Table of Contents
فالاحتقار الحضري يمثل تحديا عالميا متصاعدا، وقدر تقرير حركة التنقل الحضري الصادر عن معهد تكساس للحركة الحضرية في عام 2023 أن الازدحام قد تسبب في فقدان متوسط المسافر الأمريكي 51 ساعة في السنة، مما يكلف اقتصاد الولايات المتحدة أكثر من 179 بليون دولار في شكل وقود وإنتاجية مهدرة، ومن أجل مكافحة هذا، يتحول المخططون الحضريون وسلطات النقل بشكل متزايد إلى نهج نظام المعلومات الجغرافية - ليس فقط كمساعدة للملاحة، بل كمدخل حقيقي في تدفق حركة المرور.
أهمية البيانات المتعلقة بالنظام العالمي لتحديد المواقع في إدارة حركة المرور في المناطق الحضرية
وقد اعتمد نموذج الحركة التقليدي على مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تعمل على إحداث حلقات مدمجة في الطرق البرية، والأنابيب المتحركة، والعدادات اليدوية للمركبات، والدراسات الاستقصائية التي تجرى في وقت ما على أساس الكاميرا، وهذه الأساليب لا توفر سوى صورة سريعة ضيقة ثابتة من ظروف المرور، وهي عادة ما تستكمل على فترات زمنية تتراوح بين دقائق وساعات، وتكافح من أجل استخلاص تعقيد الشبكات الحضرية - الآثار المترتبة على مرور ساعة واحدة على حدوث حادث واحد، والتدفقات.
وتوفر بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع بديلاً أكثر ثراءً من حيث الجوهر، حيث يولد كل جهاز من الأجهزة التي تستخدم النظام العالمي لتحديد المواقع تدفقاً مستمراً من الزمانات المأهولة و الإحداثيات الطويلة، وعندما تتجمع هذه البيانات بين آلاف أو ملايين الأجهزة، ترسم هذه البيانات صورة عالية الاستبانة وعمق على نطاق المدينة لحركات المركبات، وبدلاً من معرفة أن حركة المرور ثقيلة على امتداد خمسة أميال، يمكن أن يميز نموذج الموقع الحقيقي المكون فيه مقسماً.
How GPS Data Enhances Traffic Flow Models
ولا تكمن قيمة بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع في الحجم فحسب بل في قدرتها على تغذية طبقات متعددة من نماذج حركة المرور، ويتطلب كل تطبيق أساليب تجهيز مختلفة، بل إنه يخلق مجتمعا نظاما إيكولوجيا قويا للتنقل الحضري على النحو الأمثل.
رصد حركة المرور في الوقت الحقيقي وكشف الحوادث
أما الفائدة الأكثر إلحاحا من بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع فهي رصد حركة المرور في الوقت الحقيقي، إذ إن تجهيز بيانات المركبات - السرعة المجهولة وقراءات المواقع من مركبات الأسطول، والسيارات، وشاحنات التسليم، ومراكز إدارة النقل - المسافرين لا يمكن إلا أن يستكمل خرائط السرعة كل دقيقة إلى خمس دقائق، وفي مدن مثل برشلونة وسنغافورة، تكشف هذه النظم عن حوادث )الحوادث، والمركبات المعطلة، والحطام( عن طريق تحديد مسارات السريعة
إن إحداثيات نظام تحديد المواقع المتقدّم لها أهميتها الأساسية هنا، وكثيرا ما تكون إحداثيات نظام تحديد المواقع السريع قد أُخطِطت بـ 5-15 مترا، وفي أغطية حضرية كثيفة (بين سبيكاكرابرز)، يمكن أن تُنَزَّز الإشارات وتتدهور، وتُحدّد كل نقطة من نقاط تحديد المواقع إلى الجزء الأكثر احتمالا من الطرق باستخدام نماذج لوحة مفاتيح الإنجيل المحتوية على علامات الارتداد (HMs) التي تنظر في قيود على سرعة.
الروث الديناميكي والملاحة
وتدير نماذج حركة المرور التي تستخدمها الشبكة العالمية لتحديد المواقع نظم التوجيه في الطرق التي تستخدمها منابر مثل خرائط غوغل وواز وخرائط آبل، وتعيد هذه النظم باستمرار إعادة تحديد المسارات المثلى استنادا إلى أوقات السفر الحالية والمتوقعة، وتعتمد النماذج الأساسية على بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع التاريخية والحقيقية لتقدير أوقات السفر في كل جزء من أجزاء شبكة الطرق، وعند حدوث ارتفاعات في الازدحام، ينشر النموذج التأخير في المستقبل.
ولكن المسار الدينامي ليس فقط بالنسبة للأجهزة الاستهلاكية، فالمدن تستخدم الآن بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع لتشغيل نظم مراقبة حركة المرور التكييفية، وفي مشاريع مثل مبادرة أوتاه " حركة المرور الملاحية " الأوروبية، تعدل إشارات المرور توقيتها استنادا إلى تقديرات طول الطوابع وأنماط وصول المركبات المستمدة من بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع، مما يقلل من حركة المرور والشحن، ويخفض استهلاك الوقود من خلال الهياكل الأساسية، ويحسن الممرات.
التحليلات الافتراضية والتخطيط الطويل الأجل
بيانات تاريخية عن النظام العالمي لتحديد المواقع، عندما تتراكم على مدى أسابيع وشهور وسنين، تكشف عن أنماط زمنية متكررة: الذروة اليومية للرحلات السياحية الموسمية، أو أثر العطلات المدرسية، أو أثر الأحداث الرئيسية مثل الحفلات الموسيقية أو الألعاب الرياضية، ومن خلال إطعام هذه البيانات إلى نماذج للتعلم الآلي مثل الشبكات العصبية المتكررة أو توقعات المستقبل التي تنطوي على آثار مؤثرة على حركة المرور.
كما أن النماذج الافتراضية تدعم الإدارة الاستباقية لحركة المرور، فإذا ما تنبؤ نموذجي بأن التبادل الحري سيتجاوز القدرة بنسبة 115% بعد ظهر يوم الجمعة، يمكن للمراقبين أن ينشطوا قياسات المصابيح المخططة مسبقا، وأن ينشروا إشارات متغيرة للرسالة، وأن ينسقوا مع النقل العام لإضافة مسارات للحافلات الخارجية، وهذا التحول من الآن إلى توقع حدوث تغير في النموذج في التنقل الحضري.
تخطيط الهياكل الأساسية والاستثمار
وتسترشد بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع بقرارات الاستثمار الرأسمالي، إذ تتطلب الدراسات الاستقصائية التقليدية لتحديد المنشأ إجراء مقابلات مادية على جانب الطريق أو مطابقة لوحات الترخيص، وهي مُكلفة ومحدودة في نطاقها، واليوم، تنتج مسارات النظام العالمي لتحديد المواقع غير المُسمَّى عنها من مركبات الأسطول والهواتف الذكية مصفوفات عالية الاستبانة لمناطق العاصمة بأكملها، ويمكن للمخططين أن يحددوا أكثر ممرات استخداما، ويقيِّنَسَسَتَتَتَتَتَ الطريق الجديدَةَة.
وفي دراسة أجريت في عام 2021 من قبل جامعة كاليفورنيا، بيركلي، استخدم الباحثون بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع من خدمة لتوصيل المركبات لتقييم آثار المرور التي تترتب على سياسات " إدارة السيارات " في وسط مدينة سان فرانسيسكو، ووجدوا أن مناطق التحميل المخصصة قد خفضت من عدد سيارات السيارات بمقدار 35 في المائة، كما أن بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع أتاحت لهم تقدير الخفض الموازي في وقت السفر في الشوارع المحيطة، وهذه القرارات القائمة على الأدلة هي مستقبل تخطيط النقل الحضري.
التحديات والنظر في المسألة
وعلى الرغم من إمكاناتها التحويلية، فإن بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع تأتي بتحديات تقنية وأخلاقية وعملية هامة يجب التصدي لها من أجل وضع نماذج حركة المرور الموثوقة.
الخصوصية وإدارة البيانات
فبيانات موقع الشبكة العالمية لتحديد المواقع هي بيانات شخصية في جوهرها يمكن أن تكشف عن مكان عيش الشخص أو عمله أو زيارة طبيب أو مقابلة أصدقاءه، ويمكن أن يؤدي سوء معالجة هذه البيانات إلى حدوث انتهاكات خطيرة للخصوصية ويضعف الثقة العامة، ومن أجل التخفيف من ذلك، تستخدم نماذج المرور البيانات المجمعة أو المغفلة، أولا، تُجرد آثار النظام العالمي لتحديد المواقع من المعلومات التي يمكن التعرف عليها شخصياً، وكثيراً ما " تُقلل " من أساليب العمل المميزية ().
غير أن التجميع ليس رصاصة فضية؛ فهناك حالات أعيد فيها تحديد مجموعات البيانات الملغومة عن طريق الإحالة المرجعية إلى بيانات عامة أخرى، ونتيجة لذلك، يجب على المدن والشركات أن تنفذ أطراً قوية لإدارة البيانات، ويفرض النظام العام لحماية البيانات التابع للاتحاد الأوروبي ولجنة حماية البيئة في كاليفورنيا شروطاً صارمة للموافقة والتقليل من البيانات.
نوعية البيانات وتغيُّر الإشارات
وتختلف دقة النظام العالمي لتحديد المواقع اختلافا كبيرا حسب نوعية الأجهزة، ومقياسه الأرضي، وظروف الغلاف الجوي، وآثاره على اليونيون في المناطق الكثيفة في وسط البلد التي بها مبان طويلة، ويمكن أن تعكس إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع السطحية )المرض(، مما يؤدي إلى أخطاء تتراوح بين ٣٠ و٥٠ مترا أو أكثر، مما قد يؤدي إلى ظهور مركبات في الجزء غير الصحيح تماما من الطرق، بالإضافة إلى انخفاض معدلات أخذ العينات - بعض أجهزة الخروج
ولإدارة ذلك، يستخدم الباحثون تقنيات التصفية والتسلية، ويجمع مرشحات كالمان بين قراءات البرمجيات العالمية ووحدات القياس غير الصوتي في الهواتف الذكية الحديثة لتقدير المواقع على نحو أكثر دقة، أما بالنسبة لضبط الخرائط، فإن النهج الاحتمالية تقيِّم مسارات متعددة واختيار أكثر الطرق احتمالاً، ومع ذلك، يجب أن تكون النماذج قوية بالنسبة للبيانات المفقودة: عندما تنخفض خطوط الاتصال بالشبكة العالمية (مثل، في حالة الانهيار).
عينات من البازلاء والتمثيل
ولا توجد كل مركبة على الطريق مزودة بمرسل للنظام العالمي لتحديد المواقع، إذ تميل مركبات الأسطول التجاري )شاحنات الإيصال، سيارات الأجرة( إلى أن تكون ممثلة تمثيلا زائدا، في حين أن السيارات الخاصة والدراجات قد تكون ممثلة تمثيلا ناقصا، وهذا يمكن أن يؤدي إلى سلوكيات معينة من قبيل السائقين، وقد تقود مركبات الأسطول بشكل أكثر حذرا أو تتبع مسارات صارمة، ولتحسين هذه النماذج غالبا ما تطبق عوامل ترجيح تستند إلى أحجام بيانات ثابتة من محطات العد الدائم أو كاميرات المراقبة.
وعلاوة على ذلك، لا تلتقط بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع حركة المرور المتعددة الوسائط: فالأصحاب، والدوائر، ومستعملو النقل العام غير مرئيين ما لم يتم اختيار مكبرات الصوت الذكية الخاصة بهم، ويجب أن تدمج نماذج تدفق حركة المرور في شاحنة مصادر بيانات أخرى (مثلاً، عمليات عد رصيفات العجلات، وأجهزة ركاب السيارات العابرة) من أجل صورة كاملة.
التكامل مع نظم الإرث
وتدير وكالات النقل الكثير من نظم إدارة حركة المرور القديمة التي تقام حول أنواع الاستشعار القديمة وبروتوكولات الاتصال، ويمكن أن يكون إدماج تكنولوجيا المعلومات العالمية في هذه النظم في الوقت الحقيقي أمراً صعباً ومكلفاً من الناحية التقنية، وتوحيد شكل البيانات مسألة رئيسية؛ وقد تصل بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع في سجل المعاملات الدولي أو نظام الإبلاغ الموحد عن الممتلكات، بينما قد تتوقع النظم القائمة وجود تدفقات ثنائية من أجهزة كشف المعلومات.
الاتجاهات المستقبلية في نموذج حركة المرور
وستدمج الموجة التالية من الابتكار في نموذج حركة المرور بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع مع التكنولوجيات الناشئة، مما سينشئ نظاما للنقل يتسم بالارتباط المفرط والتنبؤ.
التعلم في مجال الآلات والتعلم في أعماق البحار
أما نماذج تدفق الحركة التقليدية (مثل نظرية لايتهيل - ويثم - ريشاردز للموجات الكينية) فهي تستكمل وأحياناً تُخطط من خلال البيانات المتحركة، وتجمع هياكل التعلم العميق مثل شبكات الطرق الفيزيائية الخماسية كرسوم بيانية، حيث يُعتبر كل نُظم تقاطع وكل طرف من أطرافها جزءاً من سلسلة من الطرق.
وتتطلب هذه النماذج موارد حاسوبية كبيرة ومجموعات بيانات تدريبية واسعة النطاق، ولكن الحوسبة السحابية وحاملة AI تجعلها عملية، وقد نشرت مدن مثل Helsinki نظما للتنبؤ بالحركة القائمة على حركة المرور (LM) ) تستكمل كل دقيقة، وتتحقق من دقة 90 في المائة بالنسبة للتنبؤات الأفقية التي تبلغ 30 دقيقة.
مركبة إلى كل مركبة (V2X)
ونظرا لأن المركبات أصبحت أكثر اتصالا، فإن بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع ستستكمل بالاتصال المباشر V2X - الاتصالات القصيرة المدى التي تكرسها شركة دي. دي. سي. ف.
وستكون نماذج المرور الناتجة عن ذلك فورية وكثيفة لدرجة أنها تقترب من " التوأم الضعيف " - وهي نسخة افتراضية في الوقت الحقيقي لشبكة الطرق بأكملها، ويمكن أن يقوم هؤلاء التوأم بإجراء محاكاة للاستراتيجيات البديلة لإدارة حركة المرور )مثل عكس اتجاه الممر( قبل تنفيذها جسديا.
التكامل مع نماذج التلوث الحضري والطاقة
ويمكن لنماذج تدفق المرور القائمة على بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع أن تدفع نماذج ثانوية تقدر الانبعاثات والضوضاء واستهلاك الطاقة، ومن خلال ربط ملامح سرعة النظام العالمي لتحديد المواقع بعوامل انبعاث المركبات )مثلا، من نموذج الولايات المتحدة للشبكة الأوروبية للطاقة الذرية، أو من لجنة استخدام الطاقة في الأغراض السلمية(، يمكن للمدن أن تولد توقعات عالية الجودة في الهواء، وعلى سبيل المثال، يمكن أن تكيف حركة المرور على ملوثات عالية.
خاتمة
وقد أدى استخدام بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع إلى تغيير جذري في نماذج تدفق حركة المرور في المناطق الحضرية، وما بدأ كتطبيق متقن للملاحة هو الآن عنصر أساسي من عناصر البنية التحتية للمدينة الذكية، مما يتيح الرصد في الوقت الحقيقي، والتحليلات التنبؤية، والطرق الدينامية، والتخطيط القائم على البيانات، ويتجاوز الرعي والتوفر المستمر لبيانات النظام العالمي لتحديد المواقع شبكات الاستشعار التقليدية، ويوفر نموذجا حيا وتنفسيا للتنقل الحضري.
ومع ذلك، فإن الطريق إلى الأمام يتطلب إدارة دقيقة، ويجب أن تُدرج ضمانات الخصوصية، ومراقبة جودة البيانات، وأخذ العينات المنصفة في كل نظام لإدارة حركة المرور، وأن إدماج بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع مع التعلم الآلات، والاتصالات المتصلة بالمركبات، والنماذج البيئية، يعد قدرا أكبر من الدقة والتأثير، وبما أن التكنولوجيا لا تزال تقدم، وأن المدن تتعلم تسخير كامل قوة نقل المعلومات الاستخباراتية - الحضرية، سوف تصبح أكثر كفاءة وأكثر أمانا وأكثر استدامة.