تکنولوژی های حمل و نقل هوشمند

در این مقاله تصمیم داریم به معرفی سیستم های حمل و نقل هوشمند بپردازیم. در ادامه به مزایای این سیستم ها در کشورهای پیشرفته می پردازیم. با ما بمان.

مطالعه پیشنهادی: آشنایی با انواع مطالعات ترافیکی و پارامترهای ترافیکی

مطلب پیشنهادی: آشنایی با قطار هایپرلوپ و بررسی ویژگی ها و مزایای آن

با توجه به رشد سریع جمعیت و افزایش شهرنشینی در سال های اخیر و از سوی دیگر رشد سریع و انفجاری فناوری و مشکلات حمل و نقل از جمله آلودگی محیط زیست، کاهش منابع انرژی و افزایش مادی و معنوی. خسارت ناشی از تصادفات مشکلات نظارت و مدیریت حمل و نقل برون شهری، افزایش زمان تلف شده و رشد سریع تقاضای حمل و نقل، به ویژه در ساعات اوج مصرف، به یک مشکل جدی تبدیل شده است. افزایش امکانات حمل و نقل به دلیل نیاز به سرمایه گذاری های کلان و زمان طولانی برای اجرا، همواره با محدودیت های قابل توجهی مواجه بوده است. بنابراین برای رفع مشکلات فوق و با توجه به اینکه رفع محدودیت های مذکور با روش های سنتی غیرممکن است، با نگاهی به پیشرفت های ارتباطات و فناوری الکترونیک، از دهه 1980 سیستم های حمل و نقل سیستمی (Systems) یا ITS توسعه یافتند. به طور خلاصه در نظر گرفته شده است. ITS به معنای استفاده از فناوری های نوین (مانند: الکترونیک، سیستم های ارتباطی و کنترلی) برای ارتقای سطح ایمنی، کارایی و ارزانی در حمل و نقل است که برای حمل و نقل در حالت های مختلف مانند: جاده ای، ریلی، جاده ای هوایی و دریایی می باشد. تعمیم یافته است.

شکل 1 – نمونه ای از یک منطقه با سیستم های حمل و نقل هوشمند

مزایای سیستم های حمل و نقل هوشمند، هم از نظر نسبت سود به هزینه و هم از نظر ماهیت مزایا، منحصر به فرد و قابل توجه است. به عنوان مثال، مطالعات پروژه های انجام شده در آمریکا نشان می دهد که میانگین نسبت هزینه به سود در مناطق شهری آمریکا برابر با 5.2 است و در شهرهای بزرگ این میزان به حدود 8.2 می رسد. همچنین بر اساس پیش‌بینی‌ها، بازار سیستم‌های حمل‌ونقل هوشمند در سال‌های آینده رشد قابل‌توجهی دارد و برآورد می‌شود که این بازار در سطح جهانی تا پایان سال ۲۰۱۵ به حدود ۴۲۰ میلیارد دلار برسد.

اولین چراغ راهنمایی به شکل فعلی در سال 1920 در دیترویت و میشیگان مورد استفاده قرار گرفت. از همین شروع ساده، سیستم های کنترل ترافیک متولد شدند که شامل طیف وسیعی از تجهیزات مانند: چراغ راهنمایی هوشمند برای کنترل تقاطع ها، علائم متغیر، سیستم های کنترل سرعت و … می باشد. با گذشت زمان، چراغ‌های کنترل ترافیک از شکل ابتدایی با یک زمان‌بندی ثابت به شکل کنونی خود یعنی کنترل تقاطع‌ها بر اساس شمارش ترافیک موجود ارتقا یافتند و در سال 1920، سیستم‌هایی در 5 منطقه ایالات متحده با استفاده از رایانه‌های آن نصب شد. عصر. (IBM1800) برنامه ریزی شده بود. انجام کار فوق در این زمان در واقع سرآغاز استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند در کنترل تردد بود چرا که این روش ها مسیر پیشرفت و نظام مند شدن کنترل ترافیک را طی می کردند.

برنامه سیستم های حمل و نقل هوشمند، که در دهه 1990 مورد توجه زیادی قرار گرفت، ریشه های روشنی دارد که می توان آن را در فعالیت های تحقیق و توسعه ای که در دهه 1960 توسط دولت فدرال ایالات متحده و همکاری صنعت و دانشگاه آغاز شد، جستجو کرد. . در همین زمان، پروژه ای توسط اداره راه های عمومی (BPR)، که اکنون اداره بزرگراه فدرال (FHWA) نامیده می شود، برای بهبود ایمنی و کارایی سفرهای بین شهری تنظیم شد. این برنامه از نظر حجم، دیدگاه و مفاهیم با فعالیت های پژوهشی قبلی تفاوت چشمگیری داشت. در قلب این برنامه ایجاد و استفاده از ارتباطات الکترونیکی و سیستم های کنترلی پیشرفته برای استفاده در وسایل نقلیه و جاده ها به نفع جامعه و کاربران پیش بینی شده است.

شکل 2 – چراغ راهنمایی هوشمند

به طور کلی در دهه 1960 تحولات زیادی در جهان در زمینه ساخت ترانزیستورها، رادیو و تلویزیون رخ داد و اولین ماهواره هواشناسی در سال 1962 به فضا پرتاب شد و در اواخر دهه 1960 اولین انسان بر روی ماه قدم گذاشت. در آن زمان رایانه های بزرگ ترانزیستوری دیجیتال ساخته شد و در توسعه و استفاده از این سیستم ها، کاربردی بودن آنها در حمل و نقل مورد توجه قرار گرفت. از اواخر دهه 1960، پروژه های بزرگی در مورد سیستم های حمل و نقل هوشمند در آمریکا اجرا شده است، از جمله سیستم هشدار فلش سیستم هدایت الکترونیکی مسیر، سیستم کنترل ترافیک شهری و غیره. اجرای این پروژه ها در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 زمینه تحقیقات حمل و نقل را فعال کرد و از این نظر صنعت و دانشگاه نیز در زمینه مسائل تحقیقاتی با هدف استفاده از فناوری های الکترونیکی در جاده ها فعال بودند.

در سال 1971، یکی دیگر از برنامه های وزارت حمل و نقل ایالات متحده با استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند معرفی شد. در این برنامه رانندگان بین شهری در انتخاب مسیر بر اساس مسیرهای موجود و زمان واقعی سفر در هر مسیر راهنمایی شدند.

در این برنامه دو هدف بلند مدت در نظر گرفته شد:

1- گسترش برنامه های تحقیق و توسعه برای هوشمندسازی جاده ها و تعریف پروژه ها و ارزیابی آنها

۲- راه های در حال ساخت را برای هوشمند شدن در آینده آماده کنید

در دهه 1970، علاقه بین المللی به رشد سیستم های حمل و نقل هوشمند به وجود آمد. از سال 1973 تا 1978، ژاپن سیستم ارتباطی خودرویی CACS را با استفاده از برنامه ERGS راه اندازی کرد و در اروپا (آلمان و بریتانیا)، سیستم هدایت مسیر مشابهی به نام ALI راه اندازی شد.

در اواسط دهه 1980، تکنولوژی به سرعت پیشرفت کرد و تغییرات عمده ای در الکترونیک و کامپیوتر رخ داد. در عین حال تراکم ترافیک در جاده ها نیز به معضلی جدی برای دولت ها تبدیل شده است و با توجه به هزینه و زمان زیاد برای ایجاد ظرفیت بیشتر در جاده ها، فکر افزایش ظرفیت راه های موجود به تدریج قوت گرفت. . در همین راستا در سال های اخیر بسیاری از کشورها از جمله آمریکا، ژاپن، اتحادیه اروپا، کره، استرالیا، مالزی، سنگاپور و … به منظور ارتقای سطح کیفی، ساختار سازمانی سیستم های حمل و نقل را تشکیل داده اند. خدمات حمل و نقل و افزایش ایمنی. امروزه در بسیاری از شهرهای بزرگ دنیا استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند رایج و مرسوم است و در کلان شهر تهران استفاده از آن در بیش از 150 تقاطع به چشم می خورد.

شکل 3 – شهر هوشمند – در سیستم حمل و نقل هوشمند، تمامی عوامل حمل و نقل به هم متصل هستند

از مزایای سیستم های حمل و نقل هوشمند می توان به کاهش تاخیرهای غیر ضروری، کاهش زمان سفر، آرامش و رضایت مسافران، کاهش تصادفات و ایجاد موج سبز در شبکه چراغ راهنمایی و رانندگی اشاره کرد. ایجاد چنین سیستمی و همچنین اتصال آن به یک شبکه اطلاعاتی یا یک سایت اطلاعاتی می تواند به سادگی به مسافر کمک کند تا قبل از شروع سفر خود مسیر مورد نظر خود را انتخاب کند و تاثیر بسزایی در کاهش حجم ترافیک داشته باشد.

بدیهی است در صورت ایجاد چنین سامانه ای، حتی تلفن های همراه که امروزه قابلیت اتصال به شبکه های اطلاعاتی را دارند، قابلیت دریافت اطلاعات و اخبار مرتبط با ترافیک را خواهند داشت. بدیهی است که پیشنهاد مسیری ایمن به دور از گره های ترافیکی ناخواسته خودرو توسط سامانه های اطلاعاتی هوشمند و انتخاب آن توسط مسافر، تأثیر مثبتی بر جریان ترافیک خواهد داشت.

در نهایت، ما مزایای استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند را در شهرهای مختلف مشاهده می کنیم:

جدول 1 – مزایای استفاده از سیستم های حمل و نقل هوشمند

منبع: بررسی سیستم های حمل و نقل هوشمند با رویکرد حمل و نقل جاده ای – سید حامد عبادی مهر

ثبت نشده است.

ثبت نشده است.

APA: کپی

پویا، رضا، بهتنگر، مهرنوش و مکرمی، آرزو. (1401). فناوری حمل و نقل هوشمند؛ استراتژی برای رویارویی با چالش های اساسی این بخش. توسعه فناوری صنعتی، 20(48)، 77-94. SID https://sid.ir/paper/987104/fa

Vancouver: کپی

پویا رضا، بهتنگر مهرنوش، مکرمی آرزو. فناوری حمل و نقل هوشمند؛ استراتژی برای رویارویی با چالش های اساسی این بخش. توسعه فناوری صنعتی [اینترنت]. 1401؛ 20 (48): 77-94. موجود در: https://sid.ir/paper/987104/fa

IEEE: کپی

رضا پویا، مهرنوش باتن‌گر و آرزو مکرمی، «فناوری حمل‌ونقل هوشمند؛ راهبرد مقابله با چالش‌های اساسی در این بخش»، توسعه فناوری صنعتی، ش 20، ش 48، ص 77-94، 1401، [آنلاین] موجود. : https://sid.ir/paper/987104/fa

ثبت نشده است.

ثبت نشده است.

ثبت نشده است.

سیستم های حمل و نقل هوشمند که به اختصار ITS نامیده می شود، ترافیک را در شهرهای هوشمند مدیریت می کند. این سیستم با کاهش ازدحام در جاده ها زمان پاسخگویی و مدیریت شرایط بحرانی را کاهش می دهد. حسگرها، فناوری‌های ارتباطی پیشرفته و شبکه‌های پرسرعت موجود در سیستم حمل‌ونقل هوشمند همگی به کاهش زمان پاسخ‌دهی کمک کرده‌اند.

جابجایی افراد از مکانی به مکان دیگر یکی از بخش های اصلی زندگی ماست. این حرکت مختص دوران خاصی نیست و همیشه در طول تاریخ وجود داشته است. از گاری‌ها و اسب‌ها گرفته تا کالسکه‌های اسب‌کشی، خودروها و سفینه‌های فضایی که همگی برای جابجایی انسان استفاده می‌شوند، همیشه بخشی از سیستم حمل‌ونقل بوده‌اند.

تمدن از اسب سواری و شتر تا جایی که انسان ها از وسایل حمل و نقل پیشرفته تری استفاده می کنند فاصله زیادی داشته است. با ظهور سیستم های حمل و نقل هوشمند و اینترنت اشیا (IoT)، جهان وارد عصر جدیدی از حمل و نقل می شود.

در ادامه در مورد حمل و نقل هوشمند، نحوه عملکرد و مزایای آن صحبت خواهیم کرد. نمونه های عینی را نیز با هم مرور می کنیم.

حمل و نقل هوشمند چیست؟

سیستم های حمل و نقل هوشمند از فناوری های مختلفی برای نظارت، ارزیابی، افزایش کارایی و ایمنی استفاده می کنند. در واقع می توان گفت که سیستم های حمل و نقل هوشمند از فناوری های جدید برای حمل و نقل کارآمد، مقرون به صرفه و ایمن استفاده می کنند.

چه فناوری هایی وجود و توسعه سیستم های حمل و نقل هوشمند را تسهیل می کنند؟ توسعه ابزارهای IoT (اینترنت اشیا) و فناوری ارتباطی 5G از جمله آنهاست. دستگاه های اینترنت اشیا در واقع حسگرها و کنترل کننده هایی هستند که در هر ابزار و دستگاهی وجود دارند و از راه دور قابل کنترل هستند. شبکه 5G همچنین ارتباطات پرسرعت و بدون تاخیر را که برای مدیریت و کنترل سیستم های حمل و نقل مورد نیاز است، فراهم می کند.

حمل و نقل هوشمند فقط یک نظریه برای اجرای آینده نیست. در حال حاضر نمونه های موفق و ناموفق از پیاده سازی چنین سیستم هایی وجود دارد.

مزایای سیستم حمل و نقل هوشمند چیست؟

مزایای سیستم های حمل و نقل هوشمند بسیار زیاد است. در ادامه به برخی از آنها خواهیم پرداخت.

حمل و نقل هوشمند ایمن تر است: با ادغام یادگیری ماشینی، اینترنت اشیا و 5G، عامل انسانی در تصادفات جاده ای کاهش یافته است. در واقع، انسان ها مانند گذشته در تصادفات جاده ای درگیر نیستند. در نتیجه تعداد تصادفات به طور کلی کاهش یافته است. زیرا کامپیوترها خسته، حواس پرت و احساساتی نیستند.

حمل و نقل هوشمند بهتر مدیریت می شود: جمع آوری داده ها عامل مهمی در رسیدگی به مسائل زیرساختی است. در یک سیستم حمل و نقل هوشمند اطلاعات دقیق و جامعی از جنبه های مختلف سیستم ارائه می شود. در نتیجه، مدیران می توانند عملیاتی مانند نظارت، شناسایی و ردیابی مسائل را با کارایی بیشتر انجام دهند. همچنین در حمل و نقل هوشمند منبع اصلی خطا نیز بهتر و سریعتر یافت می شود.

حمل و نقل هوشمند کارآمدتر است: داده های جمع آوری شده در یک سیستم حمل و نقل هوشمند می تواند به بهبود کارایی در بخش های مختلف سیستم کمک کند. به عنوان مثال با استفاده از داده های جمع آوری شده می توان تعیین کرد که استفاده از ایستگاه اتوبوس در کدام مکان ها حمل و نقل افراد را تسهیل می کند.

حمل و نقل هوشمند سودآور است: در یک سیستم حمل و نقل هوشمند، از منابع به درستی استفاده می شود. با توجه به پیش بینی حوادث قبل از وقوع، اقدامات پیشگیرانه، مصرف کمتر انرژی و استفاده از منابع کمتر، هزینه ها کاهش می یابد. همچنین برای رانندگان خودروهای شخصی به دلیل افزایش استفاده از سیستم حمل و نقل عمومی، هزینه ها کاهش می یابد. از آنجایی که حمل و نقل عمومی در یک سیستم هوشمند کارآمدتر است، مردم تمایل بیشتری به استفاده از آن دارند.

علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، مزایای دیگری نیز وجود دارد که مردم، دولت و تمام دنیا از آن بهره مند خواهند شد:

امنیت

ملاحظات زیست محیطی

سازگاری با زنجیره تامین

امنیت

یکی از نگرانی هایی که در مورد شهرهای هوشمند وجود دارد، آسیب پذیری آنها در برابر حملات سایبری است. چنین حملاتی چیز جدیدی نیست. آنها قبلا وجود داشته اند. بانک‌ها و سایر زیرساخت‌های حیاتی مدت‌ها قبل از وجود رایانه‌ها در معرض حملات فیزیکی قرار گرفته‌اند. سرقت خودرو یا خودروهای معیوب همگی نمونه هایی از آسیب پذیری صنعت حمل و نقل در گذشته است که امروزه با استفاده از شبکه های ارتباطی از آسیب پذیری آن کاسته شده است.

آسیب پذیری در برابر حملات سایبری را می توان با اعمال برخی اقدامات کاهش داد. به روز رسانی نرم افزار، رمزگذاری ارتباطات در شبکه های ارتباطی و نقاط مشابه می تواند آسیب پذیری را کاهش دهد.

ملاحظات زیست محیطی

تاریخ حمل و نقل ارتباط تنگاتنگی با محیط زیست دارد. در گذشته های دور موتورهای بخار از چوب و زغال سنگ استفاده می کردند تا امروز که ماشین ها با بنزین کار می کنند همگی به محیط زیست آسیب رسانده اند.

مدت‌هاست که دانشمندان در حال بررسی جایگزینی سوخت‌های فعلی با سوخت‌هایی هستند که آسیب کمتری برای محیط زیست دارند. در شهرهای هوشمند با استفاده از حمل و نقل هوشمند، استفاده از سوخت های موجود کاهش می یابد و میزان خسارت کاهش می یابد.

استفاده از وسایل نقلیه عمومی نسبت به خودروهای شخصی آسیب کمتری به محیط زیست وارد می کند. اما به دلیل ناکارآمدی آن در برخی زمینه ها، بسیاری از افراد تمایل دارند از خودروی شخصی خود استفاده کنند. در شهرهای هوشمند، استفاده از حمل و نقل هوشمند منجر به برنامه ریزی و استفاده کارآمدتر از حمل و نقل عمومی می شود. این امر باعث می شود افراد بیشتری از سیستم حمل و نقل عمومی استفاده کنند و در نتیجه آلودگی محیط زیست را کاهش می دهد.

انعطاف پذیری زنجیره تامین

بحران های جهانی مانند کرونا نشان داده است که زنجیره تامین جهانی در معرض اختلال است. هنگامی که رانندگان یا کارگران بیمار هستند، بیماری ممکن است به مکان های دیگر سرایت کند یا افراد نتوانند وظایف خود را انجام دهند. توسعه و استفاده از حمل و نقل هوشمند می تواند این مشکلات را حل کند. امکان استفاده از خودروهای خودران در شهرهای هوشمند این نوید را می دهد که زنجیره تامین انعطاف پذیر بوده و در هر شرایطی بدون وقفه به فعالیت خود ادامه می دهد.

آیا شهرهای هوشمند دارای اشکالاتی هستند؟

در کنار تمام مزایای شهرهای هوشمند، آنها همیشه چالش های مختلفی را ارائه می دهند. مصرف انرژی و مدیریت داده ها از جمله مسائلی است که در شهرهای هوشمند وجود دارد. شهرهای هوشمند به حسگرهای زیادی نیاز دارند. هر کدام از این حسگرها انرژی مصرف می کنند. حسگرهایی که به دستگاه های تلفن همراه مانند اتومبیل متصل می شوند به باتری نیاز دارند. سنسورهای دیگری که به وسایل روشنایی ثابت متصل هستند ممکن است از انرژی خورشیدی تغذیه شوند، اما اکثر آنها به منبع تغذیه متصل هستند. اتصال این تعداد زیاد سنسور به شبکه برق نیاز به تجهیزات متفاوتی دارد. به عنوان مثال، مقدار قابل توجهی کابل مسی مورد نیاز است.

موضوع دیگر به داده های مورد نیاز برای شهرهای هوشمند مربوط می شود. داده هایی که شریان اصلی شهرهای هوشمند است. خودروها اطلاعات مکان را جمع آوری می کنند. حسگرهای اطراف شهر نیز سیگنال های ارسال شده توسط گوشی های هوشمند را جمع آوری می کنند. برای جمع آوری این داده ها باید قوانین و مقرراتی وجود داشته باشد.

حمل و نقل هوشمند چگونه کار می کند؟

حمل و نقل هوشمند به دو دسته تقسیم می شود: صنعت خودروسازی و زیرساخت های عمومی. حمل و نقل هوشمند زمانی حاصل می شود که حسگرها در زیرساخت های عمومی و وسایل نقلیه پیاده سازی شوند.

یک تقاطع شلوغ را تصور کنید، عابران پیاده سعی می کنند از تقاطع عبور کنند. چراغ های راهنمایی ترافیک در خیابان را کنترل می کنند. رانندگان سعی می کنند در اسرع وقت به مقصد برسند. در حالت سنتی، چراغ راهنما با استفاده از تایمر، فشار اعمال شده به صفحات زیر جاده و روش هایی از این دست کار می کند. اگر یک راننده حواسش پرت از چراغ قرمز عبور کند یا اگر عابر پیاده از خیابان عبور کند در حالی که چراغ عابر پیاده قرمز است، همه آنها اختلال در ترافیک ایجاد می کنند. یا در موردی دیگر، فرض کنید تایمر به گونه ای باشد که حتی اگر ترافیک کم باشد، چراغ برای مدت طولانی قرمز بماند.

چنین مشکلاتی در شهرهای هوشمند رخ نمی دهد. زیرا راننده با استفاده از حسگرهای خودرو و ترمز خود، حضور عابر پیاده را تشخیص می دهد تا از تصادف جلوگیری کند. برای این سوال که چه مدت چراغ قرمز باقی می ماند، این زمان با تعیین تعداد خودروها در هر طرف تنظیم می شود. حتی اگر از خودروهای خودران استفاده شود، خودروها به طور خودکار با سبز شدن چراغ شروع به حرکت خواهند کرد.

کاربردهای سیستم های حمل و نقل هوشمند

با توجه به افزایش جمعیت انسانی و همچنین رشد تولید خودرو در سراسر جهان، نیاز به یافتن راه حلی برای رسیدگی به این حجم عظیم خودرو احساس می شود. در ادامه می توانید برخی از کاربردهای سیستم های ITS را مشاهده کنید:

مدیریت هوشمند و بی‌درنگ پارکینگ

اخذ عوارض الکترونیکی

سیستم هشدار اضطراری خودرو

مدیریت سرعت خودرو

استفاده از RFID در حمل و نقل جاده ای

تنظیم خودکار و هوشمند چراغ راهنمایی

سیستم پیشگیری از تصادفات جاده ای

نمونه هایی از سیستم حمل و نقل هوشمند

در حال حاضر در گلاسکو، اسکاتلند، سیستم حمل و نقل عمومی اطلاعاتی مانند اتوبوس های عمومی، برنامه زمانی آنها، در دسترس بودن صندلی، مکان فعلی اتوبوس، زمان باقی مانده تا مقصد، مقصد بعدی و تعداد مسافران اتوبوس را در اختیار مسافران قرار می دهد. دادن

در سئول، کره شمالی، دولت مسیر اتوبوس های شبانه را بر اساس داده های موقعیت مکانی تلفن همراه تعیین کرده است. در این شهر با همکاری شرکت های خصوصی تماس های تلفنی در نیمه های شب جمع آوری می شود و از این اطلاعات برای شناسایی مکان هایی که تقاضای حمل و نقل بیشتری دارند استفاده می شود.

در شهر نیواورلئان آمریکا، آمبولانس ها بر اساس الگوی حوادث مستقر شدند.

در متروی سیدنی که بزرگترین مرکز حمل و نقل استرالیا است، پیش بینی می شود پروژه راه اندازی شده برای متروی بدون راننده بتواند ظرفیت حمل و نقل این شهر را دو برابر کند.

Cityringen در شهر کپنهاگ در مرکز دانمارک یک پروژه جاه طلبانه است. این پروژه یک پروژه مترو بدون راننده است که یک مسیر دایره ای را در مرکز شهر اجرا می کند. این مترو در کل مسیر بدون راننده کار می کند و در صورت بهره برداری کامل، 24 ساعت شبانه روز بدون توقف کار می کند.