دور المراقبة الرقمية في تطوير الهياكل الأساسية الحضرية المستدامة

وفي السنوات الأخيرة، أخذت المدن في جميع أنحاء العالم تعتمد نظماً للمراقبة الرقمية لتعزيز استدامة الهياكل الأساسية الحضرية، مما يتيح إدارة الموارد على نحو أكثر كفاءة، ويقلل من الأثر البيئي، ويحسن نوعية الحياة الحضرية، حيث إن السكان الحضريين ينموون ويزدادون الضغوط المناخية، فإن الرقابة الرقمية قد تحولت من ابتكارات إلى استراتيجية أساسية لبناء شبكات قادرة على التكيف، منخفضة الكربون، وذلك عن طريق إدماج الرصد في الوقت الحقيقي، والتشغيل الآلي، والتنبؤات المثلى في النظم الحيوية.

فهم المراقبة الرقمية في الهياكل الأساسية الحضرية

وتشير المراقبة الرقمية إلى استخدام أجهزة الاستشعار الشبكية والمحاضرات والمنطق القابل للبرمجة ومنابر تجهيز البيانات لرصد النظم الحضرية وإدارتها وآلية، ويحل هذا النهج، في جوهره، محل العمليات اليدوية أو القائمة على الزمن باتخاذ القرارات التي تحركها البيانات والتي يمكن أن تتكيف في الوقت القريب من الواقع مع الطلب والطقس والأخطاء والمتغيرات الأخرى، ويشتمل الهيكل عادة على ثلاث طبقات: الاستشعار والقياس، والاتصال، والسحب.

وتشمل المكونات الرئيسية [(FLT:0)] Internet of things (IoT) - a dense web of connected devices that collect temperature, flow, vibration, occupancy, and other data; )Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)

وتمتد تطبيقات الهياكل الأساسية الحضرية إلى عدة مجالات: في مجال النقل، تتحكم المراقبة الرقمية في إشارات المرور، والتقلبات، والحدود القصوى لسرعات التكيف، وفي مجال الطاقة، يوازن عرض الشبكات الذكية والطلب عليها، ويدمج مصادر الطاقة المتجددة، ويتيح الاستجابة للطلب، وتستخدم نظم المياه والمياه المستعملة الرقابة الرقمية لإدارة الضغط، وكشف التسرب، والعلاج على النحو الأمثل، وتستفيد من منافع جمع النفايات من استخدام الطرق ورصد مستوى الملاءم.

والتحول نحو المراقبة الرقمية جزء من تحول أوسع نطاقا يعرف باسم " المدن الذكية " ] " ] وفقا لوكالة الطاقة الدولية، يمكن للتكنولوجيات الرقمية أن تساعد على الحد من استخدام الطاقة في المباني بنسبة تصل إلى 30 في المائة على الصعيد العالمي بحلول عام 2040، في حين حددت الأمم المتحدة الهياكل الأساسية الرقمية بوصفها عاملا رئيسيا في التمكين من تحقيق الهدف 11 من الأهداف الإنمائية المستدامة (المدن والمجتمعات المحلية المستدامة).

الفوائد الرئيسية للتحكم الرقمي للاستدامة

وتسهم المراقبة الرقمية في الاستدامة الحضرية على نطاق واسع، وتفصل الأقسام الفرعية التالية أكثر المناطق تأثيرا، مدعومة بأدلة وتوقعات في العالم الحقيقي.

كفاءة الطاقة

:: استهلاك الطاقة في المدن يبلغ نحو 75 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، مما يجعل تحسين الكفاءة أمراً بالغ الأهمية؛ وتتيح نظم الرقابة الرقمية إدارة دقيقة وواقعية لتدفقات الطاقة. تستخدم شبكات الدخان أجهزة الاستشعار والضوابط الآلية لموازنة الحمولات، وتدمج المصادر المتجددة الموزعة، وتخفض على سبيل المثال، تنفيذ شركة Siemens حلولاً رقمية في المائة من الطلب على السلع الأساسية

وقد أدت برامج الاستجابة للطلبات، التي مكّنت من التحكم الرقمي، إلى خفض الطلب على المرافق أو تحويلها خلال فترات الذروة، وتجنب الحاجة إلى محطات لضخ الوقود الأحفوري، وفي محاكمة مبكرة في أوستن، تكساس، قلّصت نسبة الطلب على الحرارة الذكية في المؤسسات ذات الرقابة الرقمية بنسبة 25 في المائة، مما يدل على إمكانية تصعيد الاستجابة الآلية الموزعة، كما أن الجمع بين الرصد والتحليلات التنبؤية يساعد على تحديد تدهور المعدات وزيادة حجم النفايات.

تحقيق الاستخدام الأمثل للحركة والحد من الانبعاثات

النقل هو مصدر رئيسي لغازات الدفيئة الحضرية وملوثات الهواء، وتتحول نظم المراقبة الرقمية إدارة حركة المرور من التوقيت الثابت إلى ] التحكم في الإشارات الاستيعابية التي تضبط الأوقات الخضراء استناداً إلى أحجام حركة المرور الحالية.

وبالإضافة إلى مراقبة الإشارات، تتيح المراقبة الرقمية مخططات دينامية لتسعير الطرق وشحن الازدحام، حيث تتكيف الرسوم في الوقت الحقيقي على أساس الكثافة، وتشجع على السفر خارج النطاق أو الطرق البديلة، وبالتالي تؤدي رسوم الازدحام في لندن، إلى جانب كاميرات الإنفاذ الرقمية، إلى خفض حجم حركة المرور بنسبة 15 في المائة، وانبعاثات النيتروجين بنسبة 16 في المائة في العقد الأول، وفي حالة المرور العابر العام، فإن سلطات المراقبة الرقمية تؤدي إلى زيادة موثوقية لدى الركاب، والوقت الحالي، والوقت المتوقع،

كما أن المركبات الكهربائية تشحن بالهياكل الأساسية تعود بالفائدة على: تستخدم محطات الشحن الذكية الرقابة الرقمية لموازنة حمولات الشبكات، وتعطي الأولوية للطاقة المتجددة عند توافرها، وتستجيب لإشارات الأسعار، بما يكفل بقاء الأسطول المتزايد للمركبات الإلكترونية منفعة صافية للاستدامة الحضرية بدلا من الضغط على الشبكة.

حفظ المياه ونوعيتها

وتواجه نظم المراقبة الرقمية فقدان المياه وعدم الكفاءة في الاستخدام. ] أجهزة الكشف عن الفضلات تستخدم أجهزة الاستشعار الصوتية، وأجهزة الضغط المعبرة، وبيانات التدفق لتحديد التسرب في شبكات التوزيع، وكثيرا ما تحدد فترات انقطاع التي يمكن أن تتحول إلى تواتر لمدة أسابيع.

وفي مرافق العلاج، تؤدي المراقبة الرقمية إلى تحقيق الاستخدام الأمثل لعمليات التفريغ والارتفاع والزيارة، وتحسين نوعية السائل، مع الحد من استهلاك الطاقة بنسبة 15 إلى 20 في المائة. ] رصد نوعية المياه في الوقت الحقيقي باستخدام شبكات الاستشعار يمكن أن يكشف الملوثات في وقت مبكر، وحماية الصحة العامة، والحد من الحاجة إلى إغلاق مصادر المياه في حالات الطوارئ.

إدارة النفايات والاقتصاد العلماني

وإدارة النفايات الصلبة هي مجال آخر تحقق فيه الرقابة الرقمية مكاسب قابلة للقياس في مجال الاستدامة. Smart bins] مجهزة بمستشعرات عالية المستوى تُرسل بيانات عن القدرة الفعلية على استخدام أفق أفقر الخوارزميات، مما يسمح بإعادة تدوير الشاحنات إلا لزيارة مُلزمات جاهزة للتخليص، مما يقلل من استهلاك الوقود، وحجم الأسطول، ونسبة 30 في المائة من انبعاثات غازات الدفيئة.

وتمتد الرقابة الرقمية لتشمل ] الفرز والعلاج الماديين : الفرز البصري، والأسلحة الآلية، ونظم مراقبة النقل في مرافق إعادة التدوير، وتسترشد ببيانات الاستشعار لفصل المواد ذات النقاء المرتفع، وتحسين القدرة الاقتصادية على إعادة التدوير، وبالنسبة للنفايات العضوية، فإن الرصد الرقمي لأجهزة الحفر الهوائية يُفضي إلى تحقيق درجات الحرارة، والارتقاء بمستوى الارتقاء بمستوى الارتفاع في المناطق الحضرية.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من الفوائد الواضحة، فإن الطريق إلى المراقبة الرقمية الواسعة النطاق لا يُعيق، ويجب على واضعي السياسات والمخططين الحضريين أن يتصدوا لعدة تحديات حاسمة لضمان أن تحقق الاستثمارات النتائج المنشودة وألا تؤدي إلى تفاقم أوجه عدم المساواة القائمة.

نماذج التكاليف الأولية والتمويل

ويتطلب نشر أجهزة الاستشعار وشبكات الاتصال ومعدات التحكم وبرامج التحليل رأسمالاً كبيراً في البداية، كما أن مشروع البنية التحتية للمدينة الذكية الشاملة يمكن أن يكلف عشرات أو مئات الملايين من الدولارات، كما أن العديد من البلديات تكافح لتأمين التمويل، لا سيما عندما تتحقق العائدات من الاستثمار على مر السنين من خلال المدخرات التشغيلية بدلاً من الإيرادات الفورية، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص والتعاقد على الأداء (مثل اتفاقات خدمات الطاقة) تبرز كنموذجين منافسين قابلين للبقاء.

خصوصية البيانات وأمن الفضاء الحاسوبي

ويمكن أن تُساء استخدام هذه البيانات لأغراض المراقبة أو التمييز أو الاستغلال التجاري، كما يجب على المدن اعتماد سياسات شفافة في مجال البيانات، وممارسات في مجال التسمية، والسماح للمواطنين بمراقبة معلوماتهم. Cybersecurity[FLT: incident] هو مصدر قلق مُلح بنفس القدر.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

وكثيرا ما تبنى النظم الحضرية على مدى عقود، باستخدام معدات من عشرات البائعين مع بروتوكولات الملكية وأشكال البيانات، ويستلزم تحقيق التكامل السلس عبر حركة المرور والطاقة والمياه ونظم النفايات معايير مفتوحة ونماذج بيانات مشتركة، وتظل الجهود من قبيل [[FLT:]FWRE Smart City platform[FL adherence ، وتخلق حلولاً للأخشاب().

القوى العاملة وألعاب القدرات

وتتطلب نظم الرقابة الرقمية مهارات نادرة في العديد من القوى العاملة البلدية: علوم البيانات، والهندسة الإلكترونية، والأمن الإلكتروني، وإدارة المشاريع الرقمية، كما أن إعادة تدريب الموظفين الحاليين واجتذاب المواهب الجديدة تشكل تحديا، لا سيما عندما تتنافس مع القطاع الخاص للحصول على خبرة محدودة، كما أن المدن التي تستثمر في الشراكات مع الجامعات، والمدارس التقنية، وبرامج التطوير المهني، يجب أن تكون في وضع أفضل لبناء رأس المال البشري اللازم، بالإضافة إلى ذلك، يمكن للتحكم الرقمي أن يزيل الوظائف اليدوية (مثلا الرقابة على رأس المال).

التكامل مع الهياكل الأساسية للإرث

وقد صممت نظم حضرية كثيرة بدون قدرات رقمية، فإعادة تجهيز الأنابيب والأسلاك والطرق القائمة التي تستخدم أجهزة الاستشعار والمحاضرات تكون في كثير من الأحيان أكثر تكلفة وأكثر تعقيداً من الناحية السوقية من بناء نظم جديدة من الصفر، مما يساعد على إثبات القيمة وبناء الزخم، ويسمح النشر التدريجي والهيكلات النموذجية للمدن بتفادي نهج " الرش والاستبدال الرقمي " ، مما يؤدي تدريجياً إلى تجاوز الأصول.

الاتجاهات المستقبلية: AI, Digital Twins, and Autonomous Systems

وستتمثل الموجة التالية من الرقابة الرقمية في الهياكل الأساسية الحضرية في أوجه التقدم في مجال الاستخبارات الاصطناعية، والتوائم الرقمي، وصنع القرارات بصورة مستقلة، وهذه التكنولوجيات تعد بقدر أكبر من الكفاءة والقدرة على التكيف والقدرة على التكيف.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

وفي حين أن نظم المراقبة الرقمية اليوم تعتمد إلى حد كبير على المنطق القائم على القواعد، فإن نظامي المعلومات المسبقة والذاكرة يتيحان للنظم التعلم من البيانات، والكشف عن الأنماط، والتنبؤات التي تتحسن بمرور الوقت، وعلى سبيل المثال، فإن الصيانة الافتراضية يمكن أن تؤدي إلى تحليل بيانات اليقظة ودرجة الحرارة من المضخات والسيارات إلى التنبؤ بالأيام أو الأسابيع التي تُحدّد فيها.

كما تعزز منظمة العفو الدولية الكشف عن الأمراض غير المعدية في رصد نوعية المياه وتلوث الهواء، وتحديد أحداث التلوث التي قد تضيع النظم القائمة على القواعد، ومع تزايد حجم البيانات الحضرية، تصبح منظمة العفو الدولية أمراً لا غنى عنه لاستخراج أفكار عملية واتخاذ قرارات مراقبة آلية على نطاق يتجاوز القدرة البشرية.

التوائم الرقمية

فالتوأم الرقمي هو نسخة افتراضية من نظام حضري مادي يعكس حالته وسلوكه في الوقت الحقيقي، وكثيراً ما يستخدم بيانات من مئات أو آلاف أجهزة الاستشعار، ويمكِّن من محاكاة سيناريوهات مختلفة (مثلاً، ما يحدث إذا فشل خط توليد الطاقة أو موجة حرارية) في بيئة خالية من المخاطر، يمكن للمشغلين اختبار استراتيجيات الرقابة وإضفاء الصبغة المثلى على العمليات.

(ب) التوأم الرقمي ذو قيمة خاصة بالنسبة multivector optimization] - تنسيق الطاقة والمياه والنقل ونظم النفايات معاً لتحقيق أقصى قدر من الاستدامة عموماً، فعلى سبيل المثال، يمكن للتوائم أن يحددوا أن الحرارة الزائدة من مركز البيانات يمكن أن تسترد إلى المباني القريبة من الحرارة، ثم تعديل نظم التبريد والتدفئة تبعاً لذلك، حيث أن التوأم لا تدمج في القانون الدولي.

نظم الصحة الذاتية والقائمة على الذات

فالتطور النهائي للتحكم الرقمي هو البنية التحتية التي يمكن تشغيلها وتحسيها وشفاؤها دون تدخل بشري، ويمكن لشبكات الطاقة الذاتية أن تعزل الأخطاء وتعيد استخدام الطاقة في الثانية من الألفية، وتمنع حدوث انقطاع في المياه، ويمكن لشبكات المياه المستقلة ذاتيا أن تعدل الضغط وتعيد توجيه التدفقات عندما تنفجر، ويمكن لنظم المرور أن تعيد بث دينامية توقيتات الإشارة عبر الممرات الكاملة التي تستخدم في مواجهة حدث رئيسي من عمليات العزلة.

دراسات الحالة: المدن الراعية

وقد أثبتت عدة مدن أن الرقابة الرقمية، عند تنفيذها بعناية، تحقق مكاسب قابلة للقياس في مجال الاستدامة، وأن دراسة نُهجها توفر دروسا للآخرين.

سنغافورة: الأمة الذكية المتكاملة

In hour’s Smart Nation initiative is one of the world’s most comprehensive efforts. The city‐state has deployed a nationwide sensor network, including sensors on public housing estates that monitor energy and water use, as well as environmental sensors for temperature, humidity, and air quality.

Barcelona: Citizen —Centric Smart City

وتُشدد استراتيجية مدينة برشلونة الذكية على الرقابة الرقمية على نوعية الحياة والكفاءة، كما أن نظام المراقبة الرقمية للمحيطات (Prlons) الذي يُستخدم في نظام " Barlons " () هو الذي يُعنى بضبط حركة المرور في المدينة، ويُعنى أيضاً بـ " نظام " لاسلك " () الذي يُستخدم في نظام " بارلونز " ، ويُقيان " ، ويُستخدم في تحديد المواقع، ويُستخدم في تحديد المواقع، ويُستخدم في تحديد المواقع، ويُس " ، ويُعدّدُعدّدُس " ، ويُعدّدُعدّدُعدّدُم " ، ويُس " ، ويُعدّدُعدّدُ البيانات، ويُ البيانات، ويُعدّدُ البيانات، ويُّدُّمُّدُ البيانات، ويُّدُّدُسُّدُ البيانات، ويُعنى بـُّدُّدُّمُّمُّدُّدُ البياناتُ

Copenhagen: Climate —Neutral through Digital Control

ويرمي كوبنهاغن إلى أن يصبح أول رأس مال محايد الكربون في العالم بحلول عام 2025، والتحكم الرقمي أساسي في استراتيجيته، كما أن نظام الرصد الرقمي لشبكة كوبنهاغن () يتيح للباحثين في مجال السياسة العامة إمكانية التكيف مع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، ويعزز أيضاً نظم التدفئة في المناطق ذات الرقابة الرقمية على الإنتاج والتوزيع على أساس التنبؤات الجوية والطلب على المباني، ويستخدم نظام إدارة حركة المرور بيانات طموحة من حيث التوقيت والمقاييس والماء.

خاتمة

وقد أصبحت المراقبة الرقمية أداة لا غنى عنها لتطوير البنية التحتية الحضرية المستدامة، إذ يمكن رصدها في الوقت الحقيقي، والتشغيل الآلي، والأخذ بالصورة المثلى للبيانات، يمكن للمدن أن تحسن بشكل كبير كفاءة الطاقة، وأن تقلل من الانبعاثات، وتحافظ على المياه، وتدير النفايات على نحو أكثر فعالية، كما أن الفوائد ليست مدن نظرية مثل سنغافورة، وبرشلونة، وكوبنهاغن قد أظهرت بالفعل مكاسب كبيرة، غير أن تحقيق كامل إمكانات المراقبة الرقمية يتطلب التغلب على التحديات المتصلة بقطاعات التكلفة والأمن الإلكتروني، وإدارة البيانات،

وإذ يتطلع إلى المستقبل، والاستخبارات الاصطناعية، والتوائم الرقمية، والنظم المستقلة، سيخضعون للمراقبة الرقمية إلى مستويات جديدة من التطور، وسيمكنون من بناء الهياكل الأساسية ليس ذكيا فحسب، بل أيضا من تحقيق الاعتماد على الذات والقدرة على التكيف، وبما أن التوسع الحضري يتسارع ويزيد من حدة تغير المناخ، فإن المدن التي تستثمر بحكمة في الرقابة الرقمية ستكون في أفضل وضع يمكنها من توفير نوعية عالية من الحياة داخل حدود الكواكب، ولن يكون من السهل أبدا تحقيق الاستدامة الرقمية، بل من خلال نماذج مثبتة.