مستقبل المركبات الآلية في المركبات المستقلة ونظم النقل الذكي

وقد كانت تكنولوجيا تحديد الترددات اللاسلكية تعمل بثبات هادئة على تعقب الأصول ومراقبة الدخول ونظم الدفع لعقود، والآن، مع تسارع قطاع النقل نحو الاستقلال الكامل والهياكل الأساسية الذكية، فإن الشبكة الدولية للنقل البري مستعدة لتصبح طبقة أساسية من النظام الإيكولوجي للتنقل التالي، إذ أن الجمع بين البطاقات المنخفضة التكلفة والسلبية مع أجهزة قراءة قوية، فإن الشبكة الدولية للمعلومات الإدارية تتيح للآلات تحديد مواقعها والتواصل معها.

How RFID Technology Works - and Why it Matters for Transportation

وتتكون نظم إدارة المعلومات الإدارية من عنصرين أساسيين هما: البطاقات (المرسلون) والقراء (المقابلون) - تحتوي التاجز على جهاز ميكروتشيب وهوائي؛ ويمكن أن تكون سلبية (بتمويل من حقل القراء الكهرومغناطيسي)، أو ناشطة (ببطارية داخلية)، أو مرارة مجهزة بالبطارية، وتحتوي أجهزة القراء على موجات لاسلكية تعمل على بطاقات مصغرة، وتلتقط البيانات المخزنة عليها.

وبالنسبة لتطبيقات النقل، فإن اختيار الترددات أمر بالغ الأهمية، إذ تعمل قاعدة بيانات التردد المنخفض (LF، 125-134 كيلوهرتز) بالقرب من المعادن والسوائل، مما يجعلها مناسبة لمحركات المركبات وتتبع الإطارات، وتوفر بطاقات الطول العالية (HF، 13.56 ميغاهيرتز) معدلات متوسطة لنقل البيانات، شائعة في مجموعة الأدوات، ووصول السيارات إلى حيز التشغيل السريع(9).

الطلبات الحالية في مجال النقل: أكثر من رسوم النقل

وفي حين أن جمع الرسوم الإلكترونية يظل هو أكثر الاستخدامات وضوحاً في النقل، فإن التكنولوجيا تدعم بالفعل مجموعة متنوعة من المهام التشغيلية عبر الأساطيل العامة والخاصة.

جمع وحيازة المواد الإلكترونية

وتعتمد نظم مثل نظام E-ZPass في الولايات المتحدة، ونظام تيليباس في إيطاليا، ونظام التسعير الإلكتروني للطرق في سنغافورة على بطاقات ثابتة أو سلبية ذات ترددات فوق العالي مجهزة داخل المركبات، حيث إن المركبة تتحول تحت معجنات، يقوم القارئ بقطع الريح تلقائيا، وهذا لا يقلل من الازدحام في كشكات الفول فحسب، بل يتيح أيضا زيادة استراتيجيات التسعير الدينامية التي تتحول بعيدا عن الذروة.

إدارة الأسطول وتتبع الأصول

وتستخدم شركات السوقيات إدارة النفايات السائلة لرصد حاويات الشحنات، والزجاجات، والعتاد الفردي في جميع مراحل سلسلة الإمداد، وعندما تطبق على النقل، تساعد إدارة المعلومات الإدارية على تتبع مواقع المركبات، وحالة التحميل، وتاريخ الصيانة، مثلاً، ترفق أساطيل إدارة النفايات بطاقات ربطية لربطها بحيث تحقق مركبات جمعها تلقائياً من أي صفقات تم توفيرها، وبالمثل، تضع شركات السيارات المستأجرة بطاقات يدوية على المركبات لتبسيط عمليات العودة، وإدارة المخزون،

الحد من دخول السيارات ومراقبة الإيرادات

وتستخدم العديد من مرافق وقوف السيارات الحديثة بوابة RFID - مضغوطة قراءتها لملصقات من طراز ريح شيلد أو بطاقة منفصلة صادرة للمشتركين، ويمنح النظام الدخول، ويسجل وقت الدخول، ويحسب الرسم عند خروجه دون أن يتطلب تذكرة أو دفعة في كشك، ويلغي هذا التذاكر الورقية، ويخفض الانبعاثات من السيارات العاطلة، ويوفر بيانات عن شغل السيارات في الوقت الحقيقي يمكن إدماجها في لوحة مأدبة المدينة الذكية.

تحديد المركبات وأمنها

وتعتمد نظم العصيان في معظم السيارات المصنوعة بعد عام 2000 على رقاقة منخفضة التردد في إطار الترددات المحتوية على مفتاح الإشعال، وعندما يُدرج المفتاح إلى الإشعال، يتحقق القارئ من الهوية الفريدة قبل السماح للمحرك بالبدء، وقد أدى ذلك إلى انخفاض كبير في سرقة السيارات في جميع أنحاء العالم، وإن لم يكن طبقة أمنية مستقلة للمركبات المستقلة التي لا توجد فيها مفاتيح مادية.

مستقبل محطة RFID في المركبات المستقلة: V2I وما بعدها

ونظراً لأن المركبات تُلقي بسائقات بشرية، يجب أن تعتمد على مجموعة من أجهزة الاستشعار على متن السفن (LIDAR، رادار، كاميرات) ومصادر البيانات الخارجية للبحر بأمان، ويمكن أن تكمل الوكالة نظم التصور هذه بطرق غير مكلفة، وفعالة من حيث الطاقة، وقوية على الأحوال الجوية والضوءية.

التحديد الدقيق للوضع المحلي والثقب

GPS alone is insufficient for safe autonomous driving in dense urban canyons or inside harmony. RFID can serve as a local positioning system: thousands of passive tags embedded at regular intervals in the road surface or embedded in lane markings can provide absolute references. A vehicle’s under-carriage reader can detect a tag and calculate its exact position relative to the tagving, achieving subttameter.

وقد أظهرت البحوث التي أجراها معهد المهندسين الكهربائية والإلكترونية أن الجمع بين أجهزة الاستشعار التابعة للمؤسسة والمجسات غير الداخلية يمكن أن يقلل من الخطأ في التمركز إلى أقل من 10 سنتيمترات - مقارنة بشبكة النظام العالمي لتحديد المواقع أو أفضل من ذلك، بجزء من التكلفة، والتحدي الرئيسي هو طول الطاقات والتنسيب: سيلزم تركيب ملايين البطاقات والمحافظة عليها عبر شبكة الطرق في المدينة.

المركبات - البنية التحتية )V2I(

ويمكن أن تكون بطاقات التعريفات ذات الصلة " مقسمات البيانات " الصغيرة والدائمة المرتبطة بعلامات المرور، أو أعمدة الإشارة، أو الحراسة، وعندما تمر مركبة مستقلة بطاقة، فإنها تتلقى بيانات منظمة عن البيئة: مثلاً السرعة القصوى المسموح بها للمنحنى، أو وجود منطقة مدرسية، أو موقع البناء، ويمكن تحميل هذه المعلومات مسبقاً في نظام الاتصال بالمركبات اللاسلكية دون اشتراط وجود ممر.

وعلى عكس الاتصالات القصيرة المدى المكرسة أو الخلية V2X، لا يمكن للمؤسسة أن تنقل مجموعات كبيرة من البيانات، ولكنها تستخرج من خلال توفير معلومات ثابتة وموثوقة ذات صبغة منخفضة للغاية، ومشروع نموذجي في نظم التنقل الذكي في اليابان Smart يستخدم بطاقات مثبتة بالتردد فوق العالي مثبتة في أسطح متداخلة.

التعبئة والتدخيل المنسق

وفي فصيلة الشاحنات - حيث تتبع مركبات تجارية متعددة بعضها البعض بمسافات قريبة جداً لإنقاذ الوقود - يمكن استخدامه في تحديد الهوية والإذن بشكل مأمون وقصّر المدى، وكل شاحنة في الفصيلة تحمل علامة نشطة من طراز FID تنقل هويتها ونوع الشحنات ووضع المكابح، ويتحقق قارئ الشاحنة الرئيسية من أن كل شاحنة تتبع مرخص لها بالانضمام إلى الفصيلة وتحافظ على المسافات المناسبة.

دال - التأمين ضد القصف الديناميكي والتأمين ضد الاستخدام

ومن المرجح أن تدفع المركبات المستقلة المقبلة رسوم استخدام الطرق على أساس المسافة والوقت والطريق، ويمكن أن تعمل وحدات الصيد التابعة لإدارة مصائد الأسماك في الهند بوصفها " أجهزة قياس صغيرة " ، وتسجيل كل ممر، ونقل البيانات إلى نظام مركزي لإصدار الفواتير، ولأن بطاقات التعريفات الخاصة بمؤسسة تبادل المعلومات عن السلع ذاتية، مبرمجة مع بطاقة هوية فريدة يصعب تحديدها، وهي تقلل من الاحتيال مقارنة بالأجهزة المحمولة.

الدمج مع المركبات الكهربائية

ويجب أن تشحن المركبات الكهربائية المستقلة ذاتيا دون تدخل بشري، ويمكن أن تتيح هذه المركبات الحصول على إذن تلقائي في محطات الشحن: فالسيارة تقدم إبداعا في محطة RFID، وتقرأه المحطة، وتبدأ الفواتير، وتتكون هذه المركبات من جهاز اتصال آلي أو مزود ببطاقة محمولة، مما يخلق تجربة نقل خالية تماما من الوقود، ويستخدم بعض الشبكات المنطقية في أوروبا بطاقات بطاقات بطاقات بطاقات بطاقات هوية ذاتية مصفحة؛

تعزيز رسوم السلامة من خلال إدارة المعلومات الإدارية

والسلامة هي المحرك الرئيسي للحكم الذاتي، ويمكن أن تسهم المؤسسة بطرق محددة عديدة تكمل إجراءات الاستشعار القائمة.

تجنب الاصطدام في التقاطعات العمياء

وهناك العديد من عمليات الاصطدام في المقاطع التي يكون فيها للسائقين حضور محدود، ويمكن أن تساعد هذه المؤسسة في تجهيز المركبات ذات العلامات التي تبث سرعتها وتتجه، بينما يقوم قارئو الطرق في التقاطع بنقل المعلومات إلى جميع المركبات القريبة، وعندما يكتشف نزاع محتمل، مثلا، فإن عربتين تقتربان من نفس التقاطع من الاتجاهات العنيفة دون علامات توقف - يمكن للنظام أن يخطر كل جهاز من أجهزة الاستعلام ذاتية في المناطق الريفية.

حماية مستخدمي الطرق الضعفاء (الوحدات العاملة في مجال خفض الانبعاثات)

ويمكن للمشاة والدوائر وراكبي الدراجات أن يحملوا بطاقات سلبية منخفضة التكلفة على ممتلكاتهم، مثل حقيبة ظهر أو خوذة، كما يمكن لقراء الطرق الذين يوضعون في مواقع شديدة الخطورة (معابر المدارس، وطرق الدورة الشعبية) أن يكتشفوا وجود وحدات خفض الانبعاثات وبث تحذير من المسافرين إلى المركبات، بينما تكون الكاميرات وأجهزة السحب غير صالحة بالفعل لكشف وحدات خفض الانبعاثات ذات الفتحة.

وقف المركبات في حالات الطوارئ

ويتعين على سيارات الإسعاف وشاحنات الإطفاء أن تمر بسرعة وبسلام، وإذا كانت مركبات الطوارئ تحمل أجهزة إرسال نشطة عالية الطاقة، فإنها تستطيع أن تطلب الأولوية من إشارات المرور، ويقرأ متحكم الإشارات علامة ودورات لتخضير اتجاه مركبات الطوارئ مع تطهير الشارع المقابل، وقد قامت مدن عديدة بالفعل باختبار هذه النظم بنتائج قوية: فقد انخفضت أوقات الاستجابة بنسبة تتراوح بين 30 و 50 في المائة دون تعريض مستعملي الطرق الآخرين للخطر.

تبسيط إدارة حركة المرور وإدماج المدن الذكية

ويعتبر هذا البرنامج ملائماً طبيعياً لنظم إدارة حركة المرور التي تحركها البيانات والتي تنشرها المدن كجزء من مبادراتها في المدن الذكية.

رصد وقت السفر والاحتجاز في الوقت الحقيقي

وبوضع قارئين تابعين للشبكة على فترات متكررة على طول الممرات الرئيسية، يمكن أن تحسب مراكز إدارة الحركة أوقات السفر استنادا إلى بطاقات السفر التي تُقرأ من المركبات العابرة، وهذه البيانات أكثر غرابة من عينات بلو توث أو ويونف لأن بطاقات الشبكة هي أرقام فريدة للمركبات ولا تعتمد على عناوين الهاتف المحمول (التي يمكن أن تتغير لأسباب تتعلق بالخصوصية).

مراقبة حركة المرور

ويمكن لقراء البرمجيات في نقاط متقاطعة أن يكتشفوا ليس فقط عدد المركبات الموجودة بل أيضا هويتها (مثل حافلة النقل العام مقابل السيارة الخاصة) وهذا يتيح ] توقيت الإشارة المبنية على الأولوية : فالحافلات تتلقى امتدادا خضراء إذا كانت متأخرة عن الجدول الزمني، في حين أن شاحنات الشحن تحظى بالأولوية بالقرب من المناطق الصناعية.

إدارة وقوف السيارات وحفظ الذرة

وتستخدم نظم وقوف السيارات الذكية محطة RFID لمعرفة بالضبط أي مركبات يتم وقفها في كل بقعة، ويمكن للسائق أن يحجز مكاناً عن طريق تطبيق؛ وعندما تصل المركبة، يؤكد قارئ البوابة التحفظ ويفتح الحاجز، وعند المغادرة، يقوم النظام بحساب الرسوم وفواتير حساب المركبة تلقائياً، مما يقلل الوقت الذي يستغرقه الصيد في موقف السيارات، مما يؤدي إلى انقطاع نحو 30 في المائة من وظائف حركة المرور في بعض المدن.

توزيع البيانات مع أجهزة الاستشعار الأخرى

ولا توجد بيانات عن إدارة النقل في المستودعات في العزلة، إذ تُقرأ برامج حديثة لإدارة النقل بأجهزة تحليل فيديو، وأجهزة كشف عن الثغرات، وأجهزة تحديد المواقع، وبيانات محطات الطقس، مثلا، إذا كشف قارئ من محطة الترددات أن مركبة توقفت في الممر الذي يكون عادة عالي السرعة، ولا يوجد جهاز إنذار مطابق للشبكة أو جهاز للكشف عن وجود شذوذ فيديو، يمكن أن يُعِل الجهاز المركبة بأنها ربما مُعَلة.

التحديات والنظر في مسألة التبني على نطاق واسع

ورغم وعدها، تواجه المؤسسة عدة حواجز قبل أن يتم نشرها على نطاق واسع في نظم النقل المستقلة ذاتياً وذكياً.

الخصوصية وأمن البيانات

وتبث كل مركبة تحمل علامة RFID مع تحديد هوية فريدة حيثما تذهب، وإذا لم تكن مشفرة أو مغفلة على النحو المناسب، يمكن استخدام هذه البيانات لبناء بيانات مفصلة عن حركة السائقين.() ويمكن للجهات الفاعلة في مالي أيضاً أن تتعقب موقع المركبة بوضع قارئين سريين بالقرب من المنازل أو أماكن العمل() وينبغي أن تدعم، في المستقبل، [الإطار المتكامل للتوحيد القياسي].

تكاليف البنية التحتية وطول المدة

فإمداد ملايين البطاقات في أسطح الطرق والعلامات والمرور عبر الرصيف هو استثمار رأسمالي ضخم، إذ أن العلامات المارة لا تتعدى 0.10 دولار في كل منها، ولكن العمل في التركيب، والتعبئة لتحمل ارتداء حركة المرور، والاستبدال الدوري (بسبب إعادة رسم الطرق أو فشل البطاقات) قد يضيف تكلفة كبيرة، وقد يتطلب خطاً نموذجياً للطرق السريعة علامة على كل 5 مترات(أ).

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

أما سوق البرمجيات المتجهة إلى الخارج فهي مجزأة عبر نطاقات الترددات، وبروتوكولات الهواء المتقطعة، وصيغ البيانات، وقد تلتقي شاحنة تسافر عبر خطوط الدولة أو الحدود الدولية بقراءات لا يمكنها تفسير علامتها، ويحتاج قطاع النقل إلى نموذج موحد يمتد إلى ] المعايير العالمية للمركبات التي تستخدم في شبكات التبني غير المتوافقة مع الترددات.

التدخل البيئي والاعتماد على القراءة

فالجثثثث المميتة وأسطح الطرق الرطبة والتدخل الكهربائي من الأجهزة الإلكترونية للمركبات يمكن أن ينتقص من الأداء، مثلاً، فإن استخدام علامة منخفضة التردد على جسم معدني لا يمكن أن يسبب الانهيار، ويجب على المهندسين أن يختاروا بعناية تصميم الهوائيات، والتمركز في البطاقات، والقدرة على القراءة بصورة موثوقة في السرعة العالية.

التكامل مع السلاسل المستقلة القائمة والمستقبلية

(ب) إن برامجيات المركبات المستقلة ذاتياً تتطلب بنية نموذجية يمكنها قبول بيانات إدارة المعلومات الإدارية إلى جانب مدخلات أخرى، ولا تشمل حالياً مجموعات مختصة من أجهزة الاتصال ذات الصلة بشبكة " برمجيات " (SBID) وصلات بينية، وسيتعين على صناعات السيارات إضافة معدات مخصصة أو تعزيز وحدات اتصال قصيرة الأجل (مثل رقائق الاتصالات القريبة من الميدان التي تستخدمها شركة NFT في العديد من السيارات) لتقرأها.

الطريق: خط زمني وتوقعات

ويتوقع الخبراء أن لا تظهر هذه الشبكة كعنصر رئيسي من سمات المركبات المستقلة من المستوى الأول (2025-2030)، ولكنها ستدمج تدريجيا على مراحل، وفي الأجل القريب (2024-2027)، سنرى توسيع نطاق قاعدة البيانات الدولية في مجال القصف، وقوف السيارات، والآثار الإدارية للأسطول التي تنطوي عليها بالفعل حالة تجارية ثابتة.

ومن شأن التقدم التكنولوجي في البطاقات الاصطناعية، وجني الطاقة، ونطاقات قراءة التردد العالي جداً تبلغ 20 متراً + زيادة الموثوقية، كما أن تقارب هذه الشبكة مع تكنولوجيات أخرى ذات نطاق منخفض من الطاقة الواسعة النطاق (مثل لوروانز) قد يخلق علامات هجينة يمكن قراءتها على مسافات طويلة، كما أنه سيسمح للمركبات المستقلة بنقل " قطع الطرق القادمة " .

خاتمة

إن تحديد الترددات اللاسلكية بعيد عن تكنولوجيا قديمة؛ وهو يتطور لتلبية متطلبات القيادة المستقلة والنقل الذكي، وبتوفير قدرات منخفضة التكلفة وموثوقة في مجال تحديد الهوية والاتصال، فإن الشبكة الدولية لإدارة مصائد الأسماك تعالج الثغرات الحاسمة في القدرة على الاتصال بين المركبات وبين الهياكل الأساسية، وضبط المواقع، ونظم الأمان، وفي حين أن التحديات المتصلة بالخصوصية، والتكلفة، والتوحيد لا تزال قائمة، فإن المسارات واضحة: