, ekologicky šetrný a efektivní, protože všechny struktury - ať už pro napájení, vodu, dopravu apod. - jsou navrženy, konstruovány a udržovány s využitím pokročilých, integrovaných materiálů, senzorů, elektroniky a sítí, které jsou propojeny s počítačovými systémy, které se skládají z databází, sledování a rozhodovacích algoritmů. Výzkumné a inženýrské výzvy na cestě k této vizi zahrnují řadu technických oborů včetně fyziky, chemie, biologie, matematiky, výpočetní vědy, systémů, mechanických, elektroniky a stavebního inženýrství. Na nejjednodušší úrovni je základní složka a její přidružený mechanismus nebo zpětná vazba. Každý z nich musí být identifikován nebo, pokud již existuje, přizpůsoben pro příslušnou aplikaci. Na další úrovni je návrh systému využívajícího tyto komponenty. S tím bude spojeno rozhraní s počítačovou "monitorovací" schopností pro každou danou funkci. Další je úplná struktura nebo služba a nakonec integrace informací napříč všemi souvisejícími a zdánlivě nesouvisejícími aspekty základní infrastruktury městských center. Město, které sleduje a integruje podmínky všech svých kritických infrastruktur včetně silnic, mostů, tunelů, železnic, metra, letišť, námořních přístavů, komunikací, vody, energie a dokonce i významných budov, může lépe optimalizovat své zdroje, , a sledovat bezpečnostní aspekty při maximalizaci služeb svým občanům. Řízení havarijní odezvy jak na přírodní, tak na lidské výzvy k systému může být zaměřeno a rychlé. Díky pokročilým monitorovacím systémům a vestavěným inteligentním senzorům mohou být data shromažďována a vyhodnocována v reálném čase, čímž se posílí rozhodování města. Například zdroje mohou být spáchány před hlavním přerušením vody, vyslání posádek solí pouze tehdy, když specifický most má podmínky námrazy a používání inspektorů se sníží o znalosti stavu života všech struktur. V dlouhodobém horizontu budou systémy, systémy a struktury Smart Cities sledovat své vlastní podmínky a provádět samočinné opravy podle potřeby. Fyzické prostředí, vzduch, voda a okolní zelené plochy budou monitorovány neúnavnými způsoby optimální kvality, čímž se vytvoří vylepšené životní prostředí a prostředí, které je čisté, účinné a bezpečné a které nabízí tyto výhody v rámci nejúčinnější využití všech zdrojů. Tento příspěvek pojednává o současné iniciativě pod vedením národního laboratoře Brookhaven, aby vytvořila program pro výzkum, vývoj a nasazení, který tuto vizi napomáhá. To je zakotveno v aplikaci nových technologií na aktuální problémy městských center, přičemž se hledá 20 let do budoucnosti a konceptualizace městského rámce, který může existovat.
2. Baclkm-ound
Nejnovější vývoj v oblasti inteligentních materiálů a inteligentních struktur lze rozdělit do dvou kategorií: těch, ve kterých se vyvíjejí opravdu nové materiály (které rozumí a diagnostikují) a ty, ve kterých jsou nasazeny a propojeny novější, menší a početnější mikrosenzory nebo optické systémy s reakčními systémy. V první kategorii se vývoj, jako jsou zlepšené krystalové displeje a umělé svaly, odrážejí vývoj, který tlačí limity miniaturizace na molekulární úroveň. Jiným příkladem je vývoj zlepšených membrán pro separační procesy, které jsou citlivější a specifické pro určité chemické druhy. Druhá kategorie je pro konstruktéry a inženýry zajímavější v tom, že aplikace senzorů a mechanismů reakce ve strukturách poskytuje příležitost ke snížení hmotnosti a celkových nákladů. Přínosy z těchto aplikací jsou také rozšířeny na civilní infrastruktury, jako jsou mosty a přehrady. I když iniciativa začíná touto kategorií, dlouhodobé cíle koncepce inteligentních měst jsou zakotveny v první. Některé z identifikovaných problémů výzkumu jsou: kategorizace kritické infrastruktury identifikace parametrů, které mají být sledovány; rozlišení měřených parametrů na měřitelné výkonnostní opatření; uplatňování současného výzkumu a vývoje na inteligentních snímačích, vývoj materiálu, snímačů a měřicích technologií; a rozšíření přenosových výpočetních, síťových a integračních schopností. Během posledních dvaceti let byly inteligentními materiály a strukturami, také známými jako "inteligentní" nebo "adaptivní" materiály a struktury, zaměřením značného výzkumu. V poslední době se civilní aplikace, které se zajímají jak o vládu, tak o akademickou obec, se vyvinuly z původně a především vojenského a leteckého zaměření. Vojenské a kosmické aplikace / výzkumy z vestavěných mikroaktivátorů pro řízení průtoku přes profilové profily a mikrovlnné pole, zkoumání slitin tvarové paměti a diagnostické sledování kompozitních struktur byly velmi dobře podpořeny Ministerstvem obrany USA a od NASA, se značným výzkumem v akademických výzkumných centrech, jako je například Struktura a kompozitní laboratoř Stanfordské univerzity a Centrum pro dynamiku a řízení inteligentních struktur Harvardské univerzity. Nedávno se rozvíjela diverzifikovaná základna spolu s technologickými potřebami a očekáváními občanského a průmyslového sektoru s cílem řešit biologické, infrastrukturní a dopravní potřeby. V důsledku toho probíhají dynamické a multidisciplinární výzkumné práce v řadě univerzitních a vládních institucí. Vizi inteligentních měst staví na těchto snahách a zaměřuje se na jejich integraci pro použití v městském prostředí. Zkoumání a komplexní "megasystémy" mimo složku nebo dokonce diskrétní systém bude vyžadovat inovace založené na integračních a holistických přístupech. Tyto mega systémy zahrnují udržitelnost - zabraňují škodám na životním prostředí, účinnému využívání energie a materiálů a inženýrství životního cyklu jako integrovaných řešení. Vedle již vyvíjejícího se a rozšiřujícího se finančního základu pro tyto technologie bude nutné, aby životaschopná řešení obsahovala sponzorství od nových hráčů, jako je Ministerstvo energetiky a Agentury pro ochranu životního prostředí, jakož i mezinárodní spolupráce. Navíc Congressional Bill, HR 115, zákon o rozvoji infrastruktury z roku 1999 naznačuje silnou potřebu (a vládní zájem) o ještě kreativnější a efektivnější způsoby financování iniciativ souvisejících s infrastrukturou a zařazování zdrojů potřebných pro splnění stávajících a předpokládaných požadavků na financování infrastruktury.
3. Přístup
Aby byla tato vize realizována, byla tato iniciativa zahájena za účelem vybudování aliance univerzit, vládních, podnikatelských sdružení, soukromého sektoru a národního laboratoře Brookhaven. Záměrem je vytvořit strukturu, která propojí potřeby městských center s prostředky akademické a laboratorní komunity, a tím efektivně identifikovat technologie v jejich příslušných portfoliích, které mohou být rozvinuty prostřednictvím demonstračního projektu na komercializaci ve městech. Pokud neexistuje technologie, pak začít s aplikovaným výzkumným úsilím k řešení těchto potřeb. Model, který byl zvolen k zahájení tohoto zahájení, je ten ze severovýchodního regionu USA. Toto bylo založeno na jednoduché analýze potřeb, která se zabývala hustotou obyvatelstva a věkem regionů městského centra, počínaje New Yorkem. Níže popsaný regionální model může být rozšířen na národní i mezinárodní úrovni.
4. Pokrok
Koncepce inteligentních měst, i když ve fázi plánování od konce roku 1998, získala své první financování v lednu 2000. Od té doby se aliance začala tvořit se dvěma regionálními univerzitami, kteří se připojili k týmu společně s úřadem New Yorku, který se zabýval velkým městským rozvojový program. Navíc environmentální obchodní sdružení státu New York se dohodla na svolání rady obchodních zástupců, aby pokračovali v procesu identifikace potřeb a priorit výzkumu a vývoje. Během srpna 2000 se v této iniciativě uskutečnily první soukromé a veřejné utility. V tomto okamžiku vyvstal koncept prostřednictvím výměny s členy aliance a zahájil se aktivní program výzkumu a vývoje. Obrázek 1 ukazuje stav programu výzkumu a vývoje se třemi podpůrnými oblastmi podporovanými, pasivními strukturami, podzemními nástroji a zelenými budovami. Čtvrtý, tekutý systém, je ve fázi přezkumu návrhu. Vzhledem k tomu, že iniciativy se stále zrychlují, očekává se, že budou přidány nové oblasti, protože stávající oblasti začnou přivádět proudy produktů do komerčního sektoru.
5. Budoucnost
S počátkem úspěchu této vize se očekává, že iniciativa poroste a převezme národní vyznamenání :. V příštích 12 až 18 měsících by se měly objevit první dva produkty zaměřené na řešení potřeb města. Očekává se, že pasivní konstrukční tah dokončí výzkum nebo vzdálený optický senzor na plné ploše, který bude schopen měřit strukturální degradaci od věků mostů až po delaminaci cihelné fasády budov. Druhá, která pochází z tahu podzemních sítí, bude detekční a zobrazovací systém s vysokým rozlišením schopným lokalizovat nejen vybrané systémy, jako jsou podzemní plynové a vodovodní sítě, ale také jejich obtížné spoje. Stejně jako jakýkoli významný podnik, jako je tento, bude jeho úspěch spočívat v schopnosti kreativně sladit potřeby koncových uživatelů s praktickým výzkumem a vývojem a vytvořením udržitelného financování. Tyto dvě oblasti budou v příštím roce předměty s vysokou prioritou. Vzdělávání je důležitou součástí budoucnosti inteligentních měst. Tato iniciativa plánuje uspořádání 2 pracovních seminářů v průběhu následujících 12 měsíců s cílem zahájit proces vzdělávání našich obchodních a vládních vůdců. Kromě toho byl zahájen proces oslovování současných studijních plánů vysokoškolského inženýrství s ohledem na potřeby budoucích absolventů.
Konečně je načase rozšířit vizi a vyzvat mezinárodní společenství. Městská centra na celém světě čelí podobným výzvám. Tento mezinárodní seminář o rozšíření života, který spojuje zástupce New Yorku a Paříže, představuje počátek tohoto úsilí.
6. Závěr
Byla představena vizi města budoucnosti, která spočívá na integraci vědy a techniky prostřednictvím informačních systémů. Budoucnost, která bude vyžadovat přehodnocení vztahů mezi vládou, městskými manažery, obchodem, akademií a výzkumnou komunitou. Název této vize je Smart Cities.