Международный фестиваль
Детского и молодежного научно-технического творчества
«От Винта!»
Секция: Умный город
Умные технологии для умного города
Сведения об авторах:
Шапошников Илья, МБОУ ДО «ДДТ» Ибресинского района, 7 лет
Матвеева Василиса, МБОУ ДО «ДДТ» Ибресинского района, 6 лет
Научный руководитель:
Матвеева Людмила Владимировна, директор МБОУ ДО «ДДТ» Ибресинского района
п. Ибреси, 2020
Введение.
Наука не стоит на месте и развивается во все времена. В настоящее время наука идет вперед семимильными шагами. Мы живем в сельской местности, куда современные технологии доходят с опозданием. Сравнивая инфраструктуру г. Чебоксары и родного поселка Ибреси, мы пришли к выводу, что инфраструктура поселка очень сильно отстает в темпах развития от столицы нашей республики. Мы решили узнать, как устроен наш поселок и, что мы можем предложить для развития поселка.
Актуальность нашего исследования заключается в необходимости внедрения инноваций и повышения эффективности функционирования населенных пунктов и улучшения качества жизни жителей. Введение в эксплуатацию инфраструктуры населенного пункта системы «Умный город» позволит не только контролировать работу различных систем, но и принимать максимально верные управленческие решения.
Словосочетание «Умный город» (smart city) сейчас очень популярно и охватывает большие сферы жизни города. Это и «цифровой город», «город знаний», «экологический город» и т.д. Умный город нацелен на использование инноваций и устремлен в будущее. Он следит за состоянием важнейших объектов городской среды в целях оптимизации ресурсов, поддержания комфорта и безопасности. В основе всего лежат инновационные информационно-коммуникационные технологии.
Мы выдвинули гипотезу: Беспилотный транспорт – это комфортно и безопасно.
Объект исследования: изучение технологий «умного города». Предмет исследования: изучение технологий умного транспорта.
Цель нашей исследовательской работы: Изучение технологий «умного города» и создание макета инновационной структуры умного транспорта и шлагбаума.
Задачи:
1. Изучить технологии «умного города».
2. Изучить инфраструктуру родного поселка.
3. Создать макет будущего поселка городского типа, школьного автобуса и шлагбаума.
Методы работы:
- изучение литературы,
- беседа с компетентными людьми,
- создание макета,
- испытание макета,
- корректировка технических ошибок,
- анализ и систематизация изученного материала.
Поселок городского типа в будущем способен эффективно отвечать потребностям каждого гражданина: от обычной оплаты коммунальных услуг до сохранения безопасности в городе. При этом он может автономно управлять своими ресурсами, энергией, пространством. Умный город предполагает: оптимизацию энергии, умные здания, умную инфраструктуру, улучшение качества здравоохранения, цифровизация жилищно-коммунального хозяйства, улучшение образования, сохранение безопасности и как результат - умные и счастливые жители.
Ценность полученных результатов заключается в целесообразности полученных теоретических знаний и практических навыков в ходе исследовательской работы.
В начале нашей работы мы посетили сайт «Википедия», изучили научные аспекты «умного города». Затем посетили другие сайты, где рассмотрели различные варианты smart city.
В нашем поселке улицы очень слабо освещены. Частный сектор поселка в темное время суток не освещен. На улицах поселка нет светофоров, нет машин, которые убирают улицы. На большей части улиц поселка даже нет асфальта. В будущем хотелось бы жить в комфортном, чистом и в должной мере освещенном поселке.
Выбор модели.
В начале работы мы провели мини мозговой штурм. Были озвучены различные предложения. В нашем поселке две средние школы, три детских садика и одна школа-интернат. В ходе раздумий мы остановились на макете части поселка Ибреси, где представлена проезжая часть, дома, район поселка с небольшим озером, которое называется «Черноречка», средняя школа и школьный автобус. При выборе материала, из которого будет построен макет, мы остановились на лего. Ведь лего - любимейшая игрушка всех без исключения детей на свете.
Свой проект мы можем использовать на уроках окружающей среды, на классных часах. При помощи проекта можно рассказывать ребятам, что такое умный город и каким образом используются инновационные технологии в жизни.
Основная часть.
Наш проект - это самостоятельно собранная действующая модель «умного города». В нашем проекте используются такие направления smart city, умная регулировка дорожного движения, умный транспорт.
Созданный и запрограммированный проект «Умный транспорт для умного города» помогает разработать и лучше понять концепции smart city. Наш проект стимулирует потребность изучения и получения представлений о технологиях smart city и навыках программирования, так как результат работы можно увидеть сразу же.
Наш поселок городского типа Ибреси находится в самом центре Чувашии. Это экологически чистый район Чувашии. Больше половины территории Ибресинского района покрыто лесом, в котором много грибов и ягод. В нашем поселке очень комфортно жить: у нас чистый воздух, есть школы и садики, есть физкультурно-оздоровительный комплекс и много кружков по различным направлениям.
Для изготовления проекта мы использовали платформы LEGO - дороги образовательные конструкторы LEGO Wedo 2.0 и детали из различных наборов лего, платформа из фанеры. Для программирования smart city использовалось программное обеспечение LEGO Wedo 2.0.
Подразумевается, что в нашем городе есть школы, детские сады, больница, парки отдыха, полицейский участок и т.д. Так как все это не уместиться в проекте, мы собрали только часть домов. Мы собрали из лего дома, парк, пруд, школу и установили на платформу. (
Рис. 1, 2, 3.)
Затем мы приступили к сборке школьного автобуса.
При его сборке мы использовали детали лего от старого автобуса. Наш автобус мы оснастили смартхабом, балками и колесами от конструктора LEGO Wedo 2.0. (Рис. 4)
Автобус управляется смартхабом, в который загружена программа.
Мотор стоит под смартхабом и его не видно.
 |
При постройке автобуса мы изучили зубчатую передачу: рассмотрели различные шестеренки (зубчатые колеса), увидели, что у них есть зубчики. Если две шестеренки соединить между собой, получается «зубчатая передача». Ведущее колесо передает внешнюю силу на ведомое колесо, которое тоже начинает вращаться. При помощи зубчатых передач можно изменять скорость, направление движения и силу вращения. (Рис. 5.)
В нашем случае мы использовали две одинаковые шестеренки. Ведущую шестеренку крутит мотор, а ведомая шестеренка приводит в действие колеса. (Рис. 6.)
Впереди автобуса установлен датчик перемещения. (Рис. 7.) Если он «видит» препятствие – автобус останавливается, затем едет дальше. Таким образом, умный автобус совершенно безопасен для участников дорожного движения.
Автобусом управляет программа, которая написана в программной среде LEGO Wedo 2.0. (Рис. 12.)
 |
Перед школой установлен шлагбаум, который распознает автобус. Шлагбаумом управляет смартхаб, который приводит в действие мотор. Здесь используется червячная передача. Ее еще называют зубчато-винтовая передача.
Она построена на основе обычного зубчатого колеса
(шестеренки) (Рис. 9.)
и червячного колеса (червяка)
(Рис. 10.)
 | |||||
 |  | ||||
 | |||
 |
Червячная передача занимает мало места, во много раз снижает число оборотов в минуту, увеличивает силу привода, изменяет направление вращательного движения на 90°.
На шлагбауме установлен датчик перемещения. Он «видит» и «распознает» автобус и шлагбаум поднимается. (Рис. 13.)
Для управления шлагбаумом была написана программа. (Рис.14.)
 |
В программе стоит «ожидание». Когда датчик видит приближающийся автобус, включается мотор и со скоростью 1. Поднимает шлагбаум 5 секунд. Затем ожидание 5 секунд и шлагбаум опускается.
Путем экспериментов мы добились хорошего результата. В ходе работы мы исправляли возникающие ошибки, переписывали программы.
В собранной модели использовались бросовые детали из старых конструкторов лего, два конструктора LEGO Wedo 2.0.стоимостью около по 12000 рублей. Платформу нашли бесплатно. Для программирования использовали два планшета стоимостью 10000 рублей. Таким образом, наша модель «Поселок будущего Ибреси-сити» обошлась бы нам 44000 рублей.
В своей работе мы хотим показать, что жить в комфорте можно не только в мегаполисах, но и в небольших районных центрах.
Воплощение идей нашего проекта в жизнь никоим образом не отразиться отрицательно на экологической ситуации ни в нашем районе, ни в Чувашии в целом.
Использование умного транспорта на поселковых улицах позволит комфортно передвигаться по улицам жителям и гостям поселка. Освещение включается в сумерках и выключается с наступлением утра автономно. Умный шлагбаум позволит детям чувствовать себя комфортно безопасно в школе.
Благоустроенные зоны отдыха (парк и пруд) позволят комфортно чувствовать себя в Ибресях и жителям и гостям поселка.
Заключение.
Данная действующая модель «умного города» помогла нам понять технологические принципы работы инновационных технологий будущего.
«Умный город» способен эффективно отвечать потребностям каждого гражданина: от обычной оплаты коммунальных услуг до сохранения безопасности в городе. При этом он может автономно управлять своими ресурсами, энергией, пространством.
Наш город предполагает: оптимизацию энергии, умные здания, умную инфраструктуру, улучшение качества здравоохранения, цифровизацию жилищно-коммунального хозяйства, улучшение образования, сохранение безопасности и как результат умные жители.
Созданные изобретения на наш взгляд, являются актуальными и, вполне возможно, что наши идеи в скором будущем станут реальностью. Ведь мы живем в век активного развития современных технологий, когда многие виды деятельности человека замещаются электронными устройствами. Мы верим в то, что с помощью новых открытий, новых идей, новых талантов наш мир станет совершеннее.
В своей работе мы хотим показать, что жить в комфорте можно не только в мегаполисах, но и в небольших районных центрах.
В ходе работы мы подтвердили выдвинутую гипотезу:
 |
Библиографический список
- «Википедия» [Электронный ресурс] // Статья «Умный город» - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4
- Ганин О.Б. [Электронный ресурс] // Умный город: перспективы и тенденции развития. - https://cyberleninka.ru/article/v/umnyy-gorod-perspektivy-i-tendentsii-razvitiya
- Лебедев Павел [Электронный ресурс] // Нужны ли России умные города? - https://www.cnews.ru/reviews/infrastructure2014/articles/nuzhny_li_rossii_umnye_goroda