Разработка модели информационного пространства при использовании устройств Интернета вещей для управления организацией в сфере жилищно-коммунального хозяйства

Разработка модели информационного пространства при использовании устройств интернета вещей для управления

организацией в сфере жилищно-коммунального хозяйства

Попов Алексей Анатольевич

кандидат технических наук, доцент, кафедра информатики, ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова», a1710p@mail.ru

В статье рассматриваются вопросы, связанные с управлением жилищно-коммунальным хозяйством с использования устройств Интернета вещей. Приведена теоретико-множественная модель системы управления жилищно-коммунальным хозяйством, разработанная с использованием системного подхода. Целью работы является рассмотрение путей совершенствования системы управления жилищно-коммунального хозяйства. Для разработки модели информационного пространства используется модель, разработанная консорциумом oneM2M. Для формирования модели информационного пространства для управления многоквартирным домом рассматривались функциональные возможности платформы Tibbo Aggregate, которая предусматривает использование устройств Интернета вещей для управления зданиями. Ключевые слова: Жилищно-коммунальное хозяйство, устройства Интернета вещей, информационная система, единое информационное пространство, платформа Tibbo AggreGate

Введение

Совершенствование системы управления жилищно-коммунальным хозяйством (ЖКХ) является важнейшей задачей повышения качества жизни жильцов, в том числе многоквартирных домов (МКД). Несмотря на большое количество реформ в сфере ЖКХ, уровень автоматизации бизнес-процессов в этой области по-прежнему остается недостаточным и отстает от уровня развития информационных технологий даже после ввода Государственной информационной системы ЖКХ (ГИС ЖКХ). Главной задачей внедрения ГИС ЖКХ было создание единого информационного пространства ЖКХ (ЕИП ЖКХ) как компонента системы управления ЖКХ. Однако после начала эксплуатации ГИС ЖКХ был выявлен целый ряд недостатков в реализации функциональных возможностей, необходимых для формирования ЕИП. Кроме того, возникла необходимость совершенствования функциональных возможностей ГИС ЖКХ для исключения ее физического и морального устаревания. Одним из направлений совершенствования функциональности ГИС ЖКХ является возможность использования устройств Интернета вещей и облачных информационных сервисов на различных уровнях управления. В данной работе рассматривается пример формирования информационного пространства организации в сфере ЖКХ на основе устройств Интернета вещей, которое будет интегрироваться с ЕИП ЖКХ.

Актуальность и цель исследования

В настоящий момент формирование ЕИП ЖКХ как среды системы управления ЖКХ производится с использованием ГИС ЖКХ, работающей совместно с информационными системами (ИС) нескольких типов, в том числе, и с ИС, которые используют для управления ЖКХ облачные технологии и устройства Интернета вещей. В работе [1] приведены схемы управления ЖКХ с использованием ИС различного типа без использования устройств Интернета вещей. Совместная работа государственной информационной системы ЖКХ (ГИС ЖКХ) и устройств Интернета вещей рассмотрена в [2]. В настоящее время внедрение устройств Интернета

х

X

о го А с.

X

го m

о

ю О

м о

to

а>

о

CS

0

01

О Ш

m

X

<

m о х

X

вещей в управление ЖКХ осуществляется в виде пилотных проектов и несистемно [3]. В качестве примера может быть рассмотрен оператор сотовой связи «МегаФон», который планирует внедрять устройства Интернета вещей совместно с Huawei с использованием стандарта Narrow Band IoT (NB-IoT). Данный стандарт может быть использован при формировании энергоэффективных сетей дальнего действия для устройств Интернета вещей (LPWAN, Low-power Wide-area Network). При этом, кроме стандарта NB-IoT, для формирования сетей устройств Интернета вещей могут быть использованы технология LoRaWAN или технология «Стриж»). Таким образом, использование устройств Интернета вещей для управления ЖКХ в России производится пока только на уровне «отдельная квартира, отдельный жилой дом, офис, офисное здание, многоквартирный дом» [4]. Кроме того, формирование ЕИП ЖКХ с использованием устройств Интернета вещей затруднено отсутствием единых стандартов и протоколов взаимодействия между устройствами от различных производителей. Стандарты и протоколы взаимодействия устройств Интернета вещей (в том числе, в «Умном городе») рассмотрены в [5, 6, 7]. При этом использование устройств Интернета вещей в ЖКХ является перспективным в ЖКХ, так как позволяет решить несколько проблем:

непрозрачность процедур определения потребленных ресурсов (газ, вода, электричество, тепло), формирования тарифов на ресурсы, а также определения начислений за потребленные ресурсы;

низкая степень вовлеченности жильцов многоквартирных домов в управление ЖКХ.

Поэтому целью исследования является рассмотрение путей совершенствования системы управления ЖКХ за счет использования устройств Интернета вещей.

Задача, решаемая в работе - обоснование обобщенной структуры информационных пространств организаций по управлению ЖКХ, использующих устройства Интернета вещей.

Компоненты модели системы управления ЖКХ

В соответствии с положениями системного подхода система управления ЖКХ имеет в своем составе следующие компоненты [8]:

SU = {OBJ, STR, TECH, COND, ABON, UIS}.

Компонент OBJ = {objc, c = 1, 2, ..., C} состоит из элементов, каждый из которых представляет собой цель управления ЖКХ в соответствии со «Стратегией развития ЖКХ до 2020 года» (распоряжение Правительства РФ от 26 января 2016 г. № 80-р).

Компонент STR = {STRP, STRO} состоит из составляющих, каждая из которых представляет собой совокупность структур, реализующих про-

изводственные или организационные цели управления ЖКХ.

Составляющая STRP = {strplp, lp = 1, 2, ..., LP} представляет собой совокупность производственных структур ЖКХ (организации в сфере ЖКХ различных типов, непосредственно задействованные в управлении ЖКХ, а также организации, не влияющие напрямую на работу ЖКХ).

Составляющая STRO = {strolp, lo = 1, 2, ..., LO} представляет собой совокупность типов организационных структур организаций в сфере ЖКХ (матричная, проектная, дивизиональная, функциональная) [9].

Компонент TECH = {METH, IT, OBSL, UN, ALG} состоит из составляющих, которые определяют методы, алгоритмы, информационные технологии, устройства, используемые для управления ЖКХ.

Составляющая METH = {methm, Im = 1, 2, ..., LM}) состоит из элементов, которые соответствуют следующим методам управления:

• линейный («классический») метод управления (жесткая регламентация процессов управления ЖКХ, при этом взаимосвязи между компонентами модели ЖКХ не учитывается) [10];

• нелинейный метод управления (компоненты модели ЖКХ способны адаптироваться к изменению внешних факторов) [10, 11].

Следует отметить, что внедрение в управление ЖКХ устройств Интернета вещей на настоящий момент времени не оказывает должного влияния на компонент METH вследствие большой инерционности в изменении руководящих документов по управлению ЖКХ.

В качестве технологий, используемых для управления ЖКХ (компонент IT = {t, Ii = 1, 2, ..., LI}), рассматриваются ИС и информационные технологии, рассмотренные в [1, 4], облачные технологии, технология Интернета вещей, а также технологии для формирования вычислительной сети в организации по управлению ЖКХ и технологии для хранения и обмена данными.

Также для управления ЖКХ используются технологии, применяемые для функционирования объектов и элементов инфраструктуры, расположенных на территории организации по управлению ЖКХ (инженерных и коммуникационных систем) - составляющая OBSL = {obsIIo, lo = 1, 2, ..., LO}). В качестве элементов данной составляющей также могут быть рассмотрены устройства, входящие в состав инженерных и коммуникационных систем (систем водоснабжения, отопления, канализации, электроснабжение и т.д.).

Для управления ЖКХ используются различные устройства (составляющая UN = {unlu, lu = 1, 2, ..., LU}). В качестве устройств для управления ЖКХ могут быть рассмотрены устройства, приборы и датчики, осуществляющие сбор и передачу данных в организации в по управлению ЖКХ.

Использование устройств Интернета вещей в управлении ЖКХ в настоящее время не приводит к значительным изменениям элемента OBSL (для внедрения устройств Интернета вещей в уже построенных многоквартирных домах требуются большие затраты на модернизацию существующих инженерных и коммуникационных систем).

Составляющая ALG = {a/gla, la = 1, 2, ..., LA} содержит элементы, соответствующие алгоритмам, на основе которых реализованы программные приложения, используемым на различных уровнях управления ЖКХ (рис. 1, 2).

Компонент COND = {condif, lf = 1, 2, ..., LF} содержит элементы, соответствующие факторам, влияющим на управление ЖКХ (производственным, функциональным, организационным и человеческим) [12]. Использование устройств Интернета вещей приводит к изменению данного компонента в связи с тем, что происходит изменения как количества бизнес-процессов управления ЖКХ, так и их содержания. Причиной таких изменений является появления новых участников в управлении ЖКХ (провайдеры информационных сервисов с учетом использования устройств Интернета вещей, в том числе, информационных сервисов для взаимодействия устройств Интернета вещей друг с другом).

ABON = {MANAG, PROV, CUST, THING} - сотрудники организаций в сфере ЖКХ и сторонних организаций (составляющая MANAG), сотрудники, являющиеся сотрудниками организаций-провайдеров информационных сервисов (составляющая PROV), потребители ЖКУ, в том числе, жильцы МКД (составляющая CUST), а также устройства Интернета вещей в случае их использования устройств Интернета вещей, (составляющая THING).

Компонент системы управления ЖКХ UIS (Unified Information Space) представляет собой ЕИП ЖКХ.

UIS = UZKH

п

V

= ^ ustv;

v=i

6

UZKH = Рuzkhj;

UST

UST

uzkhi

V - количество сторонних организаций, не осуществляющих непосредственное управление ЖКХ;.

игкЛ-ь игкЬ2, uzkhз, и2кЬ4, иг№5, uzkh6 (рис. 1) -информационные пространства организаций в сфере ЖКХ в соответствии с у-м типом ИС, используемой в организации сферы ЖКХ [1, 4], принимающие участие в образовании компонента

игкн еип жкх.

При этом элемент uzkhe подмножества 1ЛКН соответствует пересечению информационных пространств организаций сферы ЖКХ (огд1(6), огд2(6), ..., огдМ6(6)), в которых эксплуатируются ИС, использующие устройства Интернета вещей. То есть в формировании ЕИП ЖКХ участвуют М6 ИС, использующих устройства Интернета вещей.

Пересечение информационных пространств при формировании ЕИП, имеющее место в приведенной выше формуле для 1ЛЭ, означает, что организации предоставляют в ЕИП ЖКХ только информацию, определенную руководящими документами в сфере управления ЖКХ.

= I Р огдт,Ц) I,

\т] = 1 )

где 1ЛКН - информационное пространство организаций, принимающих непосредственное участие в управлении ЖКХ;

ив^ - информационные пространства сторонних организаций, не осуществляющих непосредственное управление ЖКХ;

Рисунок 1. Модель ЕИП ЖКХ с точки зрения теоретико-множественного подхода

В результате использования устройств Интернета вещей в ЖКХ происходят значительные изменения компонентов системы управления ЖКХ (компоненты UIS, COND, ABON) и элементов IT, UN, ALG компонента TECH.

Обоснование структуры информационного пространства организации по управлению ЖКХ на основе информационной системы, использующей устройства Интернета вещей

В данной работе в качестве возможного варианта информационной системы, использующей устройства Интернета вещей для приведенных на рис. 1 организаций org1(6), org2(6), ..., orgM6(6), рассматривается информационная система, функциональные возможности которой могут быть реализованы с использованием платформы Tibbo Aggregate. Платформа AggreGate обладает функциональными возможностями, которые позволяют сделать прозрачным потребление ресурсов и повысить степень вовлеченности жильцов

х х О го А С.

X

го m

о

ю

о

M

о

to

а>

о

es

0

01

о Ш

m

X

<

m о х

X

многоквартирных домов в управление ЖКХ. При использовании устройств Интернета вещей для построения структуры ЕИП ЖКХ образуются три слоя управления: (Application Entity, Common Service Entity, Network Service Entity) [13, 14]. Информационные системы организаций по управлению ЖКХ, использующие устройства Интернета вещей, предоставляют в ЕИП ЖКХ информацию, взаимодействуя с другими информационными системами, не использующими устройства Интернета вещей. Поэтому для интеграции информационных систем различных типов необходимо, чтобы на находящийся в организации по управлению ЖКХ центральный сервер (группу серверов) была установлена посредническая вычислительная платформа. Такая платформа служит, с одной стороны, для стандартизации взаимодействия устройств Интернета вещей, входящих в состав информационной системы, а с другой стороны - для передачи информации в ЕИП ЖКХ.

Платформа AggreGate может собирать данные о состоянии и показания приборов, учитывающих потребление воды, газа, тепла и электричества, а также собирать данные об освещении, кондиционировании и вентиляции, о работе насосов, бойлеров, о состоянии сетевой инфраструктуры, а также о работе систем видеонаблюдения и системы пожаротушения. Платформа с помощью стандартных протоколов (OPC, Modbus, SNMP и др.) обеспечивает поддержку работы устройств Интернета вещей . Показания счетчиков также могут импортироваться из других систем удаленного считывания AMR (Automatic Meter Reading) с помощью веб-сервисов (с помощью SOAP) или с помощью подключения к внешней базе данных. Возможности платформы позволяют создавать гибкие правила сбора данных, полученных со счетчиков, а также настраивать историю хранения полученных данных. Полученные от устройств Интернета вещей данные хранятся в базе данных на сервере AggreGate и используются для выставления счетов, диагностики и анализа данных в пределах организации по управлению ЖКХ. Кроме того, с помощью программного модуля статистики может осуществляться анализ пиковых значений параметров, а также прогноз значений показателей на основе анализа данных, полученных от устройств Интернета вещей (алгоритмы для проведения корреляционного анализа и определения трендов). Это позволяет предупредить сотрудников организации по управлению ЖКХ, операторов ИС и жильцов многоквартирных домов о возможном выходе значений параметров за пределы пороговых значений. Информационные системы, не использующие в своей работе устройства Интернета вещей, могут взаимодействовать с информационной системой на основе платформы Tibbo Aggregate с помощью API (Application Programming Interface, интерфейс

прикладного программирования) с открытым исходным кодом.

Таким образом, вычислительная платформа должна включать в себя следующие компоненты [15]:

1. Главный сервер вычислительной платформы.

2. Подчиненные серверы, загружаемые на компьютеры, базовые станции, программируемые логические контроллеры, персональные компьютеры.

3. Агенты, запускаемые на стороне устройств, предназначенные для обеспечения унификации взаимодействия устройств с серверами.

4. Драйверы, расположенные на стороне серверов, предназначенные для унификации обмена данными устройств с серверами.

5. Серверные программные интерфейсы с открытым программным кодом для интеграции устройств с серверами.

6. Комплект разработчика агентов с открытым исходным кодом

7. Комплект разработчика драйверов с открытым исходным кодом

8. Комплект разработчика расширений

9. Единая консоль.

10. Веб-интерфейс.

11. Базы данных (реляционные, «ключ-значение», NoSQL, графовые).

12. Хранилище данных для хранения агрегированной информации.

13. Модуль аналитических расчетов (модуль статистики, грануляции, язык выражений, язык запросов, языки управления процессами, модели для создания цифровых двойников).

14. Модуль машинного обучения.

15. Виджеты

16. Инструментальные панели.

17. Редактор отчетов

18. Модуль для работы с географическими информационными системами.

19. Модуль для визуализации топологий.

20. Модуль для работы с данными, полученными от систем видеонаблюдения.

21. Модуль для отображения векторных и растровых изображений.

22. Модуль автозапуска интерактивных панелей.

23. Модуль сбора данных.

24. Серверная виртуальная машина.

25. Встроенный набор драйверов, плагинов и пакетов ресурсов.

26. Модуль управления доступом к базам данных.

С учетом состава компонентов и функциональных возможностей платформы "ПЬЬо AggreGate сформирована структурная модель информационного пространства организации в сфере ЖКХ, приведенная на рис. 2.

Сетевой слой

Датчики корпоративного

ИТ-оборудования

Датчики

телекомму никационного оборудования Приборы учета Датчики движения Датчики освещенности Датчики доступа Датчики задымленности Датчики видеонаблюдения Датчики вентиляции Устройства для сетевых взаимодействий

(Модуль ^е* сбора данных

Комплекты разработчика

сервера Агенты

Слой общих информационных сервисов

Управление ролями абонентов и их доступом к данным Обмен данными с помощью платформы с другими информационными системами Управление событиями устройств Обеспечение работы отказоустойчивого кластера Работа с модулем сбора данных Визуализация данных {работа с виджетами) Работа с отчетами

Управление доступом к УУеЬ-сервисам Управление единой консолью оператора

Управление бизнес-правилами Работа с модулем, обеспечивающим работу с ГИС

Работа с модулем визуализации топологий

Работа с модулем для отоб ражения растровых и векторных изображений Работа модуля автозапуска Работа с модулем управления доступом

Модуль отображения векторных и растровых Ч^зображени^/

•а

Польз, интерфейс Виджеты 3 ^Инстр, панели)

>

Модуль отображения изображений

О - О

Сервер МКД Сервер МКД

Серверная виртуальная

0

Слой программных

приложений для непосредственного управления ЖКХ

Анализ эффективности управления ЖКХ и форми рования отчетов Мониторинг и прогноз потребления и баланса ресурсов ЖКХ Автоматизация бизнес-процессов по управлению ЖКХ (учетно-расчетные информационные сервисы) Обеспечение комфортного проживания Выполнение информационно-справочного обслуживания Работа с учетными записями пользователей Работа с дан ными видеонаблюдения

Хранилище данных

т

Г Модуль \ I машинного \обучения)

<Аналитический\ модуль У

( Виджеты ^Инстр, панелиЗ^

Базы данных

Информационное пространство организации по управлению ЖКХ на основе вычислительной платформы

б-интерфейсов

Пользователи (сотрудники ОУ ЖКХ и _организаций-прова йдеров)_

Пользователи (втом числе, жители МКД) < Портал ЖКХ~^

Единое информационное пространство ЖКХ -X-

I I о ГО А П.

Информационные системы организаций всфереЖКХ

Информационные системы организаций всфере ЖКХ

Рисунок. 2. Модель информационного пространства организации по управлению ЖКХ с использованием платформы ЛЬЬо AggreGate

X ГО

т

о

Заключение

1. Разработана модель системы управления ЖКХ с использованием теоретико-множественного подхода. Единое информационное пространство ЖКХ является компонентом системы управления ЖКХ. В состав единого информационного пространства ЖКХ входят ин-

формационные пространства организаций в сфере ЖКХ, использующих в работе устройства Интернета вещей. Единое информационное пространство ЖКХ образуется пересечением информационных пространств организаций в сфере ЖКХ, принимающих непосредственное участие в управлении ЖКХ, а также информационных про-

ю

о

м о

а>

о

es

0

01

О Ш

m

X

3

<

m о х

X

странств организаций, не принимающих непосредственное участие в управлении ЖКХ.

2. Сформирована модель информационного пространства организации в сфере ЖКХ на основе платформы AggreGate, которая позволяет управлять МКД (или группой МКД) с использованием устройств Интернета вещей.

Литература

1. Попов А.А. Разработка системы поддержки принятия решений для формирования рациональной структуры единого информационного пространства жилищно-коммунального хозяйства региона. М.: РУСАЙНС. 2017. 170 с.

2. Федеральный закон от 21 июля 2014 года № 209-ФЗ «О государственной информационной системе жилищно-коммунального хозяйства» // Российская газета. 2014. №6435(163).

3. Чачин П. IOT внедряется в ЖКХ // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2017. №6(166). С. 138-142.

4. Попов А.А. Анализ возможности использования устройств Интернета вещей для формирования единого информационного пространства жилищно-коммунального хозяйства // Креативная экономика. 2017. Том 11. № 2. с. 223-240.

5. Росляков, А.В., Ваняшин С.В., Гребешков А.Ю. Интернет вещей. Самара: ПГУТИ. 2015. 200 с.

6. Намиот Д.Е., Шнепс-Шнеппе М.А. Об отечественных стандартах для Умного Города // International Journal of Open Information Technologies. 2016. Т. 4. №. 7. С.32-37.

7. Куприяновский В.П., Намиот Д.Е., Куприя-новский П.В. Стандартизация Умных городов, Интернета Вещей и Больших Данных. Соображения по практическому использованию в России // International Journal of Open Information Technologies. 2016. Т. 4. №. 2. С.34-40.

8. Волкова В.Н., Денисов А.А. Теория систем и системный анализ. М.: Изд-во «Юрайт». 2013. 616 с.

9. Тихомирова О.Г. Менеджмент организации: теория, история, практика. М.: НИЦ ИНФРА-М. 2015. 256 с.

10. Мартынова А.А. Основные методы управления системой жилищно-коммунального хозяйства // Вестник НГУЭУ. 2012. № 3. С.58-66.

11. Козловская О.В., Акерман Е.Н. Особенности синергетического подхода в управлении пространственным развитием региона. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та. 2010. 418с.

12. Гиндин М.Б. Анализ факторов эффективного управления жилищно-коммунальным хозяйством территории // Экономика и управление. 2008. №6. С. 184-187.

13. Шнепс-Шнеппе М. А. Организация «oneM2M» как прототип в области стандартов умного города // International Journal of Open Information Technologies. 2016. Т. 4. №. 2. С.11-17.

14. Черняк Л.С. Интернет вещей: новые вызовы и новые технологии // Открытые системы. СУБД. 2013. №4. С.14-18.

15. Tibbo Systems URL: https://aggregate.tibbo.com/ru/technology/architectur e.html (дата обращения: 10.10.2019).

Development of a model of information space at the use internet of things devices for managing the organization in the field of housing and communal services Popov A.A.

Plekhanov Russian University of Economics The article discusses issues related to the management of housing and communal services using Internet of things devices. A set-theoretic model of the housing and communal services management system, developed using a systematic approach, is presented. The aim of the work is to consider ways to improve the management system of housing and communal services. To develop a model of the information space, a model developed by the oneM2M consortium is used. To form a model of the information space for managing an apartment building, the functionality of the Tibbo Aggregate platform was considered, which involves the use of Internet of things devices to manage buildings. Keywords: Housing and communal services, Internet of things devices, information system, common information space, Tibbo AggreGate platform References

1. Popov A.A. Development of a decision support system for the

formation of a rational structure of a unified information space for housing and communal services in the region. M .: RUSAINS. 2017.170 s.

2. Federal law of July 21, 2014 No. 209-ФЗ "On the state information system of housing and communal services" // Russian newspaper. 2014. No. 6435 (163).

3. Chachin P. IOT is being introduced in housing and communal

services // Electronics: Science, Technology, Business. 2017. No6 (166). S. 138-142.

4. Popov A.A. Analysis of the possibility of using Internet of things

devices for the formation of a single information space of housing and communal services // Creative Economy. 2017. Volume 11. No. 2. p. 223-240.

5. Roslyakov, A.V., Vanyashin S.V., Grebeshkov A.Yu. Internet of

things. Samara: TSUTI. 2015.200 s.

6. Namiot D.E., Shneps-Shneppe M.A. About domestic standards

for Smart City // International Journal of Open Information Technologies. 2016.V. 4.No. 7. S. 32-37.

7. Kupriyanovsky V.P., Namiot D.E., Kupriyanovsky P.V. Standardization of Smart Cities, Internet of Things and Big Data. Practical Considerations in Russia // International Journal of Open Information Technologies. 2016.V. 4.No. 2. S.34-40.

8. Volkova V.N., Denisov A.A. Theory of systems and systems

analysis. M .: Publishing house "Yurait". 2013.616 p.

9. Tikhomirova O.G. Organization management: theory, history,

practice. M .: SIC INFRA-M. 2015.256 s.

10. Martynova A.A. The main methods of managing the housing and communal services system // Bulletin of NSUU. 2012. No 3. P.58-66.

11. Kozlovskaya OV, Akerman E.N. Features of a synergistic approach to managing the spatial development of a region. Tomsk: Publishing house of Tomsk Polytechnic University. 2010.418s.

12. Gindin M.B. Analysis of factors of effective management of housing and communal services of the territory // Economics and Management. 2008. No. 6. S. 184-187.

13. Shneps-Shneppe M. A. Organization "oneM2M" as a prototype in the field of smart city standards // International Journal of Open Information Technologies. 2016.V. 4.No. 2. S.11-17.

14. Chernyak L.S. The Internet of Things: New Challenges and New Technologies // Open Systems. DBMS 2013. No4. S.14-18.

15. Tibbo Systems URL: https://aggregate.tibbo.com/en/technology/architecture.