يتطور مفهوم المدينة الذكية بسرعة كبيرة في جميع أنحاء العالم ، لأنه يوفر بيئة رقمية شاملة تعمل على تحسين كفاءة وأمن النظم الحضرية وتعزز مشاركة المواطنين في التنمية الحضرية. يعتمد هذا المفهوم على استخدام البيانات الجغرافية المكانية المتعلقة بالبيئة العمرانية المبنية ، والبيئة الطبيعية والخدمات الحضرية. يتطلب التنفيذ الناجح لمشروع المدينة الذكية تطوير نظام رقمي يمكنه إدارة وتصور البيانات الجغرافية المكانية في بيئة سهلة الاستخدام. يوفر نظام المعلومات الجغرافية (GIS) قدرات متقدمة وسهلة الاستخدام لمشاريع المدن الذكية.
يهدف مفهوم المدينة الذكية إلى تطوير نظام شامل يستخدم البيانات الجغرافية المكانية لتعزيز فهم النظم الحضرية المعقدة وتحسين كفاءة وأمن هذه الأنظمة. تتعلق هذه البيانات الجغرافية المكانية بما يلي.
البيئة الحضرية:البيئة العمرانية المبنية مثل البنية التحتية والمباني والأماكن العامة.
بيئة طبيعية:البيئة الطبيعية مثل التنوع البيولوجي والمساحات الخضراء وجودة الهواء والتربة والمياه.
الخدمات الحضرية:الخدمات الحضرية مثل النقل والنفايات البلدية والمياه والطاقة والصحة والتعليم.
يهدف مفهوم المدينة الذكية أيضًا إلى تحويل الإدارة القائمة على صوامع المدن إلى نظام مشترك يشارك فيه أصحاب المصلحة في المناطق الحضرية في تصميم المشاريع الحضرية وتنفيذها وتقييمها.
يعتمد تنفيذ مشاريع المدن الذكية على عدد من الخطوات بما في ذلك بناء النموذج الرقمي الحضري ، وجمع البيانات باستخدام طبقة الاستشعار ، ثم تحليل البيانات وتصور البيانات التفاعلي والتحكم في النظام. يلعب GIS دورًا في هذه الخطوات ، كما هو موضح أدناه.
بناء النموذج الرقمي الحضري:
تتعلق الخطوة الأولى في تنفيذ مشاريع المدن الذكية ببناء النموذج الرقمي الحضري الذي يصف مكونات البيئات العمرانية والطبيعية. لكل مكون حضري ، يوفر النموذج الرقمي تحديد الموقع الجغرافي والخصائص (السمات). يستخدم نظام المعلومات الجغرافية بشكل عام لبناء النموذج الرقمي لـ "المكونات الأفقية" الحضرية مثل الشبكات الحضرية ومرافق النقل والبيئة الطبيعية ، في حين يستخدم نمذجة معلومات البناء (BIM) لوصف "المكونات الرأسية" مثل المباني. يوفر الجمع بين GIS و BIM أداة قوية لبناء النموذج الرقمي الحضري مع البيانات المرجعية الجغرافية وتصور هذه البيانات في بيئة سهلة الاستخدام.
طبقة الاستشعار:
تتعلق الخطوة الثانية في مشاريع المدن الذكية ببناء طبقة الاستشعار التي تنقل بيانات التشغيل الحضرية إلى نظام معلومات المدينة الذكية. تشمل هذه الطبقة أجهزة استشعار تستخدم لمراقبة الشبكات والبنية التحتية الحضرية. يمكن أيضًا تحسين البيانات عن طريق الصور ومقاطع الفيديو والملفات الصوتية مما يؤدي إلى إنشاء بيانات حضرية كبيرة. يستخدم نظام مياه الشرب أجهزة قراءة العدادات الأوتوماتيكية (AMRs) لتسجيل استهلاك المياه ، وأجهزة استشعار الضغط لتسجيل أجهزة ضغط المياه ونوعية المياه لتتبع نوعية المياه (التعكر ، الرقم الهيدروجيني ، الكلور ، الموصلية). يستخدم نظام الصرف مجسات لمراقبة مستوى المياه وتدفقها ، ونوعية المياه (التعكر ، درجة الحرارة ، الرقم الهيدروجيني ، إلخ) ومعدات الضخ. يسمح بالكشف المبكر عن الفيضانات والأعطال في معدات الضخ. تستخدم الشبكة الكهربائية أجهزة استشعار لقياس التوتر الكهربائي والتيار والتردد. يسمح بالكشف المبكر عن العيوب في الشبكة الكهربائية. تتم مراقبة نظام التدفئة في المنطقة عن طريق أجهزة استشعار لتسجيل درجة حرارة السوائل والضغط والتدفق وكذلك حالة الصمام. يسمح بالكشف المبكر عن الأخطاء وتحسين أداء النظام. يوفر GIS إمكانية تصور نظام المراقبة بالإضافة إلى خصائص أجهزة الاستشعار وحالتها. كما يوفر إمكانية لتصور البيانات التاريخية في الوقت الحقيقي على خرائط نظم المعلومات الجغرافية.
تحليل البيانات:
تتعلق الخطوة الثالثة في تنفيذ مشروع مدينة ذكية بتطوير البيئة التحليلية ، التي تحول البيانات في الوقت الفعلي والتاريخي إلى بيانات تشغيلية تعمل على تحسين أمن وكفاءة وجودة الأنظمة الحضرية. تشمل البيئة التحليلية برامج الهندسة والإدارة والسلامة للنظم الحضرية بالإضافة إلى الأدوات الرقمية المتقدمة مثل الذكاء الاصطناعي (AI). في مشاريع المدن الذكية ، توفر نظم المعلومات الجغرافية أدوات (1) تحليل البيانات الجغرافية المكانية (تحليل المسافة والاتجاه ، المعالجة الهندسية ، نماذج الشبكة) ، (2) التحليل الزماني المكاني ، (3) الإحصاءات المكانية (الارتباط الذاتي المكاني والخروج) ، (4) السطح تحليل (شكل السطح وتحليل التدفق ، طرق الشبكات واستكمال الاستكمال الداخلي) ، و (5) تحليل الموقع (أقصر حساب المسار ، موقع المنشأة).
التصور التفاعلي للبيانات:
يتيح التصور التفاعلي للبيانات للمستخدمين التفاعل مع مكونات المدينة الذكية وأصحاب المصلحة في بيئة سهلة الاستخدام. تستخدم تطبيقات الويب لإنشاء هذه البيئة التفاعلية. يتيح استخدام إطارات HTML المنبثقة للمستخدمين الوصول إلى المحتوى المستند إلى الويب مثل الرسومات المشار إليها بواسطة عناوين URL. تسمح البيئة الرسومية لنظم المعلومات الجغرافية التفاعلية بتصور المكونات الحضرية وخرائط المستشعرات. يمكن للمستخدمين والمديرين الاستفادة من هذه الخرائط للوصول إلى البيانات الثابتة والديناميكية المتعلقة بالأنظمة الحضرية وكذلك لتحديث البيانات.
طبقة التحكم:
تحليل البيانات من البيانات التاريخية والوقت الحقيقي يؤدي إلى أوامر للإدارة المثلى والآمنة للأنظمة الحضرية. يتم إرسال هذه الأوامر إلى طبقة التحكم ، والتي تتضمن أجهزة إلكترونية مختلفة مثل الصمامات الذكية والمضخات والمحركات والمفاتيح والقواطع والأقفال. يتيح نظام GIS التصور في الوقت الفعلي لهذه الأجهزة بالإضافة إلى حالتها. يمكن أن يتصور أيضا أخطاء في قيادة الجهاز.