مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

كيف يتم بناء أنظمة المدن الذكية؟

من التعرف على الوجه وشبكات 5G إلى أجهزة الاستشعار الرخيصة - هذه هي المكونات الأساسية

 

عالم التكنولوجيا    ترجمة

 

لطالما تم بناء المدن باستخدام تقنيات راسخة، أنظمة ضخ المياه وأنابيب الصرف الصحي والسكك الحديدية والطرق المعبدة وشبكات الكهرباء وما إلى ذلك. يلاحظ إريك ميلر ، أستاذ الهندسة المدنية ومدير معهد أبحاث النقل بجامعة تورنتو ، أنه في القرن العشرين ، أدت التطورات الهندسية الأكثر أهمية – عربات الترام ومترو الأنفاق ، والبناء ذو ​​الإطارات الفولاذية ، ومحركات الاحتراق الداخلي والمصاعد – إلى ظهور المدن الكبرى. المناطق التي انتشرت إلى الخارج وارتفعت إلى أعلى.

ومع ذلك ، منذ الستينيات ، حولت الثورة في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICT) – من أجهزة الكمبيوتر المركزية القديمة والتلفزيون الكبلي إلى الهواتف الذكية 5G والألياف عالية النطاق – حولت المدن إلى محاور شبكية كثيفة حيث يتم نسج التفاعلات الرقمية في كل جانب تقريبًا من حياة المدينة.

تعد تقنية المدن الذكية ، وهي منتج ثانوي لثورة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، فئة شاملة للغاية وغير متبلورة. القاسم المشترك الوحيد هو أن هذه التقنيات مصممة لجمع وتوليف البيانات الرقمية الناتجة عن جميع أنواع الأنشطة الحضرية – حافلات مجهزة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) تتحرك عبر شوارع المدينة ، وأنماط في سجلات فحص المباني الرقمية ، واستهلاك الطاقة ، وتعليقات المقيمين عبر الإنترنت على موافقات التخطيط وما إلى ذلك. على. الهدف الظاهري هو تشغيل كل تلك البيانات وحل مجموعة من المشكلات الحضرية – “التحسين” ، كما يقول المطلعون على تقنية المدن الذكية.

يمكن للمرء أن يفكر في أنظمة المدن الذكية على أنها تقنيات تراقب أو تستمع إلى ما يحدث في المناطق الحضرية ، ثم تحول تلك الملاحظات إلى أفعال. ولكن بينما نعيش في عالم فائق السرعة من الاتصالات عالية السرعة ، يجب أن تتغلب تقنيات المدن الذكية الفعالة على ما يسمى بمشكلة الكمون – التأخر بين جمع المعلومات على مستوى الأرض والعمل على أساسها – والأخطاء أو الفيروسات التي تجد طريقها دائمًا إلى أي نظام يحركه الكمبيوتر.

يقول ميلر إن هذه التقنيات “تدور حول إنشاء حلقات أكثر وأفضل للتعليقات ، على افتراض أنها ستؤدي إلى نتائج أفضل”. لكنه يضيف أن المدن عبارة عن “أنظمة أنظمة” شديدة التعقيد مليئة بالبشر الذين لا يستجيبون بالضرورة بشكل منطقي أو متوقع للعالم من حولهم. يقول ميلر: “السؤال المركزي هو التفاعل بين الأنظمة التكنولوجية والأنظمة البشرية”.

 

تم بناء أنظمة المدن الذكية باستخدام مجموعة متنوعة ومتنامية باستمرار من اللبنات التكنولوجية: الأجهزة والبرامج ومستودعات البيانات القائمة على السحابة والشبكات الخلوية وخوارزميات الذكاء الاصطناعي وما إلى ذلك. تعمل المكونات على التدرج الكامل من تطبيقات الهواتف الذكية وأجهزة الاستشعار الرخيصة إلى محاور تحكم بملايين الدولارات. استخدم البعض مصطلح “everyware” لوصف انتشارها في كل مكان.

في حين أن الكثير من تقنيات المدن الذكية تم تصميمها وشرائها من قبل الحكومات المحلية أو الإقليمية ، يمكن أيضًا العثور على هذه الأنظمة في أماكن ومرافق الرعاية الصحية ، بالإضافة إلى بيئات القطاع الخاص ، مثل مباني المكاتب “الذكية”.

يركز الكثير منها على تطبيقات الأمن والتنقل الحضري ، في حين أن تطبيقات أخرى – على سبيل المثال ، الخرائط أو التأجير قصير الأجل أو تطبيقات التوصية – ليست موجهة إلى البلديات في حد ذاتها ولكن تبين أن لها آثارًا بعيدة المدى على الطرق التي تتبعها المدن بالفعل وظيفة. لا يزال البعض الآخر مبنيًا باستخدام أشكال مختلفة من المعلومات الصادرة عن البلديات من خلال بوابات البيانات المفتوحة – كل شيء بدءًا من لوائح تقسيم المناطق وخطوط الملكية إلى إشارات GPS على مركبات النقل.

فيما يلي نظرة عامة على بعض المكونات الأساسية:

مجسات

هذه هي اللبنات الأساسية لأنظمة المدن الذكية – أجهزة غير مكلفة وصغيرة الحجم (بحجم قبضة اليد أو أصغر) يمكن تثبيتها على جميع أنواع الكائنات التي تتراوح من أعمدة المرافق والحافلات إلى أنابيب المياه والجسور. يمكنهم جمع قراءات عن جودة الهواء والاهتزازات وأحمال الركاب وأحجام حركة المرور وأنابيب التسريب وحتى التركيب الكيميائي لمياه الصرف الصحي ، حيث يمكنهم اكتشاف كميات ضئيلة من المخدرات أو المتفجرات التي تجد طريقها إلى المصارف المحلية.

تم تجهيز المستشعرات بأجهزة إرسال لاسلكية صغيرة لإرسال القراءات لاسلكيًا ، مع تحويل الإشارات في النهاية إلى مراكز التحكم التي تراقب أنظمة المياه أو المرافق المحلية وتستخدم هذه البيانات في الوقت الفعلي لإدارة المشكلات.

في فيلادلفيا ، على سبيل المثال ، قامت المدينة قبل عقد من الزمن بتركيب صناديق نفايات “Big Belly” مزودة بأجهزة استشعار تدعم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والتي تكتشف متى يجب إفراغ الصناديق. يقول كارلتون ويليامز ، مفوض الشوارع في فيلادلفيا ، إن الأجهزة تسمح للبلدية بتوجيه شاحنات القمامة بشكل أكثر كفاءة – أي أنها تلتقط فقط من الصناديق الممتلئة – وقد تم تقليص عدد أطقم العمل في بعض الطرق ، مع توفير 600 ألف دولار سنويًا. كما أدى تقليل عدد الشاحنات إلى تقليل الازدحام. يقول: “نعتقد أنه نجاح كبير”.

ما هو واضح هو أن أداة غير مكلفة تعيش داخل صناديق القمامة البلدية يمكن أن تغير مستويات التوظيف المحلية وسرعات حركة المرور في وسط المدينة.

الفيديو الرقمي والتعرف على الوجه

إن وجود عشرات الآلاف من كاميرات الدوائر التلفزيونية المغلقة (CCTV) في شوارع المدينة وفي جميع أنواع المباني أو في الأماكن العامة ليس بالأمر الجديد ،

ولكن هذه الأجهزة أصبحت أصغر وأرخص وأقل ثباتًا وأكثر انتشارًا في مجموعة من إعدادات. على سبيل المثال ، تسمح أجراس الباب الرقمية المزودة بعدسات كاميرا عين السمكة ، وبعضها من صنع جوجل وأمازون ، لأصحاب المنازل باستخدام الهواتف الذكية لمشاهدة قراصنة الشرفة.
أصبح التعرف على الوجه منتشرًا بشكل متزايد في بعض المناطق. في الصين ، تم نشر برامج المراقبة والدوائر التلفزيونية المغلقة في كل مكان وبرامج التعرف على الوجه المتقدمة كجزء من عمليات الأمن والاستخبارات للحكومة الشيوعية. تم تطوير بعض الأنظمة من قبل شركات خاصة مثل Clearview ، وهو نظام للتعرف على الوجه يعتمد على الهواتف الذكية ، و Sense Time ، وهي شركة صينية تعمل بالذكاء الاصطناعي تشمل مستثمريها Alibaba Group و Qualcomm ، وهي شركة أمريكية لصناعة الرقائق.

بالصور.. أكثر 5 مدن ذكاء واستدامة في العالم

في بعض الولايات القضائية ، تم تجهيز الشرطة بكاميرات يرتديها الجسم وسيارات الشرطة بكاميرات dashcams تسجل التفاعلات وتحميل الفيديو. يتم تزويد الطائرات بدون طيار ، وهي رخيصة الثمن وغير منظمة بشكل متزايد ، بفيديو عالي الدقة. يمكن استخدامها في كل شيء بدءًا من قوائم العقارات ومراقبة الشقوق أو فقد الطاقة على الجوانب الخارجية للمباني العالية إلى عمليات البحث عن الأشخاص المفقودين. في المملكة المتحدة ، تستخدم طائرات الشرطة بدون طيار برنامج التعرف على الوجه للمساعدة في هذا الأخير.

يتم لصق الكاميرات المتخصصة على المركبات لاستخدامها في تطبيقات الخرائط التي تتجاوز التجوّل الافتراضي من Google. على سبيل المثال ، تعمل Mobileye ، وهي شركة إسرائيلية عامة مملوكة لشركة Intel ، مع شركات تصنيع السيارات لتركيب كاميرات متخصصة على الزجاج الأمامي للشاحنات أو الحافلات. تسجل الكاميرات كل ما هو موجود في الشارع ، ويتم تحميل الفيديو المتدفق باستمرار إلى قاعدة بيانات الخرائط القائمة على السحابة. يمكن الوصول إلى هذه الخرائط لاسلكيًا عن طريق المركبات الذاتية التي تحتاج إلى معلومات في الوقت الفعلي

إنترنت الأشياء

الأشياء التي لها اتصالات لاسلكية بالإنترنت ، والتي تشكل ما يسمى بـ “إنترنت الأشياء” (IoT) ، تشمل الأجهزة التي لا علاقة لها بالمدن الذكية: فُرَش الأسنان الكهربائية المتصلة بالبلوتوث مع التطبيق المصاحب ، وأجهزة مراقبة الجلوكوز لمرضى السكري ، ثلاجات ذكية ، إلخ.

 

تعتمد أنظمة المدن الذكية بشكل متزايد على مجموعة النشر المكثف لأجهزة الاستشعار المتصلة بإنترنت الأشياء. تسمح هذه الشبكات للمسؤولين بمراقبة الاهتزازات عن بعد على الجسور أو مديري العقارات لتتبع الأنظمة الميكانيكية في مباني المكاتب الذكية.

وفقًا لمسح أجري في أغسطس 2020 لـ 50 مدينة عالمية بواسطة IoT Analytics ، تشمل التطبيقات الحضرية الأكثر انتشارًا وسائل النقل العام المتصلة وحركة المرور والفيضانات والطقس ومراقبة الفيديو وإضاءة الشوارع وأجهزة استشعار جودة الهواء.

ومع ذلك ، فإن إنترنت الأشياء في الأماكن العامة يثير قضايا حرجة حول الأمن – هل هذه الأجهزة الصغيرة وغير المكلفة مرتبطة لاسلكيًا بشبكات رقمية واسعة النطاق عرضة للقرصنة؟ – بالإضافة إلى الخصوصية ، أو ما يصفه روزنر بـ “الحق في التعتيم”. المسألة هي المراقبة. كلما زاد عدد أجهزة الاستشعار ، زادت المراقبة “.

المنصات على مستوى المؤسسة

كانت شركات الشبكات ومنصات البرامج العالمية ، مثل Cisco و IBM و SAS ، من بين أوائل من استخدموا علامة “المدينة الذكية” التجارية كنقطة بيع ، ولا سيما للحكومات المحلية والإقليمية (يوجد ما يقرب من 600000 بلدية في جميع أنحاء العالم).

 

في حين أن هذه الشركات الكبيرة وعدت العملاء بعمليات أكثر فعالية من حيث التكلفة أو الاستعانة بمصادر خارجية للخدمات الفنية مثل معالجة المدفوعات ، فإن دخولها يتأثر بخطاب التمدن التقدمي.

حذر النقاد من أن ما يسمى بأحكام “قفل البائع” في اتفاقيات الخدمة جعلت أنظمة الملكية الخاصة بالشركات صعبة الإزالة ، أو في بعض الحالات ، زيادتها ببرامج من شركات أخرى.

في بعض الحالات ، يتمثل العرض التقديمي لمديري تكنولوجيا المعلومات بالبلديات في أنه إذا استثمروا بكثافة في النظام الأساسي ، فمن المنطقي تحقيق أقصى استفادة منه عن طريق إضافة وظائف تتقاطع مع مجموعة من أقسام المدينة. يتحسن عائد الاستثمار إذا استثمر العملاء في تطبيقات متعددة ، مثل شبكة الإضاءة الذكية وتطبيق مواقف السيارات في الشوارع ، يقول ديل وايت ، المدير العالمي السابق لشركة Cisco للمجتمعات الذكية والمتصلة ، لجمهور صغير في كشك الشركة Smart City Expo في برشلونة. . “في كل مرة تضيف فيها حالة استخدام ، يتحسن عائد الاستثمار ”

مستقبل المدن الذكية يبدأ من بنية تحتية سليمة

تذهب الشركات الأخرى إلى أبعد من ذلك ، حيث تخبر البلديات كيف ستمكّن أنظمة المؤسسات هذه الوظائف الحضرية الأساسية ، من التحكم في حركة المرور والعبور إلى استهلاك الطاقة وجودة الهواء ، للعمل بأقصى كفاءة. يقول رولاند بوش ، نائب الرئيس التنفيذي لشركة Siemens AG ، العملاق الهندسي الألماني الذي يروج لإنشاء “نظام تشغيل” مركزي للمدينة قادر على دمج جميع أنواع البنية التحتية الحضرية في وحدة واحدة: “هناك طرق يمكننا من خلالها تحسين المدينة في المستقبل”. “النظام البيئي.”

حققت بعض المدن هذه القفزة. استثمرت بلدية هال بشمال إنجلترا في “منصة المدينة الذكية” التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي والتي تشمل أجهزة الكشف عن أماكن وقوف السيارات ، وأجهزة استشعار جودة الهواء ، وصناديق القمامة الذكية ، وعدادات المرور ، والفيديو الرقمي لتتبع جودة الطريق ، مع انتقال البيانات عبر شبكة 5G . يصف فرقان الأمغير ، الرئيس التنفيذي لشركة Connexin ، التي تم التعاقد معها لتركيب وتشغيل كل هذه التكنولوجيا ، الشركة بأنها “عامل تمكين”. “لسنا أصحاب البيانات. البيانات ملك للأشخاص والمدينة “.

كابل ألياف ضوئية عالي السرعة وشبكات 5G لاسلكية

في المدن الكبرى حول العالم ، تمتلئ أنفاق المرافق الموجودة أسفل الشوارع بنوع من كبلات الألياف الضوئية ذات النطاق العريض التي تتيح تطبيقات البيانات الثقيلة ، من الألعاب متعددة اللاعبين عبر الإنترنت إلى دفق الفيديو في الوقت الفعلي.

بالإضافة إلى ذلك ، تقوم شركات الاتصالات العملاقة بتركيب ما يسمى بشبكات 5G اللاسلكية في عدد متزايد من المناطق الحضرية الكبيرة. تستخدم تقنية 5G – التي أنتجت توترات جيوسياسية (على هواوي) ونظريات المؤامرة التي تغذيها الأوبئة – ترددات لاسلكية أقل ، مما يسمح للشبكات باستيعاب أحجام بيانات أعلى بكثير مما هو ممكن حاليًا. والمقايضة هي أن شبكات 5G تحتاج إلى تركيز أكثر كثافة من الأبراج الخلوية وأجهزة الإرسال.

بالنسبة للعديد من تطبيقات المدن الذكية ، يمكن أن تكون 5G عاملاً مغيرًا لأن هذه الشبكات تسمح لكميات هائلة من البيانات بالتحرك بسرعة عبر الشبكات اللاسلكية مع ما يسمى “زمن الوصول المنخفض” ، مما يعني انقضاء وقت قليل جدًا بين اكتشاف الإشارة والاستجابة لها تم إنشاؤه في نظام كمبيوتر بعيد.

 

أنظمة الطاقة الذكية

لطالما جادل المدافعون عن المدن الذكية بأن إحدى الفوائد الرئيسية لهذه التقنيات تتضمن تحسين الاستدامة الحضرية وتقليل استهلاك الطاقة وتحويله من المصادر كثيفة الكربون إلى مصادر الطاقة المتجددة. يستخدم عدد متزايد من المرافق تقنيات ، مثل العدادات الذكية وتسعير فترة الذروة ونظام إدارة الأحمال ، والتي تسمح لكبار المستهلكين ، مثل مباني المكاتب ، بإجراء تعديلات طفيفة تلقائيًا على مستويات التدفئة وتكييف الهواء كوسيلة لتقليل إجمالي استهلاك الطاقة.

العديد من البلديات ، بدورها ، تستثمر في أضواء الشوارع الذكية التي يتم التحكم فيها مركزيًا. تستخدم هذه الأجهزة ، المُثبتة على أعمدة الكهرباء ، مصابيح LED منخفضة الطاقة بدلاً من المصابيح التقليدية. تتميز بتكاليف صيانة أقل لأنها تدوم لفترة أطول ، وبعض الأنظمة مبرمجة للتكيف تلقائيًا مع الإضاءة المحيطة ، مما يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة. تحتوي بعض النماذج التجارية على مستشعرات أخرى وحتى مقاطع فيديو مدمجة ، مما يحولها من بواعث ثابتة للإضاءة الليلية إلى أدوات جمع البيانات المصروفة.

في المناطق التي تعزز استخدام الألواح الشمسية الكهروضوئية ، تسمح العدادات ثنائية الاتجاه بتدفق الطاقة المتولدة على السطح إلى الشبكة. يقوم عدد متزايد من مالكي المنازل بتركيب منظمات حرارة ذكية تستخدم أجهزة استشعار لإعادة ضبط مستويات التدفئة أو التبريد باستمرار. هذه الأجهزة مزودة بتقنية Wi-Fi بحيث يمكن إدارتها من تطبيق هاتف ذكي. كما تسمح شركات منظم الحرارة الذكية مثل Ecobee للمستخدمين “بالتبرع” لاسلكيًا ببيانات استخدام الطاقة الخاصة بهم للعلماء الذين يدرسون أداء المباني.

تقنيات النقل الذكية

كانت بعض أقدم أنظمة المدن الذكية هي مراكز التحكم في حركة المرور التي طورتها شركة IBM وشركات أخرى لعملاء البلدية. تجمع أنظمة الكمبيوتر هذه بين الفيديو وقراءات تدفق حركة المرور من “حلقات” الكشف عن الوزن المدمجة في الرصيف ، ومؤخراً ، معلومات GPS حول مركبات النقل العام لإنشاء عرض في الوقت الفعلي لظروف الطريق والازدحام. ما يسمى بـ “أنظمة النقل الذكية” – أي “نظام المرور التكيفي المنسق في سيدني” ، الذي تم تطويره في نيو ساوث ويلز ، أستراليا ، في أوائل التسعينيات وتم نشره منذ ذلك الحين في المدن المزدحمة حول العالم – يتحكم تلقائيًا في حركة المرور إشارات بطريقة ديناميكية تستجيب لظروف الطريق.

انتشرت تقنيات أخرى تتعلق بالنقل وتشمل بطاقات العبور الذكية (أي بطاقة السفر Oyster في لندن) إلى أجهزة قراءة لوحات الترخيص ، والتطبيقات التي تعرض طرق العبور والجداول الزمنية في الوقت الفعلي ، وتطبيقات وقوف السيارات والملاحة ومجموعة من أنظمة مشاركة المركبات للسيارات الدراجات والسكوترات ، يمكن الوصول إليها جميعًا عبر الهواتف الذكية.

خلص تحليل أجراه معهد ماكينزي العالمي في 2018 إلى أن الأنظمة الذكية المتعلقة بالنقل قد حققت أكبر مكاسب للمدن. “وجدنا أن هذه الأدوات يمكن أن تقلل الوفيات بنسبة ثمانية إلى 10 في المائة ، وتسريع أوقات الاستجابة للطوارئ بنسبة 20 إلى 35 في المائة ، [و] خفض متوسط ​​التنقل بنسبة 15 إلى 20 في المائة.”

التصور

بينما استخدم المهندسون المعماريون منذ فترة طويلة برامج نمذجة متطورة لتصميم المباني والأماكن العامة ، يتحول المخططون الحضريون إلى التطبيقات ذات الصلة التي تستخدم أدوات تصور البيانات التي طورتها الشركات الناشئة في المدن الذكية. أنشأت بعض الشركات برامج تجمع مجموعات البيانات الضخمة التي تجمعها أجهزة الاستشعار ومصادر أخرى لتوليد ما يسمى بـ “التوائم الرقمية” – تمثيلات ثلاثية الأبعاد مفصلة للغاية لمنطقة حضرية تسمح للمستخدمين بالتكبير والتصغير ووضع الصور المحورية والتنقل لأسفل للعثور على بيانات أكثر تفصيلاً ، على سبيل المثال حول قواعد تقسيم المناطق التي تنطبق على موقع معين.

 

تشير شوشانا ساكس ، الأستاذة المساعدة في الهندسة المدنية في جامعة تورنتو ، إلى نظام مراقبة البنية التحتية الذي تم تطويره بالاشتراك بين ناسا وجامعة باث. الفكرة هي استخدام أجهزة الاستشعار اللاسلكية عن بعد على رادار الأقمار الصناعية لاكتشاف الاهتزازات الهيكلية الدقيقة على الجسور التي قد تشير إلى تفاقم نقاط الضعف. يقوم المسؤولون وأنظمة التحكم بمراقبة المستشعرات بحثًا عن علامات المتاعب. ولكن ، كما لاحظت ، تكمن مشكلة هذه الفكرة في اعتمادها على الأجهزة الرقمية والشبكات اللاسلكية والشبكة الكهربائية. تتساءل ما الذي يمكن أن يحدث إذا انقطعت الطاقة أو فشلت أجهزة الاستشعار في التقاط الاهتزازات الناتجة عن صدع محتمل كارثي؟ كما حذر مراقبو المدن الذكية الآخرون من مخاطر ما يصفه أنتوني تاونسند بأنها تقنيات “عربات التي تجرها الدواب والهشة”.

 

 

إقرأ أيضا:

كيف ستُحوّل تقنية 5G وسائل النقل الذكية بالمدن في 2021؟

 

ولمتابعة أحدث الأخبار الاقصادية اضغط هنا

 

الرابط المختصر :

التعليقات مغلقة.