كيفية استخدام محطة Fpga لرصد حركة المرور في الوقت الحقيقي وإدارتها

التبسيط والتحقق

(ج) تبسيط التصميم الكامل في اختبار يعيد تشكيل مواقع حركة المرور المسجلة، واستخدام المحاكاة المشتركة مع محفزات حركة المرور (مودي سيم، محاكاة فيفادو) إلى جانب برمجيات تُعدّل المجهز المدمج، والتأكد من أن النظام يلبي متطلبات الارتداد والارتفاع في إطار كثافة حركة المرور في أسوأ الحالات، مثل التقاطع المزايد أثناء حدث رياضي.

تنفيذ برامجيات الحاسوب وتحقيق الاستخدام الأمثل

وبعد المحاكاة، والتوليف العملي، والأماكن والطرق، وتحليل التقارير المتعلقة بالتوقيت، وتحقيق الحد الأمثل للمسارات الحرجة: السلاسل المتشابكة الطويلة، والسجلات المكررة للناموسيات العالية الارتحال، وتعديل الترددات عند الحاجة، واستخدام وحدات نظام الأفضليات المعمم في كثير من الأحيان من أجل مضاعفة التعقيدات والتراكمات؛ واستخدام نظام " RAM " ، أو " UltraRAM " ، للمساعدة في تحديد إطار الموازنة،

الاختبار الميداني والمعايرة

نشر النظام في تقاطع اختباري مراقَب مع بيانات عن الأرض من العد اليدوي أو الرادار أو أجهزة كشف النوافذ، وأجهزة التصوير المتطورة باستخدام تقنيات التصوير المتناهيج للخط في إطار FPGA - يتم حساب التحول من إحداثيات الصور إلى إحداثيات عالمية في الوقت الحقيقي باستخدام جداول المراقبة.

التحديث عن بعد والصيانة

ويمكن دفع تحديثات البرمجيات بعد النشر إلى الشبكة باستخدام الأحذية الآمنة وإعادة التشكيل عن بعد، وقدرة هذه الهيئة على قبول المنافذ الجزئية تعني إجراء تغييرات صغيرة مثل تحديث نموذج الكشف دون انقطاع جهاز مراقبة الإشارات، وضمان صحة أجهزة الرصد من خلال جهاز الرصد الوطني أو قناة قياسية مصممة لتبليغ درجة الحرارة، واستهلاك الطاقة، ومواجهة الأخطاء، ووضعية الوصلات، مع تكييف نماذج جديدة.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

وهناك عدة بلديات سبق أن شهدت ميدانيا إدارة حركة المرور التي تقوم بها مؤسسة FPGA بنتائج قابلة للقياس، ففي برشلونة، تستخدم شبكة من المقاطع الذكية " زيلينكس زينك " (Xilinx Zynq FPGAs) لإجراء تحليلات فيديوية على الحافة، ويعطي النظام الأولوية للحافلات ومركبات الطوارئ، ويعدل توقيتات الإشارات في الوقت الحقيقي، ويتواصل عبر عمود الألياف في المدينة.

وتجرب هيئة النقل البري في سنغافورة نظاماً للتكييف القائم على أساس FPGA في إطار مقاطع معقدة متعددة الأقزام، وبإدخال بيانات مكتشفة للحلقات مع أجهزة التصوير بالرؤوس، تستحدث هيئة النقل الجوي لسنغافورة نموذجاً للتصفيات في الوقت الحقيقي وتستكمل تقسيمات خضراء كل ثانية، وتخفض هذه المراقبة الدينامية من التأخيرات في التوقف والمغادرة بنسبة 30 في المائة مقارنة بالخطط الثابتة الوقت أثناء ساعات الذروة.

وفي الولايات المتحدة، استخدم مشروع تجريبي في ممر ضواحي مزدحم في شبكة إنتل FPGAs لدمج الحلقات الاسترشادية القديمة مع أجهزة استشعار جديدة للشركة، وتوفيق نظام FPGA بين مختلف معدلات البيانات والأطر التنسيقية، ووضع خريطة موحدة للاحتفاظ بالزمالات، وأطعم برامجيات المرور المركزية الموجودة في المدينة عن طريق شبكة النقل الوطنية، وقد أدى هذا النهج الرجعي إلى توسيع نطاق حياة الهياكل الأساسية (كانت حلقات الكشف قديمة) في الوقت نفسه.

وثمة انتشار ملحوظ آخر في كوبنهاغن، حيث تقوم وحدات الطرق القائمة على أساس FPGA بتجهيز البيانات من الكاميرات والرادار لتوفير الدراجات والرسومات المشوية في الوقت الحقيقي، ويستخدم النظام أرقاما قياسية للوزن الخفيف من النيتروز تبلغ كمية 8 أمتار، وهي تعمل على الإفراط في استخدام أجهزة الاتصال التي ترسلها القوات المسلحة الاتحادية، ويسمح انخفاض استهلاك الطاقة الكهربائية (دون 10 أمتار لكل وحدة) بالعمل على دعم الطاقة الشمسية والبطارية، وهو أمر أساسي بالنسبة للمواقع التي لا توجد بها شبكات كهربائية.

Leveraging AI and Edge Processing on FPGA

وقد أصبح التعلم من الآلات حجر الزاوية في رصد الحركة الحديثة، كما أن هذه الشبكات ذات القدرة الفريدة على التعمق في الحافة دون وجود الرطوبة والخصوصية والشواغل المتعلقة بالطرق على نطاق الترددات السحابية، حيث أن الشبكات العصبية للكشف عن المركبات وإعادة تحديد هوية المشاة، وقراءة لوحة الترخيص يمكن أن تُقيَّم كمياً إلى 8 أو حتى 4 وحدات من وحدات خفض الانبعاثات، التي تُنشر على شبكة FP.

(أ) أن يتعامل العلماء المفتوحون مع نسيج (FPGA) مع المجهزين المدمجين (ARM Cortex-A, RISC-V) الذين يقومون بمهام متتابعة مثل مشاهد قاعدة البيانات، وإدارة التشكيلات، ورسوم الاتصالات، ويعجل المنطق البرمج بالعمليات الكثيفة التقلب: الاختزال بالخلفية، والتخليص غير الضريبي، والارتباطات التتبعية

وتبرز تقنيات التعلم من المقاييس حيث تكيف الهيئة خط تجهيزها الخاص استنادا إلى الظروف البيئية، فعلى سبيل المثال، قد ينشر النظام نموذجاً للوزن النهاري مع انخفاض الدقة في توفير الطاقة، ويتحول إلى نموذج للزمن، أكثر قوة، يدوم ليلاً استناداً إلى قراءة استشعارية للأوهام، ويجعل إعادة التشكيل الجزئي هذه التحولات غير متجانسة في بيئة ذات قيمة مصغرة.

وبالإضافة إلى نماذج الشبكة الموحدة، يجري استكشاف هياكل جديدة للشبكة مثل مترجمي الترميز والشبكات العصبية للرسوم البيانية للتنبؤ بالسير، وفي حين أن هذه النظم تتطلب قدرا أكبر من الدقة، يمكن الاستفادة المثلى من نسيج FPGA في تطبيقات المصفوفة وآليات الاهتمام باستخدام تطبيقات صفائف السايستات، فقد أظهرت مجموعات البحوث التنبؤات بالطرق التي تستخدم نماذج محولات خفيفة في إطار توقعات حركة المركبات المتوسطة المدى.

حواجز التنفيذ الواردة

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، قد تواجه المنظمات عقبات عند اعتماد حلول حركة المرور القائمة على مبادرة FPGA، ومن الضروري فهم هذه التحديات وإعداد استراتيجيات التخفيف من آثارها من أجل النجاح في نشرها.

تعقيد التنمية وقفزة المهارات

ويتطلب كتابة لغات وصف المعدات بكفاءة (VHDL, Verilog) خبرة متخصصة غير مشتركة في أفرقة البرامجيات النموذجية، غير أن النظام الإيكولوجي تطور تطوراً كبيراً، كما أن أدوات التوليف الرفيعة المستوى تتيح تطوير خطوط الأنابيب القائمة على نوع C+ وFCL، وتقليص منحنى التعلم بشكل جذري، كما أن التصميم النموذجي مع MATLAB وS Simulink يمكِّن المهندسين من تصميم وفحص رموز الحركة على مستوى عال ومن ثم توليد

اعتبارات التكاليف

كما أن التكلفة الهندسية غير المتكررة لتنمية مجموعة البرمجيات الحرة والمفتوحة المصدر - بما في ذلك تصميم اللوحات، وإصدار تراخيص لبرمجيات الإي بي بي، وتطوير البرمجيات الثابتة - يمكن أن تكون أعلى من شراء مركبات PCs المزروعة خارج الكشوف، غير أنه عندما تستهلك على مدى عمر العديد من المقاطع، فإن تكلفة البرمجيات الواحدة تصبح تنافسية، كما أن إلغاء رسوم الترخيص للبرمجيات لنظم التشغيل أو قواعد بيانات SQL.

المسائل التنظيمية والتوحيدية

ويجب أن تمتثل معدات مراقبة الحركة لمعايير السلامة الإقليمية (مثلا، EN 12675 للمراقبين، والوثيقة NMA TS-2 للتداخلات) وكثيرا ما تتطلب شهادة مطولة، وقد تثير مجموعات من السلع الأساسية التي أعيد برمجتها في الميدان شواغل بشأن إعادة التصحيح، ولخفض هذا، تصميم هيكل منفصل يُستخدم فيه مسار التحكم في المواد الخطرة على نحو معتمد (مثلا، تقنيات التكييف الجزئي).

التكامل مع نظم الإرث

ولدى العديد من وكالات المرور نظم قائمة تستخدم أجهزة الكشف القديمة عن الحلقات، أو الأنابيب الناموسية، أو أجهزة التحكم في نظام " إي إم تي إس-1 " ، وتخرج هذه الأجهزة من سد هذه الوصلات القديمة لأنها يمكن برمجتها لتضمين أي بروتوكول رقمي، وتضيف جهازاً للسحب على أساس البرمجيات المتحركة، وذلك بالتوازي مع أجهزة التحكم الحالية، يسمح بالهجرة التدريجية دون أن تمزق وتوضع.

The Road Ahead: Towards Autonomous Traffic Management

وسيؤدي دمج تكنولوجيا FPGA مع 5G ومركبات إلى كل شيء (V2X) إلى إعادة تحديد إدارة حركة المرور، إذ ستؤدي وحدات البرمجيات الحرة والموزعة ميدانيا إلى تجهيز بيانات الاستشعار الثابتة، كما ستتلقى برامج البث في الوقت الحقيقي من المركبات ذات الصلة - موقعها وسرعةها ومسارها والمناورات المعتزمة - باستخدام النموذجين للتدفقات الصناعية 802.11p أو NR-V2X.

إجراء بحوث في مجال حاسبة الأعصاب والكاميرات القائمة على الأحداث، بطبيعة الحال، مع نسيج FPGA، وتنتج أجهزة الاستشعار القائمة على الرؤية في الأحداث جسوراً، وتجارب بيانات متزامنة يمكن أن تتعامل معها أجهزة الموجات المحتوية على الترددات العالية من حيث الكفاءة فقط، مع تغييرات في البكسل بدلاً من الأطر الكاملة، مما يقلل من سرعة مراقبة الترددات وبطء الطلب على أجهزة التصوير الفرعية من نوع واحد.

فالنظم الإيكولوجية المفتوحة المصدر للشبكة، مثل محطة " سيمبي فلو " ، تجعل تصميم رقائق المقاييس أكثر سهولة، وهذا يمكن أن يضفي طابعاً ديمقراطياً على صناعة متحكم حركة المرور، ويتيح للمدن أو الاتحادات تصميم معداتها الخاصة المتوافقة مع المعايير باستخدام مجموعات السلع الأساسية وسلاسل الأدوات المفتوحة المصدر، كما أن مجموعة النقل المفتوحة المصدر مسبقاً من أجل تحديد المهام الخاصة بمركبات معينة أو ما إذا كانت هناك عقبات في مجال البنية التحتية أقل تطوّل.

ومع تنوع أنماط السكان الحضريين ووسائل النقل، أصبحت خطط الإشارة الثابتة والمؤقتة بالية، وتوفر النظم التي تتلقى من الاتحاد السبيل الوحيد القابل للتطبيق للتفاعل التفاعلي والذكي الذي يعطي الأولوية للسلامة والنباتات والاستدامة البيئية، إذ تستثمر الآن في النماذج الأولية للشبكة والوزع التجريبي القائمين على هذه المبادرة، تضع وكالات النقل الأساس لمستقبل تُوزع فيه تدفقات حركة المرور باستمرار، وتُحسّنها من خلال إعادة تكييفها.