ПНСТ 445-2020 Информационные технологии. Умный город. Общая схема развития и функционирования

        ПНСТ 445-2020

(ISO/TR 37152:2016)

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информационные технологии

УМНЫЙ ГОРОД

Общая схема развития и функционирования

Information technology. Smart city. Common framework for development and operation

ОКС 13.020.20

35.240.99

Срок действия с 2021-01-01

до 2024-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации" (АО "ВНИИС") и Акционерным обществом "Российская венчурная компания" (АО "РВК") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии документа, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 18 августа 2020 г, N 54-пнст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному документу ISO/TR 37152:2016* "Инфраструктуры умного сообщества. Общая схема развития и функционирования" (ISO/TR 37152:2016, "Smart community infrastructures - Common framework for development and operation", MOD) путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), путем включения структурных элементов, которые выделены в тексте курсивом**. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного документа приведено в дополнительном приложении ДА

5 Некоторые элементы настоящего стандарта могут быть объектами патентных прав. Международная организация по стандартизации (ИСО) не несет ответственности за установление подлинности каких-либо или всех таких патентных прав

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011** (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, ул.Нобеля, д.1, e-mail: [email protected] и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 109074 Москва, Китайгородский проезд, д.7, стр.1.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

Введение

Концепция "умного города" является важным инструментом для решения городских проблем путем интеграции различных инфраструктур города рациональным и эффективным образом. Для эффективной интеграции инфраструктур должна быть обеспечена согласованность между различными типами инфраструктур, что представляет сложную задачу с учетом того, что в каждой инфраструктуре проводилась компоновка собственных решений.

Для обеспечения согласованности инфраструктур умного города должны быть определены и упорядочены функции каждой инфраструктуры с учетом потребностей умного города, а также учтены точки зрения различных заинтересованных сторон и жизненный цикл инфраструктур.

В связи с этим существует необходимость в процедуре, которой будут следовать все заинтересованные стороны, для координации инфраструктур умного города и обеспечения обмена информацией и взаимодействия между заинтересованными сторонами.

Настоящий стандарт определяет общую схему для развития и функционирования инфраструктур умного города. Целью общей схемы является обеспечение согласованности между инфраструктурами умного города. Пример обеспечения согласованности между техническими инфраструктурами представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Пример обеспечения согласованности между инфраструктурами умного города

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет общую схему развития и функционирования инфраструктур умного города. Схема описывает методологию планирования, разработки, эксплуатации и технического обслуживания для гармонизации каждой инфраструктуры как части умного города и обеспечивает взаимодействие между инфраструктурами.

Настоящая схема применима ко всем процессам жизненного цикла инфраструктур умного города (проектированию, планированию, разработке, эксплуатации, техническому обслуживанию, реконструкции, обратной связи и др.). Инфраструктуры включают, но не ограничиваются перечисленным, энергетику, водоснабжение, транспорт, управление отходами, ИКТ и другие.

Настоящая схема может быть принята всеми соответствующими заинтересованными сторонами, которые занимаются планированием, развитием и эксплуатацией инфраструктур умного города, включая проектировщиков, разработчиков, бизнес-операторов и поставщиков. Настоящая схема предназначена для процессов, в которых участвуют эти заинтересованные стороны, таких как управление, организация, анализ, проектирование, а также документирование.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины, представленные в [1].

3 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ИКТ - информационно-коммуникационные технологии (Information and Communication Technologies, ICT);

ЭМ - электромобиль (ElectroMobile, EM).

4 Возможные проблемы и пути их решения в области развития и функционирования инфраструктур умного города

4.1 Возможные проблемы и пути их решения

Инфраструктура умного города - это инфраструктура, обладающая высокой финансовой и ресурсной эффективностью и удобством для людей.

Инфраструктура умного города:

- имеет функцию координации с инфраструктурами других типов для достижения синергетического эффекта при повышении финансовой и ресурсной эффективности и удобства для людей;

- имеет адаптивные способы поддержания эффективности при изменениях обстоятельств города, включая бедствия и демографические изменения, для повышения финансовой и ресурсной эффективности и удобства для людей (способность к восстановлению/функциональная надежность).

Примечания

1 Эффективность означает выходную производительность, разделенную на вводимый ресурс.

2 Функция координации может быть реализована централизованным или децентрализованным автономным способом.

Поскольку инфраструктуры умного города обладают указанными выше свойствами, они имеют три характеристики, отличные от характеристик обычных инфраструктур (рисунок 2).

Рисунок 2 - Характеристики инфраструктур умного города

На основе характеристик формулируются проблемы. Решения проблем формируются как элементы общей схемы развития и функционирования.

Проблемы, обусловленные системой инфраструктур и длительным жизненным циклом:

- трудности в обеспечении согласованности между инфраструктурами, без чего невозможно функционирование инфраструктур умного города как единой системы;

- значительное влияние внешних систем или взаимодействий между инфраструктурами на качество и производительность инфраструктур умного города как единой системы.

Проблема, обусловленная множеством различных заинтересованных сторон:

- различные интересы и широкий круг задач заинтересованных сторон.

В таблице 1 приведены конкретные проблемы обозначенных типов, а также решения для их эффективного решения.

Таблица 1 - Возможные проблемы и пути их решения в области развития и функционирования инфраструктур умного города

4.2 Практические примеры проблем

4.2.1 Трудности в обеспечении согласованности между инфраструктурами, без чего невозможно функционирование инфраструктур умного города как единой системы

4.2.1.1 Производительность инфраструктуры умного города как единой системы не может быть получена путем определения производительности каждой отдельной инфраструктуры, что приводит к недооценке преимуществ интеграции инфраструктур в единую систему (рисунок 3).

Пример а: если производительность, создаваемая инфраструктурами умного города как единой системы, не очевидна, она не будет достаточно привлекательной для пользователей.

Рисунок 3 - Трудности с отображением производительности инфраструктуры умного города как единой системы

Например, повторное использование системой теплоснабжения города тепла, выработанного очистными сооружениями, может быть преимуществом для пользователей, которые готовы жить в городе, где снижены счет за энергию и выбросы углерода. Однако, если сотрудничество между объектами очистных сооружений и системой теплоснабжения не налажено и ожидаемый объем повторного используемого тепла не ясен, трудно оценить снижение счетов за энергию и снижение выбросов углерода. Таким образом, это будет меньшим преимуществом для конечных пользователей.

4.2.1.2 Инфраструктура умного города может не достичь целевых показателей путем компоновки высокопроизводительных компонентов, если не будет обеспечена согласованность между компонентами (рисунок 4).

Рисунок 4 - Трудности достижения целевых показателей при отсутствии согласованности между компонентами

Пример b: неудобства для пассажиров из-за несвязанных и несогласованных услуг между транспортными инфраструктурами.

Например, ранее в городе Москва существовали три независимые системы рельсового транспорта: подземное метро, пригородные электрички и трамвай. Трамвай и метро являлись городским транспортом, а пригородные железные дороги работали исключительно на подвоз-увоз пассажиров за пределы Москвы. Клиент взаимодействовал с каждой системой по отдельности.

Успешным решением стала интеграция всей транспортной инфраструктуры [метро, МЦК (Московское центральное кольцо), МЦД (Московские центральные диаметры), транспортные узлы радиальных железнодорожных направлений] в единую систему городского транспорта. Интеграция транспортных инфраструктур позволяет обеспечить пассажирам максимально комфортную пересадку с одного вида транспорта на другой, сократить время, затрачиваемое на дорогу, улучшить дорожно-транспортную ситуацию в тех районах, где открываются обновленные платформы, снизить нагрузку на метро и электрички. Внедрение единой системы билетов снижает расходы пассажиров.

4.2.2 Значительное влияние внешних систем или взаимодействий между компонентами на качество и производительность инфраструктур умного города как единой системы

4.2.2.1 Изменения параметров различных взаимодействий (как краткосрочные, так и долгосрочные) могут ограничивать эффективность инфраструктуры умного города как единой системы (см. рисунок 5).

Рисунок 5 - Изменения параметров различных взаимодействий

Пример с: необходимо определить изменения во входных и выходных данных, возникающие в результате новых взаимодействий, отличных от взаимодействий обычных инфраструктур с другими инфраструктурами.

Например, система управления отходами раньше была "конечной точкой" утилизации отходов города. Однако в рамках умного города она также является "отправной точкой" для передачи переработанных или повторно используемых ресурсов обратно в город.

Как показано на рисунке 6, в соответствии с требованиями к ресурсам должны контролироваться изменения входных данных (отходов) и выходных данных (переработанных ресурсов). Необходимо также определить, кто должен нести ответственность в случае нехватки поставок.

Рисунок 6 - Пример с

Пример d: должна быть обеспечена безопасность и надежность интеграции оборудования умных городов с сетями, внутренними и внешними по отношению к умным городам.

На примере электромобиля (ЭМ) необходимо учитывать, когда он подключен к электросети, как он может влиять на другие компоненты, связанные с электросетью (см. рисунок 7). Для обеспечения безопасности ЭМ необходимо учитывать электросеть и подключенный к ней компонент.

Рисунок 7 - Пример d

Пример е: в процессе развития инфраструктуры умного города должны учитываться изменения в соседних регионах, например, урбанизация.

Некоторые инфраструктуры умного города, такие как транспорт или энергетика, взаимосвязаны с внешними системами соседних регионов. По этой причине для реализации максимальной эффективности инфраструктур должны учитываться изменения состояния соседних регионов. При изменении численности населения в соседних регионах спрос на инфраструктуры умного города может измениться соответствующим образом.

4.2.2.2 Из-за ограниченных возможностей внешних инфраструктур не могут быть удовлетворены требования и потребности инфраструктуры умного города как единой системы (см. рисунок 8).

Рисунок 8 - Ограниченные возможности внешних инфраструктур

Пример f: разница возможностей и характеристик внешних инфраструктур может привести к неэффективности и сбоям в работе, которые могут привести к ущербу или убыткам.

Например, обязательным условием для эксплуатации беспилотных транспортных средств на дорогах общего пользования является стопроцентное покрытие высокоскоростной сетью связи.

Отсутствие соответствующей дорожной инфраструктуры может привести к ущербу или убыткам.

4.2.3 Различные интересы и широкий круг задач у заинтересованных сторон

4.2.3.1 Заинтересованные стороны в различных ситуациях усложняют общение (см. рисунок 9).

Пример g: управление разными инфраструктурами проводится разными ведомствами или уполномоченными органами, из-за чего усложняется взаимодействие заинтересованных сторон.

При разработке и эксплуатации инфраструктуры умного города как единой системы требуется четкое и регулярное взаимодействие между заинтересованными сторонами в различных областях. Например, ведомство может управлять одной конкретной инфраструктурой. Поэтому для того, чтобы обсудить инфраструктуры умного города как единую систему, между ведомствами должно быть организовано эффективное взаимодействие.

Например, в ноябре 2019 г. в Московском регионе появился новый вид общественного транспорта - "наземное метро" МЦД [2]. Создание МЦД (Московских центральных диаметров) стало крупнейшим пассажирским проектом 2019 года в России, объединившим усилия Минтранса, ОАО "РЖД", Правительства Москвы и Правительства Московской области.

Рисунок 9 - Заинтересованные стороны в различных ситуациях

Подобный опыт реализован в других странах. Во многих крупных европейских городах есть примеры интеграции железнодорожной инфраструктуры и метро. Например, S-Bahn в Германии, RER во Франции, Overground в Лондоне.

4.2.3.2 Множество заинтересованных сторон различных инфраструктур умного города с трудом обеспечивают эффективный обмен информацией, что приводит к трудностям в планировании и развитии инфраструктур умного города (см. рисунок 10).

Рисунок 10 - Трудности эффективного обмена информацией заинтересованными сторонами различных инфраструктур умного города

Пример h: трудности при обмене информацией, касающейся отдельных инфраструктур, затрудняют анализ проблем при поиске решений, направленных на повышение эффективности инфраструктур умного города как единой системы.

Например, возможные следующие варианты решения для повышения эффективности функционирования системы медицинского обслуживания:

- развитие транспортной инфраструктуры для эффективного передвижения пациентов;

- развитие инфраструктуры ИКТ для системы телемедицины;

- комбинация двух решений.

Для выбора оптимального варианта и определения соответствующих функций транспортной и ИКТ инфраструктур необходимо проанализировать существующие условия, относящиеся к ним.

Для этого заинтересованные стороны отдельных инфраструктур должны обменяться информацией между собой. Без взаимодействия невозможно своевременно получать необходимую информацию для анализа и, таким образом, обсуждать пути повышения эффективности инфраструктуры умного города как единой системы (например, распределение функций или ролей между отдельными инфраструктурами).

4.3 Смежные аспекты, которые необходимо учитывать на этапе развития и эксплуатации инфраструктуры умного города

На этапе развития и эксплуатации инфраструктур (не только инфраструктур умного города, но и обычных инфраструктур) должны учитываться следующие аспекты:

- организации, владеющие системой, и их подотчетность;

- организации, отвечающие за управление системой;

- организации, финансирующие руководство системой;

- организации, отвечающие за управление системой;

- модель технического обслуживания системы;

- процесс определения потребности в техническом обслуживании;

- начало и окончания эксплуатации системы;

- процессы и методы принятия решений;

- способы доступа/подключения к системе и становления ее частью;

- заинтересованные стороны системы;

- методы измерения снижения эффективности и отказа системы и их показатели;

- способы согласования систем различных типов собственности в различных странах;

- процесс создания исходной системы;

- участвующие организации;

- может ли организация отказаться присоединиться к системе или нет;

- ответ на отказ организации;

- способы адаптации к изменениям или содействие развитию системы.

5 Основные положения и преимущества схемы

5.1 Общие положения

Для решения проблем, описанных в разделе 5, используются три элемента структуры, показанные на рисунке 11. Элементы указывают на то, что развитие и эксплуатация инфраструктуры умного города должны осуществляться на основе ее общей структуры, выходящей за рамки отдельных инфраструктур.

Рисунок 11 - Три элемента общей схемы развития и функционирования

5.2 Элементы схемы

5.2.1 Элемент А: распределение спецификаций по каждому компоненту и валидация процедур распределения

Процесс обеспечения согласованности и функционирования инфраструктуры умного города как единой системы включает:

- постановка требований и определение потребностей всей инфраструктуры умного города в качестве отправной точки. Функции, необходимые для удовлетворения потребностей, должны распределяться на более высоком уровне (отдельные инфраструктуры, подсистемы, оборудование и устройства). Данный этап является фундаментальным процессом и должен выполняться на всех этапах разработки, начиная с основной концепции, генерального плана и проекта;

- на каждом этапе разработки должны быть определены достаточность распределенной функции и согласованность между распределенными функциями (есть ли какая-либо функция, которая прерывает другие функции и т.д.);

- на каждом этапе конструирования должна проверяться точность выполнения проекта с помощью испытаний и анализа. Данный этап должен выполняться на любом уровне, достаточном для проведения испытаний, например, на уровне оборудования или системы как единой системы, либо на уровне отдельных инфраструктур.

Указанный процесс представляет собой методологию проектирования систем, уже используемую на практике для сложных систем, таких как железнодорожная система. Для железнодорожной отрасли в [3] систематизирован набор процессов обеспечения качества систем, цель которых заключается в обеспечении соответствия требованиям RAMS (надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и безопасности) железнодорожной системы и подтверждения соответствия требованиям.

Процесс обеспечения безопасности систем применяется в самых различных отраслях промышленности, таких как атомные электростанции и транспортные средства. На рисунке 12 показан процесс жизненного цикла инфраструктур умного города с точки зрения процессов обеспечения безопасности систем.

Рисунок 12 - Пример процесса, применяемого для разработки и эксплуатации инфраструктур умного города

5.2.2 Элемент B: спецификации, связанные с взаимодействием, включая исследования внешних/внутренних инфраструктур умного города, и принятие контрмер при планировании и функционировании

Для того чтобы снизить риски путем управления взаимодействиями между отдельными инфраструктурами или взаимодействиями инфраструктур с внешними системами (включая инфраструктуры, находящиеся вне сферы разработки), недостаточно рассматривать эти взаимодействия только как "внешние условия". Необходимо учитывать изменения в этих условиях и связанные с ними риски, которые затем должны быть учтены при проектировании системы (рисунок 13). Для определения и учета таких факторов может быть применен следующий подход:

- определение взаимодействий между отдельными инфраструктурами или взаимодействий разрабатываемых инфраструктур с внешними системами;

- анализ и расчет ожидаемых изменений в каждом взаимодействии, а затем выделение рисков, возникающих в результате каждого взаимодействия;

- определение контрмер для снижения рисков с точки зрения проектирования и эксплуатации и включение их в проектирование системы (включая проект эксплуатации);

- подтверждение физической реализуемости контрмер, разработанных в проекте, путем испытаний и анализа.

Рисунок 13 - Процесс анализа взаимодействий

5.2.3 Элемент С: содействие обмену информацией и коммуникации между заинтересованными сторонами

Как показано на рисунке 14, для обмена информацией о рисках и других факторах, а также для достижения согласованности каждая заинтересованная сторона должна придерживаться двух наборов правил:

- правила определения, какой информацией следует делиться (конкретные элементы и параметры, форматы документации и руководства и т.д.);

- правила определения способов управления общей информацией (процедуры, назначение персонала, сроки обновления/управление изменениями и т.д.).

Рисунок 14 - Важность общих правил для обмена информацией и достижения согласованности

5.3 Преимущества схемы

Преимущества, которые будут получены в рамках проекта разработки и эксплуатации инфраструктуры умного города (преимущества проекта), показаны в таблице 2. Преимущества классифицируются по следующим факторам:

- заинтересованные стороны: разработчики, инвесторы, операторы/поставщики/уполномоченные органы/конечные пользователи;

- этапы жизненного цикла: запуск проекта, основные концепции/проектирование и разработка, конструирование/эксплуатация, реконструкция.

В классификациях по заинтересованным сторонам разработчики, инвесторы и операторы заинтересованы в разработке и эксплуатации всей инфраструктуры умного города. В этих точках их бизнес пересекается, и, таким образом, аналогичные преимущества элементов будут признаны каждым из них. Поэтому они сгруппированы в одну категорию.

Таблица 2 - Преимущества, которые будут получены в рамках проекта разработки и эксплуатации инфраструктуры умного города

Приложение ДА

(справочное)

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного документа

Таблица ДА.1

Библиография