التقنيات والإتجاهات الرئيسية لبناء المدينة الذكية

الدكتور رياض صبحاني، أستاذ مشارك في كلية الرياضيات وعلوم الكمبيوتر، جامعة هيريوت وات دبي
يدور أساس تطوير المدينة الذكية حول التقنيات الرقمية التي تربط العناصر المختلفة، مثل المواطنين والبنية التحتية وموارد المدينة الذكية. على مدى العقدين الماضيين، كان هناك الكثير من التركيز على كيفية تحسين نوعية الحياة داخل المدن الذكية. ولا يزال بناء مدينة المستقبل الذكية يهدف إلى تحسين نوعية الحياة مع التركيز على التنمية المستدامة وزيادة تفاعل المواطنين والإستخدام الأمثل للموارد. يُنظر إلى تكامل إنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI) وتحليلات البيانات التنبؤية على أنه أمر حيوي للمدن الذكية المستقبلية.
تسمح تقنيات إنترنت الأشياء فى المدن الذكية بتحسين جمع البيانات ومشاركتها. يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء جمع البيانات في الوقت الفعلي باستخدام أجهزة الاستشعار المدمجة الخاصة بها ومعالجة البيانات أو مشاركتها مع أصحاب المصلحة المعنيين. علاوة على ذلك، يمكن دمج أجهزة الاستشعار داخل البنية التحتية للمدينة لإنشاء ما يسمى بالبنية التحتية الذكية. تُستخدم الكمية الكبيرة من البيانات، أو ما يسمى بالبيانات الضخمة، التي تجمعها مستشعرات إنترنت الأشياء، في الغالب بواسطة تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (ML)، التي تعمل على تحسين أتمتة العمليات اليدوية بالإضافة إلى إجراء التحليلات التنبؤية. كما يتم إستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي في مجالات حياتية مختلفة مثل التعليم والرعاية الصحية والنقل واستخدام الطاقة في المدن الذكية. يمكن استخدام المجموعة الكبيرة من البيانات المجمعة للتحليلات المسبقة، حيث يمكن لمقدمي المرافق والهيئات الإدارية تحليل البيانات لتحديد الأنماط والاتجاهات للتنبؤ بشكل أفضل بالمشاكل والتحديات.
تشتمل أنظمة إدارة حركة المرور الذكية (ITMS) على الكاميرات الذكية وإشارات المرور الذكية الموضوعة بشكل إستراتيجي والتي يمكنها مراقبة حركة المرور في الوقت الفعلي وإدارة حركة المرور خلال ساعات الذروة أو أثناء الأحداث التي تؤثر على تدفق حركة المرور. يمكن لأنظمة إدارة حركة المرور الذكية ITMS أيضًا تمكين الإستخدام الواسع النطاق للمركبات ذاتية القيادة للنقل الشخصي العام والخاص (مثل سيارات الأجرة الآلية). ومع مزيد من التطور في تقنيات الشحن اللاسلكي، يمكن أن تكون الطرق الكهربائية اللاسلكية سمة من سمات المدن الذكية لشحن السيارات الكهربائية أثناء القيادة.
كما يمكن لأنظمة إدارة الطاقة الذكية (SEMS) في المباني العامة والمنازل الخاصة تحسين استخدام الموارد من خلال التنبؤ باستخدام الطاقة خلال أوقات مختلفة من اليوم والسنة لتحسين استخدام خدمات التدفئة والتبريد. بالإضافة الى إستخدام الشبكات الذكية للسماح بتكامل الطاقة المولدة من مصادر متجددة مختلفة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية وغيرها. وستمكن الشبكة الذكية أيضًا التوزيع الأمثل للكهرباء.
من عيوب مصادر الطاقة المتجددة، في الوقت الحالي، عدم وجود إنتاج ثابت للطاقة في أوقات مختلفة من اليوم أو السنة. مع تطور تكنولوجيا تخزين الطاقة الأكثر كفاءة، على سبيل المثال من خلال خلايا البطارية، يمكن إنتاج الكهرباء خلال النهار من الطاقة الشمسية وتخزينها لتوزيعها على المنازل ليلا.
تساهم أمثلة ITMS وSEMS في تعزيز إستدامة المدن الذكية. وقد إتفقت العديد من البلدان والمدن على تحقيق هدف صافي الصفر ، ويمكن للمدن الذكية أن تساعد في الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة. كما يمكن أن تساعد أنظمة إدارة النفايات في تقليل الإنبعاثات الصادرة عن المدن الذكية في المستقبل باستخدام الصناديق الذكية وجمع النفايات. يمكن تحسين نظام إعادة تدوير النفايات من خلال تمكين مشاركة المواطنين من خلال المراقبة في الوقت الحقيقى وردود الفعل حول إدارة النفايات. لتحسين استدامة المدن الذكية، يمكن استخدام تقنيات إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي لتحسين الزراعة الحضرية مثل الزراعة العمودية والزراعة على أسطح المنازل مما يمكّن المدينة الذكية من تقليل الإعتماد على الغذاء من المصادر الخارجية (حيث تكلفة النقل والتلوث أقل) وزيادة الاكتفاء الذاتي للطعام والماء. يمكن استخدام أدوات الذكاء الاصطناعي لزيادة إنتاج المحاصيل وتحسين استخدام الموارد، ومثال آخر هو استخدام التوائم الرقمية التي يمكن أن تساعد في مراقبة سلوك إنتاج المحاصيل والتنبؤ بها. ومن المزايا الأخرى للزراعة الحضرية المحسنة تحسين جودة الهواء، والتي تتم مراقبتها في الوقت الفعلي في جميع أنحاء المدينة.
يمكن لمدينة المستقبل الذكية أن تحسن تفاعل المواطنين مع الخدمات اليومية، مما سيؤدي إلى تحسين مشاركة المواطنين. تطبيق نهج الطب (التنبئي والوقائي والشخصي والتشاركي) P4 في المدن الذكية لتحسين الصحة العامة للمواطنين. يمكن تقديم الجزء المخصص والتشاركي من طب P4 بمساعدة الذكاء الاصطناعي والتحليلات التنبؤية وإنترنت الأشياء. سيحصل المرضى على خدمات رعاية صحية شخصية، مثل العلاجات الشخصية بناءً على تاريخهم الطبي. وسيشارك المواطنون بشكل أكبر في مراقبة صحتهم باستخدام أجهزة إنترنت الأشياء في بيئة ذكية، على سبيل المثال، من خلال ارتداء جهاز مراقبة معدل ضربات القلب الذكي الذي يمكنه توفير البيانات في الوقت الفعلي للموظفين السريريين. يمكن للتطبيب عن بعد أن يحسن مشاركة المواطنين من خلال توفير مواعيد عن بعد مع الأطباء عبر منصات مخصصة تستخدم تقنيات غامرة (الواقع المعزز أو الواقع الافتراضي). ويمكن أيضًا تحسين مشاركة المواطنين باستخدام التطبيقات الرقمية للسماح للمواطنين بالمشاركة في صنع القرار بشأن المدينة. يمكن للمواطنين تقديم ملاحظات حول الخدمات والإبلاغ عن المشكلات إلى السلطات المختصة.
إن الجزء الأساسي من إنشاء مدينة المستقبل الذكية هو تعزيز الاتصال في جميع أنحاء المدينة، دون وجود نقاط سوداء. يمكن أن يوفر اعتماد شبكات 5G الجيل الخامس اتصالاً أفضل بين عدد أكبر من الأجهزة المترابطة مع نقل البيانات بشكل أسرع. ستسمح تقنية 5G بجمع البيانات من المزيد من أجهزة الاستشعار في جميع أنحاء المدينة ونقلها إلى خوادم مختلفة في الوقت الفعلي.
سيؤدي التقدم في المدينة الذكية المستقبلية إلى جمع ونقل المزيد من البيانات، مما سيثير قضايا حول أمن البنية التحتية ضد الهجمات الإلكترونية وخصوصية مواطنيها. هناك أيضًا مسألة المعاملة العادلة لمختلف أنواع المواطنين لضمان معاملتهم بشكل منصف. سيتم دعم مدينة الغد الذكية بأجهزة إنترنت الأشياء المدعومة بتقنيات الذكاء الاصطناعي مع اتصال أفضل، ونأمل أن تعمل على تحسين جودة الحياة ضمن حدودها.