В главном корпусе Университета ИТМО появится «Умный этаж»

Аудитория №361 главного корпуса Университета ИТМО на Кронверкском проспекте. Для большинства студентов и сотрудников это одна из аудиторий факультета программной инженерии и компьютерной техники. Однако именно здесь учатся и работают для того, чтобы превращать обычные помещения, здания и города в «умные». На протяжении последних нескольких месяцев здесь рождается пилотный проект, который должен позволить сделать «умными» все помещения третьего этажа на Кронверкском. Об этой работе нам рассказывает Дмитрий Муромцев, руководитель лаборатории «Интернета вещей».

«Мы находимся в помещении, где раньше был машинный зал. Как и сейчас, здесь была стеклянная перегородка, которая отделяла комнату с терминалами от шкафов вычислительных машин. В те времена все было приспособлено под компьютеры той эпохи — здесь были соответствующие коммуникации, фальшполы, мощная система охлаждения. Это был мир технологий того времени, — говорит он. — Мы решили сохранить дух лаборатории. Уже нынешние студенты и аспиранты осваивают здесь передовые компьютерные технологии наших дней: IoT и Искусственный интеллект. Ребята проводят свои инициативные исследования, строят прототипы. Одним нравится программировать контроллеры, другие занимаются голосовыми интерфейсами IoT, третьи заинтересовались интеллектуальным управлением IoT «из облака». Поэтому мы решили: пусть сама лаборатория, а потом и весь этаж станет своеобразным полигоном, пилотным участком для наших систем».

Идею одобрили на факультете, а также поддержали партнеры из индустрии. Так родился проект «Умный этаж».

«Умные» здания, помещения, инженерные сети и другие объекты — совсем не новость для сотрудников факультета программной инженерии и компьютерной техники. Десятилетия в этом направлении ведутся разработки, производятся собственные контроллеры, имеется ряд внедренных объектов в промышленности и ЖКХ. В Технопарке, расположенном на Биржевой линии, работает целый технологический кластер.

Однако до последнего времени эта тема требовала специальной подготовки, знания аппаратуры и глубин системного программирования. Сегодня же массовое производство, доступность, разнообразие и широкие возможности «умных устройств» заинтересовали студентов, позволили им собирать и программировать собственные уникальные системы, внедрять свои проекты на практике.

«Наш “Умный этаж” — это устройства инфраструктуры здания, которые взаимодействуют между собой, делая пребывание и работу людей в помещениях комфортной, — рассказывает Елизавета Котельникова, студентка магистратуры «Технологии промышленного программирования», работающая над проектом. — Специальные контроллеры будут управлять лампами, кондиционером, жалюзи на окнах и другим оборудованием в комнатах, собирать информацию о температуре, освещенности, о потреблении тепла и электроэнергии. Чтобы включить свет или закрыть штору, больше не надо будет тянуться рукой к выключателю — система сама распознает человека, зажжет лампы и отрегулирует температуру или примет команду голосом. Мы уже составили план, список основного оборудования, написали основные управляющие программы. Начинаем с этой лаборатории: реализовано управление освещением, кондиционерами, есть механизированные шторы. Дальше перенесем этот опыт в другие помещения».

Чем больше данных, тем умнее дом

«Впрочем, чтобы все это работало, надо научиться собирать и мгновенно анализировать информацию о том, что происходит внутри помещения, — поясняет Дмитрий Муромцев. — “Умное” здание тем и отличается от “глупого”, что может сообщить о себе максимальное количество данных. Мы планируем шаг за шагом наращивать количество датчиков: температурные, влажностные, для определения содержания CO2 в воздухе, датчики присутствия и видеокамеры и так далее. Кроме того, мы используем компактные и точные счетчики электричества, тепла, воды и тому подобные, широко доступные на рынке».

В системе «умного этажа» счетчики — это уже не просто приборы учета потребляемых ресурсов. Благодаря интеллектуальному анализу их показания позволяют оценить заполненность и характер деятельности в помещениях в течение дня, эффективность использования оборудования и инфраструктуры здания, технические проблемы и старение оборудования и инженерной инфраструктуры и многие другие характеристики.

«Недавно мы завершили первый этап создания подобной интеллектуальной системы технического учета и мониторинга электроэнергии. Проект вызвал интерес у “Петербургского завода измерительных приборов” (ООО «СПбЗИП»), который предоставил для “Умного этажа” умные счетчики и базовую станцию LoRaWAN. По низкочастотным сетям передачи данных она может опрашивать несколько сотен тысяч устройств», — продолжает Муромцев.

«Сама технология LoRaWAN является частью обширного понятия Интернет вещей, — рассказывает ведущий инженер предприятия Павел Степанов. — Эта технология достаточно молода, но уже в той или иной мере охватывает практически все сферы деятельности человека. Поэтому мы решили ознакомить учебные заведения нашего города с практикой применения Интернета вещей».

Существенную поддержку развитию лаборатории IoT оказывает университет: закуплены контроллеры, датчики и автоматизированные устройства в помещениях, а скоро здесь появятся устройства IoT с встроенным искусственным интеллектом — на подходе новые микрокомпьютеры Jetson от NVIDIA. Партнеры из промышленности предоставили оборудование для беспроводных сетей IoT, приборы учета. А «Яндекс.облако» бесплатно предоставляет платформу и помогает запустить интеллектуальный «движок» систем IoT.

Параллельно с работой над сбором данных будет вестись также агрегирование и обработка информации — в этом проекту также помогает «Яндекс.Облако».

«Каждый датчик собирает один или несколько параметров, — рассказывает магистрант направления «Веб-Технологии» Игорь Лазарев. — После этого по протоколу MQTT все это передается в «Яндекс.Облако», я как раз занимаюсь этим вопросом в проекте. В последнее время мы приводили все, что есть в этой аудитории, в общий вид. Затем мы будем работать в других аудиториях этажа. В принципе на установку и отладку оборудования в каждой аудитории, когда проект уже будет реализовываться полномасштабно, может уйти от нескольких часов до дня».

«Для меня это чисто образовательный проект, в котором я участвую по личной инициативе, — добавляет менеджер по развитию бизнеса в направлении IoT «Яндекс.Облака» Александр Сурков. — Мне интересно поработать с ребятами, помочь им научиться чему-то новому и поделиться с рынком и с коллегами нашими результатами. Ну а с практической точки зрения, это еще и способ обкатать технологии и поработать с ними "руками", в том числе и мне самому».

Экономия и учеба

Если заглядывать вперед, то целями проекта является не столько замена пультов управления и выключателей на интеллектуальные аналоги, но создание развитой инфраструктуры сбора и анализа большого количества данных об эффективности использования энергии, тепла, рациональности распределения занятий по аудиториям. Это позволит Университету ИТМО быть чуть экологичнее, чуть экономичнее и чуть рациональнее, говорят участники проекта.

«Использование концепции "умного этажа" с точки зрения эксплуатации дает ряд интересных возможностей: у нас появится реальная картина энергопотребления объектов-участников данного процесса; можно будет оценить влияние учебного процесса (лекционные занятия, лабораторные и так далее) на характер энергопотребления, что само по себе интересно. Также у нас появятся данные, которые позволят оценить пригодность помещений для проведения различных занятий с точки зрения энергетики. В контексте текущих ремонтов можно выбрать оптимальную схему ремонта помещений, оптимизировать затраты на электромонтажные работы», — поделился своим мнением главный энергетик Университета ИТМО Равиль Сименеев.

Но самое главное — это студенты, развитие их практических навыков и опыта, подготовка проектных команд, которые в перспективе будут локомотивом отрасли в крупных IT-компаниях или станут основой новых стартапов. Эти студенты получают компетенции, которые будут востребованы на рынке завтра.

«Сегодня реальной проблемой подготовки IT-специалистов является оторванность студентов от физической реальности, — поясняет декан факультета программной инженерии и компьютерной техники Павел Кустарев. — В результате выпускникам вузов все сложнее работать с реальным "умными" оборудованием и инфраструктурой, им все труднее преодолеть "нелабораторные" проблемы в индустрии. Для нашего факультета это вызов, и мы отвечаем на него созданием проекта-полигона "Умный этаж". Не где-то "во время практики", а в самом центре Университета ИТМО и в любое время обучающиеся должны иметь площадку для развития и апробации своих практических компетенций. Любой работодатель или индустриальный заказчик Университета ИТМО поймет, что мы сами являемся действующими профессионалами и готовим специалистов не на словах, а на работающих, открытых и верифицируемых проектах».