Dulicz Lászó
okl. építőmérnök
közgazdász szakmérnök

Napjainkban egyre többet hallani a „smart” vagy „okos” kifejezéseket egy eszköz vagy egy megoldás jelzőjeként, de a szavak mögötti jelentéstartalom értelmezése igencsak széles körű. Divatos lett ezen kifejezések használata az élet minden területén, jelen cikkben a városfejlesztési, különösképp a közlekedési területet járjuk körül részletesebben.

Először nézzük meg, mit is jelent a smart city vagy más néven okos város elképzelés. A kifejezés pontos értelmezése, tartalommal való megtöltése korábban nem volt – és talán még ma sem teljesen – egysé­ges, de az 56/2017. (III. 20.) Korm. rendelet szerencsére elég jó meghatározást ad:

Az okos város olyan település, településcsoport vagy településrész, amely természeti és épített környezetét, digitális infrastruktúráját, valamint a területén elérhető szolgáltatások minőségét és gazdasági hatékonyságát korszerű és innovatív információtechnológiák alkalmazásával, fenntartható módon, lakosainak fokozott bevonásával fejleszti.
Varga Zsolt
okl. építőmérnök

Az okos város fogalma az 1990-es évek közepén jelent meg, részben a fenntarthatóság, részben pedig a városi stratégiai, irányítási rendszereket megreformálni kívánó koncepciók kapcsán. A fogalom elterjedése is elsősorban ehhez a két fő területhez kapcsolódott. A hagyományos fejlesztői eszköztár (szabályozások, fizikai fejlesztések, együttműködések stb.) mellett egyre nagyobb szerephez jutottak a szintén ekkor elterjedő kreatív városi stratégiák újszerű megoldásai, amelyek a vállalkozói szemléletet, a kísérletezést, a belvárosias sűrűsé­get, a várospolitika aktív médiajelenlétét és interaktivitását helyezték előtérbe.

A tudásgazdaságot erősítő eszközök között a fentiek mellett már az évtized elejétől megjelentek az infokommunikációs technológiák (IKT), eleinte elsősorban a vállalkozásoknak kínált szolgáltatások formájában, de az évtized vége felé néhány nagyvárosban már a közművek és a közlekedés felügyeletében és szabályozásában is.

A smart city az elmúlt időszakban sajátos evolúciós folyamaton ment keresztül, amelynek következtében mind a fogalom alá tartozó alrendszerek, mind azok megvalósításának célja és módja jelentősen megváltozott. A kezdeti szakaszban (digitális város vagy smart city 1.0) a nagy technológiai, gyártói oldalról generált fejlesztések valósultak meg, amelyeknek célja emiatt inkább az épp rendelkezésre álló IKT eszközök értékesítése volt, mintsem a város középtávú célkitűzéseinek elérése.

1. ábra. Smart city fejlődési folyamata
(Forrás: Mikroline tudástár)

Az intelligens városnak vagy smart city 2.0-nak elnevezett időszakban a városok tudatos megrendelőként lépnek fel, általuk meghatározott jövőkép elérése céljából valósítanak meg technológiai hát­tértámogatással bíró beavatkozásokat. Az okos város, vagy smart city 3.0 tekinthető jelenleg a fejlődési skála tetejének, ahol a város elsősorban csak a fejlesztéspolitika kereteit alkotja meg, és a helyi lakosság tölti fel innovatív tartalommal és nóvummal – az IKT, csak egy eszközként jelenik meg a rendszerben. Hazánk smart city rendszerei ezen folyamatnak a 2. lépcsőjénél tartanak jellemzően, de akadnak pozi­tív és negatív irányú kilengések (1. ábra).

Az okos város elsősorban nem fejlett infrastruktúrát jelent, hanem a technológiai-technikai fejlettség szintje, és az új iránt fogékony intelligens emberek, technikai eszközök, illetve az azokon futó szolgáltatások készségszintű használata közötti minél szorosabb kapcsolatot.

Az IKT és egyéb informatikai megoldások életciklusa jelentősen alacsonyabb a megszokott egyéb létesítmények, beruházások életciklusánál. A modern technológiai megoldások 2-5 év alatt is elavulhatnak, helyüket újabb és fejlettebb termékek veszik át. A rövid életciklus miatt fontos, hogy a kiépítés során az üzemeltethetőség és a fejlesztési lehetőség kiemelt szempont legyen, így biztosítható, hogy a kialakított megoldás képes az adott kor követelményeinek megfelelő szolgáltatási színvonalat nyújtani.

Olyan rendszer létrehozása szükséges, amely rugalmasan és gyorsan képes befogadni az olyan technológiai eszközöket, amelyeket ma még nem ismerünk. Egyik példa az alap vezetékes hálózat teljesértékű kiépítése (optikai hálózat, védőcsövezés, épületen belüli kábelcsatornázás stb.), amely jelentős beruházás nélkül lehetőséget biztosít a megújuló vagy újonnan meg­jelenő technológiai megoldások beépítésére.

Hasonló analógia mentén okoz problémát a mobilitási igények és társadalmi elvárások, életkörülmények felgyorsuló változásainak lekövetése is. Törekedni kell olyan külső és belső terek kialakítására, amely akár többféle – adott esetben ma még nem is definiált – funkció kiszolgálására képes magas szolgáltatási szinten. Megemlíthető példa, hogy az elmúlt időszakban átalakult az irodaházak belső struktúrája, előtérbe kerültek a közösségi terek vagy a megnövekvő kerékpáros közlekedés miatt több kerékpártárolót kellett kialakítani.

Kiemelendő téma az intelligens eszközök alapvető működési folyamata, melynek megértésével a rendszer alkalmazhatóságának céljai és korlátjai is egyértelművé válnak. Az okos város rendszer egyik alapja a rendelkezésre álló (általában nagy mennyiségű rendezetlen) adathalmaz, angol kifejezéssel big data. Ezen adatok származhatnak a rendszer részeként kihelyezett szenzorokból, kamerákból, más tulajdonában álló mérőeszközökből, vagy egyéb adatbázisokból.

Az adatok átvitele, feldolgozása, tárolása előre rögzített eljárás mentén általában automatikusan történik. Rendszertől függően a beérkezett adatokból a jövőre vonatkoztatott előrejelzések is előállíthatók. Az üzemeltető, fejlesztő és döntéshozó számára elsősorban már egy letisztult összegző (dashboard) felületen jelennek meg a releváns információk. Kedvező esetben e felület egésze vagy egy része a lakosság számára is elérhető a magas szintű és hatékonyabb közösségi részvétel elérése érdekében.

Az okos rendszerek fontos fokmérője leginkább a beérkezett és feldolgozott információk értékelésében rejlik. Léteznek teljes mértékben emberek által ellenőrzött és befolyásolt rendszerek, de a mesterséges intelligencia e területen is egyre nagyobb szerepet kap. Az automatika képes megállapítani, hogy a beérkezett információ megfelelő-e, illetve várható-e döntési, beavatkozási feladat a közeljövőben. Sőt ma már képesek számos beavatkozást önállóan meghozni emberi beavatkozás nélkül.

2. ábra. Automatizált rendszerek működési folyamata (Forrás: Mikroline tudástár)

Nyilvánvalóan e folyamat rendkívül hatékonnyá teszi bizonyos feladatok elvégzését, optimalizálását, az emberi tényező háttérbe szorítása kedvezőbb gazdasági és biztonsági helyzetet teremthet. A túlzott mértékű automatizálás viszont számos informatikai, sérülékenységi, politikai és jogi kérdést felvet, gondoljunk csak az önvezető járművek beve­zetésének problematikájára (2. ábra).

3. ábra. A smart city alrendszerei (Forrás: Mikroline
tudástár)

Az okos várost többféle alrendszerbe szokták bontani, a legelterjedtebb (a Lechner Tudásközpont, az EU Smart City Ranking és a Smart Cities Council in-dex által használt) csoportosítás a lenti ábrán látható (3. ábra).

AZ ENERGIAGAZDÁLKODÁS IRÁNYA

Az egyik legfontosabb smart technológiai platform a villamosenergia hálózat. Egyrészt az energiaellátásban van kiemelkedő szerepe, másrészt a jelenlegi meglévő hálózat kiépítettsége is lehetővé teszi, hogy alapinfrastruktúraként működjék a smart technológiákban is.

A lokális energiagazdálkodás egyre inkább eltolódik a területi alapú energiagazdálkodás irányába oly annyira, hogy várhatóan a jövőben nem csak nemzeti szintű energiagazdálkodások, hanem a települések, városrészek komplex energiagazdálkodásai is megjelennek.

Termé­szetesen az épületek, létesítmények önálló energiagazdálkodása is egy fontos szempont, de várhatóan az energiafelhasználás optimalizálása és az energiatárolás miatt nem lesz elég lokális szinten optimális energiagazdálkodást kialakítani, a létesítményeket egy nagyobb hálózat részévé kell tenni, hogy valóban hatékony energiafelhasználást lehessen elérni.

Egy városrész környezeti terheléséhez hozzátartozik az általa felhasznált villamosenergia előállítása során megvalósuló környezetszennyezés, amelynek mértékét elsősorban a hazai energiamix határozza meg. Magyarország energiatermelésének körülbelül egyharmada származik fosszilis tüzelőanyagból, míg a meg­újulók aránya kevesebb, mint 10%. Az energiafelhasználás adatai természetesen ettől eltérnek a hazai erőművek aktuális rendelkezésre állása, illetve az import energia mennyisége és típusa alapján.

A VILLAMOSENERGIA-TERMELÉS LEHETSÉGES MEGOLDÁSAI:

  • fotovoltaikus napelem: a nap energiájának hasznosítása;
  • szélturbina (tetőn, homlokzaton vagy közterületen elhelyezve): szélenergia hasznosítása;
  • egyéb alternatív megoldások (pl. burkolatba épített mozgási energiát villamosenergiává alakító rendszer, lift fékezési energiáját visszatápláló rendszer);
  • kis teljesítményű, kis esésű vízerőmű: a vízenergia hasznosítása;
  • geotermikus kapcsolt energiatermelés: a Föld hőenergiájának hasznosítása, elsősorban a fűtésre alkalmazzák;
  • biogáz kapcsolt energiatermelés: szerves anyag anaerob bomlásából származó energia hasznosítása, a területen kevésbé javasolt.
4. ábra. Szélenergia hasznosítása

A megújuló energiaforrások rendelkezésre állása igen változó lehet (napsütés, szél, vízállás stb.), amely ritkán esik egybe a nagy energiaigényű felhasználási időszakokkal. E problémakör a legnagyobb gátja a környezetbarát energiatermelés elterjedésének. Nemzeti és nemzetközi szinten eddig is léteztek eszközök e probléma megoldására (energiatárolás különböző megoldásai, kis reakcióidejű tartalék erőművek beindítása, energia importálása stb.) (4. ábra).

SMART GRID

Az infokommunikációs technológia elterjedése életre hívott egy új megoldást – amelyet akár lokálisan, kisebb területre vonatkozóan is lehet alkalmazni – a smart grid rendszert. Lényege, hogy az egyes kisebb és nagyobb fogyasztók fogyasztásának, illetve kisebb és nagyobb áramtermelők termelésének irányításával optimális, egyensúlyi állapot állítható elő. E rendszer fejlett változatában akár az otthoni fagyasztó/hűtő fogyasztása, vagy az elektromos gépjármű töltése és visszatöltése is távolról irányítható (a megfelelő felhasználói hozzájárulások után) (5. ábra).

5. ábra. A smart grid rendszer működési elve (Forrás: www.coned.com)

A rendszer működéséhez szükséges eszközök, elemek az alábbiak:

  • irányító központ: valós idejű mérések alapján előrejelzések mentén szabályozza a rendszer energiafolyamatait;
  • energiatermelő berendezések, erőművek (pl. napelem);
  • smart grid hálózat: a rendszer elemei közötti kétirányú energia- és kommunikációáramlást biztosítja;
  • mérőműszerek, szenzorok: a környezeti állapotok (pl. fényerősség, szélsebesség), illetve fogyasztási és termelési adatok folyamatos, valós idejű mérését végzik;
  • szabályozók: a rendszer intelligenciájától és a központosítás mértékétől függően a fogyasztási és termelési lehetőségeket irányítják;
  • energiatárolók: a felesleges energiát raktározzák el a későbbi felhasználás céljából (korlátozott kapacitással), eszközei lehetnek:
    • – szivattyús vízerőművek;
    • – helyhez kötött energiatárolók;
    • – mozgó energiatárolók (járművek akkumulátorai);
    • – hidrogéntermelés vízbontással, majd a hidrogén felhasználása ipari gáztartályokban, közlekedési eszközökben.
  • külső energiahálózattal való összeköttetés.

OKOS VILÁGÍTÁS

6. ábra. Mozgásérzékelős világítás

Okos világítási rendszernek tekintjük a közvilágítással, kül- és beltéri világítással foglakozó intelligens eszközök összességét. A rendszerek célja a használók igényeinek magas szintű kiszolgálása mellett az üzemeltetési költségek, az energiagazdálkodás és a fényszennyezés csökkentése, amelynek fő eszköze a magas fokú menedzsment, irányítás és automatika.

Mára magától értetődővé vált az energiatakarékos eszközök alkalmazása a világítási rendszerek területén, ennél fogva csak korszerű LED világítás képzelhető el (6. ábra).

Okos világítási rendszerek elérhető funkciói:

  • különböző világítási képek: különböző élethelyzethez (tárgyalás, videokonferencia, prezentáció stb.) kapcsolódó fényforrás-összeállítás;
  • skálázhatóság: helyiség vagy közterület funkcióváltásakor áttelepítés nélkül megváltoztatható megvilágítás;
  • fényerő-szabályozás (dimmelés): világítási körök fényerejének manuális vagy automatikus (bizonyos feltételhez kötött) megváltoztatása;
  • fényérzékelés (alkonykapcsolás): kül-vagy beltér fényviszonyainak folyamatos mérése, bekapcsolása az irányítási folyamatba;
  • programozható világításkapcsolás: előre definiált feltételekhez (pl. munkaidő eleje, vége) köthetők a világítási rendszer működési paraméterei;
  • morgásérzékelés: mozgás hatására felkapcsolódó (vagy megnövekvő fényerősségű) világító testek;
  • jelenlétérzékelés: az adott területen való (akár nyugvó) jelenlétet is észlelő szenzorok;
  • jelenlétszimuláció: a világítási rendszer olyan üzeme, ami külső szemlélő számára azt a látszatot kelti, mintha tartózkodnának az épületben, elsősorban biztonsági és építészeti esztétikai okokból alkalmazzák;
  • színvezérlés: a világítás színének változtatási képessége;
  • távvezérlés: a világítási rendszerek megfelelő működésének ellenőrzése, menedzsmentje az üzemelés helyétől függetlenül.

A bemutatott eszközök számos lehetőséget adnak egy fejlett világítási rendszer kialakítására kül- és beltéren egyaránt. Kiemelendő példa, amikor a közvilágítás és beltéri világítás csak ott működik magas fényerővel, ahol emberi jelenlétet érzékel a rendszer (többi szakaszon alacsonyabb, pl. 20%-os a fényerő); vagy a gyalogátkelőhelyek megváltozó megvilágítása, amennyiben egy gyalogos megközelíti azt. Gyakori példa, hogy a világítási rendszer automatikusan felkapcsol, ha az általa érzékelt természetes fény erőssége gyenge.

OKOS ÉPÜLETGÉPÉSZET

Az épületgépészet általánosan az épületekben található különféle funkciójú csőhálózat-rendszerekkel foglalkozik. A fogalom tehát az alábbi rendszerekhez kötődő tevékenységeket foglalja magában:

  • fűtés és hűtés;
  • víz- és gázellátás;
  • eső- és szennyvízkezelés;
  • légtechnika;
  • lift.
7. ábra. Térfogatáram mérő és szabályozó berendezés
Forrás: http://www.pp-engineering.com

Smart megoldásokon általában azon épületgépészeti rendszereket értjük, ahol megtörténik a rendszer üzemelés közbeni folyamatos, valós idejű nyomon követése, mérése, illetve a rögzített folyamatok mentén az azonnali beavatkozás lehetősége is biztosított (7. ábra).

Az okos épületgépészet fő célja egyrészt a gépészeti rendszerekben rejlő tartalékok kihasználása, a berendezések optimális és biztonságos üzemeltetése, másrészt az üzemeltetési költségek csökkentése, az energiafelhasználás és környezeti terhelés csökkentése.

OKOS HULLADÉKGAZDÁLKODÁS

A smart city elsődlegesen a hulladékgazdálkodásnak csak egy részterületével foglalkozik: a keletkező (szelektíven gyűjtött) hulladék minél erőforráshatékonyabb, a környezetet kevésbé terhelő összegyűjtésével, elszállításával.

Okos hulladékgyűjtő rendszerekből számos megoldás létezik, amelyek más-más funkcióval bírnak. Általánosságban az alábbi elemekből állnak össze:

  • okos szelektív hulladéktároló, amely:
    • méri a benne elhelyezett szemét mennyiségét;
    • adott esetben képes a szemét tömörítésére;
    • telítettség esetén jelez a központ számára;
    • ürítését naplózza a pontos elszámolás végett;
  • üzemeltetési központ, amely:
    • kommunikál a hulladéktárolókkal;
    • optimalizálja a járművek begyűjtési útvonalát;
    • applikáció alapú lakossági kényelmi szolgáltatásokat nyújt;
    • támogatja a munkaszervezést;
  • hulladékgyűjtő szállítójármű, amely:
    • igények által vezérelt útvonalon közlekedik;
    • környezetkímélő meghajtással rendelkezik;
    • adott esetben képes a szemét további tömörítésére;
    • adott esetben a hulladéktároló helyett a jármű végzi az ürítés naplózását (pl. RFID technológia segítségével).

INTEGRÁLT LÉTESÍTMÉNYMENEDZSMENT RENDSZER

Az integrált létesítménymenedzsment rendszer (IBMS) alatt – összhangban az energetikai koncepcióval – olyan műszaki rendszerek és szoftveralkalmazások összességét értjük, amely megvalósítja az épületben üzemelő alábbi elemek teljes körű integrációját és egységes központi üzemeltetését:

  • biztonsági szolgálat rendszerei;
  • ahol releváns, általános épülethangosító rendszer;
  • épületgépészeti rendszerek;
  • energetikai rendszerek;
  • világítási rendszerek;
  • épületmenedzsment (facility management) rendszer;
  • egyéb, gyengeáramú rendszerek;
  • fizető rendszerek.

Az IBMS működési elve nagyban hasonlít a 2. ábra által bemutatottakhoz. Érdemes megemlíteni az osztott intelligenciájú vezérlőket, amelyek a kommunikációs kapcsolat megszakadása esetén is képesek a vezérlési, szabályozási feladatok ellátására. A rendszer összetettsége miatt különös figyelmet kell fordítani a különböző operátorok/felhasználók hozzáférési kereteinek rögzítésére, illetve az összegző grafikus felület (dashboard) megfelelő használatára.

Röviden érdemes még kitérni azonban az épületmenedzsment (facility management) rendszer smart city vonatkozásainak ismertetésére. A facility management feladata az épületek, területek, gépek, berendezé­sek értékének és állagának hosszú távon történő megőrzése, a használati érték maximalizálása optimális pénzeszköz-felhasználással, magas szolgáltatási minőség és alacsony környezeti terhelés mellett.

E rendszerek infokommunikációs technológiák által támogatott, kibővített változata a CAFM (Computer-aided facility management) rendszerek. A CAFM rendszerbe minden műszaki meghibásodás és üzemeltetési esemény, illetve igény felvezetésre kerül, majd nyomon követhető többféle platform, jogosultság, internetes felület/applikáció alkalmazásával.

A fejezetben bemutatott elemek elsődlegesen az épületekre, az azon belüli rendszerekre vonatkoztak, de természetesen kiterjeszthetők a kültérre is elvi szinten. Általában a kialakuló tulajdonosi, vagyonkezelői és üzemeltetői viszonyok határozzák meg az egyes területeken kialakítandó és üzemeltetendő rendszereket (8. ábra).

 

Irodalom
EBC Report 2017 Smart Hungary – Magyar Európai Üzleti Tanács
Energia- és Klímatudatossági Szemléletformálási Cselekvési Terv
Európa 2020 – Az intelligens, fenntartható és inkluzív növekedés stratégiája COM(2010) 2020
Európai Bizottság 2050-ig szóló energiaügyi ütemterve COM(2011) 855
Fehér Könyv – Útiterv az egységes európai közlekedési térség megvalósításához – Úton egy versenyképes és erőforrás-hatékony közlekedési rendszer felé COM(2011) 144
Industry4 fogalomtár
Internetes szakmai anyagok
Magyar Ifjúság Kutatás – Társadalomkutató Kft.
Magyarország Digitális Startup Stratégiája
Mikroline tudástár
Nemzeti Éghajlatváltozási Stratégia
Nemzeti Energiastratégia 2030
Nemzeti Fenntartható Fejlődési Keretstratégia
Nemzeti Közlekedési Infrastruktúra-fejlesztési Stratégia
Nemzeti kutatási, fejlesztési és innovációs stratégia
Okos Város Fejlesztési Terv: Tervezői útmutató – Lechner Tudásközpont
Smart cities tanulmány – MTA Regionális Kutatások Központja Nyugat-magyarországi Tudományos Intézet
Smart City Példatár – Lechner Tudásközpont
Smart City Tudásplatform Metodikai javaslat – Lechner Tudásközpont
Smart city, a jövő városa – Szendrei Zsolt
Városi válaszok a globális gazdasági kihívásokra és technológiai trendekre különös tekintettel az intelligens városok modelljére – Magyar Urbanisztikai Társaság

 

 

 

Guardian banner