استخدام نظام تحديد المواقع لدعم نظم النقل الذكي وإدارة حركة المرور

وقد أدى التحضر السريع للقرن الحادي والعشرين إلى وضع ضغوط غير مسبوقة على شبكات النقل في جميع أنحاء العالم، حيث أن المدن تكافح الازدحام المتزايد والانبعاثات المتزايدة، والشواغل المتعلقة بالسلامة التي لا يمكن أن تعالجها نظم إدارة حركة المرور القديمة بفعالية، وفي قلب الحل الحديث يكمن النظام العالمي لتحديد المواقع، وهو تكنولوجيا وضعت أصلا للملاحة العسكرية وأصبحت أداة لا غنى عنها للتنقل المدني، ومن خلال توفير بيانات دقيقة ومناسبة التوقيت، فإن النظام العالمي لتحديد المواقع يتيح تكييف الهياكل الأساسية

فهم النظام العالمي لتحديد المواقع في سياق النقل

ونظام تحديد المواقع العالمي هو شبكة للملاحة اللاسلكية تقوم على السواتل وتقوم بتشغيلها حكومة الولايات المتحدة، وتبث مجموعة من ٢٤ ساتلا على الأقل إشارات تتيح لمتلقي النظام العالمي لتحديد المواقع أن يحسبوا مواقعهم وسرعة وجودهم، والوقت الذي يتوفر فيه قدر كبير من الدقة في عدد قليل من المترات في ظل ظروف سماء مفتوحة، أما بالنسبة لتطبيقات النقل، فإن أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع مدمجة في المركبات ووحدات الاستشعار عن طريق النقل والأجهزة المحمولة ومكونات النقل الرئيسية مثل مجموعة من المعلومات.

وكثيرا ما يزيد جهاز استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع الحديث من إشاراته بمساعدة من الشبكات الخلوية أو يستخدم التصويبات التفضيلية لتحقيق الدقة على مستوى مقياس أو سنتيمتر، وهذه الدقة المعززة قيمة بوجه خاص بالنسبة للملاحة على مستوى الممر، والحركة المستقلة، ورسم الخرائط الدقيقة لجديات الطرق، ويزداد تركيز النظام العالمي لتحديد المواقع مع النظم الساتلية الأخرى (GLONASS، وGLONASS، وGleo، BeiDou) في المناطق الحضرية المتعددة.

How GPS Data Flows into Traffic Management Systems

وفي عملية نقل ذكية نموذجية، تنقل المركبات المجهزة بنظام تحديد المواقع (بما في ذلك الأساطيل التجارية، وخدمات الرفع، والسيارات الخاصة بشكل متزايد) مواقعها وسرعةها إلى منصة لإدارة حركة المرور على أساس الغيوم، وتجمع هذه البيانات وتُغفل عن مسار حركة المرور عبر شبكات الطرق، وتتلقى مراكز إدارة المرور هذه المعلومات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، مما يتيح لها رصد الازدحام، والكشف عن الحوادث، وتعديل استراتيجيات التحكم.

ويتيح إدماج بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع مع نظم المعلومات الجغرافية لمهندسي الحركة تصور الظروف على الخرائط الرقمية، وإطالة الاتجاهات التاريخية، وإجراء عمليات المحاكاة، ويقوم المغارزمون بتجهيز البث المباشر لتحديد فترات السفر، وتحديد الانقطاعات السريعة، وتوليد تنبيهات الحوادث، وقد حل هذا النهج القائم على البيانات محل الأساليب القديمة التي تعتمد على أجهزة كشف الثغرات الملتقطة، والكاميرات، والإبلاغ اليدوي، مما يتيح تغطية أوسع نطاقاً من حيث التكلفة.

التطبيقات الأساسية للنظام العالمي لتحديد المواقع في إدارة حركة المرور

رصد حركة المرور في الوقت الحقيقي وكشف الاختناقات

وتتمثل الفائدة الأكثر إلحاحاً من النظام العالمي لتحديد المواقع في نظم النقل الذكية في القدرة على رصد ظروف المرور عبر منطقة متروبولية بأكملها في الوقت الحقيقي، وبدلاً من الاعتماد على أجهزة الاستشعار الثابتة في نقاط محدودة، فإن تدفق البيانات من النظام العالمي لتحديد المواقع من آلاف الاختبارات المتحركة يخلق صورة مستمرة ودينامية لتدفق حركة المرور، وعندئذ يمكن للأجهزة التنبيهية أن تحول الموقع الخام والبيانات السريعة إلى تدابير مثل متوسط سرعة حركة المركبات، وتعديل الحدود الزمنية، وطول الضئيل، وطول المتحرك.

وهذه القدرة قيمة خاصة لإدارة الازدحام المتكرر من ساعات الذروة في فترات الذروة، والازدحام غير المتكرر من الأحداث أو الطقس أو العمل على الطرق، ففي مدن مثل لوس أنجلوس ولندن، أدت النظم القائمة على النظام العالمي لتحديد المواقع إلى خفض التأخيرات في ساعات الذروة بنسبة 5-15 في المائة من خلال تنسيق الإشارات الدينامية، كما تغذي البيانات لوحات العمل وبوابات المعلومات العامة، مما مكّن المسافرين من اتخاذ قرارات مستنيّة بشأن أوقات المغادرة واختيار الطرق.

الكشف عن الحوادث والاستجابة في حالات الطوارئ

ويمكن أن تؤدي بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع إلى الكشف السريع عن حوادث المرور التي قد لا تُلاحظ إلا بعد الإبلاغ عنها، وقد يؤدي الانخفاض المفاجئ في متوسط السرعة في موقع محدد، إلى جانب أنماط الحركة المتقلبة، إلى حدوث تحطم أو مركبة متوقفة أو حطام على الطريق، كما أن العديد من النظم تولد تلقائيا إنذارات بالحوادث في غضون ثوان من الكشف عن الحوادث، وذلك بسرعة أكبر بكثير من التقارير اليدوية عن طريق المكالمات الهاتفية أو وسائل التواصل الاجتماعي، وهذه السرعة حاسمة في نشر الشرطة، واستعادة سيارات الإسعاف، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبطة، وضبط الشاحنات، وكشف مسارات الشاحنات.

وعلاوة على ذلك، فإن النظام العالمي لتحديد المواقع يتيح توجيه المركبات في حالات الطوارئ بطريقة فعالة، إذ يمكن باستمرار تتبع موقعها والاندماج مع نظم مراقبة إشارات المرور، ومنح ممرات سيارات الإسعاف وشاحنات الإطفاء ذات ضوء أخضر للوصول إلى حوادث أسرع أحياناً تحلق دقائق قبالة أوقات الاستجابة، كما يساعد نفس البيانات المرسلين على اختيار أفضل الطرق استناداً إلى ظروف التوقيت الحقيقي، وتجاوز الازدحام، وإغلاق الطرق.

مراقبة حركة المرور الديناميكية

وتطبق إشارات المرور التقليدية على موقّعات ثابتة أو خطط زمنية بسيطة، وتستحدث بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع القدرة على التحكم في الإشارات التكيّفية التي تستجيب للطلب الفعلي على حركة المرور، وعندما تشير الاختبارات المتعلقة بالنظام العالمي لتحديد المواقع إلى وجود حركة مرورية شديدة على نهج معين، يمكن لمراقب الإشارات أن يمدد المرحلة الخضراء أو يغير الدورة ليعطي مزيدا من الوقت لتلك الحركة، وبالمثل، عندما يكون المرور خفيفا، يمكن أن تقلل من فترات التأخير غير الضرورية.

وتستخدم بعض النظم المتقدمة التنبؤات القائمة على النظام العالمي لتحديد المواقع للوافدين في المستقبل في مقاطعات من أجل تعديل توقيت الإشارة بشكل استباقي، فعلى سبيل المثال، إذا كان النظام يتوقع وجود مجموعة من المركبات تقترب من خط شاني رئيسي، فإنه يمكن أن ينسق الإشارات لخلق موجة خضراء، مما يسمح لتلك المركبات بالتدفق عبر عدة مقاطع دون توقف، وقد تم نشر هذا النهج بنجاح في مدن مثل برشلونة، سنغافورة، وبيتسبرغ، التي أبلغ عنها.

كفاءة النقل العام

وتستفيد نظم النقل العام استفادة كبيرة من تتبع النظام العالمي لتحديد المواقع، وتوفر الحافلات والقطارات ومركبات السكك الحديدية الخفيفة المجهزة بنظام تحديد المواقع في الوقت الحقيقي بيانات عن مواقع مراكز المراقبة ونظم معلومات الركاب، وتتيح هذه البيانات لمديري العمليات رصد التقيد بالجداول الزمنية، وكشف الانحرافات، وتنفيذ إجراءات تصحيحية مثل الاحتفاظ بالحافلات في محطة لاستعادة الاتساق في الطرق الرئيسية، كما أن التنبؤات الدقيقة في وقت الوصول تقلل فترات الانتظار وتحسن من الخبرة العامة في مجال مراقبة النقل العابر.

وبالإضافة إلى ذلك، تساعد بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع وكالات العبور على تحقيق الحد الأمثل من تخطيط الطرق، والتوقف عن التنسيب، وتخصيص الأسطول، ومن خلال تحليل الآثار التاريخية للنظام العالمي لتحديد المواقع، يمكن للوكالات أن تحدد أنماط الطلب، وأن تعدل تواتر الخدمات، وأن تعيد تصميم طرق لترسيب خدمة أفضل، وعلى سبيل المثال، أدى إدخال نظم معلومات عن الركاب في الوقت الحقيقي تستند إلى النظام العالمي لتحديد المواقع في لندن ونيويورك إلى زيادة قابلة للقياس في الرضا عن التوليد وانخفاض في أوقات الانتظار المتوقعة.

التقاط الصور على الوجه الأمثل وبحرية السائقين

والشبكة العالمية لتحديد المواقع هي العمود الفقري لتطبيقات الملاحة الحديثة مثل خرائط غوغل وواز وخرائط آبل، وهي تستخدم بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع في الوقت الحقيقي من ملايين المستعملين لضبط أسرع الطرق، وتفادي الازدحام، واقتراح مسارات بديلة، فالطبيعة الجماعية للبيانات المتعلقة بالنظام العالمي لتحديد المواقع تتيح إعادة توجيه دينامية تتكيف مع الظروف المتغيرة ثانيا، وعندما يحدث إبطال للشبكة، تُعيد تشكيلها تلقائيا.

وفيما عدا الملاحة الاستهلاكية، تدعم الشبكة إدارة الأسطول التجاري عن طريق التمكين من تتبع مسارات العمل في الوقت الحقيقي، وتحقيق الاستخدام الأمثل للطرق، والتحكم في المواقع الجغرافية، ويمكن للشركات المسؤولة عن تقديم الخدمات أن ترصد امتثال السائقين للطرق المقررة، وسائقي الإنذار عند انحرافهم، وأن تعدل نوافذ التسليم استنادا إلى ظروف المرور، مما يؤدي إلى وفورات كبيرة في التكاليف، وتحسين رضا العملاء، والحد من الأثر البيئي من خلال انخفاض المسافات والوقت المكبوت.

التكامل مع تكنولوجيات النقل الذكية الأخرى

وفي حين توفر الشبكة معلومات عن المواقع، فإن قوتها الحقيقية تنشأ عندما تقترن بتكنولوجيات أخرى لإنشاء نظام نقل ذكي متماسك، وتفصل الفروع التالية أوجه التكامل الرئيسية التي تضاعف فوائد النظام العالمي لتحديد المواقع.

شبكة الإنترنت للأشياء (IoT)

ويُستعان بأجهزة استشعار بالأشعة فوق البنفسجية التي يتم نشرها على الهياكل الأساسية للطرق، مثل محطات الطقس، ومراقبي نوعية الهواء، ومجسات ظروف الرصفة - يمكن أن يُحال إلى الأرض باستخدام نظام تحديد المواقع الشبكية لربط بياناتها بمواقع محددة، وعند اقترانها بآثار مركبات النظام العالمي لتحديد المواقع، فإن هذا الدمج يتيح تطبيقات متقدمة مثل الصيانة الشتوية على الوجه الأمثل (مثل تحديد مواقع شاحنات الملحية القائمة على درجة حرارة في الوقت الحقيقي وتدفق حركة المرور) أو على حركة المرور.

الاستخبارات الفنية والتحليلات الجاهزة

وتُعدّل مقاييس تعلم الآلات كميات كبيرة من البيانات التاريخية والبيانات المتعلقة بالنظم العالمية لتحديد المواقع في الوقت الحقيقي للتنبؤ بظروف المرور أو الساعات المقبلة، وتُسترشد هذه التنبؤات باستراتيجيات إدارة حركة المرور الاستباقية، مثل تعديل خطط الإشارة قبل بناء الازدحام، أو إعادة توجيه حركة المرور قبل وقوع حادث، كما تُحسّن الكشف عن الحوادث بتحديد أنماط فرعية قد تفوتها مركبات التحليل البشري.

مركبة إلى كل مركبة (V2X)

وتتيح تكنولوجيا V2X للمركبات الاتصال ببعضها البعض (V2V) وبهياكل أساسية (V2I) باستخدام شبكات اتصال قصيرة المدى مخصصة أو شبكات خلوية (C-V2X) وتوفر الشبكة العالمية لتحديد المواقع المرجعية المشتركة اللازمة لشبكة V2X، مثلاً، يمكن للمركبات التي تستخدم نظام تحديد المواقع بدقة أن تبث رسالة أمان أساسية إلى المركبات القريبة، وتحذرها من وجود محركات متطورة في مجال الهياكل الأساسية، أو تقترب من وسائل التحكم في التوقيت.

والتآزر بين النظام العالمي لتحديد المواقع و V2X أمر أساسي لتطوير القيادة المستقلة على نطاق واسع، وبدون تحديد مواقع دقيقة وموثوقة، لا يمكن للمركبات المستقلة أن تبحر بأمان عبر البيئات الحضرية المعقدة، ويخلق الجمع بين النظام العالمي لتحديد المواقع ووحدات القياس غير المادي وخرائط التعريفات العالية حلاً محلياً قوياً يعمل حتى عندما تضيع الإشارات الساتلية بصورة مؤقتة، مثل الأنفاق أو تحت غطاء شجري كثيف.

منابر بيانات النقل والتوائم الرقمية

وتتزايد بناء المدن للتوائم الرقمية - التكرارات الإلكترونية لشبكات النقل المادي - التي تستخدم بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع كمدخل أولي، وتدمج هذه البرامج التغذية الحية للنظام العالمي لتحديد المواقع مع نماذج حركة المرور ومحركات المحاكاة ولوحات التشغيل، وتتيح لمهندسي الحركة اختبار أثر مختلف استراتيجيات الإدارة في بيئة خالية من المخاطر قبل نشرها في العالم الحقيقي، وعلى سبيل المثال، يمكن للتوائم الرقمي أن يحفز أثر إغلاق الممرات اللازمة للتنبؤ بالشبكة العالمية.

وتوفر شركات التكنولوجيا الرئيسية ومقدمو السحاب منابر متخصصة لبيانات النقل، مثل نظام المعلومات المسبقة عن طريق حركة غوغل، وتكنولوجيات " هيرير " ، و " توم توم توم " ، وتجمع هذه البرامج بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع من مصادر متعددة - بما في ذلك الهواتف الذكية، ومركبات الأسطول، وأجهزة المراقبة المكرّسة لتوفير معلومات شاملة عن حركة المرور للوكالات العامة ومطوري التطبيقات الخاصة.

التحديات والنظر في إدارة حركة المرور القائمة على النظام العالمي لتحديد المواقع

وعلى الرغم من مزاياه الكثيرة، فإن الاعتماد على النظام العالمي لتحديد المواقع في مجال النقل الذكي ليس بدون تحديات، فهم هذه القيود أمر حاسم في تصميم نظم قوية ومنصفة.

Accuracy and Reliability in Urban Environments

ويمكن إعاقة أو تدهور إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع في المناطق الحضرية الكثيفة التي توجد فيها مباني طويلة (قنوات حضرية)، وفي إطار الجسور، وفي الأنفاق، وفي حدود الرذاذ، يمكن أن تتسبب التأملات المتعددة المسافات في أخطاء في مواقع عدة مترات، قد تكون غير مقبولة بالنسبة للتطبيقات الساتلية الحساسة مثل الملاحة على مستوى الممرات والقيادة الذاتية، وللتخفيف من هذه القيود، تستخدم النظم الحديثة أجهزة استقبال متعددة الترددات (الأجهزة)

الخصوصية وأمن البيانات

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكشف بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع عن معلومات حساسة عن موقع الأفراد وأنماط سفرهم وعاداتهم، فجمع هذه البيانات وتصنيفها يثير شواغل تتعلق بالخصوصية، ولا سيما عندما يتم ذلك دون موافقة مستنيرة أو تحديد هوية مناسبة، ويجب على وكالات إدارة المرور أن تنفذ أطرا قوية لإدارة البيانات تكفل الكشف عن الهوية، والتشفير، والاحتفاظ المحدود بتتبعات النظام العالمي لتحديد المواقع، وقد وضعت العديد من الولايات مبادئ توجيهية (مثلا لأفضلية في مجال تبادل المعلومات في أوروبا).

الإنصاف والديفيا الرقمية

وقد تؤدي نظم النقل الذكي التي تعتمد على بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع إلى حرمان السكان الذين لا يملكون سماعات ذكية أو لا يملكون سوى إمكانية محدودة للوصول إلى الإنترنت، وإذا كانت قرارات إدارة حركة المرور تستند أساسا إلى بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع من المركبات الخاصة، فإن احتياجات المشاة وأجهزة التدوير ومستعملي النقل العام يمكن أن تكون ناقصة التمثيل، وتجنبا للتحيز، يجب على الوكالات أن تكمل بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع مع مصادر بيانات أخرى (مثلا أجهزة الكشف عن السير، والكاميرات، والدراة، وفوائد الدفترية).

نوعية البيانات وغازات التغطية

وتتوقف فعالية إدارة المرور القائمة على النظام العالمي لتحديد المواقع على كمية ونوعية البيانات المستشفية، وفي المواقع التي تقل فيها المركبات المجهزة بنظام تحديد المواقع (مثل المناطق الريفية أو الشوارع التي لا توجد فيها حركة المرور) قد لا تكون التغطية كافية لتهيئة ظروف حركة دقيقة، وبالمثل، إذا لم تكن العينة من النظام العالمي لتحديد المواقع ممثلة لمجموع المركبات (مثلا، المركبات المتحيزة نحو ركوب المركبات التي قد تكون لديها أنماط مختلفة من السيارات الخاصة).

الاتجاهات المستقبلية: النظام العالمي المتقدم لتحديد المواقع والتكنولوجيات الناشئة

ويعود تطور النظام العالمي لتحديد المواقع والتكنولوجيات التكميلية بزيادة تعزيز نظم النقل الذكية، وهناك اتجاهات عديدة ترسم العقد المقبل لإدارة حركة المرور.

جهاز استقبال متعدد الترددات والتعددية

ويمكن أن تستخدم السواتل الحديثة للنظام العالمي لتحديد المواقع التي تبث على ترددات متعددة (L1، L5، وما إلى ذلك)، والمتلقيات إشارات من عدة نظم عالمية (GPS، GLONASS، غاليليو، بيدو) لتحسين الدقة والموثوقية، لا سيما في البيئات الصعبة، وسيمكن ظهور إشارات من النوع L5، مصممة خصيصا لتطبيقات السلامة على الحياة، من زيادة النزاهة والمقاومة للتدخل.

التكامل مع 5 ج و حوسبة إدج

وسيؤدي بدء تشغيل الشبكات الخلوية ذات الـ 5 جي إلى إحداث توترات عالية واتساع نطاق الترددات، مما يمكن أن يعجل بتبادل بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع، وارتباطات مستمدة بين المركبات والهياكل الأساسية ومنابر السحب، ويمكن للوائح الحاسوبية الموجودة بالقرب من محطات القاعدة أن تجهز البيانات المتعلقة بالنظام العالمي لتحديد المواقع محليا، مما يتيح استخدام نظام المرور في الوقت الحقيقي دون الاعتماد على أجهزة الحاسوب البعيدة، ويدعم هذا الهيكل التطبيقات الحيوية المتعلقة بالسلامة، مثل تجنب الاصطدام والتك.

المركبات المستقلة ذاتيا والمتصلة

إن المركبات المستقلة هي المستهلكين النهائيين لبيانات النظام العالمي لتحديد المواقع، وهي تتطلب وضعا دقيقا وموثوقا للغاية في الملاحة بأمان، ومع نمو الأساطيل المستقلة، فإنها ستولد كميات هائلة من بيانات الاختبارات المتعلقة بالنظام العالمي لتحديد المواقع، وستزيد من إثراء قواعد بيانات إدارة المرور، وستستفيد المركبات المستقلة بدورها من المعلومات المتعلقة بالحركة في الوقت الحقيقي المستمدة من النظام العالمي لتحديد المواقع، مما يتيح التنسيق السلس واختيار الطرق بكفاءة، وسيؤدي الانتقال إلى استخدام المركبات ذات الصلة والمركبات مستقلة إلى تغيير أساسي في إدارة حركة المرور من جانب نظام تحديد المواقع الجغرافية

التوسيع الفضائي والنظم الساتلية الجديدة

ويمكن أن توفر نظم التعزيز القائمة على السواتل مثل WAAS (USA) و EGNOS (Europe) و GAGAN (الهند) تصويبات تحسن دقة النظام العالمي لتحديد المواقع إلى مستوى مقياس فرعي، ويجري تطوير نظم إقليمية وعالمية جديدة، وتبشر بأداء أفضل، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تركيبات السواتل ذات المدار المنخفض (LEO) (مثلا، نظام " الفضاء " ستارلينك " ، وهو نظام " واحد " غربي " ، تستخدم الآن في مواقع تقليدية أقوى من أجل تحديد المواقع،

خاتمة

إن تكنولوجيا النظام العالمي لتحديد المواقع أكثر بكثير من مجرد أداة الملاحة - وهو جهاز الاستشعار الأساسي الذي يُمكن من تحويل نظم النقل في جميع أنحاء العالم، ومن خلال الرصد في الوقت الحقيقي، وكشف الحوادث، ومراقبة الإشارات التكييفية، والتكامل مع IoT، وAI، وV2X، يتيح النظام العالمي لتحديد المواقع إدارة حركة المرور أن تصبح أذكى وأسرع وأكثر استجابة، وقد أدى الازدحام في الفوائد إلى تحسين السلامة، وانخفاض الانبعاثات، وتعزيز الخبرة في المدن المارة.

وإذا ما تطلعنا إلى المستقبل، فإن استمرار التقدم في دقة النظام العالمي لتحديد المواقع، وموثوقية تعددية الاختصاصات، والتقارب مع 5G والحركة المستقلة سيفتحان حتى قدرات أكبر، ولكن لكي تتحقق وكالات النقل بشكل كامل إمكاناتها، يجب أن تتصدى للتحديات المتصلة بالخصوصية، والإنصاف، ونوعية البيانات، وأمن الفضاء الحاسوبي، وسيكون النشر المسؤول، والسياسات المدروسة، وتعاون أصحاب المصلحة ضروريا لضمان أن تظل نظم النقل الذكية التي يمكن أن تُستخدم في المستقبل تخدم احتياجات جميع المسافرين الحضريين.