1. Uvod
Vizija "Pametnih mest" je urbano središče prihodnosti, varno, varno, okolju prijazno in učinkovito, saj so vse strukture - bodisi za energijo, vodo, prevoz itd. Zasnovane, izdelane in vzdrževane - uporabljajo napredne, integriranih materialov, senzorjev, elektronike in omrežij, ki so povezani z računalniškimi sistemi, ki jih sestavljajo podatkovne baze, sledenje in algoritmi odločanja. Raziskovalni in inženirski izzivi na poti do te vizije zajemajo številna tehnična področja, kot so fizika, kemija, biologija, matematika, računalništvo, sistemi, mehanike, elektronika in gradbeništvo. Na najpreprostejši ravni je osnovna komponenta in s tem povezani "povratni" ali samonadzorni mehanizem (mehanizmi). Vsak mora biti identificiran ali, če že obstaja, prilagojen za ustrezno aplikacijo. Na naslednji stopnji je zasnova sistema, ki uporablja te komponente. V povezavi s tem bi bil vmesnik za računalniško podprto "spremljanje" zmogljivosti za vsako določeno funkcijo. Nato je celotna struktura ali storitev, ki se zagotavlja, in nazadnje vključevanje informacij v vse povezane in navidezno nepovezane vidike bistvene infrastrukture mestnih središč. Mesto, ki spremlja in združuje pogoje vseh ključnih infrastruktur, vključno s cestami, mostovi, predori, železnici / podhodi, letališči, morskimi pristanišči, komunikacijami, vodo, močjo, celo večjimi zgradbami, lahko bolje optimizira svoje vire, načrtuje preventivne dejavnosti vzdrževanja , ter spremlja varnostne vidike in hkrati maksimizira storitve svojim državljanom. Upravljanje s hitrim odzivom tako na naravne kot tudi na izzive, ki jih povzroča človek, je lahko osredotočen in hiter. WithL napredni sistemi za spremljanje in vgrajeni pametni senzorji se lahko podatki zbirajo in vrednotijo v realnem času, s čimer se izboljša upravljanje mestnega odločanja. Na primer, sredstva se lahko izvršijo pred vodnim prelomom, posadke za posipavanje soli, ki se odpošljejo le, če imajo določeni mostovi zaledenitve, in uporaba inšpektorjev se zmanjša s poznavanjem stanja življenja vseh struktur. V dolgoročni viziji, sistemi in strukture pametnih mest bodo spremljali svoje razmere in po potrebi sami popravljali. Okoljsko okolje, zrak, voda in okoliške zelene površine se bodo spremljali na neprepustne načine za optimalno kakovost, s čimer bi ustvarili okrepljeno bivalno in delovno okolje, ki je čisto, učinkovito in varno ter nudi te prednosti v okviru najučinkovitejša uporaba vseh virov. V tem članku je obravnavana aktualna pobuda, ki jo vodi Nacionalni laboratorij Brookhaven, za oblikovanje raziskovalnega, razvojnega in uvajalnega načrta, ki pospešuje to vizijo. To je zasidrano v uporabi nove tehnologije pri aktualnih vprašanjih urbanih središč, medtem ko išče 20 let v prihodnosti in konceptualizira mestni okvir, ki lahko obstaja.
2. Baclkm-ound
Nedavni razvoj pametnih materialov in pametnih struktur se lahko razvrstijo v dve kategoriji: tiste, v katerih se razvijajo resnično novi materiali (ki se sami zaznavajo in diagnosticirajo), in tiste, v katerih se razvijejo novejši, manjši in številnejši mikro senzorji ali optični sistemi s sistemi odziva. V prvi kategoriji so razvoj dogodkov, kot so izboljšani tekoči kristali in umetne mišice, odrazi razvoj, ki potisne meje miniaturizacije na molekularno raven. Drug primer je razvoj izboljšanih membran za ločevalne procese, ki so bolj občutljivi in specifični za določene kemične vrste. Druga kategorija je bila bolj zanimiva za oblikovalce in inženirje pri uporabi senzorjev in odzivnih mehanizmov v strukturah zagotavlja priložnost za zmanjšanje masnih in skupnih stroškov. Koristi, pridobljene s temi aplikacijami, se prav tako razširijo na civilne infrastrukture, kot so mostovi in jezovi. Čeprav se pobuda začne s to kategorijo, so v prvi vrsti vgrajeni dolgoročni cilji koncepta pametnih mest. Več opredeljenih raziskovalnih vprašanj je: kategorizacija ključne infrastrukture za identifikacijo parametrov, ki jih je treba spremljati; ločljivost izmerjenih parametrov do obvladljivih meril učinkovitosti; uporaba sedanjih raziskav in razvoja na pametnih senzorjih, razvoj materiala, senzorjev in merilnih tehnologij; in širitev prenosnih računalniških, mrežnih in integracijskih zmogljivosti. V zadnjih dvajsetih letih so bili pametni materiali in strukture, znani tudi kot "inteligentni" ali "prilagodljivi" materiali in strukture, v središču precejšnjih raziskav. V zadnjem času se civilne aplikacije, ki se zanimajo za vlado in akademske kulture, razvijejo iz prvotnega in predvsem vojaškega in vesoljskega poudarka. Ministrstvo za obrambo ZDA je dobro podpiralo uporabo vojaških in vesoljskih aplikacij / raziskav, od vgrajenih mikro-aktuatorjev za krmiljenje pretoka nad aerofotorom in v nizih mikroventilov, do preiskav zlitin spomina oblike in diagnostičnega spremljanja kompozitnih struktur. NASA, s precejšnjimi raziskavami v akademskih povezanih raziskovalnih središčih, kot so strukture in kompozitni laboratorij na Univerzi Stanford in Center za dinamiko in nadzor pametnih struktur na Univerzi Harvard. V zadnjem času se raznolika osnova razvija skupaj s tehnološkimi potrebami in pričakovanji civilnega in industrijskega sektorja za reševanje bioloških, infrastrukturnih in prevoznih potreb. Zaradi tega poteka dinamično in multidisciplinarno raziskovalno delo na številnih univerzitetnih in vladnih ustanovah. Vizija teh pametnih mest temelji na teh prizadevanjih in se osredotoča na njihovo vključevanje v urbano okolje. Preučevanje in raziskovanje kompleksnih "mega-sistemov", ki presegajo komponento ali celo diskretni sistem, bodo zahtevale inovacije, ki temeljijo na integrativnih in holističnih pristopih. Ti mega sistemi vključujejo trajnost - preprečevanje okoljske škode, učinkovite uporabe energije in materialov ter inženiringa življenjskega cikla kot integriranih rešitev. Poleg že razvijajoče se in razširjene osnove za financiranje teh tehnologij bodo potrebne rešitve vključevale sponzorstvo novih akterjev, kot sta Ministrstvo za energijo in Agencija za varstvo okolja, pa tudi mednarodno sodelovanje. Poleg tega kongresni Bill, HR 115, Zakon o razvoju državne infrastrukture iz leta 1999, kaže na močno potrebo (in vladni interes) za še bolj ustvarjalne in učinkovite metode financiranja infrastrukturnih pobud in o skladiščenju sredstev, potrebnih za izpolnjevanje obstoječih in načrtovanih potreb po financiranju infrastrukture.
3. Pristop
Za uresničitev te vizije je bila ta pobuda sprejeta za izgradnjo zavezništva univerz, vlad, poslovnih združenj, zasebnega sektorja in nacionalnega laboratorija Brookhaven. Namen je razviti strukturo, ki lahko povezuje potrebe mestnih središč z viri akademske in laboratorijske skupnosti, s čimer učinkovito identificira tehnologije v svojih portfeljih, ki jih je mogoče predstaviti z demonstracijskim projektom do komercializacije v mestih. Ko tehnologija ne obstaja, se nato začne uporabljati raziskovalna prizadevanja za reševanje teh potreb. Vzorec, izbran za začetek te iniciacije, je tisti v severovzhodni regiji ZDA. To je temeljilo na preprosti analizi potreb, ki je preučevala gostoto prebivalstva in starost regije urbanih središč, od New Yorka. Regionalni model, opisan spodaj, se lahko nato razširi na nacionalni in mednarodni ravni.
4. Napredek
Koncept pametnih mest, čeprav je bil v fazi načrtovanja od konca leta 1998, je bil prvič financiran januarja 2000. Od takrat se je zavezništvo začelo oblikovati z dvema regionalnima univerzama, ki so se pridružili skupini, skupaj z organom Newyorške države, ki se ukvarja z večjim mestnim razvojni program. Poleg tega se je zveza okoljskih podjetij v New Yorku strinjala, da skliče svet predstavnikov podjetij, da nadaljujejo proces ugotavljanja potreb in prednostnih nalog raziskav in razvoja. Pobuda se je v mesecu avgustu 2000 izkazala za svoj prvi zasebni in javni komunalni sklad. Na tej točki je koncept zoreti, prek izmenjave s člani zavezništva in aktivnim programom R & R se je začelo. Na sliki 1 je prikazano, da je stanje v raziskovalnem in razvojnem programu s tremi podpornimi področji, pasivnimi strukturami, podzemnimi službami in zelenimi zgradbami. Četrtič, sistem fluidnih sistemov je v fazi pregleda ponudbe. Ker pobude še naprej dozorevajo, se pričakuje, da bodo dodana nova področja, saj sedanja podjetja pričakujejo, da bodo v komercialnem sektorju prinesle proizvodni tok.
5. Prihodnost
Z zgodnjim uspehom vizije se pričakuje, da bo pobuda rasla in prevzela nacionalno pomembnost :. V naslednjih 12 do 18 mesecih bi morali videti prvi dve produkti, ki se nanašajo na potrebe mesta. Pričakuje se, da bo potisna pasivna struktura dokončala raziskavo ali oddaljeno polno polje optičnega senzorja z zmožnostmi za merjenje strukturne degradacije od starosti mostov do razslojevanja opečnih fasad. Drugi, ki prihaja iz podzemnih podjetij, bo sistem odkrivanja in slikanja z visoko ločljivostjo, da najdejo ne le izbrane sisteme, kot so podzemni plinski in vodni vodi, ampak tudi njihovi težavni sklepi. Tako kot vsako večje podjetje, kot je ta, bo njegov uspeh v zmožnosti ustvarjalnega ujemanja potreb končnih uporabnikov do praktičnih raziskav in razvoja ter z vzpostavitvijo trajnostnega mehanizma financiranja. Ta dva področja bodo v naslednjem letu zelo pomembna. Izobraževanje je pomemben del prihodnosti Smart Cities. Pobuda namerava v naslednjih dvanajstih mesecih organizirati dve delavnici, da bi začeli proces izobraževanja naših poslovnih in vladnih voditeljev. Poleg tega se je z aktivnim programom začel ukvarjati s trenutnim učnim načrtom inštruktorja z mislijo na potrebe bodočih diplomantov.
Nazadnje je čas, da razširimo vizijo, da bi mednarodna skupnost ponudila podatke. Urbani centri po vsem svetu se soočajo s podobnimi izzivi. Ta mednarodna delavnica o podaljšanju življenjske dobe, ki združuje predstavnike New Yorka in Pariza, predstavlja začetek tega prizadevanja.
6. Zaključek
Predstavljena je vizija mesta prihodnosti, ki temelji na integraciji znanosti in tehnologije prek informacijskih sistemov. Prihodnost, ki bo zahtevala ponovno razmišljanje o odnosih med vlado, mestnimi vodji, podjetji, akademskim svetom in raziskovalno skupnostjo. Naslov te vizije je pametna mesta.