كيف أن أنظمة الطيار الآلي تساهم لدى تنمية الذكاء المدن

The Evolution of Autopilot Technology: From Aviation to Urban Infrastructure

وقد تم تصميم نظم آلية في الأصل للطيران، مما يتيح للطائرات الحفاظ على المسار والارتفاع بأقل قدر من التدخل البشري، وعلى مدى العقدين الماضيين، فإن التقدم في تكنولوجيا الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، والربط، قد سمح لهذه النظم بالانتقال إلى التطبيقات الأرضية، بما في ذلك قطاع السيارات، وفي الآونة الأخيرة، البيئة الحضرية الأوسع نطاقا، وفي سياق المدن الذكية، لم تعد تكنولوجيا السيارات مقتصرة على التدفق الحضري أو على البنية التحتية.

وقد أدى تقارب النظم المستقلة مع شبكة الإنترنت في الأمور (IoT)، و5G، والحساب الحازم، إلى إيجاد أرض خصبة للحلول الآلية، مما يتيح استمرار جمع البيانات، واتباع مسارات سريعة في اتخاذ القرارات، وتنسيق الإجراءات عبر مجالات متعددة، ومن ذلك مثلا أن وجود مركبة مستقلة واحدة يمكن أن يتواصل مع إشارات المرور، والهياكل الأساسية للوقوف، ونظم الاستجابة لحالات الطوارئ من أجل التداول بكفاءة وآمن.

Transforming Urban Mobility with Autonomous Systems

إن أكثر الآثار ظهوراً للتكنولوجيا الآلية في المدن الذكية هو مجال النقل، إذ أن التنقل الحضري يجري إعادة تعريفه من قبل المركبات المستقلة، وإدارة حركة المرور الذكية، واللوجستيات الآلية، التي تعتمد جميعها على قدرات آلية متطورة، وترمي هذه النظم إلى تصور البيئة واتخاذ القرارات على أساس مدخل الاستشعار، وتنفيذ الإجراءات دون تدخل بشري، ونتيجة لذلك هو نظام إيكولوجي للنقل أكثر أماناً وأكثر كفاءة وأكثر سهولة.

المركبات المستقلة وخدمات النقل البري

وتمثل السيارات ذاتية التطبيق الرئيسي للتكنولوجيا الآلية في المناطق الحضرية، حيث أن تطهيرها من مجموعة من أجهزة الاستشعار، بما في ذلك الليدار، والآلات، والآلات، والأجهزة التي تستخدم في أجهزة الكشف عن النفس، هي عوامل يمكن أن تؤدي إلى زيادة القدرة على الحركة، وتضع في إطارها نماذج مفصلة لإمكانية تنقلات السيارات، وتضع فيها الخوارزميات المتحركة، وتفسر إشارات المرور، وتتوقع حدوث أخطاء في حركة السير، وتضع خططاً لطرق آمنة مثل المدن.

بيد أن الاعتماد الواسع النطاق يواجه عقبات، منها الموافقة التنظيمية والقبول العام، والحاجة إلى اتخاذ تدابير قوية لأمن الفضاء الإلكتروني، ومن المرجح أن تشهد المدن التي تبادر إلى إنشاء مراكز اختبار وصناديق رمال تنظيمية نشراً سابقاً وتجني الفوائد المرتبطة بذلك عاجلاً، كما أن إدماج المركبات المستقلة في نظم المرور الحالية يتطلب أيضاً تخطيطاً دقيقاً لضمان تعايشها بأمان مع المركبات التي يقودها الإنسان، ومع دوران، ومع انخفاض تكاليف النقل الحضري.

Intelligent Traffic Management and Signal Control

وتمتد التكنولوجيا الآلية إلى ما يتجاوز فرادى المركبات إلى الهياكل الأساسية التي تحكم تدفق حركة المرور، وتستخدم نظم إدارة الحركة الذكية بيانات آنية من أجهزة الاستشعار والكاميرات والمركبات ذات الصلة لتعظيم توقيت الإشارة، وكشف الازدحام، وتنسيق الاستجابات عبر القطاعات، ويمكن لهذه النظم أن تعدل مراحل الإشارات بصورة دينامية على أساس ظروف المرور الحالية، وتخفض فترات الانتظار، وتحسن من خلال الإنتاج، وفي بعض المدن، تؤدي نظم مراقبة الحركة التكييفية إلى خفض عدد مرات السفر إلى أقصى حد.

كما يستخدم مخططو المدن هذه النظم لتحديد أولويات النقل العام والمركبات الطارئة، إذ إن كشف الحافلات أو الترام أو سيارات الإسعاف وتوسيع نطاق الإشارات الخضراء أو عمليات الفرز قبلها، لا يمكن للمدن أن تحسن موثوقية المرور العابر وأوقات الاستجابة لحالات الطوارئ، كما أن البيانات التي تجمعها نظم إدارة حركة المرور ستغذي أيضا جهود التخطيط الطويلة الأجل، وتساعد على تحديد نقاط الاحتراق، وتقييم أثر التطورات الجديدة، ونموذج آثار تغيرات السياسة العامة التي لا تتسم بالكفاءة.

آخر عملية تسليم وسوقيات

كما أن نظم الطيار الآلي تتحول إلى حركة البضائع داخل المدن، حيث يتم نشر روبوتات التسليم المستقلة، والطائرات بدون طيار، والشاحنات لمعالجة اللوجستيات التي تمتد في آخر ميل، ولا سيما في المناطق الحضرية الكثيفة حيث تقل اكتظاظ حركة المرور والحد من القيود المفروضة على السيارات عن كفاءة أساليب التسليم التقليدية، وتختبر شركات مثل نورو، وتكنولوجيات الشحنات، وشركة الأمازون مجموعة من الحلول المستقلة التي يمكن أن تبحر على الرصيفات، وأجهزة نقل الدراجات، وطرق النقل، وطرق النقل،

وبالنسبة لمديري المدن، فإن ارتفاع مستوى التنفيذ المستقل يمثل فرصاً وتحديات تنظيمية، إذ يجب على الروبوتات التي تقدم المساعدة أن تتعايش مع المشاة والأشخاص ذوي الإعاقة، مما يتطلب قواعد واضحة بشأن السرعة، والحق في الوصول، وساعات التشغيل، وكثير من المدن تجريب مناطق تحميل معينة، والقيود الزمنية التي تفرضها إدارة تدفق هذه الأجهزة، وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن احتمال أن تؤدي زيادة الكفاءة إلى انخفاض التكاليف.

إدماج الطيار الآلي في إدارة الهياكل الأساسية الحضرية

وفيما عدا النقل، يجري إدماج النظم الآلية في الهياكل الأساسية المادية للمدن لتحسين إدارة الموارد، ونوعية البيئة، والسلامة العامة، وهذه التطبيقات تستغل نفس القدرات الأساسية للاستشعار، وصنع القرار، والمراقبة الآلية، ولكنها تطبق على مجالات مثل الطاقة، والمياه، والنفايات، ونوعية الهواء، ونتيجة لذلك، الهياكل الأساسية التي يمكن أن تستجيب بشكل مستقل للظروف المتغيرة، والحد من النفايات، وتحسين تقديم الخدمات.

Smart Parking Ecosystems

ومن أكثر التطبيقات العملية لتكنولوجيا الطيار الآلي في الهياكل الأساسية الحضرية إدارة مواقف السيارات، وكثيرا ما يكون الحد من السيارات في المناطق الحضرية الكثيفة هو شعور بالإحباط والوقت المستغرق، مما يسهم في الازدحام والانبعاثات كدائرة للسائقين بحثا عن الأماكن المتاحة، وتجد نظم وقوف السيارات الذكية أجهزة الاستشعار المثبتة في أماكن وقوف السيارات، وآلات التصوير، والبيانات المستمدة من المركبات ذات الصلة، وذلك من أجل تكييف المعلومات المتعلقة بالزمن الحقيقي، إمكانية استخدام أجهزة الدفع.

وبالنسبة لحكومات المدن، توفر نظم وقوف السيارات الذكية بيانات يمكن أن تسترشد بها القرارات المتعلقة بالسياسات، مثل تعديل معدلات وقوف السيارات، وإعادة تصميم أماكن العمل، أو تنفيذ مخططات الترخيص، كما أن النظم تقلل من الحاجة إلى دوريات إنفاذ، حيث يؤدي التسديد الآلي ورصد الوقت إلى الحد من الانتهاكات، ومن خلال تقليص الوقت الذي يستغرقه البحث عن مواقف السيارات، يمكن للمدن أن تقلل من انبعاثات المركبات، وأن تحسن تدفق حركة المرور، وأن تعزز الخبرة العامة للسائق والمقيمين.

الرصد البيئي والاستجابة

ويجري نشر نظم آلية مجهزة بمجسات بيئية لرصد نوعية الهواء، ومستويات الضوضاء، ودرجات الحرارة، والرطوبة، وغيرها من العوامل التي تؤثر على قابلية التأثر بالمنافع الحضرية، والطائرات الآلية، ومحطات الاستشعار الثابتة، والمنابر المتنقلة مثل أجهزة الإيصال الآلي والحافلات التي تجمع البيانات باستمرار في جميع أنحاء المدينة، وتحلل هذه البيانات في الوقت الحقيقي لكشف نقاط التلويث، وتُعدل تدابير الحد الأقصى من فعالية حركة النقل الجوي.

فالقدرة على رصد الظروف البيئية في ظل وجود حل مكاني وزمني كبير هي متغيرة في التخطيط الحضري والصحة العامة، ويمكن للمدن أن تحدد مصادر التلوث بمزيد من الدقة، وأن تقيّم أثر التطورات الجديدة، وأن تستهدف التدخلات حيثما تكون الحاجة إليها أشد، وعلى سبيل المثال، إذا كشفت أجهزة الاستشعار مستويات مرتفعة من ثاني أكسيد النيتروجين بالقرب من مدرسة، يمكن للمدينة أن تحقق في المصدر وأن تعالجه، سواء كانت نظماً يدوية، أو موقعاً للبناء، أو مرفقاً للبناء.

الطاقة على الوجه الأمثل في النظم العامة

كما يجري تطبيق تكنولوجيا الطيار الآلي على الاستخدام الأمثل للطاقة في الهياكل الأساسية العامة، ويمكن التحكم في جميع نظم الإضاءة والتدفئة والتبريد في المباني العامة، وفي محطات ضخ المياه بصورة مستقلة استنادا إلى بيانات آنية، وعلى سبيل المثال، يمكن أن تتناقص أو تشرق الأضواء على أساس مستويات الضوء المحيطة، أو وجود المشاة، أو ظروف المرور، أو تقلل من استخدام الطاقة دون أن تؤدي إلى تغيير أنماط السلامة في البلد.

وفي نطاق المقاطعات أو المدن، يمكن للنظم الآلية أن تدير توزيع الطاقة من مصادر متجددة، وأن تتوازن العرض والطلب عبر الشبكة، حيث تتجه المدن نحو كهربة النقل والتدفئة، وتدير حمولات الذروة، ويمكن لنظم الاستجابة الآلية للطلب أن تنقل حمولات غير أساسية إلى أوقات يكون فيها توليد الطاقة المتجددة مرتفعا أو منخفضا، مما يقلل من الحاجة إلى محطات توليد الطاقة في شكل ذروة الوقود الأحفوري.

السلامة العامة والاستجابة في حالات الطوارئ

وتشكل السلامة العامة وظيفة أساسية لحكومة المدينة، وتوفر النظم الآلية أدوات جديدة لتعزيز سرعة وفعالية الاستجابة لحالات الطوارئ، ومن المراقبة المستقلة إلى تحديد مسارات المركبات في حالات الطوارئ ذات الأولوية، تساعد هذه النظم على حماية السكان والممتلكات مع تخفيف العبء على المستجيبين الأولين.

المراقبة الذاتية وكشف التهديدات

ويمكن للقادة الذين يُعدون حواسيب وكاميرات ثابتة مجهزة بملفات للرؤية الحاسوبية أن يقوموا بدوريات في الأماكن العامة، وأن يكتشفوا نشاطا غير عادي، وأن يخطروا السلطات في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه النظم أن تحدد مجموعات غير مجهزة، أو أن تشكل حشود في مناطق محظورة، أو مركبات تقودها إلى مناطق محظورة، وفي حين أن استخدام المراقبة المستقلة يثير شواغل هامة تتعلق بالخصوصية والحريات المدنية، فإن المدن التي تنفذ أطرا حكيمة للإدارة يمكن أن تعمل على تحسين الوعي بالأحداثة.

كما يمكن أن يؤدي دمج نظم الطيار الآلي مع إرسال الطوارئ إلى تحسين تخصيص الموارد، ومن خلال تحليل بيانات الحوادث التاريخية، وظروف المرور، والطقس، يمكن للنظام التنبؤ بالأماكن التي يحتمل أن تحدث فيها حالات الطوارئ، واسعافات ما قبل الوضع، وشاحنات الإطفاء، ووحدات الشرطة، ويمكن لهذه القدرة التنبؤية، إلى جانب تكنولوجيا المركبات المستقلة، أن تتيح في نهاية المطاف استخدام مركبات مستقلة تماما للاستجابة لحالات الطوارئ تحقق أسرع مما يمكن أن يتحكم به السائقون البشريون.

تحديد أولويات المركبات في حالات الطوارئ

ومن أكثر التطبيقات وضوحا وثاقا للتكنولوجيا الآلية في مجال السلامة العامة تحديد أولويات مركبات الطوارئ، وعندما تحتاج سيارة الإسعاف أو شاحنة الإطفاء أو سيارة الشرطة إلى الوصول بسرعة إلى حادث، كل تهم ثانية، ويمكن لنظم إدارة حركة المرور الذكية أن تكتشف نهج مركبة الطوارئ وأن تعدل تلقائيا إشارات المرور لإزالة مسارها، وفي بعض النظم، تقوم مركبة الطوارئ ببث موقعها والطريق المقصود بها، مما يتيح لمراقب حركة المرور تحديد مسارات خضراء.

ومع تزايد شيوع المركبات المستقلة، يمكن أيضا برمجتها لتوليد مركبات الطوارئ بطرق موحدة، وزيادة تحسين كفاءة الاستجابة، ويؤدي الجمع بين الهياكل الأساسية ذات الصلة وسلوك المركبات المستقل إلى إيجاد نظام إيكولوجي منسق يتم فيه تحديد أولويات الاستجابة لحالات الطوارئ دون تدخل بشري، وتفيد المدن التي تنشر هذه النظم عن تخفيضات قابلة للقياس في أوقات الاستجابة، مما يمكن أن يترجم إلى نتائج أفضل لضحايا السكتة القلبية، ومرضى الصدمات النفسية، والحوادث الناجمة عن الحرائق، وتحسن التكنولوجيا نسبيا من حيث التكلفة مقارنة بغيرها من مبادرات أخرى في المدن الذكية في وقت مبكر.

تخطيط المناطق الحضرية بواسطة أجهزة الاستشعار الآلي

وتولد أجهزة الاستشعار وقدرات تجهيز البيانات المتأصلة في نظم الطيار الآلي ثروة من المعلومات التي يمكن استخدامها في التخطيط الحضري وقرارات السياسة العامة، كما أن المركبات المستقلة ونظم إدارة الحركة والمراقبين البيئيين ومراقبي الطاقة يمكن أن تنتج جميعها مسارات بيانات عن كيفية استخدام المدينة، وكيفية أدائها، وحيثما توجد مشاكل، وهذه البيانات، عندما تكون مجمّعة ومحللة، توفر معلومات غير متاحة أو غير مفهومة عن الآثار المترتبة على السفر في المدن.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن تكشف البيانات المستمدة من المركبات المستقلة عن الطرق الأكثر شعبية في أوقات مختلفة من اليوم، وعن مدى تنوُّع أوقات السفر، وعن أسوأ الحالات التي يمكن أن تُوجَّه فيها هذه المعلومات الاستثمارات في توسيع الطرق، أو في الممرات التي تستخدم فيها الدراجات، أو التحسينات في المرور العابر، وبالمثل، يمكن للبيانات البيئية أن تُسترشد بالقرارات المتعلقة بأماكن زرع الأشجار، أو تركيب أسطح خضراء، أو إنشاء مناطق منخفضة الانبعاثات، وقد تتيح للمخططين للتنبؤات زيادة الحلول المبتكرة القائمة على أساس العائد.

التحديات والنظر في التبني على نطاق واسع

وعلى الرغم من الفوائد الكبيرة، فإن إدماج النظم الآلية في المدن الذكية لا يخلو من تحديات، إذ يجب على المدن أن تبحر في مشهد معقد من القضايا التقنية والتنظيمية والأخلاقية والاجتماعية لتحقيق كامل إمكانات هذه التكنولوجيات، ومن الضروري التصدي لهذه التحديات على نحو استباقي لبناء الثقة العامة وضمان توزيع الفوائد على نحو منصف.

أمن الفضاء الحاسوبي وخصوصية البيانات

أنظمة الطيار الآلي متصلة بشكل متأصل، تعتمد على الشبكات للتواصل مع بعضها البعض ومع أنظمة المراقبة المركزية، هذه الربطة تخلق نقاط ضعف يمكن استغلالها من قبل الجهات الفاعلة الخبيثة، و الحركات الإلكترونية على نظام إدارة المرور يمكن أن تسبب قفلاً، بينما الهجوم على المركبات المستقلة يمكن أن يعرض حياة واسعة للخطر، ويجب على المدن أن تستثمر في تدابير أمنية إلكترونية قوية، بما في ذلك التشفير والتوثيق والكشف عن الحوادث

وتعتمد مدن كثيرة أطراً للثقة في البيانات تتطلب أن تكون البيانات غير مسموعة ومجمعة ولا تستخدم إلا لأغراض محددة، كما أن بعضها يختبر تكنولوجيات حفظ الخصوصية مثل الخصوصية التفاضلية والتعلم الاتحادي، مما يتيح استخلاص البصيرة دون الكشف عن نقاط البيانات الفردية، وبما أن الأطر التنظيمية مثل لائحة الاتحاد الأوروبي العامة لحماية البيانات تضع معايير جديدة، فإن المدن يجب أن تكفل امتثال برامجها الذكية لأفضل الممارسات القانونية.

الأطر التنظيمية والوصاية العامة

ويتطلب نشر نظم آلية في الأماكن العامة قواعد ومعايير واضحة لضمان السلامة والإنصاف والمساءلة، ومن المسؤول إذا تسببت مركبة مستقلة في حادث؟ وكيف يمكن تنظيم الطائرات الآلية المستقلة لحماية الخصوصية وتفادي الاصطدام بالطائرات المأهولة؟ وما هي المعايير التي ينبغي أن تتقيد بها نظم إدارة المرور عند التفاعل مع المركبات من مختلف الجهات المصنعة؟ وهذه أسئلة تتصدى لها الحكومات ذاتياً، وتضع ردوداً على ذلك.

فالثقة العامة مهمة بنفس القدر، إذ أن الكثير من الناس يحرسون نظما مستقلة، لا سيما عندما يتعلق الأمر بالسلامة وتشريد الوظائف، ويجب على المدن أن تتواصل بوضوح بشأن فوائد التكنولوجيا الآلية، وكيفية إدارة المخاطر، وما هي الضمانات القائمة، ويمكن للمشاريع الرائدة والمظاهرات العامة أن تساعد على بناء المعرفة والقبول، كما أن إشراك أصحاب المصلحة في المجتمع المحلي في عملية التخطيط يكفل مراعاة احتياجات وشواغل مختلف الفئات، وعندما يشعر السكان بأن لديهم مستقبلاً أكبر من فرص الاعتماد.

الاستثمار في الهياكل الأساسية وإعادة استخدامها

ويتطلب تنفيذ نظم الطيار الآلي على نطاق واسع استثمارا كبيرا في الهياكل الأساسية، إذ يجب تجهيز الطرق بأجهزة الاستشعار والاتصال، ويجب رفع مستوى إشارات المرور لدعم الرقابة التكييفية، كما يجب نشر مراكز تجهيز البيانات لمعالجة حجم المعلومات، وبالنسبة لكثير من المدن، ولا سيما تلك التي لديها ميزانيات ضيقة، فإن إيجاد رأس المال لتمويل هذه التحسينات يشكل تحديا كبيرا، ويمكن أن تساعد الشراكات بين القطاعين العام والخاص في إتاحة أعلى مستويات تكلفة وخطر في مجال تبادل المعلومات للحصول على البيانات.

فإعادة تشغيل الهياكل الأساسية القائمة في كثير من الأحيان أكثر تعقيدا من بناء نظم جديدة من الخدش، إذ تتطلب أجهزة الاستشعار المدفوع، على سبيل المثال، إغلاق الطرق للتركيب، وتحسين إشارات المرور، مما يؤدي إلى تعطيل تدفق حركة المرور، ويتعين على المدن أن تخطط بعناية للتقليل إلى أدنى حد من التعطل والتنسيق مع مشاريع الأشغال العامة الأخرى، وعلى الرغم من هذه التحديات، فإن الفوائد الطويلة الأجل للهياكل الأساسية الآلية يمكن أن تمثل تكاليف أعلى.

The Road Ahead: Synergizing Autopilot Systems with Smart City Ecosystems

إن مسار التكنولوجيا الآلية هو تحقيق المزيد من التكامل والاستخبارات والاستقلال الذاتي، وفي المدينة الذكية للمستقبل، فإن المركبات المستقلة ونظم إدارة الحركة، والمراقبين البيئيين، ومراقبي الطاقة، سيعملون معا كنظام إيكولوجي متماسك، ويتقاسمون البيانات، وينسقون الإجراءات في الوقت الحقيقي، كما أن الحدود بين النقل والهياكل الأساسية والسلامة العامة يجب أن تتفادى مع ظهور منابر موحدة يمكن أن تدير مجالات متعددة في نفس الوقت، كما أن هذه الرؤية لا تتطلب الابتكارات التكنولوجية فحسب.

ومن المرجح أن تؤدي عدة اتجاهات إلى التعجيل بهذا التقارب، إذ أن بدء تشغيل الشبكات ذات النطاق الترددي المنخفض والارتفاع في النطاق الترددي اللازم للتنسيق في الوقت الحقيقي، وسيتيح التقدم في الحوسبة الحادة تحقيق المزيد من الحساسات، والحد من الرطوبة، وتحسين القدرة على التكيف، وسيصبح التعلم في مجال الآلات، ونظم المعلومات المسبقة، أكثر تطوراً، مما يتيح للنظم التنبؤ بالأحداث والاستجابة لها قبل أن تضيف التوائم الرقمية.

إن فوائد هذا النهج المتكامل كبيرة، إذ يمكن للمدن التي تنشر بنجاح نظماً آلية أن تتوقع أن تشهد تخفيضات في اكتظاظ حركة المرور، وانخفاض الانبعاثات، وتحسين السلامة العامة، وتعزيز تنقل السكان الذين يعانون من نقص الخدمات، وزيادة كفاءة استخدام الموارد، وهي ستكون أفضل تجهيزاً للاستجابة لحالات الطوارئ، والتكيف مع الظروف المتغيرة، والتخطيط للمستقبل، وباختصار، فإن نظم الطيار الآلي ليست مجرد عنصر من عناصر تنمية المدن الذكية؛ وهي تكنولوجيا أساسية تمكن من الاستجابة حقاً للمخابرات.

وكما هو الحال بالنسبة لأي تكنولوجيا تحولية، فإن الطريق إلى الأمام يتطلب إدارة دقيقة للمخاطر والمبادلات، ويجب التصدي بصورة استباقية لأمن الفضاء السيبرى، والخصوصية، والإنصاف، والثقة العامة، ولكن المكافآت المحتملة ذاتية للغاية بحيث لا تتجاهلها، فالمدن التي تعتمد تكنولوجيا الطيار الآلي اليوم تهيئ الأساس لبقاء أكثر أمانا وأنظفاً وأكثر ازدهاراً، وقد كانت الرحلة من الطيران إلى البنية التحتية الحضرية طويلة الأجل، ولكن الوجهة هي الآن.