حمل و نقل هوشمند و مدیریت ترافیک شهر هوشمند انقلابی در نزدیک شدن شهرها به مفهوم اصلی شهر هوشمند ایجاد می کند، در حالی که ازدحام در خیابان های شهر را کاهش می دهد. شاید بپرسید چطور؟ در جواب میتوان گفت با سنسورها، فن آوری های پیشرفته ارتباطی، اتوماسیون و شبکه های پرسرعت و هوشمندسازی جاده ها.

جا به جایی از یک مکان به مکان دیگر بخشی ذاتی از زندگی ما است – نه فقط امروز بلکه در طول تاریخ. از ارابه و اسب گرفته تا کالسکه، اتومبیل، قطار بخار، هواپیما و فضاپیما –  همواره وسایلی برای انسان های در حال حرکت بوده است.

تمدن ما از اسب سواری و شتر سواری برای رسیدن از مکانی به مکان دیگر مسیری طولانی را طی کرده است و حالا با ظهور سیستم های حمل و نقل هوشمند و اینترنت اشیا، جهان در حال ورود به مرحله بعدی حمل و نقل است.

حمل و نقل هوشمند

اگر این اصطلاح مبهم به نظر می رسد یا باعث ایجاد تصاویر ذهنی از اتومبیل های پرنده و لوله های پرسرعت شبیه لوله های بازی همسترها می شود، نگران نباشید.

در این پست به شما میگوییم که حمل و نقل هوشمند دقیقاً چیست، چگونه کار می کند و بسیاری از مزایای آن به همراه برخی از نمونه های دنیای واقعی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد را بررسی میکند و ما همچنین انواع مختلف سیستم های حمل و نقل هوشمند را که امروز پیاده سازی شده اند را بررسی خواهیم کرد.

حمل و نقل هوشمند چیست؟

مدیریت ترافیک هوشمند به گفته وزارت حمل و نقل ایالات متحده، “سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) یا Inteligent Transportation System از فن آوری های مختلفی برای نظارت، ارزیابی و مدیریت سیستم های حمل و نقل برای افزایش کارایی و ایمنی استفاده می کنند.”. با کنار گذاشتن چشم اندازهای حمل و نقل به سبک فیلم های علمی تخیلی برای لحظه ای، این تعریف را می توان در مفاهیم زیر برای آنچه حمل و نقل هوشمند را تشکیل میدهد ساده کرد: 

• مدیریت
• کارایی
• ایمنی

به عبارت دیگر، حمل و نقل هوشمند از فناوری های جدید و نوظهور استفاده می کند تا جا به جایی در شهر راحت تر، مقرون به صرفه تر (هم برای شهر و هم برای فرد) و ایمن تر شود.

کدام فناوری های نوظهور این فرصت های جدید را تسهیل می کنند؟ 

در درجه اول زیادتر شدن دستگاه های  مرتبط با اینترنت اشیا و فناوری ارتباطات ۵G در وحله اول سنسورها و کنترل کننده های ارزان قیمتی را فراهم می کند که می توانند تقریباً در هر ماشین فیزیکی تعبیه شوند تا از راه دور کنترل و مدیریت شوند. مورد دوم ارتباطات با سرعت بالا که برای مدیریت و کنترل سیستم های حمل و نقل در لحظه و با حداقل تاخیر زمینه اتصال پیوسته ای را فراهم می کند.

حمل و نقل هوشمند فقط یک تئوری برای آینده نیست. امروزه در چندین شهر کم و بیش با موفقیت و شکست و در مکان های جدید در حال اجرا است. برخی از شهرهایی که فناوری های جدید حمل و نقل را اجرا می کنند ممکن است در ابتدا شما را متعجب کنند. مطمئناً، مناطق مهمی مانند شهر نیویورک از حمل و نقل هوشمند برای شهر هوشمند خود استقبال کرده اند. با این حال، ایالت وایومینگ روستایی یک آزمایشگاه پیشرو برای وسایل نقلیه متصل  به سیستم شهری هوشمند است. این به این دلیل است که این منطقه یک کریدور بزرگ حمل و نقل است. حمل و نقل مستقل کالا در سراسر کشور می تواند به شدت بهره وری از زنجیره تامین را بهبود بخشد و نیاز به رانندگانی که با طی مسافت طولانی که  همچنین مجبور به حفظ و برنامه ریزی دقیق در جدول زمانی منظم هستند رانیز، کاهش دهد.

مزایای اصلی فناوری حمل و نقل

مزایای فناوری های هوشمند و مزایایی که برای حمل و نقل در یک شهر هوشمند به همراه دارد، بی شمار است.

حمل و نقل هوشمند ایمن تر است

ثابت شده است که با ترکیب یادگیری ماشین با اینترنت اشیا و ۵G، سیستم های حمل و نقل مستقل (چه در وسایل نقلیه و چه در زیرساخت های شهری مانند تقاطع ها) “عامل انسانی” در تصادفات را کاهش می دهند و آنهم یک دلیل ساده دارد: اینکه رایانه ها حواس پرت یا خسته یا احساساتی نمی شوند.

حمل و نقل هوشمند بهتر مدیریت می شود

جمع آوری داده ها اصلی مهمی در مدیریت کارآمد تر زیرساخت ها است. حمل و نقل هوشمند نه تنها نقاط دقیق داده را برای هر جنبه از سیستم حمل و نقل فراهم می کند، بلکه به مدیران این امکان را می دهد تا عملیات را بهتر کنترل کنند، نیازهای تعمیر و نگهداری را ردیابی کرده و منابع اصلی مشکلات را که باید رفع شوند، شناسایی کنند.

حمل و نقل هوشمند کارآمدتر است: 

با مدیریت بهتر استفاده کارآمدتر حاصل می شود. داده های با کیفیت می توانند کارایی این سیستم را بهبود ببخشند و به آن کمک کنند. شاید با یک تغییر جزئی در زمانبندی متروها، نرخ پر شدن جمعیت را به مراتب بهتر کنترل کرد یا اگر ایستگاه ها به طور متفاوت مبتنی بر متادیتا های حمل و نقل هوشمند تخصیص یابد، شاید مسیرهای اتوبوس در کنترل ترافیک کمک شایانی بکنند.

حمل و نقل هوشمند از نظر هزینه مقرون به صرفه است:

از آنجا که حمل و نقل هوشمند از منابع موجود بهتر استفاده می کند، به لطف نگهداری پیشگیرانه، مصرف انرژی کمتر و منابع کمتری که در تصادفات استفاده می شود، می تواند هزینه ها را کاهش دهد. هنگامی که حمل و نقل عمومی ارزان قیمت به اندازه کافی کارآمد باشد تا بتواند با وسیله نقلیه شخصی رقابت کند، پس انداز هزینه نیز می تواند توسط جامعه شهری بدست آید.

حمل و نقل هوشمند پایش سریع را فراهم می کند

مراکز مدیریت ترافیک شهر (TMC) می توانند نظارت و اعلان هایی را برای نقاط پر تردد ترافیکی یا مسائل مربوط به شهر در ارتباط با ازدحام در خیابان های شهر، سیستم های ایمنی عمومی و واکنش های اضطراری دریافت کنند، تا بتوانند اقداماتی جهت کنترل وضعیت ترافیکی و ارتباط موثرتری با سایر ناوگان های مرتبط شهری و ناوگان های مرتبط با راهنمایی و رانندگی و اورژانس ایجاد نمایند.

فراتر از مدیریت، ایمنی و کارایی بهتر که که راجع به آن گفتیم، چندین مزیت دیگر نیز وجود دارد که عموم مردم، دولت های محلی و کل جهان می توانند از آن بهره مند شوند. مواردی مانند:

• امنیت
• ملاحظات زیست محیطی
• انعطاف پذیری زنجیره تامین

امنیت

یک ترس عمده در میان افراد مشکوک به شهر هوشمند، آسیب پذیری آن در برابر حملات سایبری است. به هر حال، با ارتباط بیشتر جهان، حملات سایبری در بین مجرمان و حتی کشورهای متخاصم تقریباً عادی شده است زیرا زیرساخت های حیاتی مانند شبکه های برق متصل به اینترنت و سیستم های بانکی را هدف قرار می دهند.

با این حال، این حملات چیز جدیدی نیستند. بانک ها، شبکه های برق و سایر زیرساخت های مهم برای حمل و نقل مدت ها قبل از این که رایانه ها در آن باشند، در برابر حملات فیزیکی آسیب پذیر هستند. تهدیدهای جسمی مانند سرقت اتومبیل توسط مجرمان، استفاده تروریستها از وسایل نقلیه به عنوان سلاح (مانند حمله کامیون ۲۰۱۶ در فرانسه) و مجرمانی که هدایت کنندگان وسایل حمل و نقل عمومی را به گروگان گرفته اند، همگی می توانند کاهش یابند که وسایل نقلیه و زیرساخت ها به صورت یکپارچه، شبکه ای و مستقل باشند.

در مورد خطر حملات سایبری، دفاع از آنها بسیار آسان تر از تهدیدهای واقعی ذکر شده در بالا است. به روز رسانی های نرم افزاری مناسب، ارتباطات رمزگذاری شده از طریق تونل های شبکه خصوصی مجازی (VPN) و سایر اقدامات امنیتی چند لایه می توانند خطر حملات سایبری را کاهش دهند. این بدان معنی است که حمل و نقل هوشمند برای شهرهای هوشمند می تواند حمل و نقل عمومی مدرنی را با کاهش فرصت برای حملات فیزیکی و سایبری به ارمغان آورد و در کل این سیستم را ایمن تر کند.

ملاحظات زیست محیطی

تاریخچه حمل و نقل به طور اجتناب ناپذیری با محیط زیست گره خورده است. از وسایل نقلیه بخار گرفته که زغال سنگ و چوب میسوزاندند تا موتورهای احتراق گرسنه بنزین امروز. و در اینکه سیستم حمل و نقل بر منابع و جو زمین آسیب می زند شکی نیست.

در حالی که پیشرفت علمی روزانه برای یافتن منابع جایگزین انرژی برای انتقال نیرو صورت می گیرد، یکی دیگر از مزایای فناوری حمل و نقل هوشمند این است که به شهرها امکان می دهد با مسئولیت پذیری بیشتری از منابع فعلی خود استفاده کنند.

ترانزیت برای محیط زیست از وسایل نقلیه شخصی بهتر است اما در ایالات متحده و سایر کشورها به طور گسترده ای استفاده نمی شود زیرا در برخی مناطق اغلب غیر عملی است. با افزایش کارایی حاصل از راه حل های هوشمند حمل و نقل، حمل و نقل عمومی مدرن می تواند برای بخش بیشتری از مردم سودآور باشد. با پیشرفت فناوری حمل و نقل شهری در شهرهای بزرگ، روش های اثبات شده می توانند تکرار شده و در مناطقی که خواهان مزایای یک شهر هوشمند هستند گسترش یابد.

انعطاف پذیری زنجیره تامین

بحران های جهانی مانند بیماری همه گیر ویروس کرونا اثبات کرده است که زنجیره های تأمین کننده جهان در برابر اختلال آسیب پذیر هستند. وقتی کارگران و رانندگان بیمار هستند و مسافرت از یک منطقه به منطقه دیگر به سلامت عمومی تبدیل می شود، حمل و نقل مستقل کالا می تواند یک نجات دهنده واقعی باشد.

پروژه هایی مانند پروژه وسایل نقلیه متصل به وایومینگ ممکن است کلید تشکیل یک زنجیره تأمین مستقل باشد که با استفاده از سیستم های حمل و نقل و حمل و نقل هوشمند، شهر به شهر برای انتقال کالاهای مهم مانند مواد غذایی و تجهیزات اضطراری بدون نیاز به خطر رانندگان انسانی ایجاد می شود. حداقل، نیروی کار زنجیره تأمین انسانی در هر کجا که می تواند با استفاده از اتوماسیون، هوش مصنوعی و رباتیک بهبود یابد، می تواند تقویت شود. خبر خوب این است که کارشناسان معتقدند این نوآوری ها از ایجاد مشاغل بیشتر – و مشاغل ایمن تر – به عنوان توسعه دهندگان، تکنسین ها، تحلیل گران و مدیران برای رونق بخشیدن به بازار و حفظ آنها کمک می کنند.

معایب شهرهای هوشمند چیست؟

با وجود تمام مزایای آنها، با اجرای سیستم های حمل و نقل هوشمند در شهر، برخی از معایب ممکن است ظاهر شود. این مشکلات عمدتاً حول مصرف برق و مدیریت مسئولانه داده ها است.

شهرهای هوشمند به سنسورها نیاز دارند – حسگرهای زیادی – و این سنسورها همگی به برق احتیاج دارند. برای سنسورهای متصل به اشیا در حال حرکت، این نیاز به باتری دارد. سنسورهای ثابت ممکن است بتوانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند، اما بیشتر اوقات لازم است که آنها را به شبکه برق شهر وصل کنید. تعداد زیاد سنسورهای مورد نیاز برای انتقال جهان به شهرهای هوشمند (برآورد شده در تریلیون ها)، برق رسانی به بسیاری از دستگاه ها را به یک مشکل دلهره آور تبدیل می کند. حتی برای سنسورهایی که به شبکه برق متصل هستند، مقدار مواد اولیه لازم (مانند مس) در مقایسه با آنچه که مردم جهان به تولید آن عادت دارند، به میزان قابل توجهی زیاد است.

فراتر از قدرت، امروزه بحث قابل توجهی در مورد داده های شخصی آنلاین در جهان وجود دارد. داده ها حیاتی است که شهرهای هوشمند برای فعالیت به آن نیاز دارند. در حالی که بسیاری از اطلاعات مورد نیاز در مقایسه با داده های آنلاین ناشناس است، این امر به یک تغییر ذهنی و رفتاری در بین جمعیت ها نیاز دارد. اتومبیل ها باید اطلاعات موقعیتی را جمع آوری کنند و حسگرها در اطراف شهر باید منفعلانه سیگنالهایی را که تلفن هوشمند در طول روز ساطع می کند جمع کنند. برای رونق شهرهای هوشمند در آینده، قوانین و سیاست های مسئولانه برای مدیریت داده ها، هر چقدر ناشناس باشند، باید تصویب شوند.

حمل و نقل هوشمند چگونه کار می کند؟

حمل و نقل هوشمند را می توان به طور کلی به دو دسته گسترده تقسیم کرد: زیرساخت های عمومی و صنعت خودرو. این دو بخش وقتی “هوشمند” می شوند که سنسورهای شبکه در زیرساخت ها و وسایل نقلیه قرار می گیرند تا اهداف مدیریت و کنترل از راه دور، ایمنی و کارایی را تحقق بخشند.

تقاطع شهری شلوغ را به تصویر بکشید. عابران پیاده سعی می کنند از آنجا عبور کنند. چراغ های خیابان جریان ترافیک را تنظیم می کنند. رانندگان سوار بر وسایل نقلیه به سختی سعی می کنند خود را به مقصد برسانند. در سیستم های حمل و نقل سنتی، چراغ های خیابان یا از طریق تایمر، صفحات تحت فشار در زیر جاده یا دکمه های عابر پیاده در حاشیه رانده می شوند.

رانندگان و عابران پیاده وظیفه توجه و پیگیری علائم راهنمایی و رانندگی را بر عهده دارند. اگر هر یک از این گره ها خراب شوند، هم کارایی و هم ایمنی کاهش می یابد. یک راننده حواس پرت چراغ قرمز را روشن می کند. یک عابر پیاده قادر به فشار دادن دکمه عبور عابر پیاده نیست، بنابراین نوبت خود را از دست می دهد و باید بیشتر صبر کند. چراغ خیابان با وجود اینکه فقط یک ماشین در انتظار است و هیچ ترافیکی وجود ندارد، از تغییر امتناع می ورزد.

در یک تقاطع هوشمند، همه اینها تغییر می کند. ممکن است یک وسیله نقلیه از ترکیبی از بلوتوث و LIDAR (تشخیص نور و زنگ زدن) برای تشخیص عابران پیاده استفاده کند و برای جلوگیری از تصادف به طور خودکار شروع به شکستن می کند. چراغ های خیابانی می توانند سیگنالهای منفرد ارسالی از وسایل نقلیه را برای تعیین اینکه چه تعداد ماشین منتظر هستند و در کدام جهت بسیار دقیق تر و کارآمدتر از صفحه های فشار و تایمرها هستند، دریافت کنند. اتومبیل ها و چراغ های خیابانی حتی می توانند تا حدی ارتباط برقرار کنند که، هنگامی که چراغ سبز می شود (یا سیگنال “برو” را به کامپیوتر ماشین می فرستد)، اتومبیل به طور خودکار شروع به حرکت می کند و در هنگام قرمز شدن (یا ارسال سیگنال “توقف”)، ماشین کند می شود و می ایستد. این همه به لطف استفاده از فناوری در حمل و نقل مانند سرعت ارتباط اینترنت اشیا و ۵G برای اقدامات در زمان واقعی و سنجش از دور امکان پذیر است.

نمونه هایی از فناوری حمل و نقل شهری

صرف نظر از مزایا و معایب شهرهای هوشمند، این فناوری در اینجا موجود است و امروزه مورد استفاده قرار می گیرد. در سراسر ایالات متحده و جهان، حسگرها و کنترل کننده های هوشمند در شبکه های قطار، سیستم های اطلاعات مسافر و حمل و نقل عمومی در حال اجرا هستند. در اینجا چند مثال از حمل و نقل شهری هوشمند آورده شده است:

• Miami Dade مدیریت ترافیک هوشمند
• اداره حمل و نقل جنوبی پنسیلوانیا (SEPTA) کنترل قطار مثبت (PTC)
• سازمان تحرک حومه ای برای سیستم حمل و نقل سریع (SMART)
• سیستم مدیریت ترافیک پیشرفته میامی داد

شهرستان میامی داد با بیش از ۲.۵ میلیون نفر جمعیت، پرجمعیت ترین شهر ایالت فلوریدا است. مدیریت جریان ترافیک در مناطق شهری که شهر میامی و مناطق اطراف آن را تشکیل می دهد، از جمله بهره برداری از بیش از ۲۷۰۰ تقاطع سیگنال دار، به عهده شهرستان میامی داد است. در واقع، بر اساس وب سایت مدیریت ترافیک آنها، تعداد تقاطع های علامت گذاری شده و تقاطع های میانه بلوک هر ساله ده ها مورد افزایش می یابد.

سیستم مدیریت ترافیک پیشرفته میامی (Dade (ATMS، که شامل روترهای تلفن همراه Digi 4G LTE به عنوان بخشی از زیرساخت ارتباطی در کابینت های ترافیکی شهرستان است، برای کاهش ازدحام و تاخیرها و بهبود تحرک در سطح شهرستان طراحی شده است.

SEPTA PTC

SEPTA (اداره حمل و نقل جنوب شرقی پنسیلوانیا) خدمات راه آهن سبک، مترو و اتوبوس را برای فیلادلفیا مدیریت می کند. با بیش از یک میلیون سوارکار روزانه، این خدمات باید هر بار که وسیله نقلیه حرکت می کند قابل اطمینان و ایمن باشند. به همین دلیل است که SEPTA یک سیستم کنترل قطار مثبت (PTC) ایجاد کرد تا قطارها را علامت گذاری کند، از خطوط ریزش و سقوط جلوگیری کند و سرعت و تخلفات سیگنال را کنترل کند.

SEPTA این کار را با روتر دسترسی موبایل Digi WR44-RR انجام می دهد. این دستگاه هنگامی که روی قطار قرار می گیرد، امکان برقراری ارتباط از راه دور با سنسورهای کنار راه از طریق پیوند رادیویی را فراهم می کند. این دستگاه ضمن دریافت اطلاعات مربوط به بسته شدن و سایر عواملی که نیاز به تغییر در برنامه دارند، سیگنال هایی را با داده های حرکت قطار ارسال می کند. این مانع از این می شود که قطارها به یک وضعیت خطرناک منتقل شوند.

سیستم ارسال SMART

حمل و نقل عمومی در شهرهای هوشمند زمینه کلیدی برای پیشرفت در فناوری های متصل است. در دیترویت، SMART (سازمان تحرک حومه ای برای سازمان حمل و نقل سریع) بیش از ۳۰۰ اتوبوس را در سطح شهر مدیریت و اعزام می کند. به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از چگونگی جابجایی جمعیت، مهم است که این اتوبوس ها به موقع، ایمن و بدون خرابی باشند. برای مدیریت اعزام و ردیابی موقعیت مکانی اتوبوس ها، این شهر از یک شبکه رادیویی آنالوگ با سه برج رادیویی پراکنده در سطح شهر استفاده کرد.

آنها از روتر تلفن همراه Digi WR44 R استفاده کردند. این سوئیچ از آنالوگ به دیجیتال امکان مدیریت و ردیابی بهتر را فراهم می کند. این فناوری جدید به SMART اجازه می دهد تا نه تنها مکان هر وسیله نقلیه را ببیند، بلکه سرعت آنها را نیز مشاهده کرده و داده های نگهداری را برای هر گذرگاه کنترل کند. این امر باعث می شود که اگر اتوبوس از زمان مقرر کار می کند و همچنین تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای کاهش خرابی و تعمیرات اساسی، بهتر می تواند اعزام شود، و تخمین می زند که آنها سالانه ۷۰،۰۰۰ دلار صرفه جویی کنند.

نتیجه گیری

بازار حمل و نقل هوشمند برای جامعه بسیار امیدوار کننده است. همزمان با افزایش استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند برای شهرهای هوشمند، جمعیت می تواند از مزایای بسیاری از ایمنی، کارایی و هزینه های حمل و نقل عمومی مدرن بهره مند شود. تفکر در مورد چگونگی تعامل جامعه با شهرهایشان با جدیدترین فناوری هایی که امروزه در دسترس هستند، هیجان انگیز است و به میزان زیادی به یهبود رفاه جامعه کمک میکنند.