Виртуальный Чикаго: как построить столицу интернета вещей в США

Продолжая спецпроект «Умные города», «Теории и практики» обращаются к опыту американского Чикаго. Город ветров заявил о своем намерении стать «эпицентром интернета вещей» и получил от правительства Барака Обамы $3,1 млн на развитие программы Array of Things. Эта концепция разработана для того, чтобы к концу 2017 года дать новое видение столицы Среднего Запада и заодно догнать Европу и Азию с их сверхсовременными урбанистическими проектами: от Амстердама до Сингапура.

Международная конференция в области градостроительства, архитектуры, экономики и стратегического планирования городов. 30 июня — 3 июля, ЦВЗ «Манеж»

Европа и Азия раньше других почувствовали и взяли на вооружение большой тренд современности — концепцию умного города, став так называемыми early adopters. Барселона и Амстердам первыми занялись оптимизацией городской инфраструктуры и начали укомплектовывать улицы сенсорами, а их примеру последовали страны, где из-за перенаселенности городов умные технологии оказались особенно популярны: Япония, Южная Корея, Сингапур и Индия. США оказались в роли догоняющих, но наверстать обещают в короткие сроки. В сентябре 2015-го администрация Барака Обамы выделила $160 млн на развитие в стране технологий умных городов. Большая часть денег пошла на крупные национальные программы, но досталось и конкретным городам. Чикаго, в том же 2015 году заявивший о своем намерении стать «эпицентром интернета вещей» и «самым подключенным в мире городом», получил $3,1 млн на развитие программы Array of Things, которая обещает к концу 2017 года дать новое, объемное видение города.

Интернет вещей и индустрия 4.0 — главный задел того будущего, которое рисуют оптимистичные фильмы: самоуправляемые автомобили на большой скорости передвигаются по городу без единой аварии, холодильник формирует заказы и сам отправляет их в службу доставки супермаркетов, а за работой завода следит единственный скучающий техник. Концепция индустрии 4.0 сформулирована в 2011 году немецкими учеными и говорит о наступлении четвертой промышленной революции, основанной на массовом подключении индустриального оборудования к сети для автоматизации производства. Интернет вещей обращается к той же теме подключенных устройств, но с более повседневной стороны. Современные технологии позволяют вживить модуль дистанционного управления через Wi-Fi практически в любое устройство: кондиционер, тостер, автомобиль, уличный фонарь, систему полива. В результате вещи смогут взаимодействовать с окружающей средой и между собой почти без участия человека. То, как дом сам по себе оживает после звонка будильника, — это как раз про интернет вещей.

Каждые два года объем передаваемых по сети данных увеличивается вдвое. Если в 2006 году вся существовавшая цифровая информация оценивалась в 0,16 зеттабайт, то к 2020-му компания EMC прогнозирует, что цифра увеличится до 44 зеттабайт. Это притом что, по оценкам компании Cisco, 99,4% физических объектов, которые когда-нибудь подключат к сети, пока туда не входят.

Такие перспективы стали возможны благодаря широкому распространению беспроводных сетей, развитию облачных вычислений, технологий межмашинного взаимодействия и программно-конфигурируемых сетей. Компания Cisco подсчитала, что в 2008–2009 годах количество подключенных к сети устройств превысило численность населения Земли, и заявила о том, что интернет людей стал интернетом вещей.

В США многие города включаются в общемировое соревнование по наращиванию умной инфраструктуры: Нью-Йорк мониторит пожароопасные здания и устанавливает на улицах 7 500 точек Wi-Fi высокоскоростного (1 Гб/с) бесплатного интернета, Бостон строит скамейки на солнечных батареях, которые анализируют состав воздуха и заряжают телефоны, но однозначно опережает всех конкурентов-соотечественников Чикаго.

Во втором (после Нью-Йорка) экономическом центре США и крупнейшем транспортном узле начали с того, что в 2012 году город запустил платформу WindyGrid. Она собирала всю информацию о Чикаго: от расписания движения автобусов и статистики звонков в 911 до исторических фактов о зданиях. Кроме систематизации информации, проект отслеживал подозрительную активность через HD-камеры, встроенные в системы уличного освещения. Информация легла в основу сайта Plenario, который предоставляет ее в открытом доступе и с привязкой к карте.

Среди прочего, муниципальные власти придумали, как данные об обращениях в службы, показания с датчиков, установленных на мусорных баках, информацию о влажности и составе почвы связать в систему борьбы с крысами. Как сообщают городские власти Чикаго, эффективность борьбы с распространением крыс повысилась на 20%. Датчики на мусорных баках, кстати, работают на солнечных батареях.

В 2013 году стартовала инициатива компании UI LABS по развитию умной инфраструктуры Чикаго — City Digital. Она развивается по четырем направлениям: «транспорт», «управление энергией», «вода и санитария», «инфраструктура». По двум последним запустили пилотные проекты. Один из них оценивает способность зеленых насаждений снижать уровень сточных вод. Установленные в дренажной системе сенсоры отправляют информацию на облачный сервер, где она анализируется, в результате чего формируются рекомендации по расположению будущих зеленых зон в городе. Второй пилот разрабатывает навигационную платформу для подземной городской инфраструктуры. С помощью гидролокационных устройств создается виртуальная карта проложенных труб водо- и газоснабжения, электрических и телекоммуникационных сетей, метрополитена. Ее будут использовать для сокращения расходов при устранении утечек и прокладке новых сетей. В октябре обещают запустить пилоты по направлениям «транспорт» и «управление энергией». Но, пожалуй, самым интересным и громким проектом города стал Array of Things.

Как и другие умные города, Чикаго разбирается с вопросами «Что, если на город установить полноценный фитнес-трекер? Как можно использовать такую информацию? Что даст знание о состоянии воздуха, погоде, шуме и прочих повседневных данных в масштабе небольших зон, кварталов?».

Для получения ответов в том же 2013 году компания Argonne National Laboratory начала проект разработки аналитической платформы Argonne Waggle Platform. Информацию на платформу будут поставлять специальные устройства — ноды, представляющие собой цилиндры высотой 35 см, оснащенные камерами и разнообразными сенсорами. Нод собирает и каждые 15 секунд отправляет на сервер данные о давлении, уровне шума, освещенности, влажности и температуре воздуха, содержании CO2, NO2, SO2 и концентрации озона. Argonne Waggle Platform эти показания анализирует, а жители получают готовую информацию на мобильное приложение. Например, оповещение сообщит, что впереди — гололед, или расскажет, когда лучше всего пойти на прогулку в своем районе (с учетом наиболее благоприятных характеристик воздуха), или посоветует, как поздним вечером добраться до машины многолюдным в эту минуту маршрутом, если идти до нее не близко.

Город же на основании всего массива данных собирается изучать взаимосвязь между городской средой и заболеваниями (астмой, например), следить за уровнем поднятия воды в реальном времени, регулировать городской трафик. Все ноды планируется оснастить инфракрасными камерами для отслеживания наледи на тротуарах, что поможет в нужное время и в нужном месте применить соли и реагенты. Так власти рассчитывают сэкономить деньги и сократить количество загрязняющих веществ, которые попадают в реку Чикаго и озеро Мичиган.

Пилот проекта запустили в 2013 году, установив несколько нодов на здании University of Chicago, а в первом квартале этого года поставили уже 50 устройств. До конца 2016-го устройств должно стать 200, а за следующий год их количество дойдет до 500.

Создатели проекта говорят, что сбор любого типа данных согласовывается с городским департаментом по безопасности и охране частной жизни. Заявляется, что AoT не касается личной информации горожан: звуковые сенсоры оценивают только шумы окружающей среды, инфракрасные камеры считывают только температуру поверхности тротуара, фотокамеры ограничиваются снимками уровня воды в реке и сточных каналах, погодных условий и оценкой числа прохожих. При этом сами записи не сохраняются и не пересылаются, устройства сообщают на головную платформу только результаты измерений. Также разработчики отказались от взаимодействия с мобильными устройствами прохожих через Wi-Fi или Bluetooth в пользу приватности. Правда, сложно поверить в то, что ситуация останется такой идиллической и не найдется веской причины для изменения настроек хранения и передачи данных. Как известно, благие намерения не всегда ведут в светлое завтра.

В 2015 году Чикаго получил федеральную поддержку в $3,1 млн, которая позволит запустить проект по-крупному. Кроме этих денег, Argonne National Laboratory сообщает, что на разработку аналитической платформы Argonne Waggle Platform ушло около $1 млн и еще $150 000 вложили в пилотный проект. Городские власти взяли на себя затраты по установке и обеспечению питания нодов. Стоимость одного устройства — примерно $500, но в дальнейшем планируется расширять комплектацию сенсорами и камерами, и максимальная стоимость составит около $2 000.

Интересно, что в 2014 году вышла компьютерная игра Watch Dogs, герой которой находится в альтернативной версии Чикаго, тотально подключенного к сети. Взламывая городские сети, виртуозный хакер подслушивает разговоры, получает доступ к полной информации о жителях и управляет инфраструктурой. Слоганы рекламной кампании игры «Все взаимосвязано. Связь — это власть» и «Взлом — это наше оружие», как и ее принципы, вполне рифмуются с происходящим в Чикаго уже сегодня.

Другой наглядный пример обратной стороны интернета вещей продемонстрировал специалист по компьютерной безопасности из Новой Зеландии Джек Барнаби. В 2011 году на конференции McAfee FOCUS 11 он показал, как по Wi-Fi с расстояния в 90 метров заставить инсулиновую помпу произвести инъекцию 100% содержимого в поджелудочную железу и вызвать тем самым смерть пациента. Второе, чем шокировал собравшихся Джек, была возможность управлять и при желании останавливать работу кардиостимулятора с 9–15 метров с помощью планшета.

Создатели проекта уже в ближайшее время ждут результатов в виде улучшений работы инфраструктуры и снижения расходов на городские сервисы, но основные надежды возлагаются на будущее AoT. Для изучения городской среды, развития приложений и инструментов Чикаго предоставляет бесплатный открытый доступ к результатам своих исследований всем заинтересованным — организациям, ученым, разработчикам, горожанам. По задумке, исследователи и инициативные группы начнут создавать поверх умной инфраструктуры собственные проекты для улучшения жизни в городе, разрабатывать сенсоры мониторинга. В первую очередь Чикаго рассчитывает на развитие экологического направления. Все полученные AoT данные будут доступны на Plenario и городском портале City of Chicago open data portal.

«Как и в случае с Чикаго, бюджет любого города ограничен, и нет никаких причин не делиться результатами работы со всеми желающими без дополнительных затрат. Мы собираемся использовать открытые ресурсы других городов, ведь, в конце концов, мы все работаем в интересах друг друга», — говорит руководитель информационной службы Чикаго Бренна Берман.

У горожан самые большие сомнения насчет AoT вызывает сохранность личной жизни. Этот и так непростой для США вопрос только обостряется оттого, что в перспективе весь город может оказаться в режиме звукозаписи и видеодоступности. Получается, что технологии все больше сужают и делают размытыми границы приватности. А в сочетании с современными, весьма успешными технологиями распознавания лиц несимпатичных вариантов развития городов недалекого будущего рисуется немало. Сверхтаргетированная реклама, которая говорит с вами с поверхности каждого столба, реагируя на малейшие перемены вашей мимики, или отслеживание всех передвижений человека по городу, пока он находится на улице. Или повальная распространенность масок, скрывающих эмоции и само лицо. Скольким людям понравится быть частью телешоу, в котором участвует весь город? Возможно, многим, но точно не всем.