نظام النقل الذكي

أدت التطورات الحديثة في إلكترونيات المركبات إلى التوجه نحو استخدام عدد أقل من معالجات الكمبيوتر ذات القدرات العالية في المركبات. ففي أوائل العقد الأول من الألفية الثانية، كانت المركبة النموذجية تحتوي على ما بين 20 و100 وحدة تحكم دقيقة / وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة متصلة بشبكة، مع أنظمة تشغيل غير فورية . أما الاتجاه الحالي فيتجه نحو استخدام عدد أقل من وحدات المعالجات الدقيقة ذات التكلفة الأعلى، مع إدارة ذاكرة مادية وأنظمة تشغيل فورية . وتتيح منصات الأنظمة المدمجة الجديدة إمكانية تنفيذ تطبيقات برمجية أكثر تطوراً، بما في ذلك التحكم في العمليات القائم على النماذج ، والذكاء الاصطناعي ، والحوسبة الشاملة . ولعل أهم هذه التقنيات لأنظمة النقل الذكية هو الذكاء الاصطناعي .

تم جمع بيانات "السيارة العائمة" أو "المسبار" من طرق نقل أخرى. وبشكل عام، تم استخدام أربع طرق للحصول على البيانات الأولية:

• طريقة التثليث. في الدول المتقدمة، تحتوي نسبة كبيرة من السيارات على هاتف محمول واحد أو أكثر . تُرسل هذه الهواتف معلومات وجودها دوريًا إلى شبكة الهاتف المحمول، حتى في حال عدم وجود اتصال صوتي. في منتصف العقد الأول من الألفية الثانية، بُذلت محاولات لاستخدام الهواتف المحمولة كأدوات استطلاع مرورية مجهولة المصدر. فمع تحرك السيارة، تتحرك معها إشارة أي هاتف محمول داخلها. ومن خلال قياس وتحليل بيانات الشبكة باستخدام التثليث ، أو مطابقة الأنماط، أو إحصاءات قطاعات الخلايا (بصيغة مجهولة المصدر)، تُحوّل البيانات إلى معلومات عن تدفق حركة المرور . ومع ازدياد الازدحام، يزداد عدد السيارات والهواتف، وبالتالي، تزداد أدوات الاستطلاع. ^{[ 10 ]}

في المناطق الحضرية، تكون المسافة بين الهوائيات أقصر، ومن الناحية النظرية، تزداد الدقة. ومن مزايا هذه الطريقة عدم الحاجة إلى إنشاء بنية تحتية على طول الطريق، إذ يُعتمد فقط على شبكة الهاتف المحمول. لكن عمليًا، قد تكون طريقة التثليث معقدة، لا سيما في المناطق التي تخدم فيها أبراج الهاتف المحمول نفسها مسارين متوازيين أو أكثر (مثل طريق سريع مع طريق جانبي، أو طريق سريع مع خط سكة حديد للركاب، أو شارعين متوازيين أو أكثر، أو شارع يخدم أيضًا خط حافلات). وبحلول أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، بدأ الإقبال على طريقة التثليث بالتراجع.

• إعادة تحديد هوية المركبة. تتطلب طرق إعادة تحديد هوية المركبة مجموعات من أجهزة الكشف المثبتة على طول الطريق. في هذه التقنية، يتم الكشف عن رقم تسلسلي فريد لجهاز داخل المركبة في موقع ما، ثم يُعاد الكشف عنه (إعادة تحديد هويته) في موقع آخر على الطريق. تُحسب أوقات السفر والسرعة بمقارنة وقت الكشف عن جهاز معين بواسطة أزواج من أجهزة الاستشعار. يمكن القيام بذلك باستخدام عناوين MAC من تقنية البلوتوث أو أجهزة أخرى، ^{[ 11 ]} أو باستخدام الأرقام التسلسلية لتقنية RFID من أجهزة الإرسال والاستقبال الخاصة بنظام تحصيل الرسوم الإلكتروني (ETC) (وتُسمى أيضًا "بطاقات الرسوم").
• الأساليب القائمة على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يتزايد عدد المركبات المجهزة بأنظمة ملاحة عبر الأقمار الصناعية ( GPS ) داخل المركبة، والتي تتميز باتصال ثنائي الاتجاه مع مزود بيانات المرور. تُستخدم قراءات الموقع من هذه المركبات لحساب سرعاتها. قد لا تستخدم الأساليب الحديثة أجهزة مخصصة، بل حلولًا تعتمد على الهواتف الذكية باستخدام ما يُعرف بتقنيات الاتصالات عن بُعد 2.0 . ^{[ 12 ]}
• نظام مراقبة متطور يعتمد على الهواتف الذكية. يمكن استخدام الهواتف الذكية المزودة بمستشعرات متنوعة لتتبع سرعة وكثافة حركة المرور. تُراقَب بيانات مقياس التسارع من الهواتف الذكية التي يستخدمها سائقو السيارات لتحديد سرعة حركة المرور وجودة الطريق. كما تُمكّن البيانات الصوتية وبيانات تحديد المواقع عبر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من الهواتف الذكية من تحديد كثافة حركة المرور والاختناقات المرورية المحتملة. وقد طُبِّق هذا النظام في بنغالور، الهند، كجزء من نظام بحثي تجريبي يُدعى "نيريسل" . ^{[ 13 ]}

توفر تقنية بيانات السيارات العائمة مزايا مقارنة بأساليب قياس حركة المرور الأخرى:

• أقل تكلفة من أجهزة الاستشعار أو الكاميرات
• تغطية أوسع (قد تشمل جميع المواقع والشوارع)
• أسرع في الإعداد وأقل صيانة
• يعمل في جميع الظروف الجوية، بما في ذلك الأمطار الغزيرة.

ساهمت التطورات التكنولوجية في مجال الاتصالات وتكنولوجيا المعلومات، إلى جانب أحدث تقنيات الرقائق الدقيقة، وتقنية تحديد الهوية بترددات الراديو ( RFID )، وتقنيات الاستشعار الذكية منخفضة التكلفة ، في تعزيز القدرات التقنية التي ستُسهم في تعزيز سلامة سائقي المركبات في أنظمة النقل الذكية عالميًا . وتعتمد أنظمة الاستشعار لأنظمة النقل الذكية على شبكات تربط المركبات والبنية التحتية، أي تقنيات المركبات الذكية. وتُعدّ مستشعرات البنية التحتية أجهزة متينة (مثل العواكس الضوئية على الطرق) تُثبّت أو تُدمج في الطريق أو محيطه (على سبيل المثال، على المباني والأعمدة واللوحات الإرشادية)، حسب الحاجة، ويمكن نشرها يدويًا أثناء أعمال الصيانة الوقائية للطرق أو بواسطة آلات حقن المستشعرات لنشرها بسرعة. وتشمل أنظمة استشعار المركبات نشر إشارات إلكترونية بين البنية التحتية والمركبات، وبين المركبات والبنية التحتية، لأغراض الاتصال والتعريف، وقد تستخدم أيضًا تقنيات التعرف التلقائي على لوحات أرقام المركبات عبر الفيديو أو تقنيات الكشف عن البصمة المغناطيسية للمركبات على فترات زمنية محددة لزيادة المراقبة المستمرة للمركبات العاملة في المناطق الحيوية حول العالم.

الكشف عن الحلقة الاستقرائية

يمكن وضع حلقات حثية في الطريق لرصد المركبات أثناء مرورها عبر مجالها المغناطيسي. تقوم أبسط أجهزة الكشف بحساب عدد المركبات التي تمر فوق الحلقة خلال فترة زمنية محددة (عادةً 60 ثانية في الولايات المتحدة )، بينما تُقدّر أجهزة الاستشعار الأكثر تطورًا سرعة المركبات وطولها ونوعها والمسافة بينها. يمكن وضع الحلقات في مسار واحد أو عبر عدة مسارات، وهي تعمل مع المركبات البطيئة جدًا أو المتوقفة، وكذلك مع المركبات التي تتحرك بسرعات عالية.

في عام ٢٠١٥، أصدر الاتحاد الأوروبي قانونًا يُلزم مصنعي السيارات بتجهيز جميع السيارات الجديدة بنظام eCall ، وهي مبادرة أوروبية تُساعد سائقي السيارات في حالة وقوع تصادم. ^{[ ١٩ ]} يتم إنشاء مكالمة eCall داخل السيارة إما يدويًا من قِبل ركابها أو تلقائيًا عبر تفعيل أجهزة الاستشعار داخل السيارة بعد وقوع حادث. ^{[ ٢٠ ]} عند التفعيل، يُجري جهاز eCall داخل السيارة مكالمة طوارئ تحمل الصوت والبيانات مباشرةً إلى أقرب مركز طوارئ ^{[ ٢٠ ]} (عادةً أقرب مركز استقبال بلاغات الطوارئ E1-1-2 ). تُمكّن المكالمة الصوتية ركاب السيارة من التواصل مع مُشغل eCall المُدرّب. في الوقت نفسه، يتم إرسال الحد الأدنى من البيانات إلى مُشغل eCall الذي يتلقى المكالمة الصوتية.

تتضمن مجموعة البيانات الأساسية معلومات حول الحادث، بما في ذلك الوقت والموقع الدقيق واتجاه سير المركبة وهويتها. ويهدف نظام eCall الأوروبي الشامل إلى أن يكون متاحًا كخيار قياسي في جميع المركبات الجديدة المعتمدة. وبحسب الشركة المصنعة لنظام eCall، قد يكون النظام قائمًا على الهاتف المحمول (اتصال بلوتوث بواجهة داخل المركبة)، أو جهاز eCall مدمجًا، أو وظيفةً ضمن نظام أوسع نطاقًا كنظام الملاحة أو نظام الاتصالات عن بُعد أو نظام تحصيل الرسوم. ومن المتوقع أن يُطرح نظام eCall، في أقرب وقت، بحلول نهاية عام 2010، رهناً بموافقة المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات والتزام الدول الأعضاء الكبرى في الاتحاد الأوروبي، مثل فرنسا والمملكة المتحدة.

يعمل مشروع SafeTRIP، الممول من المفوضية الأوروبية، على تطوير نظام نقل ذكي مفتوح المصدر من شأنه تحسين السلامة على الطرق وتوفير اتصال موثوق عبر استخدام الاتصالات الفضائية في نطاق التردد S. وستتيح هذه المنصة تغطية أوسع لخدمة الاتصال في حالات الطوارئ داخل الاتحاد الأوروبي.

تلعب أنظمة النقل الذكية دورًا محوريًا في رقمنة النقل العام، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة التشغيلية وتحسين تجربة الركاب. ^{[ 21 ]} وتركز التطبيقات الرئيسية على توفير معلومات أفضل للمستخدمين وتبسيط العمليات.

يُعدّ توفير معلومات الركاب في الوقت الفعلي (RTPI) أحد أكثر التطبيقات شيوعًا . تستخدم هذه الأنظمة أجهزة تتبع GPS في مركبات النقل العام لمراقبة مواقعها وسرعتها باستمرار. ثم تُستخدم هذه البيانات لحساب وتقديم تنبؤات دقيقة بأوقات الوصول والمغادرة للركاب عبر تطبيقات الهاتف المحمول أو شاشات العرض في محطات الحافلات. ^{[ 22 ]}

يُعدّ نظام التذاكر الإلكترونية مجالًا هامًا آخر للتحول . إذ تُتيح أنظمة الدفع والتحقق الرقمية، التي غالبًا ما تستخدم البطاقات الذكية أو تطبيقات الهاتف المحمول، تجربةً أكثر سهولةً للمسافرين. ويمكن تطوير هذه الأنظمة لتصبح منصات تذاكر متكاملة تُتيح التنقل السلس بين مختلف وسائل النقل (مثل الحافلات والقطارات والعبارات)، وحتى بين مدن أو مناطق مختلفة، كما هو الحال في الأنظمة الوطنية مثل نظام إستونيا. ^{[ 23 ]} كما تُمكّن البيانات المُجمّعة من تطبيقات أنظمة النقل الذكية هذه هيئات النقل من تحليل أنماط السفر بشكل أفضل، وتحسين المسارات، والارتقاء بتخطيط الخدمات بشكل عام.

يُستخدم نظام كاميرات مراقبة المرور، الذي يتألف من كاميرا وجهاز مراقبة المركبات ، لرصد وتحديد المركبات التي تتجاوز السرعة المحددة أو أي متطلبات قانونية أخرى على الطريق، وتحرير مخالفات مرورية تلقائية بناءً على رقم لوحة الترخيص. تُرسل المخالفات المرورية عبر البريد. تشمل التطبيقات ما يلي:

• كاميرات مراقبة السرعة التي تحدد المركبات التي تتجاوز السرعة القانونية . تستخدم العديد من هذه الأجهزة الرادار لرصد سرعة المركبة أو حلقات كهرومغناطيسية مدفونة في كل مسار من مسارات الطريق.
• كاميرات مراقبة الإشارات الضوئية الحمراء التي ترصد المركبات التي تعبر خط التوقف أو مكان التوقف المحدد أثناء ظهور إشارة المرور الحمراء.
• كاميرات مراقبة مسارات الحافلات التي تحدد المركبات التي تسير في المسارات المخصصة للحافلات . في بعض المناطق، يمكن أيضاً استخدام مسارات الحافلات من قبل سيارات الأجرة أو المركبات المشاركة في خدمة النقل المشترك .
• كاميرات مراقبة عند معابر السكك الحديدية لتحديد المركبات التي تعبر السكك الحديدية بشكل غير قانوني.
• كاميرات ذات خطوط بيضاء مزدوجة لتحديد المركبات التي تعبر هذه الخطوط.
• كاميرات مراقبة مسارات المركبات عالية الإشغال التي تحدد المركبات التي تنتهك متطلبات مسارات المركبات عالية الإشغال.

بدأت بعض السلطات القضائية مؤخرًا بتجربة حدود السرعة المتغيرة التي تتغير تبعًا لازدحام الطرق وعوامل أخرى. وعادةً ما تنخفض هذه الحدود في ظروف الطرق السيئة، بدلًا من أن ترتفع في الظروف الجيدة. ومن الأمثلة على ذلك الطريق السريع M25 في بريطانيا ، الذي يحيط بلندن. ففي أكثر أقسام الطريق ازدحامًا ، والذي يبلغ طوله 23 كيلومترًا ( من التقاطع 10 إلى 16)، تُطبق حدود السرعة المتغيرة مع نظام إنفاذ آلي منذ عام 1995. وقد أشارت النتائج الأولية إلى توفير في أوقات الرحلات، وانسيابية حركة المرور، وانخفاض في عدد الحوادث، ما دفع السلطات إلى اعتماد هذا النظام بشكل دائم في عام 1997. إلا أن التجارب اللاحقة على الطريق M25 لم تُثبت حتى الآن فعاليتها. ^{[ 24 ]} 

قامت اليابان بتركيب أجهزة استشعار على طرقها السريعة لإخطار سائقي السيارات بوجود سيارة متوقفة في الأمام. ^{[ 25 ]}

أصبحت شركات تشغيل شبكات الهاتف المحمول لاعباً رئيسياً في سلاسل القيمة هذه (إلى جانب توفير الاتصال فقط). ويمكن استخدام تطبيقات مخصصة لقبول المدفوعات عبر الهاتف المحمول ، وتوفير تحليلات البيانات وأدوات الملاحة، وتقديم الحوافز والخصومات، والعمل كوسيط للتجارة الرقمية .

تتطلب نماذج التنقل الجديدة هذه مرونة عالية في تحقيق الدخل وقدرات متقدمة في إدارة الشركاء. تتيح منصة مرنة للتسويات والفواتير مشاركة الإيرادات بسرعة وسهولة، وتوفر تجربة عملاء أفضل بشكل عام . بالإضافة إلى تحسين الخدمة، يمكن مكافأة المستخدمين بخصومات ونقاط ولاء ومكافآت، والتفاعل معهم عبر التسويق المباشر .

في المدن المتوسطة في كولومبيا، حيث تُطبَّق أنظمة النقل العام الاستراتيجية، يجب أن تعمل شبكات النقل الحضري وفق معايير تُحسِّن جودة تقديم الخدمات. وتتمثل العديد من التحديات التي تواجه أنظمة النقل في هذه المدن في زيادة عدد الركاب المنقولين عبر النظام، واعتماد التقنيات اللازمة لإدارة أساطيل النقل العام والتحكم بها. ^{[ 31 ]} ويتطلب تحقيق ذلك أنظمة استراتيجية تُدمج حلولًا قائمة على أنظمة النقل الذكية وتقنيات المعلومات والاتصالات لتحسين التحكم في الأسطول وإدارته، وتحصيل الأجرة إلكترونيًا، والسلامة المرورية، وتوفير المعلومات للمستخدمين. ^{[ 32 ]} وتشمل الوظائف التي تُغطيها التكنولوجيا في أنظمة النقل هذه: جدولة الأسطول؛ وتحديد مواقع المركبات وتتبعها؛ والتخزين السحابي للبيانات التشغيلية؛ والتوافق مع أنظمة المعلومات الأخرى؛ ومركزية العمليات؛ وحساب عدد الركاب؛ والتحكم في البيانات وعرضها. ^{[ 33 ]}