CC BY
78Концепция умного дома: безопасность, дополнительные возможности и дополненная реальность
А.В. Ляпидевский1, В.А. Жмудь1-2, О.Н. Долинина3, Л.В. Димитров4
1ПАО «Новосибирский институт программных систем», Новосибирск, Россия 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия, 3Саратовский государственный университет им. Гагарина А.Ю., Саратов, Россия.
4Технический университет Софии, София, Болгария
Аннотация: В статье обсуждаются технологии умного города, интернета вещей, виртуальной и дополненной реальности. Показано, что требуется централизованное планирование развития этих технологий. Дается анализ отдельных направлений и классификация их по важности, также предлагается классификация по готовности к внедрению и по потенциальному эффекту.
Ключевые слова: технологии умного города, интернет вещей, smart city technologies, internet of things, высшее образование, магистратура, мобильность, автоматика, мехатроника, робототехника, информационные технологии
ВВЕДЕНИЕ
Тематика умного жилища и дополненной реальности, а также интернета вещей стала в последнее время особо актуальной [1-5].
Концепция умного дома и умного города в последнее время стала часто использоваться как модное и новое направление, преимущественно для подчеркивания инновационных свойств не столько новых идей (которых не так уж и много), сколько авторских коллективов, претендующих на особое отношение, финансирование из соответствующих грантов и тому подобное.
Ситуация такова, что встретить словосочетание «Умный город» или «Умный дом» можно намного чаще, нежели найти новую и полезную информацию о том, что эти названия под собой скрывают, где это фактически реализовано, насколько оправдана подобная терминология и т.п.
Зачастую оснащение многоквартирного дома интернет сетью, видео наблюдением или раздельными мусоросборниками выдается за концепцию умного города в действии, а таковая концепция уже претендует на реализацию умного города. В публикациях или публичных выступлениях добавляется энергосбережение, альтернативные источники энергии,
экологические (в меру понимания этого термина авторами) технологии, называемые зелеными.
На наш взгляд, подобные новшества не имеют никакого отношения к принципиально новому подходу, который ожидается при введении новой (иной) терминологии, такой как умный дом.
Прежде всего, определим целевую аудиторию таких домов, критические признаки, по совокупности которых дома можно
классифицировать как умные, после чего можно будет рассуждать о технологиях.
Если крыша дома покрыта термобатареями, это еще не делает дом умным. Если стиральная или посудомоечная машина оснащена таймером, по которому ее запуск можно осуществить в ночное время, когда, возможно, тарифы на электроэнергию несколько ниже, или телевизор программируется на выключение через час после его работы или через некоторый наперед заданный срок, когда пульт остается в бездействии, если в подъезде освещение включается по детектору движения или звука, а выключается по таймеру, отмеряющему время, когда таковые детекторы не регистрируют движения или звука - это не умный дом, это просто набор простых решений, на уровне конечных автоматов, не требующие никакого интеллекта, даже примитивнейшего варианта микроконтроллера, хотя, безусловно, можно все эти функции реализовать на компьютере с относительно большими вычислительными возможностями. Но ведь если гвоздь забивается логарифмической линейкой, процесс забивания гвоздя не станет более интеллектуальным по сравнению с тем, когда его забивают молотком. Вышеперечисленные функции могут быть решены простейшими автоматами с простейшими датчиками, говорить об интеллекте здания в этом случае нет оснований.
Адаптация возможностей и конкретных функций жилища к потребностям жильца также еще не является признаком интеллекта жилища, хотя это, безусловно, ближе к рассматриваемой тематике. Но ведь можно регулировать длину брючного ремня, ручки сумки, швабры, костыля и т. п., эта примитивная адаптация не является интеллектуальной при всем удобстве этих регулировок, которые настолько привычны, что иного мы уже и не представляем.
Даже если кровать вдвигается в стену или складывается, трансформируется в диван или уходит под стол, или трансформируется в своеобразный помост - все это всего лишь электромеханические решения (трансформации мебели) для экономии места, что крайне важно для малогабаритных квартир, но при всей важности и оригинальности еще не является признаком интеллекта жилища. Трансформация конференц-зала из одного большого в три небольших - это тоже полезное, но не слишком интеллектуальное решение.
По-видимому, умное жилище - это и не кухня, оснащенная автоматическими кофеварками, посудомоечными машинами, СВЧ печью и холодильником, способным информировать о заканчивающихся продуктах питания и даже сделать заказ в магазин на их пополнение.
1. КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЖИЛИЩА
Термин «компьютерный интеллект» применяется, по-видимому, на практике гораздо чаще, чем для этого имеются действительные основания. Возможно, в настоящее время примеров, в полной мере отвечающих этому понятию, так и не появилось. Наиболее близко к этому понятию приближается компьютер, совершающий анализ ситуации и принимающий решения, хотя бы даже и по самым простейшим алгоритмам.
Пожалуй, образец «умного действия» жилища был показан в фантастическом фильме «Пятый элемент», где после падения на пол стеклянного бокала с коктейлем из ниши появились несколько роботов-уборщиков, один собрал осколки стекла, другой ликвидировал пятна от коктейля, третий переплавил стекло в стакан точно такой же формы, и четвертый, скрытый внутри стола, приготовил новый коктейль, идентичный тому, который был в разбившемся бокале. После этого новый бокал с коктейлем был подан жильцу на его стол (в правильное место на столе).
Из этого примера можно сформулировать идеальные функции умного жилища:
1. Идентификация проблемы.
2. Решение проблемы.
Полное решение проблемы распадается на устранение наиболее явной и наиболее остро мешающей ее части; определение необходимости и возможности окончательного устранения проблемы до мельчайших деталей; выполнение функции окончательного устранения при возможности.
В рассмотренном примере острая часть -устранение осколков и пятен. При отсутствии робота эту функцию все равно пришлось бы выполнять жильцу или обслуживающему персоналу. Вторая часть функций в этом примере - принятие решения о том, необходимо
ли восстанавливать исходный объект. Третья часть - восстановление исходного объекта. И скрытый аспект - в рассмотренном примере предполагается полная утилизация осколков стекла, что является фантастикой для современного уровня техники. Предположим, разбитый предмет являлся бы неким исключительно сложным объектом, это могло быть произведение искусства, например, редкий китайский фарфор, венецианское стекло, богемский хрусталь, поврежденным может оказаться ювелирное изделие с драгоценными камнями, картина известного художника и так далее. Восстановление чрезвычайно дорогих изделий предполагает наличие техники производства чего угодно, причем также и наличие техники определения первоначального состояния этого объекта по его обломкам. Таким образом, если восстановление стакана из дешевого стекла видится возможным, но не необходимым, то восстановление других предметов, более сложных и ценных, видится необходимым или крайне желательным, но едва ли возможным. Вообще иметь в доме целую фабрику по производству чего угодно невозможно не только сейчас, но, по-видимому, и в достаточно обозримом будущем. Если каждый житель может иметь дома подобное производство, это по уровню материального обеспечения граждан превышает даже мифический коммунизм, согласно концепции которого каждый будет иметь все, что ему угодно в полном соответствии с его потребностями.
Как видим, о полном устранении проблемы говорить пока не приходится.
Другой аспект состоит в ответе на вопрос: а следует ли полностью устранять проблему. Если предмет разрушен случайно, по-видимому, его восстановление могло бы быть желательным, но ведь возможно, что жилец разрушил предмет преднамеренно. Нам не требуются автоматы, которые из нарезанной моркови будут делать обратно целую морковь. Следовательно, нарушенная целостность - не обязательно проблема. Если мы распаковали подарок, разрезали ленточку, порвали упаковку, мы не ходим, чтобы разумные роботы восстанавливали статус-кво, запаковывали подарок обратно.
По-видимому, на настоящем этапе развития техники мы не готовы доверить компьютерному интеллекту решение задачи, что именно является проблемой, а что проблемой не является; в каком случае следует ликвидировать хаос, а в каком случае то, что машинный интеллект оценит как хаос, является частью задуманного нами плана действий.
Если человек среди ночи встал для неотложных дел, он не желает по возвращении обнаружить свою постель аккуратно заправленной. Пожалуй, мы легко согласились
бы на данном этапе дать себе труд подсказать «умному жилищу», в каком случае следует ликвидировать хаос (вымыть пол или окно, заправить постель, убрать посуду и крошки со стола, вымыть посуду и так далее), а в каком случае не следует этого делать (если мы лишь ненадолго отлучились и намерены продолжить обед, на полу не грязь, а праздничное конфетти, окно покрыто не пылью, а новогодними блесками и так далее).
2. УМНОЕ ЖИЛИЩЕ ДЛЯ СИБАРИТА ИЛИ ДЛЯ ИНВАЛИДА?
Указанные функции также пока еще далеки от простой реализации даже в том случае, если они реализуются по команде. Робот-пылесос, холодильник с распознающей видеокамерой и посудомоечная или стиральная машина, определяющая уровень загрязнения и выбирающая режим мойки, являют собой некоторые отдельные решения отдельных проблем. Устройств для капитальной качественной уборки квартиры (тем более ремонта) еще не изобрели. Поэтому нам придется еще больше снизить уровень требований, предъявляемых к сегодняшнему умному жилищу.
Приспособление функционала жилища к нуждам инвалидов, одиноких пожилых или больных людей - это, пожалуй, та сфера, где обсуждаемые технологии наиболее
востребованы.
Конечно, адаптивные возможности требуют избыточности технических решений, стоимость адаптации высока. Если закладывать возможности перестройки (адаптации) всего, что может потребоваться к изменению, потребуется оснастить все жилище большим количеством исполнительных устройств и датчиков, большинство из которых по всей вероятности не понадобится. Например, если в доме проживает глухой человек, то вместо дверного звонка придется использовать оптический сигнал вызова, также как на телефоне, на пожарной сигнализации и тому подобных устройствах оповещения. Негуманно было бы заставлять такого инвалида носить на себе оптический сигнализатор, ведь если человек не может расслабиться и освободиться от лишних нательных устройств даже дома, то это достаточно утомительно. Человек может находиться в различных помещениях, следовательно, оптические устройства срочного оповещения должны быть в каждом из них. Это и создает избыточность. Умный дом может опознавать место пребывания глухого жильца и включать оптические устройства только там, где он находится, но они все равно должны иметься повсюду, это и создает избыточность. Если мы ходим иметь возможность смотреть телевизор и в гостиной, и в спальне, и на кухне, нам придется иметь отдельный телевизор в каждом
из этих помещений или сделать так, чтобы телевизор следовал за нами из комнаты в комнату. И то и другое - избыточность, причем лишнее количество телевизоров - это более простое решение.
Если в доме проживает слепой, ему, наоборот, не нужны оптические устройства, ему необходимы звуковые и осязательные ориентиры для более свободного передвижения по квартире и отыскания необходимых вещей.
Для каждого нестандартного жильца (в особенности - инвалида или больного человека) требуются индивидуальные вспомогательные функции для облегчения быта и, возможно, труда или творчества на дому (если у него есть такая потребность). Излишне дорого было бы делать жилище, которое предоставляет все возможные функции на выбор, следовательно, требуется набор относительно эффективных решений для типовых проблем, т.е. умный дом для слепого будет отличаться от умного дома для глухого и от умного дома для инвалида по опорно-двигательной системе, как и для любого иного инвалида. Тем не менее, эти функции нельзя строго разделить на конечное количество классов, ведь инвалид по зрению может оказаться одновременно и без руки, или с ослабленным слухом и так далее. Проблемы и потребности могут сочетаться в самых разнообразных вариантах в каждом конкретном случае: у кого-то не достает одного пальца, а у другого отсутствуют все четыре конечности, но каждый член общества вправе надеяться прожить жизнь настолько полноценную, насколько это возможно при нынешнем уровне цивилизации. Когда мы говорим о научной концепции (а не об экономической возможности или целесообразности), исследуем проблему не методами бизнеса, а методами научных возможностей, нам следует ориентироваться, в том числе и на самые сложные случаи. Ведь куда важнее сделать жилище, повышающее уровень комфорта одному инвалиду, которому тяжелее всех прочих, чем обеспечить десятки или сотни сибаритов чуть более быстрым доступом в интернет, чуть более экономным режимом энергопотребления, чуть лучшим освещением, чуть более эффективным кондиционером и более рациональной организацией рабочего места. Эргономика здорового офиса, безусловно, важна, но эргономика жилища инвалида важнее тысячекратно.
В настоящее время по поиску «сотовый телефон для глухих» интернет предлагает видео с розыгрышем со скрытой камерой, где необоснованно веселый человек собирает деньги якобы на производство телефонов для глухих, видео сопровождается веселой музыкой и смехом за кадром [7]. Можно, конечно, посоветовать глухому пользоваться отправкой sms-сообщений, но это не решает проблемы.
Продуманного комплекса решений для этой проблемы нет.
Проблема сотового телефона для слепых освещена чуть более серьезно, например, предлагается примитивный телефон с озвучиванием некоторых функций и кнопок [8].
Из этого видно, что даже проблема создания хотя бы умного телефона для человека с ограниченными возможностями еще далека от совершенного решения. Поэтому о решении проблемы создания умного жилища для инвалида тем более научному сообществу пока еще по большому счету нечем хвалиться.
Вывод: функционал умного жилища должен быть гибким, подстраиваться под потребности конкретных жильцов. Использование всех возможностей в каждом жилище нерационально, возможности должны набираться из стандартных «коробочных» решений как из модулей. Эти решения должны легко объединяться в систему, т. е. они должны быть совместимы программно и аппаратно подобно тому, как примыкают друг к другу элементы конструктора LEGO.
3. КОНЦЕПЦИИ БЕЗОПАСНОСТИ -ТЕХНИЧЕСКИЕ И СОЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
Рассмотрим в качестве примера проблему электронных запоров дверей.
Если дом окажется обесточенным, резервной системы электропитания нет, электронные запоры не могут полностью выполнить свои функции. Важно при этом, какое механическое решение следует предпочесть, или, проще говоря, что будет с такими запорами. Двери сейфа, по-видимому, должны оставаться запертыми не менее надежно, входным дверям подъезда, по-видимому, в такой ситуации лучше оставаться открытыми. Но с дверьми от квартиры обстоит сложнее. Если они останутся закрытыми, это создает опасность для жильцов, например, на случай пожара, при котором вероятность обесточивания системы
повышается многократно. Если же двери будут открыты, это создает благоприятные возможности для грабителей - достаточно обесточить дом, и можно входить во все двери с целью грабежа. Если же подобные двери подстраховывает обычный механический замок или в электрическом запоре имеется возможность его открыть с помощью обычного механического ключа, то в этом случае в штатном режиме такой запор либо не могут полностью эффективно выполнять свои функции, поскольку в этом случае электронного открывания двери не достаточно или электронное замыкание двери недостаточно эффективно. Следовательно, единственное приемлемое решение - исключение ситуации, когда функции, обеспечиваемые электронным запором, в какой-либо степени будут снижены. Следовательно, необходима бесперебойная
система электропитания и надежная система манипуляции питанием, т. е. требования к надежности чрезвычайно высоки. Обычное жилище должно функционировать столь же надежно, как самолет или как военная техника, или как центр обработки данных высшего уровня. Такой результат достигается за счет несоразмерного удорожания и за счет систем мер по сохранению надежности, таких, например, как списание техники по достижению срока гарантийной бесперебойной службы даже в случае ее абсолютной исправности.
Удорожание такого жилища будет многократным. Следовательно, эта концепция пока далека от массового применения.
Социальные ограничения - это отдельный фактор, с которым нельзя не считаться.
Во-первых, имеются социальные факторы уязвимости даже безупречно защищенной системы. Под влиянием мошеннических уловок люди вследствие своей доверчивости порой сообщают сведения, утечка которых лишает их информационной защищенности.
Во-вторых, большинство граждан не готовы доверить безопасность жилища и по существу всей своей жизни системам, чья безопасность основана на запоминании нескольких десятичных цифр. Идентификация по отпечаткам пальца, сетчатке глаза и т.п. пока еще дает сбои, поэтому требует альтернативной идентификации, как, например, на IРквпв, где она дублируется четырьмя десятичными цифрами. Такую идентификацию, по-видимому, можно взломать относительно просто. Если злоумышленник сможет воспользоваться информацией из вашего телефона, это достаточно неприятно, но если он сможет полностью воспользоваться вашим жилищем (и, по-видимому, вашими деньгами и вашей частной информацией в одном пакете), такая перспектива пугает. Требуется не только гарантировать рекордно надежную защиту, но и убедить пользователей в ее надежности.
4. СМЕЛЫЕ ИДЕИ ДЛЯ УМНОГО ЖИЛИЩА
Одним из принципиальных отличий «умного» жилища должно быть, по-видимому, действительно наличие принципиально новых возможностей для его обитателей.
Рассмотрим для примера пути развития компьютеров и сопоставим их с путями развития телефонов и иных гаджетов.
На первых порах вычислительные машины были крайне примитивными, позволяли осуществлять простейшие операции. С их развитием возрастали и потребности в вычислительных мощностях. Встала задача получения чрезвычайно больших по тем временам вычислительных мощностей, которые можно было бы охарактеризовать термином «прорывные». Это можно было обеспечить лишь созданием сверхкрупных вычислительных
центров, объединяющих производительность очень большого числа машин. Впоследствии вследствие прогресса вычислительной техники появилась возможность иметь персональные компьютеры, вычислительная мощность которых стала соизмеримой с производительностью таких центров. Но дальнейший прогресс опять привел к решению, основанному на концентрации вычислительных мощностей, теперь уже на новом уровне, вследствие чего появились многоядерные машины и центры обработки данных (дата-центры, ЦОД). В настоящее время можно иметь достаточно простой компьютер, который в случае подключения к ЦОД может предоставлять достаточно много возможностей, которые много выше, чем возможности самого сложного компьютера, лишенного такой связи.
В развитии телефонии также можно усмотреть аналогичные явления. Сначала все возможности связи определялись телефонными станциями, а аппараты абонентов были предельно примитивными. Впоследствии аппараты стали усложняться, а развитие сотовой связи сделало из телефонов устройства совершенно нового типа, которые сочетают в себе возможности фотоаппаратов, видеокамер, магнитофонов, диктофонов, плейеров, средств аудио и видео связи, вычислительных устройств, фактически переносимых
компьютеров. Разработчики телефонов соревнуются по вычислительным
возможностям, качеству указанных и других приложений, объему файловых хранилищ, качеству экранов и по многим другим параметрам. Телефоны становятся все сложнее и дороже, потеря или случайная порча телефона становится уже достаточно ощутимым нежелательным явлением, потеря личных данных также крайне нежелательна.
Ожидаемым является дальнейший этап развития, в котором функциональные возможности телефона, подключенного по скоростной беспроводной линии к мощному ЦОД, могут быть настолько больше, чем возможности любого телефона в автономном режиме, что собственные возможности телефона уже могут оказаться
несущественными. Можно ожидать в некотором будущем, может быть не столь отдаленным, как кажется, что телефоны могут выродиться в достаточно примитивные гаджеты сами по себе, они будут дешевыми и легкими, основные усилия будут сосредоточены на качестве экрана и камеры и на скорости связи, а также, возможно, на защите от влаги, теплового воздействия, ударов и прочее. Остальное может оказаться несущественным. Такой
«одноразовый» телефон может позволить абоненту осуществить собственную
идентификацию при подключении к мощному ЦОД, после чего иметь все преимущества
использования самого лучшего телефона, которые доставляются на самый простейший гаджет, потеря которого не существенна. Этот дешовый и легко восполняемый гаджет может нести на себе лишь самые элементарные функции. После сканирования отпечатка пальца или получения кода доступа такой телефон связывается с ЦОД, и пользователь получает все возможности самого современного телефона до тех пор, пока имеется связь. Но в умном жилище - доме, квартире - связь должна быть бесплатной, высокоскоростной, надежной и бесперебойной. Поэтому нет необходимости таскать в кармане с собой все файлы сделанных фотографий и видео, как не носим мы в кармане с собой все файлы, находящиеся в нашей электронной почте или в файловом хранилище (в облачном сервисе). При необходимости мы можем открыть почту или хранилище и получить любые файлы.
От гаджета достаточно лишь наличие средств набора номера и средств отображения видео информации, а также динамик, микрофон и средство связи с ЦОД.
В настоящее время рассматриваются и такие решения, при которых спроецированная на стол клавиатура может служить как настоящая клавиатура компьютера, поскольку видеокамера определяет положение пальца на этом образе клавиатуры и воспринимает его как действия с реальной клавиатурой. То есть сама клавиатура может быть виртуальной, если мы находимся в помещении, оснащенном проектором, камерой и соответствующим программным обеспечением. Если в помещении есть динамики и микрофоны, то теоретически можно будет позвонить без телефона, или, например, использовать для этого, скажем, столешницу, любой плоский предмет, даже кусок мыла или лист белой бумаги.
Безусловно, этот крайний вариант пока не представляет собой коммерческой ценности, но простейшие и дешевые гаджеты, заменяющие дорогостоящие - это решение, которое может заинтересовать инвесторов и быть воплощенным в жизнь достаточно скоро. Преимуществ у такого решения достаточно много. Пользователь не будет бояться потерять телефон, поскольку он будет дешевым и его персонификация будет минимизирована, достаточно взять новый такой же дешевый телефон, осуществить идентификацию личности на нем, и все входящие звонки будут приходить на него, и исходящие звонки можно будет делать с него, а ранее используемый телефон превратиться в пустую болванку, которую вновь может использовать другой пользователь со своей собственной персонифицированной идентификацией. Не будет необходимости устанавливать обновление программного обеспечения, это будет делаться автоматически на ЦОД. Не будет вопроса о том, какие из
приложений следует оставить, а какие лучше удалить, чтобы высвободить побольше памяти, так как, с одной стороны, ограничения по памяти снимутся, во-вторых, приложения вообще не надо будет устанавливать, их надо будет просто открывать, все они будут иметься на ЦОД.
5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, УПРАВЛЯЕМЫЕ ДИСТАНЦИОННО
Уже сейчас отдельные производители соревнуются в изобретении решений, которые составляют мозаику потенциальных
возможностей «умного жилища».
Дистанционно можно будет отрегулировать температуру или освещение жилища, если потребуется и проветрить помещение, впустить нужного гостя (хотя социально мы еще не готовы к тому, чтобы впускать гостей в наше отсутствие). Можно запустить стиральную или посудомоечную посуду, активизировать робота-уборщика, покормить кота или поиграть с ним с помощью луча лазерной указки, поговорить с близкими и даже пообщаться с питомцами и поощрить их. Можно полить домашние цветы, записать телевизионную программу на диск и т. д. Можно придумать и другие функции, например, разложить кровать или сервировать стол, но, по-видимому, это уже экзотика, которая в дистанционном режиме не столь уж нужна, хотя кто бы мог сказать 30 лет назад, насколько важно запустить двигатель автомобиля дистанционно с помощью пульта чтобы сэкономить несколько минут на прогреве двигателя и садиться уже в прогретую машину, а ведь без этих функций современные автомобили уже немыслимы. Совсем недавно водители доверяли только механическим средствам защиты от угона машин, предпочитая разрывать электрическую цепь в секретных местах, известных только владельцу автомобиля, сейчас эти методы уже в прошлом. Поэтому возможно, что бесконтактное открывание дверей по нажатию на пульт будет столь же распространено, как в наше время бесконтактное открывание шлагбаума или гаражных ворот.
В поездках в Зальцбург по обмену в области концепции умного города можно было увидеть мусорные ящики четырех или даже пяти типов (отличающихся по цвету), для различных видов отходов. Отдельные ящики существуют уже не только просто для стекла, но различаются для бесцветного стекла и для окрашенного стекла. Выбрасывая бумажные отходы, житель современного «умного города» должен отделить от них железные скрепки и выбросить их в другой ящик. Но едва ли можно согласиться, что эти решения - это решения «умного города». Скорее это умная обуза на жителей. По-настоящему умные решения должны обеспечить автоматическую сортировку
отходов, причем не на четыре или пять групп, а на несколько десятков групп, отдельно по видам отходов. Если на улице нас ожидает пять различных мусорных контейнеров, то и дома нам надо иметь пять мусорных ведер, и выносить их все пять - достаточно хлопотно. Мы не утверждаем, что разбор мусора по категориям для облегчения его утилизации - не важная задача, но утверждаем, что по-настоящему «умное жилище» не обременяет своих жителей этими действиями, а наоборот, освобождает их от них, выполняя их автоматически. Пожалуй, холодильник, распознающий продукты, менее важен, чем утилизатор отходов, распознающий их и сортирующий самостоятельно. Действительно, мы, по-видимому, не столь уж обременены необходимостью выбора рациона питания на предстоящий день, и едва ли готовы доверить эти функции автомату, что лишало бы нас разнообразия (а если этот автомат приходится ежедневно перепрограммировать ради разнообразия питания, то пропадает смысл его существования, поскольку так же точно можно попросту отправить заказ в магазин на продукты, «умный холодильник» в данном случае является лишним промежуточным звеном). Утилизация мусора - это не та вещь, которой мы хотели бы ежедневно заниматься, в которую мы хотели бы вносить разнообразие по собственному усмотрению.
Подобный подход следует применить в целом к списку задач «умного жилища». Необходимо выделить в первую очередь именно те, которые требуют первоочередной автоматизации и автоматизация которых наиболее просто осуществляется, без существенного удорожания. Именно с этого следовало бы начинать реализацию этой концепции.
6. ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
Технологии будущего немыслимы без дополненной реальности. Этот подход позволяет пользователю расширить
возможности собственных восприятий и увидеть важные детали реальности в световом диапазоне, недоступном человеческому восприятию - в ультрафиолетовом или инфракрасном диапазоне. К этому можно добавить и тепловидение, рентгеноскопию, панорамное видение (до 360°), ультразвуковую томографию, визуализацию электрических полей, полей скорости жидкостей и газов и так далее. Именно такие технологии позволяют превратить обычный лист бумаги в экран монитора или в клавиатуру.
В настоящее время эти возможности кажутся излишествами, а их применение видится, прежде всего, в сфере компьютерных игр и индустрии развлечений. Однако, стоит вспомнить ученого-инвалида Стива Хокинга,
который, по-видимому, участвовал в написании статей даже будучи лишенным возможности набирать или диктовать текст. Даже небольшие движения глаз можно преобразовать в команды, что позволяет предоставить инвалидам дополнительные средства общения, то есть улучшить качество их жизни, в некоторых случаях даже вовлечь их в активную творческую деятельность, которая без таких средств невозможна.
Направление дополненной реальности преимущественно рассматривается в аспекте дополнительных проекций видео изображений и совмещение этих изображений с реальными изображениями действительного мира. Это позволяет, например, наложить
дополнительную информацию (комментарии) на рассматриваемые экспонаты в музее, сформировать линии, позволяющие улучшить визуальные оценки размеров предметов или дальности до них и даже осуществить бесконтактные измерения. Реже обсуждаются возможности дополнительных тактильных ощущений, а формирование акустической информации используется настолько давно и широко, что не обсуждается как нечто, имеющее отношение к дополненной реальности вследствие тривиальности такого технического решения, как наушники. Также рассматриваются аспекты обмена тактильными ощущениями, например, с помощью этих технологий можно передать рукопожатие на расстоянии. Однако эти технологии могут быть использованы более простым путем с достаточно важным положительным эффектом. Речь идет о передаче информации от человека в компьютер без использования рук. Это может показаться баловством, если не вспомнить о большом количестве инвалидов, которые лишены возможности полноценного
использования двух рук. Причем, существуют инвалиды, лишенные одной руки, но также и те, кто не имеет обеих рук. Этим людям крайне сложно не только общаться в компьютером, но и выполнять многие действия, которые здоровые люди делают легко. Снятие команд управления позволяет не только предоставить этим людям возможности общения с компьютером для формирования документов, рассматривания файлов или посещения сайтов. Эти возможности позволяют управлять бионическими протезами, то есть предоставить инвалидам возможности практически полноценной жизни в обществе. Умные датчики, которые позволяют снимать с кожи человека или его мышц сигналы управления протезами открывают новые возможности в этом направлении гуманитарных технических разработок.
7. КОНЦЕПЦИИ УМНОГО ГОРОДА
Зачастую «умный город» подменяется понятием «умный дом». Безусловно, «умный город» состоит из «умных домов», но эта концепция несколько выше по своей сути. В данном разделе «умный дом» не рассматривается.
Концепция требует выделения проблемных кластеров.
Концепция «Умный город» связана с градостроительством и управлением города. Поэтому ее можно было бы увязать с задачами архитектуры и ЖКХ, коммунальных и дорожных служб. Также через современные города проходят железные дороги, есть электротранспорт (трамваи, троллейбусы), есть неэлектрический общественный транспорт (автобусы, маршрутки, такси), есть система ГИБДД, пожарной безопасности, скорой помощи, МЧС, эвакуаторы (включая частные компании для таких услуг населению). Также примыкает по важности мониторинг состояния мостов, крупных инженерных сооружений и крупных зданий, надзор за насаждениями (для исключения их падения с причинением ущерба), надзор за стихийными торговыми точками и ларьками, надзор за крупными рекламными сооружениями и т.д.
Для создания концепции (включая дорожную карту создания) умного города требуется разработать полный список проблем, ранжировать проблемные кластеры по нескольким признакам:
1. Важность с позиции безопасности в самом высшем уровне ее понимания и важность (как и возможность) обеспечения требуемого уровня безопасности управления.
2. Важность для нужд города (с позиции безопасности его функционирования и потребности промышленности, транспорта, населения и т.п.).
3. Готовность к автоматизации (или иначе остаточная себестоимость работ по включению автоматизированной системы управления в общую интегрированную сеть), встраиваемость (совместимость) имеющихся систем управления в создаваемую гибридную систему управления УГ.
4. Расчетная окупаемость (сроки) вложенных затрат или иные соображения по первоочередности автоматизации каждого проблемного кластера.
5. Для каждого проблемного кластера следует выбрать или указать из уже используемых - решение (или пакет решений), из готовых (включая, возможно, зарубежные варианты) или из числа возможных краткосрочных НИОКР с выходом на внедрение в самое ближайшее время (год-два).
Исходя из заранее определенного бюджета, следует работ разработать бизнес-проект (план с учетом окупаемости работ и с приложением технико-экономического обоснования
жизненного цикла) сначала на опытном «пилотном» городе (городке), а также мега-план по распространению положительного опыта в масштабе страны.
Безусловно, полезна короткая, но эффективная обкатка этого плана на брифингах наиболее авторитетных предприятий-специалистов, внесение поправок, утверждение, реализация.
Одна из очевидных проблем - управление транспортом. В этой области много усилий уделяется обсуждению и созданию беспилотных транспортных средств. Но рассуждения далеко опережают фактическую разработку, при этом вопрос о безопасности такого транспорта практически выносится за скобки. В частности, на совещании на эту тему в университете Салоников была озвучена вероятность безаварийного движения беспилотного транспортного средства на уровне 0,99999. Безусловно, эта цифра необоснованна. Кроме того, она не показательна без указания того, о каком сроке эксплуатации здесь идет речь. Например, если в городе имеется 100000 различных транспортных средств, это означает, то ежедневно в среднем одно такое средство должно попадать в аварию вследствие ошибки управляющей системы. Это слишком много. В масштабах страны и за один месяц это дает количества, с которыми никак нельзя примириться.
Вместе с тем, уже сейчас, на нынешнем этапе развития техники можно достаточно простыми средствами внедрить более простую и достаточно эффективную систему, а именно систему оперативной диагностики состояния водителя и аварийной парковки в случае потери управления. Например, водитель может заснуть вследствие переутомления, попасть в бессознательное состояние (обморок) и даже умереть - такое также случается (инфаркт, инсульт и т. п.). В таком случае чрезвычайно важно выявить такое состояние водителя и автоматически перевести транспортное средство в режим аварийной остановки с минимальным риском для пассажиров и для остальных участников движения.
Действительно, выявить признаки утери контроля водителем можно анализом видео изображений его лица, в том числе его глаз. Повысить достоверность такого анализа можно, например, путем формирования тревожного звукового сигнала водителю. Если водитель не отреагирует одним из предусмотренных способов (например, голосом или иным путем, предположим, троекратным сжиманием руля) на протяжении установленного времени (1-3 с), система безопасности жизни пассажиров может предпринять экстренное торможение (показатели которого зависят от скорости движения и рекомендаций, полученных теоретически и экспериментально);
одновременно следует, например, включить аварийные световые и звуковые сигналы для привлечения внимания остальных участников движения, это заставит их по возможности посторониться и позволить транспортному средству безаварийно остановиться. Стоимость такой системы в сотни раз меньше беспилотной системы управления, требования по надежности могут быть существенно снижены. Действительно, даже если такая система будет обладать в 1000 раз худшей надежностью, чем рассмотренный выше показатель, а именно, 0,99, то такая система позволит снизить статистику смертельных последствий в указанных аварийных случаях в 100 раз. Такими системами можно оснащать, прежде всего, автомобили водителей - дальнобойщиков, пожилых или больных водителей, степень риска которых при вождении выше среднего.
Другой важный аспект - устранение последствий аварий. В современных городах пробки зачастую происходят не столько от самих аварий (иногда и не слишком серьезных), сколько от того, что участники ДТП остаются на месте столкновения, создавая затрудненности движению, что также мешает подъехать на место ДТП автомобилям скорой помощи и транспортной полиции. Здесь требуется надежное решение, которое не обеспечивается наличием регистраторов на транспортных средствах, нужна система гарантированного доверия транспортной полиции средствам регистрации при условии полного покрытия этими средствами всех транспортных сетей по меньшей мере в пределах города, достоверность сведений о ДТП, что позволило бы сразу же после ДТП получить подтверждение того, что сохранение положения участников ДТП не требуется, можно немедленно приступать к освобождению проезжей части и ликвидации по возможности всех последствий аварии как можно скорей и эффективней. В отдельных случаях это позволило бы ускорить прибытие медиков и даже спасти жизни пострадавших.
ВЫВОДЫ
Рассмотренные примеры позволяют утверждать, что технологии, объединяемые модными терминами «интернет вещей», «дополненная реальность», «умный город», «умный дом» включают в себя следующие инфокоммуникационные технологии,
технологии робототехники и автоматики:
1. Технологии, которые могут повысить безопасность отдельных видов деятельности.
2. Технологии, способные улучшить качество жизни инвалидов.
3. Технологии, способные сберечь время.
4. Технологии, повышающие результативность действий человека (точность, скорость и т.п.).
5. Технологии, вносящие дополнительное разнообразие в досуг.
6. Технологии, улучшающие защиту здоровья.
7. Технологии, улучшающие взаимодействие людей друг с другом и с компьютером и техническими устройствами.
Также эти технологии можно разделить условно на следующие группы:
1. Уже внедренные технологии.
2. Технологии, готовые к внедрению.
3. Технологии, опробованные на уровне эффекта, для внедрения которых требуются ОКР.
4. Технологии на уровне идей, требующие апробации.
Также можно указать, что соединение нескольких технологий воедино открывает принципиально новые возможности
(синергетический эффект).
Это требует высококвалифицированного анализа вследствие важности этой тематики по причине большого потенциала этих технологий.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Approach to the garbage collection in the "Smart Clean City" project Andrei Borozdukhin; Olga Dolinina; Vitaly Pechenkin / 2016 4th IEEE International Colloquium on Information Science and Technology (CiSt), 2016 / Marocco. P. 918 -922.
[2] Borozdukhin A., Dolinina O., Pechenkin V. Method of Dynamic Rout Calculation in the "Smart City" Project. A. Borozdukhin, O. Dolinina, V. Pechenkin. Computer Technology and Application. Vol.7, Number 4, April 2016 (ser. Number 45), p.209-215.
[3] URL: http://city-smart.ru/
[4] URL: http://gorodsreda.ru/umniy-gorod/
[5] URL: http://itps.com/services/pr sys/iiot/
[6] URL: http://1234g.ru/novosti/iiot-v-rossii-i-mire
[7] URL: https://www.youtube.com/watch?v=OirHBO xOk
[8] URL: https: //www.youtube. com/watch?v=xknr4n2J4-I
Александр Ляпидевский -
Кандидат экономических наук, директор Новосибирского
института программных систем, автор около 100 научных статей. Область научных интересов и компетенций - программные системы и инструменты, инновационные технологии.
E-mail: nips@nips.ru
Россия, Новосибирск, 630090, просп. Ак. Лаврентьева 6/1. НИПС.
Вадим Аркадьевич Жмудь -
заведующий кафедрой Автоматики НГТУ, профессор, доктор технических наук.
E-mail: oao nips@bk.ru
630073, Новосибирск, просп. К.Маркса, д. 20
Ольга Николаевна Долинина -
директор института прикладных информационных технологий (ИнПИТ) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А., доктор технических наук, доцент.
E-mail: olga@sstu.ru
410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77
Любомир Ванков Димитров -
профессор, доктор технических наук, Технический университет Софии, проректор по междунарондым связям, по учебной работе и по аккредитации.
E-mail: lubomir dimitrov@tu-sofia.bg
Бул. „св. Климент Охридски" 8, 1756 Студентски Комплекс, София, Болгария
Статья поступила 20.02.2018 г.
The Concept of a Smart Home: Security, Additional Features and Augmented Reality
A.V. Lyapidevsky1, V.A. Zhmud12, O.N. Dolinina3, L.V. Dimitrov4
Novosibirsk Institute of Software Systems, Novosibirsk, Russia 2Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia, 3Saratov State University. Gagarina A.Yu., Saratov, Russia. 4Technical University Sofia, Sofia, Bulgaria
Abstract: The article discusses the technologies of the smart city, the Internet of things, virtual and augmented reality. It is shown that central planning of the development of these technologies is required. An analysis of individual areas and their
classification by importance is given; a classification is also proposed according to the readiness for implementation and the potential effect.
Key words: smart city technologies, internet of things, smart city technologies, internet of things, higher education, magistracy, mobility, automation, mechatronics, robotics, information technology,
REFERENCES
[1] Approach to the garbage collection in the "Smart Clean City" project Andrei Borozdukhin; Olga Dolinina; Vitaly Pechenkin / 2016 4th IEEE International Colloquium on Information Science and Technology (CiSt), 2016 / Marocco. P. 918 -922.
[2] Borozdukhin A., Dolinina O., Pechenkin V. Method of Dynamic Rout Calculation in the "Smart City" Project. A. Borozdukhin, O. Dolinina, V. Pechenkin. Computer Technology and Application. Vol.7, Number 4, April 2016 (ser. Number 45), p.209-215.
[3] URL: http://city-smart.ru/
[4] URL: http://gorodsreda.ru/umniy-gorod/
[5] URL: http://itps.com/services/pr sys/iiot/
[6] URL: http://1234g.ru/novosti/iiot-v-rossii-i-mire
[7] URL: https://www.youtube.com/watch?v=OirHBO xOk
[8] URL: https: //www.youtube. com/watch?v=xknr4n2J4-I
Alexander V. Liapidevskiy,
PhD in Economics, director of the Novosibirsk Institute of Program (Software) Systems, the author of about 100 scientific articles. Area of scientific interests and competences - software systems and tools, innovative technologies.
E-mail: nips@nips.ru
Russia, Novosibirsk, 630090, prosp.
Ak. Lavrentieva 6/1. NIPS.
Vadim Zhmud - Head of the Department of Automation in NSTU, Professor, Doctor of Technical Sciences. E-mail: oao nips@bk.ru
630073, Novosibirsk, str. Prosp. K. Marksa, h. 20
Olga Dolinina - Director of the Institute of Applied Information Technologies (InPIT), Saratov State Technical University named after Yu.A. Gagarin, Dr. of Techn. Sciences, Professor. E-mail: olga@sstu.ru 410054, Saratov,
Polytechnicheskaya str., 77
Dr. of Techn. Sci. Lubomir Dimitrov.
Didactic title: Full Professor. Affiliation: Technical University of Sofia, Faculty of Mechanical Engineering, Bulgaria Scientific Fields: Mechatronics, Adaptive and optimal control, Intelligent diagnostic and control systems, MEMS.
E-mail: lubomir dimitrov@tu-sofia.bg
The paper has been received on 20.02.2018.
