Умные города (smart cities): стандарты, когнитивно-информационные технологии и их приложения

В последние годы концепция умных городов стала главной в решении глобальных проблем урбанизации и управления городской инфраструктурой. Использование когнитивно-информационных технологий играет ключевую роль в повышении эффективности городских систем, улучшении качества жизни граждан и устойчивом развитии городов. В данной статье рассматриваются основные стандарты, применяемые в умных городах, а также технологии, обеспечивающие интеграцию и управление городской инфраструктурой. Анализируются проблемы, такие как кибербезопасность, социальная доступность и экологическая устойчивость, на основе практических примеров и данных опросов респондентов. Предлагаются рекомендации по дальнейшему развитию стандартов умных городов.

Ключевые слова: умные города (Smart Cities), когнитивно-информационные технологии, устойчивая городская инфраструктура, кибербезопасность, социальная доступность, экологическая устойчивость, информационно-коммуникационные технологии (ИКТ), интернет вещей (IoT),искусственный интеллект (ИИ), стандарты умных городов, оптимизация городской среды, цифровая экономика, управление ресурсами, энергоэффективность, интеграция технологий, сбор и анализ данных, социальное равенство, цифровизация городской инфраструктуры, устойчивое развитие, городская экология.

In recent years, the concept of smart cities has become central to addressing global urbanization challenges and managing urban infrastructure. The use of cognitive-informational technologies plays a key role in improving the efficiency of urban systems, enhancing citizens' quality of life, and promoting sustainable development in cities. This paper discusses the main standards applied in smart cities, as well as technologies that enable the integration and management of urban infrastructure. The paper analyzes issues such as cybersecurity, social accessibility, and environmental sustainability, based on practical examples and survey data. Recommendations for the further development of smart city standards are provided.

Keywords: Artificial intelligence, information security, Adversarial AI, cyber-attacks, data protection, machine learning, adaptive algorithms, threat forecasting, AI ethics, international cooperation.Keywords: smart cities, cognitive-informational technologies, sustainable urban infrastructure, cybersecurity, social accessibility, environmental sustainability, information and communication technologies (ICT), Internet of Things (IoT), artificial intelligence (AI), smart city standards, urban environment optimization, digital economy, resource management, energy efficiency, technology integration, data collection and analysis, social equality, urban infrastructure digitalization, sustainable development, urban ecology.

Введение

Современные города сталкиваются с рядом трудностей, связанных с быстрым ростом населения, урбанизацией и экологическими проблемами

Ими могут быть: перенаселенность, культурные вызовы, ухудшение экологической ситуации, перегрузка транспортной системы, недостаточная эффективность управления ресурсами и другие. Эти проблемы требуют поиска новых подходов к управлению городской инфраструктурой и эффективного использования современных технологий. Умные города — это концепция урбанистического развития, в которой используются цифровые технологии направленные на повышение качества жизни, улучшение инфраструктуры, рациональность и оптимальность управления городскими ресурсами и обеспечения экологической безопасности. Развитие умных городов началось в начале 2000-х годов с инициативы компании IBM «Smarter Planet», направленной на создание интегрированных систем для управления транспортом, энергетикой, безопасностью и другими городскими процессами. Сегодня умные города рассматриваются как ключевой элемент устойчивого развития, что подтверждается включением их в Программу ООН по устойчивому развитию на период до 2030 года.

В Российской Федерации развитие умных городов идет в рамках программы «Умный город», которая была запущена Минстроем РФ в 2018 году. Эта программа направлена на внедрение цифровых технологий в управление городскими ресурсами и повышение качества жизни граждан, так же она стимулирует создание стандартов и технологий, адаптированных к условиям российских городов. Но реализация программы сталкивается с рядом трудностей высокая стоимость, неравномерное развитие регионов, проблемы с инфраструктурой, цифровое неравенство, риски кибербезопасности.

Целью статьи является анализ существующих стандартов умных городов и когнитивно-информационных технологий, применяемых для их реализации, а также выявление проблем и предложений по их совершенствованию. Особое внимание уделяется вопросам кибербезопасности, социальной доступности и устойчивого развития городов на основе практических примеров и данных опросов респондентов.

Анализ источников

Первоначально идея умного города была сформулирована компанией IBM в рамках инициативы «Smarter Planet» в начале 2000-х годов. Эта концепция получила широкое распространение благодаря предложению интегрировать различные городские системы на единой платформе для анализа и обработки данных в реальном времени. Такие технологии, как сбор данных с датчиков, интеллектуальные системы управления транспортом и энергией, позволили существенно повысить эффективность управления городскими процессами.

Одним из ключевых направлений в развитии умных городов является стандартизация. В рамках международных исследований SCC (Smart City Council) разработаны модели и стандарты для эффективного управления городскими процессами с использованием когнитивных технологий. В России разработан стандарт «Умный город», который охватывает такие ключевые аспекты, как цифровая инфраструктура, энергоэффективность, информационная безопасность и управление городскими ресурсами.

Проведем анализ статей в контексте нашего исследования.

1. Анисимов В. А., Зюзин Д. А., «Использование современных технологий в развитии умных городов». Рассматриваются инновационные технологии (IoT, большие данные, ИИ) для создания умных городов. Приводится анализ влияния технологий на транспорт, ЖКХ и энергосбережение. Уделяется внимание вопросам устойчивого развития и цифровизации. Но кс сожалению н е проработан вопрос интеграции местных сообществ в цифровую экосистему [1].
2. И. И. Грозаву, А. Д. Шматко., «Информационные технологии в реализации городского пространства мегаполиса». Рассматривается роль ИТ в улучшении городской среды мегаполисов. Идет описание подходов к оптимизации транспортных систем и развитию цифровой инфраструктуры. Затрагиваются вопросы безопасности городской среды [2].
3. С. У. Ахтанова, «Умный город: основополагающие факторы развития». Представлены ключевые факторы развития умных городов: технологии, экология, экономика. Рассматривается роль государства и бизнеса в реализации концепции. Затронуты вопросы правового регулирования. Недостаточно внимания уделено примерам практической реализации. Отсутствует детальный анализ возможных рисков [3].
4. А. Н. Кузяшев, К. В. Сария., «Умное ЖКХ как часть концепции умного города». Рассматривается роль ЖКХ в умных городах, включая автоматизацию учета ресурсов и повышение энергоэффективности. Уделено внимание внедрению интеллектуальных систем управления жильем. Недостаток анализа проблем адаптации технологий для старого жилого фонда. Не рассмотрены социальные аспекты внедрения умного ЖКХ [4].
5. Михайлов С. С., «Концепция, архитектура и принципы создания умного города». Обсуждаются теоретические основы, архитектура и принципы построения умного города. Делается акцент на устойчивость, технологичность и адаптивность городской среды. Нет практического анализа примеров внедрения концепции. Слабо освещены финансовые и организационные вопросы [5].
6. Суйгут М. Ю., «Строительство умных городов». Рассматриваются подходы к реализации проектов умных городов, включая устойчивое развитие и энергоэффективность. Уделено внимание интеграции технологий для управления городской средой. Не раскрыты вопросы финансирования и общественного участия в проектах. Нет анализа ошибок или трудностей при внедрении [6].
7. Казанцева О. Л., «Умные города России». Изучается развитие умных городов в российском контексте. Рассматриваются примеры внедрения технологий, юридические и организационные аспекты. Недостаточно внимания уделено сравнению с международными проектами. Слабое освещение экономических аспектов реализации [7].

Все работы подчеркивают актуальность концепции умных городов в условиях урбанизации, экологических вызовов и необходимости цифровизации. Затрагиваются технологические и организационные аспекты. Особое внимание уделяется устойчивому развитию и автоматизации управления. Недостаток конкретных кейсов успешной реализации проектов. Мало внимания к экономическим и социальным последствиям внедрения технологий. Необходима более глубокая проработка вопросов кибербезопасности и общественного участия.

Методология исследования основывалась на критическом анализе существующих моделей и стандартов умных городов, а также на опросах и анкетировании граждан. Опрос включал вопросы, направленные на выявление общественного мнения о применении умных технологий в городской среде, их восприятие проблем умного города.

Объектом исследования стала городская инфраструктура, в которую входят транспортные системы, энергетические сети, системы водоснабжения, сбор и утилизация отходов. В рамках данного исследования предметом изучения стало внедрение когнитивно-информационных технологий в управление городской инфраструктурой.

Основные задачи исследования включали:

1. Анализ существующих стандартов для умных городов и выявление их недостатков с точки зрения применения когнитивных технологий.
2. Исследование успешных примеров использования когнитивных технологий в управлении городскими процессами.
3. Оценка общественного восприятия умных технологий и их влияния на качество жизни.
4. Разработка рекомендаций по применению стандартов и технологий для оптимизации городской инфраструктуры.

В опросе приняли участие 20 респондентов, что позволило собрать данные о восприятии населением концепции умных городов и связанных с этим возможных проблемах. Вопросы анкеты охватывали такие аспекты, как важность умных технологий, кибербезопасность, доверие к сбору данных и экологические аспекты внедрения технологий.

Результаты опроса показали, что большинство респондентов (более 70 %) положительно оценивают перспективы внедрения умных технологий в управление городом и считают, что такие технологии помогут решить многие проблемы городской среды, включая транспортные заторы, экологическое загрязнение и энергопотребление. Основными преимуществами респонденты называли улучшение экологии, сокращение времени поездок и повышение уровня безопасности.

Около 60 % опрошенных выразили обеспокоенность вопросами кибербезопасности и конфиденциальности данных, указывая на необходимость обеспечения надежной защиты информации в умных городах. Это подчеркивает важность разработки стандартов кибербезопасности, которые будут учитывать специфику городской инфраструктуры и потенциальные угрозы.

Рис. 1. Оценка респондентами кибербезопасности

Рис. 2. Оценка респондентами экологических аспектов

Кроме того, респонденты отметили необходимость участия государства и частного сектора в финансировании и разработке умных технологий. 85 % участников опроса считают, что доступ к таким технологиям должен быть открыт для всех слоев населения, что подчеркивает важность социального равенства.

Анализ результатов показывает, что хотя умные технологии способны существенно улучшить управление городами, существуют ряд вопросов, связанных с их внедрением. Одной из главных проблем является кибербезопасность и защита данных. Поскольку сбор данных о городской среде и жизни граждан является неотъемлемой частью работы умного города, необходимо разработать меры, которые обеспечат защиту этих данных от несанкционированного доступа.

Еще одним важным аспектом является социальная доступность. Внедрение умных технологий не должно увеличивать социальное неравенство. Это требует разработки универсальных стандартов, которые обеспечат равный доступ ко всем городским услугам, независимо от социального положения граждан.

Кроме того, результаты опроса подтвердили важность экологической устойчивости умных городов. Использование умных технологий может значительно сократить выбросы углекислого газа, улучшить управление отходами и оптимизировать потребление энергии. Однако некоторые технологии, такие как устройства интернета вещей, также могут способствовать увеличению потребления электроэнергии, что требует тщательной проработки стратегий их внедрения.

Внедрение умных городов представляет собой важный шаг на пути к созданию устойчивой и эффективной городской среды. Когнитивно-информационные технологии обладают значительным потенциалом для улучшения управления городской инфраструктурой, повышения качества жизни граждан и снижения нагрузки на экологию.

Однако для успешного внедрения этих технологий необходимы универсальные стандарты, которые обеспечат безопасность данных и доступность технологий для всех слоев населения. Важным аспектом также является тесное сотрудничество между государственными органами, частным сектором и гражданским обществом, что будет способствовать более эффективной реализации концепции умных городов.

Литература:

1. Атдаева О. Г. Использование современных технологий в развитии умных городов. // Вестник науки. — 2023. — № 3. — С. 272–276.
2. Шматко А. Д. Информационные технологии в реализации городского пространства мегаполиса. // Экономические науки. — 2020. — № 11. — С. 127–135.
3. Ахматова С. У. «Умный город»: основополагающие факторы развития. // Central asian research journal for interdisciplinary studies. — 2022. — № 1. — С. 97–101.
4. Кузяшев А. Н. Умное ЖКХ, как часть концепции умного города // Эпоха науки. — 2020. — № 24. — С. 214–216.
5. Михайлов С. С. Концепция, архитектура и принципы создания «умного города» // Вестник науки. — 2022. — № 8. — С. 31–38.
6. Суйгут М. Ю. Строительство умных городов// Вестник науки — 2021. -№ 11 — С. 66–71.
7. Казанцева О. Л. «Умные города» России // Российско-азиатский правовой журнал — 202211 — С. 9–12.