CC BY
4УДК 332.1
ИНТЕГРАЦИЯ РОБОТОТЕХНИКИ В ИНФРАСТРУКТУРУ УМНЫХ ГОРОДОВ: ПОТЕНЦИАЛ, ВЫЗОВЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
ГЕЛЬМАНОВА ЗОЯ САЛИХОВНА
Профессор, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
АШИМОВ ГАЛЫМ АБИХАНОВИЧ
Магистрант, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
БАКАЕВ ТАЛГАТ КАЙРБЕКОВИЧ
Магистрант, Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
Аннотация. Интеграция робототехнических систем в инфраструктуру умных городов является важным направлением технологического развития, направленным на повышение эффективности городского управления, улучшение качества жизни граждан и оптимизацию использования ресурсов. Данное исследование анализирует ключевые области применения робототехники в умных городах, включая транспорт, коммунальные службы, безопасность и автоматизированные сервисы. Цель исследования: определить ключевые аспекты интеграции робототехники в инфраструктуру умных городов, выявить основные вызовы, перспективные направления развития и практическую применимость в текущих условиях на примере города Темиртау.
Ключевые слова: умные города, робототехника, автоматизация городской инфраструктуры, умное управление городом
Современные мегаполисы сталкиваются с множеством проблем, включая транспортные заторы, загрязнение окружающей среды, нехватку ресурсов и неэффективное городское управление. В этих условиях робототехника становится инструментом, способным повысить уровень автоматизации и интеллектуализации городской инфраструктуры [1-3]. Казахстан, находясь на этапе активного цифрового развития, также стремится к внедрению инновационных решений в городское управление. Город Темиртау, как промышленный центр с градообразующим предприятием АО «Qarmet», может стать площадкой для тестирования и масштабирования роботизированных технологий в сфере промышленности, логистики и безопасности [4- 6].
В работе используются данные стратегии развития умных городов, государственные программы цифровизации в Казахстане («Цифровой Казахстан»); публикации из баз данных Scopus, Web of Science по тематике роботизации городской инфраструктуры; материалы АО «Qarmet» о внедрении цифровых технологий и автоматизации на производстве; опыт Японии, Сингапура, по внедрению робототехники в умные города; показатели цифровизации городов Казахстана.
Темиртау - это металлургический центр, и внедрение робототехники можно рассмотреть в контексте промышленной инфраструктуры. В городе существует потребность в модернизации коммунальных систем (электросети, ЖКХ, дороги), где роботы могут применяться для автоматизированного мониторинга и обслуживания. Автоматизированные системы могут повысить уровень экологического мониторинга (например, датчики и дроны для контроля выбросов) [4 - 8].
Для города Темиртау, можно предложить несколько направлений. Роботизированные системы для обслуживания коммунальных сетей: Автономные дроны для инспекции электросетей, теплотрасс и водопроводов (раннее выявление утечек, повреждений, обледенения). Роботы для ремонта трубопроводов (например, небольшие автономные устройства для обследования и устранения дефектов в канализации и водопроводах).
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Автоматизированные системы управления освещением (умные фонари с датчиками движения и ИИ для адаптации яркости).
Умная экология и мониторинг загрязнения. Роботы для контроля выбросов (на базе дронов или стационарных станций, анализирующих качество воздуха вблизи промышленных объектов). Система автономного сбора мусора (роботы-пылесосы для улиц, автоматические контейнеры с прессовкой отходов и датчиками наполненности).
Роботизированные транспортные решения. Умные светофоры с ИИ (анализ потока машин, адаптация работы для снижения пробок). Автономные автобусы или шаттлы на маршрутах с малой загруженностью (как пилотный проект). Роботизированные парковки (автоматизированные системы для оптимального использования пространства).
Роботизированная безопасность. Дроны для мониторинга криминогенной обстановки (например, патрулирование промзон или удаленных районов города). Автоматизированные системы экстренного реагирования (роботизированные пожарные комплексы для предприятий и жилых зон).
Цифровизация ЖКХ с элементами роботизации. Умные счетчики и датчики утечек воды, газа и электроэнергии, работающие в автоматическом режиме. Роботизированные системы «умных подъездов» (автоматические диспетчеры, обслуживание лифтов и дверных замков). Основные направления роботизации городской инфраструктуры в Темиртау могут сосредоточиться на коммунальных услугах, экологии, транспорте и безопасности. Внедрение подобных решений повысит качество жизни, снизит затраты на обслуживание городской инфраструктуры и поможет минимизировать влияние промышленности на окружающую среду [4-6]. Интеграция робототехники в инфраструктуру умных городов является актуальной темой как в Казахстане, так и за рубежом.
В феврале 2025 года Министерство цифрового развития Казахстана подписало меморандум с китайской компанией AgiBot и ведущими казахстанскими университетами (КБТУ, Satbayev University и др.) о создании R&D-центра по робототехнике на базе национальной платформы AlemAI. Цель — развитие исследований, образовательных программ и локализация производства роботов в Казахстане с перспективой экспорта[8,9].
В крупных городах Казахстана реализуются проекты по внедрению концепции умного города. Например, в Астане функционирует система видеонаблюдения «Сергек» с более чем 13 тысячами камер, мобильное приложение «Smart Astana», объединяющее городские сервисы, и интеллектуальная система уличного освещения, позволяющая экономить электроэнергию.
Сингапур активно внедряет робототехнику в городскую инфраструктуру. Примером является использование автономных дронов для инспекции мостов и зданий, что повышает безопасность и эффективность обслуживания. В Токио роботы используются для обслуживания пассажиров в аэропортах, уборки улиц и доставки товаров. Это способствует улучшению качества обслуживания и снижению затрат на персонал [10,11,4,6].
В феврале 2025 года в Темиртау началось формирование первого в Казахстане промышленного кластера, объединяющего крупные компании, а также малый и средний бизнес. Целью кластера является развитие устойчивых производственных цепочек, интеграция предприятий и внедрение цифровых решений. Компания АО «Qarmet» предложила поставщикам оффтейк-контракты и долгосрочные соглашения, и совместно с акиматом создаёт малую
промышленную зону площадью 20 тыс. кв. м. Это обеспечит новые рабочие места, укрепит производственные цепочки и снизит зависимость от внешних поставок.
Экономические преимущества: предприятия МСБ получат гарантированные заказы от крупных компаний, что обеспечит стабильность и прогнозируемость их деятельности; развитие кластера способствует увеличению занятости населения региона; внедрение цифровых решений и оптимизация производственных процессов позволят повысить эффективность и конкурентоспособность продукции. Мнения специалистов по роботизации
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
городской инфраструктуры. Футуролог и эксперт по умным городам Энрико Даммерс (Германия), утверждает:"Роботизация городской инфраструктуры — это не просто тренд, а необходимость для развития мегаполисов XXI века. Автономные дроны, беспилотный транспорт, роботизированные коммунальные службы — все это уже сегодня внедряется в развитых странах". Представитель компании Boston Dynamics (США):"Роботы-помощники и автономные системы видеонаблюдения — это ключевые технологии для повышения безопасности в городах будущего. Такие решения уже тестируются в ряде крупных городов, включая Дубай". Казахстанский специалист в области цифровизации, профессор А. А. Байжанов:"Темиртау как индустриальный центр может стать лидером по внедрению робототехники в промышленные процессы, а также в городскую логистику. Автоматизированные дроны для мониторинга качества воздуха и роботизированные сервисные службы — это реальные перспективы ближайшего десятилетия".
Для оценки эффективности внедрения роботизированных технологий в Темиртау можно использовать интегральную модель, включающую экономические, социальные и экологические показатели.
Основные параметры модели.
Экономические показатели: ROI (Return on Investment) - возврат инвестиций в роботизацию. Снижение затрат на коммунальные и городские услуги (%). Рост производительности труда в сфере городских услуг (%). Экономия на обслуживании городской инфраструктуры (млн тенге). Рост налоговых поступлений за счет роботизированных решений (млн тенге).
Социальные показатели: Уровень занятости в новых технологических секторах (количество рабочих мест). Доступность и скорость предоставления городских услуг (среднее время выполнения услуг). Уровень удовлетворенности граждан (опрос, % удовлетворенных жителей). Повышение безопасности городской среды (снижение числа преступлений и аварий).
Экологические показатели: Снижение выбросов CO2 за счет роботизированного транспорта (тонн в год). Энергоэффективность роботизированных систем (снижение энергопотребления %). Оптимизация системы утилизации отходов (рост переработки %).
Методика расчета эффективности.
Шаг 1. Определение базовых данных: Исследуются существующие затраты города на ЖКХ, транспорт, безопасность, экологию. Выбираются пилотные зоны для внедрения роботизированных решений.
Шаг 2. Оценка ожидаемых эффектов: Применяются расчетные коэффициенты снижения затрат, роста производительности, повышения безопасности. Используются статистические и прогнозные данные.
Шаг 3. Интегральная оценка. Формируется индекс эффективности: IE=w1 -E+w2-S+w3 -EcIE.
где: IE - интегральный индекс эффективности, E - экономическая эффективность, S -социальная эффективность, Ec - экологическая эффективность, w1, w2, w3 - веса каждого фактора (например, 0.4, 0.3, 0.3).
Пример, д ля Темиртау (200 000 жителей, градообразующее предприятие - АО «Qarmet»): Внедрение роботизированных решений в городской транспорт (автобусы, беспилотники). Использование промышленных роботов на АО «Qarmet» для снижения нагрузки на экологию. Автоматизация системы ЖКХ - датчики IoT, роботы для уборки улиц.
Ожидаемые результаты: Снижение затрат на обслуживание городской инфраструктуры на 15-20%. Уменьшение выбросов CO2 на 5-10%. Рост занятости в IT и технологическом секторе на 10-15%. Повышение эффективности городской логистики (уменьшение заторов, рост скорости доставки на 20%).
Разработанная модель позволяет количественно оценивать эффект внедрения робототехники в городской среде Темиртау. Применение этой модели поможет
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
оптимизировать инвестиции, определить ключевые направления развития, а также обеспечить устойчивость городской инфраструктуры.
Для Темиртау целесообразно внедрить автоматизированные системы безопасности, которые помогут снизить преступность, повысить оперативность реагирования на ЧС и улучшить экологическую ситуацию.
Ключевые направления роботизации городской безопасности.
Роботизированный мониторинг общественных пространств[12-14].
Что предпринять: Установка автономных дронов-наблюдателей, патрулирующих улицы и промышленные зоны. Введение роботов-патрульных (аналог Knightscope К5) на вокзалах, в парках и крупных ТРЦ. Интеграция Ъ^камер с ИИ для автоматического распознавания подозрительных действий. Ожидаемый эффект: Снижение уличной преступности на 15-20%.
Уменьшение случаев вандализма и краж в общественных местах.
Умные светофоры и регулирование дорожного движения. Что предпринять: Внедрение умных светофоров с камерами и датчиками для предотвращения аварий. Использование роботов-регулировщиков в зонах с высокой аварийностью. Контроль соблюдения ПДД с помощью автономных мобильных комплексов фиксации нарушений. Ожидаемый эффект: Снижение ДТП на 10-15%. Улучшение дорожной дисциплины.
Автоматизированный экологический мониторинг. Что предпринять: Развертывание дронов с сенсорами для контроля загрязнения воздуха, воды и почвы. Внедрение роботов-анализаторов, следящих за выбросами промышленных предприятий. Применение умных датчиков качества воздуха на улицах города. Ожидаемый эффект: Снижение загрязнения воздуха на 10-15% за счет более строгого контроля выбросов. Оперативное выявление и устранение загрязнений.
Роботизированные системы реагирования на ЧС. Что предпринять: Введение пожарных дронов, которые смогут оперативно тушить возгорания. Использование роботов-спасателей в шахтах и на промышленных объектах. Разработка умных систем эвакуации с автоматическими оповещениями и навигацией. Ожидаемый эффект: Сокращение времени реагирования на ЧС на 30-40%. Повышение выживаемости в критических ситуациях.
Роботизация безопасности в Темиртау позволит уменьшить преступность, аварийность и экологические риски. Снизить нагрузку на экстренные службы. Создать умную систему мониторинга города с автоматическим выявлением угроз.
Для повышения эффективности системы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) в Темиртау целесообразно внедрение Ъ^датчиков и роботизированных систем. Это позволит снизить затраты, повысить уровень комфорта для жителей и улучшить экологическую ситуацию ( таблица1).
Что внедрить: "Умные" счетчики воды, газа и электричества (автоматическая передача данных, минимизация потерь). Датчики контроля состояния теплотрасс (выявление утечек, предотвращение аварий). Датчики на мусорных контейнерах (оптимизация графика вывоза отходов). Датчики качества воздуха (мониторинг выбросов, оповещения при превышении норм). Ожидаемый эффект: снижение утечек тепла и воды на 15-20%.; оптимизация расхода энергоресурсов; улучшение экологии за счет снижения выбросов и более эффективного обращения с отходами.
Что внедрить: Роботизированные пылесосы для тротуаров и парков. Автономные машины для уборки снега и льда. Роботы-сортировщики отходов на полигонах. Ожидаемый эффект: Снижение затрат на уборку улиц на 20-30%. повышение качества уборки за счет непрерывного мониторинга. Уменьшение загрязнения воздуха за счет сокращения работы дизельных машин.
Что внедрить: Светодиодные фонари с датчиками движения. Автоматизированную систему регулирования освещения в зависимости от уровня
естественного света. Ожидаемый эффект: Экономия электроэнергии на 30-40%.Улучшение освещения улиц, снижение уровня преступности.
Таблица 1 - SWOT-анализ автоматизации ЖКХ в Темиртау
Фактор Описание
Сильные стороны
1 Снижение затрат на ЖКХ Роботы и 1оТ снижают потребление ресурсов и расходы на обслуживание.
2 Улучшение экологии Уменьшение выбросов СО2 за счет оптимизации энергопотребления.
3 Повышение качества жизни Чистые улицы, эффективное освещение и комфорт для горожан.
4 Контроль над ресурсами Снижение утечек тепла, воды, электроэнергии.
Слабые стороны
1Высокие первоначальные вложения Требуется крупное финансирование на старте.
2Техническое обслуживание Необходимы специалисты для настройки и ремонта оборудования.
ЗВозможные сбои систем Проблемы с подключением 1оТ, ошибки в алгоритмах работы роботов.
Возможности
1Привлечение инвестиций Возможность участия в программах умных городов Казахстана.
2Создание рабочих мест Развитие сферы обслуживания роботизированных систем.
ЗДолгосрочная экономия Вложения окупаются за счет снижения затрат на ЖКХ.
Угрозы
Сопротивление изменений Консервативность ЖКХ-структур, сложность внедрения.
2 Киберугрозы Возможность взлома 1оТ-систем, утечка данных.
ЗОграниченность местного производства Зависимость от импорта оборудования.
Внедрение 1оТ и робототехники в ЖКХ Темиртау обеспечит снижение затрат на ресурсы и обслуживание; повышение качества городской среды (чистые улицы, освещение, контроль выбросов); развитие умной инфраструктуры города с долгосрочным эффектом; автоматизация ЖКХ - это не только шаг к умному городу, но и способ повысить конкурентоспособность Темиртау как индустриального центра.
Город Темиртау нельзя назвать мегаполисом, но его индустриальный характер (наличие АО <^агтеЪ>) делает проблему загрязнения улиц особенно актуальной. Вопрос в том, насколько целесообразно приобретать роботизированные уборочные машины для города такого размера. На рынке представлены несколько типов роботов-уборщиков(таблица2).
Таблица 2 - Классификация роботов для уборки улиц
Тип робота_ Функции_Применение
Автономные уличные пылесосы Подметание, всасывание мусора, работа в узких местах Тротуары, скверы, велосипедные дорожки
Роботы для очистки снега Уборка снега, распределение реагентов Зимой на дорогах и тротуарах
Роботы для уборки мусора с дорог Всасывание пыли, мелкого мусора Основные улицы, вдоль дорог
Роботы-сортировщики мусора Определение и разделение отходов Полигоны, мусорные баки
Автономные мойщики дорог Очистка и дезинфекция проезжей части Центральные улицы, мосты
Какие роботы наиболее целесообразны для Темиртау? Автономные пылесосы -актуальны для уборки тротуаров и площадей. Роботы для очистки снега - особенно важны зимой. Роботы для уборки мусора с дорог - снизят уровень пыли и загрязнений. Выводы: Частичная роботизация - оптимальный вариант по срокам окупаемости и балансу затрат/выгоды. Полная роботизация выгодна в долгосрочной перспективе, но требует значительных вложений. Роботы могут заменить до 80% ручного труда, снизить затраты на ФОТ и улучшить качество уборки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Golubchikov O., Thornbush M. (2020). Artificial intelligence and robotics in smart city strategies and planned smart development. Smart Cities, 3(4), 1133-1144.https://www.mdpi.com/2624-6511/3/4/56
2. Akter S. (2024). The role of robotics in smart cities. Nano Knowledge AI https://nanoknowledgeai.com/the-role-of-robotics-in-smart-cities/.
3. Bousquette, I. (2025). AI robots are entering the public world—With mixed results. The Wall Street Journal. https://www.wsj.com/articles/ai-robots-are-:entering-the-public-worldwith-mixed-results-4ff8d11a
4. Гельманова З.С., Ашимов Г.А. (2025) Будущее умных городов: тренды и прогнозы цифровой трансформации для Темиртау. Карагандинская область//МНЖ « Endless light in science».
5. Гельманова З.С., Ашимов Г.А. (2025) Будущее умных городов: тренды и прогнозы цифровой трансформации - визуализация с помощью V0Sviewer//МНЖ « Endless light in science».
6. Гельманова З.С., Ашимов Г.А. (2025) Умные города: успешное внедрение технологий в Казахстане и за рубежом //МНЖ « Endless light in science».
7. Дворак В.М. К вопросу о концепции умных городов (2019) //Сборник материалов XV Международной научно-практической конференции «Модернизация хозяйственного механизма сквозь призму экономических, правовых, социальных и инженерных подходов» https://rep.bntu.by/handle/data/67016
8. Жунусов Б.А., Жубаназаров С.А., Шакибаев М.К.(2024) Концепция «умный город»: теория и практика»// Вестник Актюбинского регионального университета Т.67.№1.https://vestnik.arsu.kz/index.php/hab/article/view/142
9. Куанышев А.М., Куантай Р., Дуйсенова Г.А. «Роль IT в развитии «умных городов» (Smart CitiesV/Вестник науки № 12(81). Том1.2024. С.1182 -1188https://www.вестник-науки.рф/article/19302
10. Editorial Staff. (2024, April 4). Integrating robotics and smart cities for sustainable futures. The Tech Artist. https://thetechartist.com/robotics-and-smart-cities/.
11. Mudiyanselage C. P., Chandrasekara C. U., Malwathugoda L., Abeysinghe C., Jayawardena, C., Athukorala M., Perera., Ragel R. G. (2024). Artificial intelligence in smart cities—Applications, barriers, and future directions. Smart Cities, 7(3), 57. https://www.mdpi.com/2624-6511/7/3/57.
12. Voda A. I., Radu L.-D. (2019). How can artificial intelligence respond to smart cities challenges and enhance their services? In Artificia/ intelligence in smart cities and urban computing (pp. 237-260).Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128166390000120.
13. Studley M. E., Little H. (2021). Robots in smart cities. In Smart cities and smart spaces: Concepts, methodologies, tools, and applications (pp. 125-140). Springer. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-56926-6_7.
14. Alam T., Katib I. (2022). Adoption of artificial intelligence in smart cities: A comprehensive review. Smart Cities and Society, 2, 100019. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667096822000192.
