Безопасность умного города


10-этажный дом в Перми по адресу ул. Беляева 43, который оснастили умными датчиками

Статья «Безопасность умного города» подготовлена
в рамках спецпроекта «Умные города по-русски»,
реализуемого совместно с компанией Ericsson

На прошедшей выставке «Иннопром» интернет вещей в контексте умного города стал одной из самых жарких тем. Практически все участники телекоммуникационного рынка на протяжении нескольких дней демонстрировали, на что способен IoT, но, положа руку на сердце, все это пока лишь концепции и презентации технологий будущего. Реальность более сурова, и так получается, что существующие сегодня решения не очень-то презентабельны, но они уже работают и выполняют насущные, а не придуманные, задачи. В апреле появилась информация о том, что в одном из домов в Перми были установлены датчики, осуществляющие мониторинг состояния строения в реальном времени. Чтобы узнать, как интернет вещей помогает укреплять безопасность городских строений, мы отправились в Пермь.

Дом с непростой судьбой

«Умные» датчики были установлены в Перми по адресу Беляева 43 осенью прошлого года. Этому предшествовала не очень приятная прелюдия. Летом 2015 года в Перми произошло обрушение нескольких домов, после чего жители многоэтажки сами обратились в МЧС с просьбой проверить строение на аварийность — здание буквально трещало по швам. Проверяли дом несколько месяцев, но по итогам было решено вернуть жильцов обратно, сделать ремонт и установить на трещинах специальные датчики, которые будут отслеживать их состояние. Именно отсутствие должного мониторинга со стороны управляющей компании привело к появлению и увеличению трещин в несущих конструкциях дома. Теперь за состоянием стен следят оптоволоконные сенсоры, которые ежесекундно передают данные о малейших смещениях конструкций. Изначально планировалось, что проект будет завершен этим летом, но город попросил организаторов продлить мониторинг еще на полгода для получения полной картины изменений в течение всех времен года.

Стоит отметить, что дом 43 на улице Беляева был построен в 1992 году, то есть не такой уж он и старый. Причин столь быстрого обветшания здания может быть масса, и сейчас уже сложно сказать, кто внес большую лепту — управляющая компания, не исполняющая своих обязательств перед жителями и не ремонтировавшая появившиеся трещины, жители, бесконтрольно производящие перепланировку помещений со сносом несущих конструкций, или же строители, воткнувшие десятиэтажный дом на явно неподходящую для него площадку с тяжелым грунтом и ландшафтом. Все это предмет разбора в других организациях, общественных и контролирующих. Нас же больше интересовали сами датчики и запуск такого масштабного проекта.


Один из парных датчиков, размещенный в подвале дома на ул. Беляева 43

Со скоростью света

Интернет вещей чаще всего предполагает использование сенсоров, передающих данные без проводов. На практике такие устройства сегодня слишком дорогие, а сети связи, предназначенные исключительно для IoT-приборов умных домов и городов, находятся на стадии проекта. Компания «Инверсия Сенсор», чьи датчики установлены на пермском объекте, в прошлом пыталась использовать для передачи данных GSM-модуль, но быстро отказалась от этой практики. Во-первых, это дорого, не только с точки зрения стоимости оборудования, но и самой передачи данных. Во-вторых, в подвалах сотовая связь работает, откровенно говоря, не очень. Наконец, достаточно странно пользоваться беспроводной передачей данных, если в основе технологии у тебя лежит принцип брэгговской решетки на оптоволокне. Организатором всего проекта выступил оператор «Ростелеком», который и обеспечил прокладку оптического волокна, соединяющего все 14 датчиков в доме.

Волоконная брэгговская решётка (ВБР) — распределённый брэгговский отражатель (разновидность дифракционной решетки), сформированный в светонесущей сердцевине оптического волокна.

Принцип работы таких датчиков прост и сложен одновременно. Они замеряют изменения оптоволокна под воздействием температуры и деформации. Для этого на оптоволоконном кабеле лазером прожигается решетка, она может быть как совсем маленькой, так и достигать нескольких сантиметров в длину. Когда луч света проходит через кабель, показания его преломления сравниваются с предыдущими, на основе этих вычислений фиксируются отклонения от нормы. Если кабель хотя бы немного изменит свое положение (например, трещина, на которую установлен датчик, увеличится хотя бы на йоту), это будет немедленно зафиксировано. В случае с домом, где установлены эти сенсоры, мониторинг дает полную картину изменений с поправкой на погодные условия — именно для этого вместе с датчиками смещения установлены и температурные, замеряющие изменения окружающей среды.

Данные со всех датчиков, размещенных в доме, стекаются в анализатор

Экономика проекта

Применение элементов интернета вещей на практике почти всегда сталкивается со слишком высокими затратами на закупку оборудования и разработку систем, анализирующих поступающие данные. При этом еще не встречалась компания, готовая сходу рассказать, во сколько обойдется их система и какого экономического эффекта стоит от нее ожидать. Для оценки проекта подключения дома в Перми мне пришлось обратиться к экспертам, которые предоставили следующие данные.

В доме установлено 14 датчиков, их коммутация и монтаж, включая стоимость оборудования, оценивается в 800-900 тысяч рублей. Все датчики подключаются к анализатору, который интерпретирует поступающие показатели в понятные графики и данные. Такой аппарат может обслуживать до восьми домов, но если к нему подключить дополнительное мультиплексное оборудование, то количество домов можно увеличивать в геометрической прогрессии. Сам анализатор стоит от 2 миллионов рублей.


Метки для мониторинга «ногами» размещаются на стенах дома (отмечены красными кругами)

Все управляющие компании обязаны осуществлять мониторинг ветшающих зданий. Для этого на необходимые участки устанавливаются маячки и метки, а сотрудники не реже одного раза в месяц осуществляют снятие показаний и делают заключения об изменениях. К слову, когда эвакуировали дом на Беляева 43, мониторинг со стороны управляющей компании не осуществлялся уже несколько месяцев. По оценке экспертов, с которыми удалось побеседовать, стоит такой мониторинг «ногами» в районе 400-500 тысяч рублей в год. Качество подобного мониторинга зависит полностью от честности проводящей его организации, а контроль за ней обойдется в схожую сумму.

Если противопоставить автоматизированный мониторинг, реализуемый оператором «Ростелеком» на базе решений компании «Инверсия Сенсор», и традиционный мониторинг сторонних организаций с живыми сотрудниками, вручную снимающими показатели с неких маячков, то кейс складывается в пользу интернета вещей. Даже установка датчиков и оборудования на один дом обеспечит окупаемость проекта за 5-6 лет, а если речь идет о квартале на 8 домов, то срок возврата инвестиций сократится до двух лет. При этом управляющая компания будет получать показатели от бездушных, неподкупных и всегда работающих датчиков с периодичностью один раз в секунду, тогда как «пешие организации» будут предоставлять отчеты один раз в месяц, а качество такого мониторинга весьма сомнительно.


Изготовление чувствительного элемента датчика (ВБР) с помощью эксимерного лазера

Сделано в Перми

Отправляясь на Урал, я и не подозревал, что проект полностью реализован местными компаниями. Тем удивительнее было посетить производство компании «Инверсия Сенсор», расположенное на территории Пермской научно-производственной приборостроительной компании, одного из старейших приборных заводов в России. Тут производят и сами датчики, и оптоволокно всех видов, предназначенного как для прокладки последней мили, так и магистральных каналов.

В лабораториях «Инверсии» трудятся десятки сотрудников, причем средний возраст персонала не превышает 30 лет. Текучки практически нет — в сферу внимания компании студенты профильных вузов стремятся попасть еще во время обучения и стажировки. Сама компания твердо стоит на ногах, за ее плечами крупные инфраструктурные объекты, в том числе комплексная система мониторинга на Замарганской ГЭС в Северной Осетии, система термомониторинга нефтяных скважин Ашальчинских месторождений, система мониторинга с оповещением и выводом информации на пульт диспетчера спортивной арены «Заря» в Новосибирске. Все это крупные объекты, и компании, управляющие ими, прекрасно понимают преимущества беспристрастного мониторинга всех систем, от которых зависит безопасность не только сооружений, но и человеческих жизней.


Пример принципа дихотомии, применяющийся в ЖКХ для обнаружение протечек

ЖКХ против интернета вещей

Казалось бы, интернет вещей в умном городе в первую очередь интересен коммунальным службам. Датчики и сенсоры позволяют быстро выявлять утечки и поломки, экономя управляющим компаниям деньги. Очень хорошо это понимают в Великобритании, а в России все обстоит по-другому. Конечно, когда микрорайон управляется компанией, которая его построила, все бывает иначе. Но в случае, когда речь заходит о наследии прошлого, происходят, например, такие истории. В одном городе было принято решение провести пилот на существующей сети, компании выделили 300 метров коммуникаций для установки датчиков. Все закончилось саботажем со стороны коммунальщиков.

Причина банальная — датчики мгновенно обнаружили гигантское количество утечек, которые необходимо срочно починить. Разумеется, никто из коммунальных чиновников не собирался этого делать. Более того, принцип дихотомии, по которому происходил поиск утечек, был интересен тем, кому не проблему решить надо, а провести побольше работ. Заключался он в следующем. Если на отрезке обнаружена утечка, то коммунальные службы делают раскопку ровно посередине отрезка — определяют, в какой стороне проблема. Далее определенный уменьшенный отрезок делится еще на две части, и посередине производится следующая раскопка. Через десяток ям утечка обнаруживается и устраняется. Разумеется, никто не хочет и думать о других проблемах — устранение даже одной из них обходится слишком дорого, а дворы превращаются в места археологических раскопок.

При этом согласно исследованию Ericsson, cамыми востребованными среди российских пользователей решениями для умного дома являются подключённые датчики утечки воды (54%), системы безопасности (53%) и детекторы дыма (52%), а также разнообразные решения, позволяющие экономить на платежах ЖКХ: например, система контроля за потреблением электроэнергии (50%).


Схема размещения датчиков в доме по ул. Беляева 43

«Ростелеком» не сдается

Оператор называет IoT «индустриальным интернетом» и гордится тем, что в 2015 году «Ростелеком», «Инверсия-Сенсор» и ОАО «ПНППК» объединили свои силы в разработке и производстве точечных и распределенных волоконно-оптических датчиков. Ведь технология брэгговской решетки может применяться в любых датчиках, вплоть до счетчиков воды и электричества. Это означает, что для автоматизированного сбора информации о потребляемых услугах ЖКХ достаточно еще на этапе строительства объединить все счетчики кабелем. Это позволит управляющим компаниям получать данные о потреблении услуг в реальном времени, а значит, не только вовремя выставлять счета, но и отслеживать возникновение экстренных ситуаций. Если вода в квартире, судя по счетчикам, льется в большом объеме несколько часов подряд, не меняя напора, то явно квартиру начало затапливать — где-то произошел прорыв трубы или образовалась протечка. Или же температура в квартире начала резко расти — датчик температуры это отследит и подаст сигнал диспетчеру.

«Ростелекому» приходится несладко. Но он не одинок. Операторы по всему миру стремятся закрепиться в экосистеме интернета вещей не как обыкновенная труба, по которой передаются данные, но в роли интегратора, новатора, пионера. В Перми «Ростелекому» это отчасти удается, но о масштабировании таких проектов говорить пока рано. Существует слишком много препятствий для IoT, и, как показала практика, далеко не все они финансового плана. Переход к независимому и прозрачному мониторингу может лишить работы множество компаний, которые привыкли получать деньги за некий объем работ и не нести никакой ответственности. Есть подозрение, что «Ростелекому» придется запастись терпением. Как и всем нам, ждущим прихода эпохи интернета вещей.