Прилагательное "умный" в этой статье употребляется без кавычек не по безграмотности. Ясно, что неодушевленная вещь не может быть умной. Но слишком много кавычек понадобится для всех бытовых предметов и устройств с элементами программного управления. Формируя статью, автор исходил из следующих посылок:
1. Сложность бытовых техники будет очень быстро нарастать за счет встроенной цифровой электроники.
2. Эта тенденция должна учитываться при проектировании квартир и домов, т.к. именно на этой стадии надо реализовывать новые идеи построения систем их жизнеобеспечения.
3. Основные услуги горожане получают и будут получать от городской инфраструктуры.
В статье использованы материалы трех номеров "УИ" 1997 года: "Бытовая информатика" (№4), "Умные здания" (№5) и "Муниципальная информатика" (№2). Новым читателям (а их подавляющее большинство) эти материалы неизвестны, а читателям-ветеранам не придется заглядывать в старые номера.
Бытовая информатика: реальность обгоняет фантазии
Бытовая техника с цифровой электроникой - наше ближайшее будущее
Уже сегодня практически вся сложная бытовая техника имеет встроенный микропроцессор: холодильник, стиральная машина, плита, телевизор, фотоаппарат. Мы уже привыкли нажимать небольшие кнопки, а не тумблеры-выключатели. Появление новых умных бытовых приборов идет с огромной скоростью. Японцы, которые постоянно "выкаблучивают" в области применения электроники в быту, уже производят унитазы с программным управлением, которые по завершению процесса выдают медицинские анализы и комментирует состояние здоровья клиента!
Надо смириться с тем, что вся бытовая электроника скоро станет цифровой. И наш телевизор будет всего лишь одной из разновидностей компьютера, как нынешние сканеры, принтеры и факсы. Для этого уже создана вся научно-техническая и производственная база. Проблема лишь в том, как состыковать эти новые технологии и миллионы (миллиарды?) действующих бытовых приборов.
Цифровое телевидение. Появляется все больше цифровых телевизоров высокого разрешения и плоскопанельных ТВ-дисплеев. Цифровой видеомагнитофон выводит видеозапись на новый уровень четкости и стабильности изображения, обеспечивая самое высокое качество звука.
Цифровая фотография. Цифровая фотокамера позволяет сделать любое количество снимков и не заботиться о пленке. Сделав фотографии, можно записать их на ПК для редактирования, напечатать на принтере, послать по электронной почте, разместить на Web-странице.
Карманный компьютер - говорящий переводчик. Карманные говорящие словари - уникальный результат разработок программистов и лингвистов. Весом несколько десятков граммов, они хранят в памяти сотни тысяч слов и грамматику. Словарь исправит любую ошибку, выдаст правильные интонации и ударения в словах и выражениях и будет делать это столько раз, сколько вы захотите.
Хватит примеров, т.к. об умной бытовой технике рассказывается практически в каждом номере "УИ".
Интернет идет в каждую квартиру
Мы психологически не готовы к тому, что основным средством информационных коммуникаций в ближайшие 5-10 лет станет всемирная компьютерная сеть. Это не означает, что любители почитать в туалете, будут ходить туда с клавиатурой. Газеты, радио и телевидение, конечно, останутся, но основным источником информации для них станут информационные сети. Газеты, например, сначала появятся в Интернет (как наш "Уральский рабочий"), а уж потом на бумаге. А может быть и не на бумаге, а на другом материальном носителе, похожем на бумагу, но многократно воспроизводящем изображение без типографской краски и воспринимающем информацию дистанционно.
Уже будничные реалии: Интернет через телефон, телефон, радио и телевидение через Интернет, ТВ-приставки для доступа к сети и вывода информации на экран телевизора. Появился Eioa?iao-телефон с размерами обычного телефонного аппарата. Работа с Eioa?iao осуществляется с помощью монохромного сенсорного экрана, на котором помещается Web- страница. Чтобы активизировать отображаемые на экране значки и кнопки, надо просто коснуться их пальцем.
Самый распространенный ПК следующего десятилетия будет базироваться на сотовом цифровом телефоне. Они будут носиться как наручные часы и станут столь же привычными. Связываясь с тысячами баз данных, они смогут понимать речь, прокладывать маршрут для автомобиля, открывать двери, получать почту, снабжать последними известиями и вести счета.
Бытовая электроника и Интернет провоцируют создание
принципиально новых бытовых приборов и технологий
Часть из них уже появились, другие разрабатываются, но уже сегодня нам нужно по новому взглянуть на проблемы квартиры, дома и города в ближайшие 5-10 лет. Вот основные технологические идеи, которые революционно преобразуют наши квартиры.
1. Микропроцессор в каждом бытовом приборе. Многие посмеются: "зачем утюгу микропроцессор?" А зря. Функций у него здесь очень много, но, по крайней мере с одной из них никто спорить не будет: проверка надежности электроизоляции и блокировка аварийных ситуаций.
2. Использование для передачи информационных сигналов не только обычной электропроводки, но и шнура питания любого прибора.
3. Переход на умные розетки, позволяющие создать в квартире локальную компьютерную сеть, использующую электропроводку.
Умные здания, офисы, квартиры: далекое будущее или уже настоящее?
Западная литература по этой проблеме читается, как научно-фантастический роман. С одной стороны, многие их "навороты" можно охарактеризовать только как "с жиру бесятся". С другой, американцы известны своим жутким прагматизмом и каждый доллар у них на счету.
Может быть, управление загородным домом по телефону или из салона автомобиля - это не только экзотика, но и экономически оправданное технологическое решение?
Может быть и цены на нефть падают совсем не из-за козней американских капиталистов, а в следствии их научно-технических достижений по экономии энергии?
Что же мешает нам тоже задуматься и посчитать! Мы не будем завтра жить лучше, чем вчера, если что-то не сделаем для этого сегодня! Давайте заглянем в будущее, может быть оно не такое уж и далекое? И что-нибудь сделаем для его приближения. Мы, например, сделали этот номер. Прочитав наш журнал, Вы тоже что-то сделаете. Вот и начнется движение, а движение - это и есть жизнь!
1. История и определения
Идея умных зданий зародилась в США. Сначала появились Intelligence building (понятливые здания) со структурированными кабельными сетями, позволяющими коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом появились системы мультиплексирования каналов связи, позволяющих передавать по одному кабелю одновременно различную информацию. Форсировать эти работы заставила бурно развивающаяся информатика, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.
А раз так, то немедленно были приняты национальные программы, и вся могучая американская система частного предпринимательства включилась в работу. В результате появилась идея Smart House ("умный" дом). Кроме "умной" электропроводки здесь пришлось решать и другие сложные проблемы. Дело в том, что у американцев в доме-квартире много всяческой бытовой электроники, а промышленность непрерывно предлагает все новые и новые чудеса. Как сделать так, чтобы любая новая бытовая техника включалась в жизнь дома без проблем? Вместо контактно-механических розеток (вставить вилку в розетку) и выключателей (нажать на клавишу) появились бесконтактные электронные розетки и выключатели. Для управления всем этим хозяйством, естественно, понадобился компьютер.
2. Так что же это такое - умное здание?
Во-первых, это здание без глупостей проектировщиков и строителей. Складывается впечатление, что кроме СНИПа, описывающего позавчерашний уровень строительных технологий, они никаких других книг не читали. А если читали, то не поняли, что в цикл жизни здания входят его эксплуатация и модернизация. Иначе как объяснить, что до сих пор строятся здания со стояками, не позволяющих создать эффективную систему учета и управления водо-тепло-потреблением.
Во-вторых, это здание с современной системой электропроводки, учитывающей постоянно возрастающие требования бытовой техники и новых информационных технологий.
В-третьих, это здание, где большая часть систем жизнеобеспечения контролируется с помощью компьютера.
3. Технологии для умных домов
Американцы называют это бытовой автоматикой, но понимают под этим всю систему интеграции и управления электронными изделиями и системами в доме, включая камины, кофеварки, компьютеры, системы безопасности, отопление, вентиляцию, освещение и домашний театр (аудио-видео системы). Главной частью системы является центральный процессор, который получает сигналы от различных устройств (или от таких событий, как восход солнца) и реагирует на них отправкой соответствующих сигналов в другие устройства. Например, получив сигнал от датчика движения в прихожей, система автоматики включает освещение. Источником сигнала могут быть часы, которые включают кофейник и раздвигают шторы на окнах. Интерфейсами пользователя могут быть клавиатуры, сенсорные экраны, аварийные кнопки, телеэкраны, компьютеры, телефоны, ручные пульты.
Новые технологические стандарты. Чтобы улучшить перекрестную связь при объединении в одну сеть изделий разных производителей, специалисты работают над технологическими стандартами в виде микросхем, которые могут быть встроены в изделия бытовой электроники.
Встроенные стандартные микросхемы исключат необходимость в дополнительной проводке и контроллерах. Потребитель должен уметь только включить новое изделие в сеть.
Дистанционное управление бытовыми приборами (телевизор, видеомагнитофон, холодильник, кондиционер) осуществляется через электрическую сеть, в которую все они включены.
Необычная функция шнура питания. Новшество состоит в том, что не только бытовые приборы получают управляющие сигналы через электропроводку, но и управляющий ими компьютер выдает команды в электросеть через свой шнур питания.
Спящий компьютер. В этой стадии основная электроника компьютера находится в активном состоянии, и он может выполнять такие функции, как ответы на телефонные звонки и обеспечение управления домом.
Телеуправление. Все системы жизнеобеспечения загородного дома (включая растопку камина!) уже сегодня можно запустить по телефону. То есть нормальное состояние дома – дежурный режим (возможно, что система отопления выключена).
К гонке по управлению умными домами подключились даже автомобильные компании. Они считают, что экономически выгодно средства управления домом встраивать в санвизор автомобилей, что позволяет включать отопление и освещение при приближении к дому. Установка такого устройства предусмотрена уже в моделях 1996 г. автомобилей Buick, Cadillac, BMW, Jaguar, Mitsubisi и других.
Электропроводка для управления бытовой техникой. Для основных нужд бытовой автоматики вполне достаточно стандартной электропроводки. Наиболее значительные изменения касаются выключателей и розеток. Вместо устаревших механических устройств устанавливаются электронные, в которых имеется схема для посылки-приема сигналов через сеть питания. Каждый выключатель и розетка имеют свой адрес. При посылке сигналов по сети питания на них реагируют только адресуемые устройства. Датчики системы безопасности в умном доме могут использоваться для включения света, регулировки температуры, поднятия занавесей или для выполнения других заданий. Большинство таких систем обеспечивает речевые сигналы, например фразы типа "входная дверь открыта" или "свет на крыльце включен".
Системы управления отоплением обеспечивают для потребителя наибольшую экономию. В зависимости от местоположения и конструкции дома такие системы экономят в среднем от 18 до 30% электроэнергии, плюс 5–10 % экономии в результате использования зонированного отопления.
Американцы считают, что все новые бытовые приборы и компьютеры не только должны иметь эти способности, но и продаваться с выключателем в отдельном корпусе, за который покупателю не надо платить дополнительно. Потребитель должен установить выключатель, после чего на экране ПК появляется надпись: "Я только что обнаружил новый выключатель. Где он, и что вы хотите, чтобы он делал?" С помощью подсказок потребитель сам сможет установить время его включения, например, на 6.30 утра.
4. Итак, умный дом - это:
- единая сетевая система, дающая доступ к кабельному телевидению, цифровым спутниковым сигналам, факсмодему и контролирующая приборы, охранные системы, освещение и многое другое;
- обмен информацией, функционирование мультимедийных систем, а также других видов связи;
- объединение воедино широкого круга телекоммуникаций и домашней автоматики: от игровых, развлекательных систем, персональных средств связи до систем безопасности и природопользования;
- простота процесса присоединения новых устройств без дорогостоящей замены проводки.
5. Это совсем не фантазии
Уже сегодня имеется техническая возможность подвести к квартире всего пару проводов, к которой подключается небольшое устройство. К этому устройству непосредственно в квартире подключаются телефон, радио, компьютер, всевозможные датчики. Через пару телефонных проводов такие средства, как Интернет или факс/модем, позволяют потребителям объединять свои компьютеры, обмениваться файлами и факсами, передавать изображения и одновременно говорить друг с другом. Кабель позволяет получить и десятки высококачественных телевизионных каналов. Жильцы квартиры получают возможность пользоваться самыми различными услугами, в том числе и мультимедиа.
Конечно, такой дом должен иметь достаточно мощный канал связи, способный обеспечить передачу большого объема информации. Кроме того, кто-то должен обрабатывать поступающую из дома информацию – показания счетчиков и сигналы охранных устройств.
В Санкт-Петербурге разработан проект для нескольких домов, в Сургуте - для первых двух микрорайонов. Есть такой опыт и в г. Екатеринбурге. Близость строящегося на углу ул. Луначарского-Шевченко комплекса зданий к "Уралсистем", с его огромным научно-техническим потенциалом, позволяет создать в этих домах все условия для использования квартиры в качестве офиса. Думаете дорого? Отнюдь!
6. Экскурсия по автоматизированному дому
Представьте себе многоэтажный дом, который холодную воду получает из собственной скважины, проблемы отопления решает автономно в каждой квартире с помощью электричества, а проблемы канализации с помощью собственной подземной биосистемы (очищаемой раз в 20 лет!), над которой расположены 2-3 этажа гаражей для личных автомобилей жильцов дома. В каждую квартиру подведены труба с холодной водой, канализационная труба, силовой электрокабель и один сигнальный кабель.
Небольшая компьютерная система обеспечивает сбор информации о расходе воды и электроэнергии, а также управление всеми бытовыми приборами. По сигнальному кабелю вся необходимая информация передается заинтересованным организациям. По этому же кабелю поступают телефонные, телевизионные и радио сигналы. Созданная в комплексе, такая система стоит много дешевле существующих, поднимая качество жизни в десятки раз.
А вот как выглядит поездка в загородный дом. ... Еще на автостраде мы по санвизору автомобиля включили систему отопления дома, камин и предупредили систему безопасности. При открытии входной двери она нас поприветствовала и включила освещение в прихожей. Полная автоматизация управляет в доме всем, от освещения до экологии, однако некоторые вещи приятно включить лично, сидя у камина с рюмкой хорошего вина в одной руке и пультом дистанционного управления в другой. В нашем распоряжении большой выбор: изменить цвет окон – клавиша 1, задернуть занавески – клавиша 2, включить свежий горный ветерок – клавиша 3 и многое другое. И очень приятно, что наслаждаясь преимуществами бытовой автоматизации, мы одновременно экономим время, деньги и электроэнергию.
Скажете: фантастика? Нет, это всего лишь направление движения для наших ума и энергии! Народная мудрость гласит, что первый враг прогресса в России - невежество, и только второй - безденежье. Конечно, многие современные технологии "умного" дома нам пока недоступны. Но основное мы можем делать или хотя бы начать делать уже сегодня.
Город - дом, где мы живем: муниципальная информатика
Дом - это не только стены и то, что в них находится. Что было главным, когда вы выбирали участок для сада или дачи? Наверное, дорога и вода. С чего начиналось строительство загородного дома? Скорее всего, с туалета. Собственная квартира - большая ценность, если к дому подведены и работают водоснабжение, канализация, отопление, электричество и многое другое. Жизнь постоянно напоминает нам, что наша квартира - часть дома, а дом - часть города.
Квартира и дом удовлетворяют лишь часть наших потребностей. Остальное дает город. Нам нужны больницы, театры, магазины, парикмахерские и еще много чего. Ко всем этим объектам нужно добраться, Значит, нужны дороги, транспорт, стоянки, гаражи и заправочные станции. Одно влечет за собой другое, третье - десятое и процесс не имеет конца. Все вместе это называется городской инфраструктурой. Часть ее мы видим, другая расположена под землей. А современные социальные стандарты качества жизни (многие бывали на Западе - видели) требуют все новых и новых сооружений.
И все это надо спланировать и построить на ограниченном пространстве, организовать взаимодействие, обустроить (не все решают рыночные структуры) и проследить, чтобы городская инфраструктура работала не только на кошельки ее хозяев и начальников, но и на благо людей!
Картинки из жизни города
Почему так долго по улицам бегут аварийные ручьи? Ну порвалась очередная труба, но почему ручей бежит несколько дней? Может быть, рабочие отмечают день водопроводчика? Но разве нельзя пока перекрыть кран? Можно, но где гарантия, что изменившееся давление не порвет другую прогнившую трубу? Значит, надо отключить определенный насос. А как быть с больницей, детским садом и пожарными гидрантами? Зимой вода перестанет поступать в бойлеры теплопунктов, замерзнут отопительные системы. Проблема не так проста, как кажется.
Почему так часто копают улицы? Улицы копают не только из-за аварий. Строители прокладывают новые сети.. Значит, надо копать улицу. Но электрикам или телефонистам надо переложить свой кабель, а теплосетям и водопроводчикам - трубу. А что там еще в этом месте под землей? Может быть, и археологи что-то планируют? Получается, что пока одни сажают деревья, обустраивают газоны, асфальтируют тротуары и дороги, другие стоят в очереди на раскопку этих же участков!
На остановке трамвая (автобуса, троллейбуса) маслом по железу написано, что транспорт "ходит" каждые 5 минут. Верят этим "объявлениям" только очень наивные люди (когда повесили эту железку?). Ясно, что расписание движения городского транспорта должно иметь даты его действия. Тогда при нарушении графика можно предъявить претензию. Справочник предприятий (действующих, а не тех, которые зарегистрировались три года назад для единственной коммерческой операции!) должен быть доступен каждому руководителю. Телефонная книга (с последними изменениями) должна быть в каждой телефонной будке, расписание занятий - на дверях каждой аудитории.
Вот, оказывается, сколько проблем и все сложные. Можно ли упорядочить этот процесс? Да, но для этого нужна единая городская карта всех наземных и подземных объектов. Сделать такую карту и оперативно поддерживать ее актуальность можно лишь с использованием современных информационных технологий. Речь идет об электронных картах.
Электронная карта города
Город быстро меняется. Кроме того, очень подробные и точные карты нужны коммунальным службам, милиции, скорой помощи, пожарной охране. Всю нужную им информацию на бумагу не нанести. Только электронная форма записи топографической информации позволяет: создавать карты практически любой точности; оперативно фиксировать все изменения на любой момент времени; наносить на карту любое количество автономных слоев самой различной информации (даже звук!).
Представляете какой эффект получат все пользователи таких карт, если службы города договорятся об их единой топографической основе? Привязанные к ней массивы графической, текстовой или звуковой информации позволят формировать качественные карты для любых пользователей. Но самый большой эффект получат городские службы, так как каждой из них станет доступна информация коллег!
Кому и зачем нужна электронная карта города
Администрация города: оперативный многофакторный анализ ситуаций с целью управления.
Архитекторы, строители: планирование и оперативное управление застройкой города.
Службы водоснабжения и канализации, городские тепло-электросети, транспорт, связь: размещение и технические характеристики сетей, узлов обслуживания и подключения; оперативная информация для диспетчеров.
ЖКХ - размещение и технические характеристики зданий и сооружений.
Пожарная охрана: информция ЖКХ о зданиях и сооружениях, дополненная своей специфической информацией, даст возможность оптимизировать профилактику.
ГАИ: реальные транспортные потоки с учетом дорожных работ и строительства, инженерное оборудование и техническое состояние дорог.
Милиция (охрана правопорядка)- Наверно у них все есть, но перейти на единую электронную сеть наверно согласятся, т.к. они получают доступ к другой информации.
Бизнес: маркетинговые исследования
Население и гости города: изучение города, планирование маршрутов.
Информатизация - дорогое удовольствие, это дело профессионалов
Администрации всех уровней не жалеют денег на компьютеры (после своих кабинетов конечно). Но ведь это наши с вами деньги. Нам не безразлично, зачем покупаются эти компьютеры! Информатика - сложная проблема. А каждая сложная проблема имеет множество простых и понятных всем неправильных решений. В информатике таких решений более чем достаточно. Во избежание этого надо привлекать профессионалов. Правда это будет чуть дороже, чем любительские поделки, но зато их проекты будут работать эффективно и долго.