Internet rzeczy. Co to jest internet rzeczy? Jak IOT zmienia budownictwo?

2019-02-27 8:19 mgr inż. Krzysztof Barański specjalista ds. digitalizacji i BIM w Skanska SA, członek Institute of Civil Engineers z Wielkiej Brytanii
internet rzeczy
Autor: Thinkstockphotos Zastosownie technologii IOT

Rynek internetu rzeczy (IOT) jest obecnie jednym z najprężniej rozwijanych gałęzi technologii. Wzrost liczby urządzeń oraz ich możliwości sprawiają, że stają się one obecne w każdej dziedzinie życia – od budownictwa po medycynę. Projektując nowe obiekty, należy zatem mieć na uwadze koncepcję internetu rzeczy.

Internet rzeczy definicja

W najprostszych słowach internet rzeczy (ang. Internet of Things, w skrócie IOT) to koncepcja urządzeń mogących połączyć się z internetem lub innymi urządzeniami, korzystając bezpośrednio z sieci bezprzewodowych lub, co rzadziej spotykane, za pomocą kabli. Taka definicja internetu rzeczy zawiera w sobie współczesne telefony, kamery, czujniki ruchu, stacje pogodowe, a nawet zmywarki, pojazdy, maszyny przemysłowe oraz codzienną garderobę. Niemal każdy przedmiot może zostać połączony z siecią, nawet jeśli nie został wyprodukowany z myślą o IOT, ponieważ w większości przypadków można rozszerzyć jego funkcjonalność.

Ciekawe

Według raportu instytutu McKinsey internet rzeczy ma szansę znacząco zrewolucjonizować przemysł i wpłynąć na rozwój światowej gospodarki. Jednostka badawcza szacuje, że do 2020 r. na świecie może być podłączonych do sieci typu IOT aż 30 miliardów urządzeń – to prawie cztery urządzenia na mieszkańca Ziemi. Obecnie istniejące urządzenia IOT tworzące sieć pozostają w stałym kontakcie i w ułamku sekundy potrafią wysłać informacje do innych znajomych układów, nawet jeśli będzie ich aż 30 miliardów. Można przewidywać, że koncepcja technologii IOT będzie mieć znaczący wpływ na rynek budowlany.

Internet rzeczy w budownictwie

Czy urządzenia IOT, które zmieniają oblicze budownictwa, powinno się powiązać jedynie z szeroko popularyzowanymi przez rzeszę deweloperów urządzeniami Smart House? Byłoby to zbyt duże uproszczenie, ponieważ skala ich wykorzystywania jest znacznie większa. Korzyści wynikające z systemów IOT zaczynają być zauważalne już podczas planowania inwestycji, np. na etapie analizy okolic działki, kiedy można uzyskać informacje na temat natężenia świetlnego, ruchu komunikacyjnego czy zanieczyszczenia powietrza, a systemy kamer rozpoznające wiek, płeć lub typowe zachowania przechodniów mogą z kolei dostarczyć niezbędnych informacji podczas szukania najlepszych lokalizacji nowej restauracji czy sklepu.

Koncepcja IOT w znaczącym stopniu wpłynie na rynek produkcji, gdyż pozwala uzyskać pełną kontrolę nad wszystkimi parametrami pracy urządzeń, które z czasem mogą stać się niemal bezobsługowe.

Maszyny budowlane zaczynają komunikować się ze sobą, informując się wzajemnie o aktualnej lokalizacji, fazie pracy czy planowanych ruchach. Pozwala to wyliczyć optymalny zakres pracy oraz transportu z zachowaniem zadanych priorytetów, minimalizując ryzyko kolizji. Zyski płynące z wykorzystania inteligentnych maszyn rosną wraz z ich liczbą. Wynika to m.in. z faktu, że standardowe metody planowania oraz koordynacji prac obarczone są wieloma niewiadomymi. Obecne mikroprocesory mogą wykonać miliardy analitycznych obliczeń na sekundę, a możliwość uzyskiwania aktualnych informacji o postępie prac pozwala na stałe uaktualnienia harmonogramu.
Koncepcja porozumiewających się maszyn dotyczy nie tylko tych znajdujących się na placu budowy, uwzględnia również te poza miejscem bezpośrednich prac – dodanych do sieci IOT inwestycji. Przykładowo można mieć aktualne informacje o wszelkich dostawach elementów konstrukcji, betonu czy asfaltu, dzięki czemu wiadomo, co dokładnie dzieje się na zaaranżowanych objazdach inwestycji liniowych i utrzymuje się precyzyjną kontrolę nad czynnościami, które do tej pory były obarczone znacznym marginesem błędu lub niemożliwe do przewidzenia.

Obecnie obsługa techniczna maszyn jest w stanie kontrolować zużycie materiałów eksploatacyjnych. Sprzęt sam alarmuje, kiedy wymagana jest kontrola czy serwis. Pozwala to na racjonalne zaplanowanie przeglądów, przez co przestoje prac odchodzą w zapomnienie, a awaryjność wyposażenia zmniejsza się.
Obecnie testowane są sprzężone systemy monitorujące pracę maszyn oraz postęp instalacji elementów prefabrykowanych – w koncepcji IOT również elementy konstrukcji mogą zostać dodane do sieci. Specjaliści wykorzystujący harmonogramy 4D zauważają liczne korzyści płynące z takiego podejścia.
Postęp prac wznoszenia obiektu jest aktualizowany przez same elementy, zmniejsza to też ryzyko ich instalacji w błędnej konfiguracji.
Urządzenia komunikują się ze sobą poprzez sieć cyfrową, a z człowiekiem na placu budowy za pośrednictwem urządzeń IOT, mobilnych lub montowanych w odzieży ochronnej. Przykładowo operator koparki otrzymuje stałe informacje na temat liczby osób przebywających w jego otoczeniu oraz strefie niebezpiecznej w pobliżu maszyny. Alarm usłyszy też osoba wchodząca na obszar zagrożenia, np. przy niezabezpieczonej krawędzi wykopu. Wbudowane w odzież ochronną sensory pozwalają na zwiększenie bezpieczeństwa pracowników w razie wypadków, np. akcelerometr w kasku potrafi wykryć np. wypadek na budowie pracownika. Informacje o zdarzeniu, danych personalnych jego uczestnika oraz lokalizacji natychmiast trafiają do nadzoru i przyśpieszają pomoc, w której czas reakcji jest bardzo ważny.

Projekty budowlane w gęsto zagospodarowanym obszarze niosą za sobą ryzyko osunięć, zarysowań konstrukcji czy uporczywych hałasów i wibracji. Dzięki systemom czujników zamontowanym wokół inwestycji można nadzorować wpływ prowadzonych prac na otoczenie i, w razie potrzeby, przerwać je w celu reorganizacji oraz zminimalizowania negatywnych skutków. Ponadto pełna baza danych z zamontowanych sensorów może stanowić bezcenny materiał dowodowy podczas sporów dotyczących negatywnego wpływu inwestycji na sąsiednie konstrukcje.

Wykorzystanie kasków w koncepcji IOT
Autor: Skanska Wykorzystanie kasków w koncepcji IOT - kask monitoruje bezpieczeństwo pracy użytkownika

Internet rzeczy - konstrukcje przyszłości

Współczesne budynki coraz częściej przypominają organizmy wyposażone w labirynty licznych instalacji, pozwalających im funkcjonować. Dzięki internetowi rzeczy zyskają również cyfrowe centra analityczne, które mogą magazynować oraz przetwarzać kluczowe informacje. Nie chodzi tu jedynie o parametry urządzeń czy rozdysponowanie energii. Temat może być bardzo złożony, a na pozór nieskojarzone elementy, takie jak instalacje wentylacji i miejsca parkingowe, są obsługiwane przez ten sam system kontrolujący dostęp do budynku czy przepuszczalność światła fasady.
Część deweloperów IOT wydzieliła nową kategorię tej technologii, tzw. Building Internet of Things (BIOT), ze względu na znaczne spektrum jej wykorzystania.

Konstrukcje inżynierskie również zyskają na instalacji urządzeń IOT, przede wszystkim w zakresie utrzymania obiektów. Pozwalają one bowiem na bezprzewodowy monitoring stanu konstrukcji, np. korozji czy niekorzystnych naprężeń.

Testowane są też systemy monitorujące stan nawierzchni drogowych. Jeśli prace nad projektem przebiegną pomyślnie, już niedługo podczas jazdy samochodem wyposażonym w odpowiednie sensory będzie można wysyłać informacje o wstrząsach, wzniesieniach czy poślizgu do systemu analizującego. Zebrane dane pozwolą na stały monitoring stanu dróg, co doprowadzi do efektywniejszego planowania napraw i remontów. Warto zaznaczyć, że wysyłanie takich informacji wymaga oczywiście zgody użytkownika pojazdu.

Kolejnym zastosowaniem IOT jest inteligentne oświetlenie ciągów komunikacyjnych, które umożliwia w znacznym stopniu oszczędzić energię, a także zmniejszyć zanieczyszczenie naturalnego środowiska światłem. Szczecin został pierwszym w Polsce miastem zarządzającym oświetleniem publicznym za pośrednictwem zintegrowanego systemu oświetlenia bazującego na technologii internetu rzeczy, co zapewnia znaczne oszczędności – wynoszą one nawet 70%. Zakładając jazdę ścieżką rowerową po zmroku, inteligentny system ma możliwość sterowania oświetleniem tak, aby cztery lampy przed pojazdem i dwie za nim działały stale na 100% mocy, a pozostałe – wzdłuż drogi, na której nie zaobserwowano ruchu – na założonym minimalnym poziomie, wynoszącym 20%.

Internet rzeczy - Smart House

Koncepcja Smart House zmienia tradycyjne domy w interaktywne obiekty mieszkalne, wykorzystujące sensory oraz kontrolery systemów takich jak klimatyzacja, centralne ogrzewanie, wentylacja, oświetlenie, sprzętu RTV i AGD czy alarmowych. Elementy kontrolujące oraz czujniki komunikują się z centralą sterującą (z ang. Gateway), która obsługiwana jest przez użytkownika zazwyczaj poprzez aplikację mobilną z dowolnego miejsca na świecie.

Producenci wyposażenia domów coraz częściej zapewniają w swoich urządzeniach możliwość dołączania do systemu IOT. Sterowanie podstawowymi funkcjami domu z pozycji telefonu lub tabletu może wydawać się bezzasadne dla większości osób, gdyż ich wykonanie fizycznie może być efektywniejsze czasowo, takie rozwiązanie staje się jednak nieocenione np. dla osób o mniejszej sprawności ruchowej.

Myśląc o IOT, należy zmienić standardowy tok myślenia. Budynek przestaje już być martwą bryłą, a zaczyna komunikować się z otoczeniem, wysyłając informacje oraz przyjmując polecenia.
Nowa koncepcja pozwala ster ować urządzeniami i monitorować ich stan z dowolnego miejsca z dostępem do inter netu. Wspomniane wcześniej jednostki centralne mogą otrzymywać dane z telefonu użytkownika o jego lokalizacji oraz dalszych planach, np. aby po opuszczeniu domu wyłączyć zbędne instalacje, zakręcić zawory, ogrzewanie lub klimatyzację ustawić na zadane minimum, a podczas drogi powrotnej domowników przygotować budynek na ich przyjazd. System z czasem będzie uczył się przyzwyczajeń każdego mieszkańca, dostosowując się do jego potrzeb. Ciekawym przykładem mogą być sterowniki zraszaczy trawników, które analizują informacje meteorologiczne, przez co minimalizują zużycie wody sieciowej.

Koncepcja IOT zmieni systemy płatności za media, gdyż informacje o zużyciach mogą być stale przesyłane do dostawców. Warta odnotowania jest możliwość wprowadzenia istniejących już elementów i urządzeń do sieci IOT obiektu, tworzone są bowiem w tym celu specjalne rozszerzenia.

Internet rzeczy jako zagrożenie

W świecie, w którym niemal każde urządzenie może zbierać informacje o użytkowniku oraz otoczeniu, można odczuwać pewne obawy, że wpadną one w niepowołane ręce. Jest to bardzo dyskusyjna kwestia, ten obszar należy jednak pozostawić ekspertom od sieci i zabezpieczeń cyfrowych. Choć informacja na temat temperatury w mieszkaniu wydaje się niewarta wykradnięcia, to jednak ten sam system może kontrolować zamek drzwi wejściowych.
Wybierając daną technologię, trzeba upewnić się, że system IOT jest zawsze zabezpieczony na odpowiednim poziomie, a urządzenia mają wsparcie deweloperskie w postaci aktualizacji aplikacji kontrolującej oraz firmware – oprogramowania wewnętrznego urządzeń.

System kontrolujący stan konstrukcji
Autor: www.bs2-sicherheitssysteme.de System kontrolujący stan konstrukcji - bezpośrednio w nia wbudowany oraz zespolony ze zbrojeniem

Internet rzeczy - przyszłość dzieje się już dziś

Godzina 15:45: zbliża się koniec czasu pracy, użytkownik otrzymuje informację na telefon, że droga do szkoły, skąd odbierze swoją pociechę, jest przejezdna i obejdzie się bez opóźnień. Godzina 16:18: uczeń, śledząc lokalizację rodzica właśnie wychodzi przed szkołę. Godzina 16:32: sklep spożywczy, użytkownik dzięki aplikacji mobilnej może połączyć się z lodówką i sprawdzić jej zawartość. Godzina 16:50: powrót do ciepłego domu, kocioł włączył się 20 minut przed przyjazdem domowników, niezbędne informacje uzyskał od ich telefonu, podobnie jak czajnik, który właśnie zagotował wodę. Centrum Smart House po identyfikacji użytkowników na podstawie ich głosu i wyglądu dezaktywuje uzbrojony alarm. Następnie powiadamia, że podczas ich nieobecności, o godzinie 9:17, zarejestrowano dwóch intruzów poruszających się wokół domu, rozpoznanych jako pies sąsiada oraz goniący go właściciel. Dostarczona zostaje także informacja, że doniczka jednego z kwiatków przypomina o konieczności podlania oraz że przewidywany czas do przyjazdu kolejnego domownika to 24 minuty. Godzina 22:39: oświetlenie automatycznie zmienia barwy na cieplejsze, wchodząc do łazienki, czuje się ciepło z ogrzewania podłogowego – centrum dowodzenia uczy się nawyków użytkowników, uruchamia je, gdy wyłączony zostanie telewizor.

Brzmi jak opis sceny z filmu, którego akcja dzieje się w przyszłości? Tak, tylko że w coraz większej liczbie domów przyszłość dzieje się już dziś właśnie dzięki rozwojowi internetu rzeczy.

Przypisy
1. R.Y. Zhong, Y. Peng, F. Xue, „Prefabricated construction enabled by the Internet-of-Things”, „An International Research Journal Automation in Construction” 76/2017, s. 59–70.
2. www.portalkomunalny.pl (dostęp on-line: 29.01.2018 r.)
3. M. Alaa, A.A. Zaidan, B.B. Zaidan, „A Review of Smart Home Applications based on Internet of Things”, „Journal of Network and Computer Applications” 2017.

Artykuł ukazał się w „Informatorze Budowlanym-murator”

Aktualne wydanie - zamów

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej