SmartCityFramework

SmartCityFramework

إطار المدينة الذكي باستخدام إنترنت الأشياء والبيانات الكبيرة

خلاصة

أصبحت تكنولوجيا المعلومات والاتصالات متزايدة الانتشار للبيئات الحضرية وتوفير الأساس اللازم للاستدامة ومرونة المدن المستقبلية الذكية. غالبًا ما تتعامل أدوات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات لمدينة ذكية مع مجالات التطبيقات المختلفة ، على سبيل المثال ، الأتمتة المنزلية ، والرعاية الصحية ، ومراقبة البيئة ، والطاقة ، ونادراً ما توفر منظور معلومات متكامل للتعامل مع الاستدامة والنمو الاجتماعي والاقتصادي للمدينة. يمكن للمدن الذكية الاستفادة من مثل هذه المعلومات باستخدام البيانات الكبيرة وغالبًا ما تكون في الوقت الفعلي ، وجمع البيانات ، والمعالجة ، والتكامل والمشاركة من خلال الخدمات التي يتم نشرها في بيئة سحابية. ومع ذلك ، يتطلب استخدام هذه المعلومات أدوات وخدمات وتقنيات البرمجيات المناسبة لجمع وتخزين وتحليل وتصور كميات كبيرة من البيانات من بيئة المدينة والمواطنين والعديد من الإدارات والوكالات على نطاق المدينة. وتستخدم مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة الرعاية الصحية الذكية والبيئة الذكية ومجموعات البيانات ذات الصلة بالطاقة للتحليل والتقييم. يعرض هذا الإطار منظوراً على المدن الذكية التي تركز على معالجة البيانات الضخمة وتحليلها من خلال اقتراح خدمة تحليل قائمة على السحابة يمكن تطويرها بشكل أكبر لإنشاء ذكاء المعلومات ودعم اتخاذ القرارات في سياق المدن الذكية.

بيان المشكلة

تصميم وتطوير إطار للمدن الذكية لتحليل بيانات المعالجة الذكية.

مدينة Smart City هي مدينة تستثمر في مجال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات الحوكمة والعمليات التشاركية لتحديد استثمارات خدمة المشتركين والنقل في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات ، والتي يمكن أن تضمن التنمية الاجتماعية والاقتصادية المستدامة ، وتعزيز جودة الحياة ، والهدف النهائي للموارد الطبيعية ، على الرغم من أنه لا يوجد ما يتولى من الجودة للموارد ، على الرغم من أنه لا يوجد ما يزيد من الجودة. التكاليف التشغيلية للإدارات العامة. يمكن متابعة هذا الهدف من خلال نشر إنترنت الأشياء في المناطق الحضرية ، أي بنية تحتية للاتصالات التي توفر وصولًا موحدًا وبسيطًا واقتصاديًا إلى عدد كبير من الخدمات العامة ، وبالتالي تطلق التآزر المحتملة وزيادة الشفافية للمواطنين.

لبنات بناء إطار المدينة الذكية

هناك اثنان من المستخدمين سيستفيدون من إطار عمل المدينة الذكي: عامة الناس والمدير الذي يتحكم في إمكانية الوصول المقدمة لعامة الناس. تضم اللبنات الأساسية لإطار المدينة الذكية من -

إنترنت الأشياء -

إنترنت الأشياء (IoT) هي شبكة الأجهزة المادية ، والمركبات ، والأجهزة المنزلية ، وغيرها من العناصر المضمنة في الإلكترونيات ، والبرامج ، والمستشعرات ، والمشغلات ، والاتصال التي تمكن هذه الأشياء من توصيل وتجميع وتبادل البيانات [1] ، [2] خلق فرص لتكامل أكثر مباشرة في العالم الفيزيائي في النظم المستندة إلى الكمبيوتر ، والتحسينات في الكفاءة ، وتحسين الفوائد الاقتصادية [5].

البيانات الكبيرة -

البيانات الكبيرة هي مصطلح يستخدم للإشارة إلى دراسة وتطبيقات مجموعات البيانات التي تعد كبيرة ومعقدة لدرجة أن برنامج تطبيقات المعالجة التقليدية للبيانات غير كافية للتعامل معها. تشمل تحديات البيانات الكبيرة التقاط البيانات وتخزين البيانات وتحليل البيانات والبحث والمشاركة والنقل والتصور والاستعلام والتحديث وخصوصية المعلومات ومصدر البيانات. هناك عدد من المفاهيم المرتبطة بالبيانات الكبيرة: في الأصل كان هناك 3 مفاهيم حجم ، تنوع ، سرعة [6]. المفاهيم الأخرى التي تعزى لاحقًا إلى البيانات الضخمة هي صحة (أي ، مقدار الضوضاء الموجودة في البيانات) [7] والقيمة [19].

الحوسبة السحابية -

الحوسبة السحابية هي تجمعات مشتركة لموارد نظام الكمبيوتر القابلة للتكوين والخدمات ذات المستوى الأعلى والتي يمكن توفيرها بسرعة مع الحد الأدنى من جهد الإدارة ، وغالبًا عبر الإنترنت. [4] تعتمد الحوسبة السحابية على مشاركة الموارد لتحقيق التماسك واقتصادات الحجم ، على غرار الأداة العامة. تمكن غيوم الطرف الثالث المؤسسات من التركيز على أعمالها الأساسية بدلاً من إنفاق الموارد على البنية التحتية للكمبيوتر وصيانتها [9]. بعض الخدمات السحابية شائعة الاستخدام هي Microsoft Azure ، Amazon EC2.

محرك المعالجة والتحليل -

تحليل البيانات هو عملية فحص البيانات وتطهيرها وتحويلها ونمذجةها بهدف اكتشاف معلومات مفيدة ، وإبلاغ الاستنتاجات ، ودعم اتخاذ القرارات [7]. يحتوي تحليل البيانات على جوانب وأساليب متعددة ، يشمل تقنيات متنوعة تحت مجموعة متنوعة من الأسماء ، بينما يتم استخدامها في مجالات مختلفة للأعمال والعلوم والعلوم الاجتماعية.

التعلم الآلي -

التعلم الآلي هو تطبيق للذكاء الاصطناعي (AI) يوفر الأنظمة القدرة على التعلم تلقائيًا والتحسن من التجربة دون أن تكون مبرمجة بشكل صريح. يركز التعلم الآلي على تطوير برامج الكمبيوتر التي يمكنها الوصول إلى البيانات واستخدامها تعلم لأنفسهم [14] [18].

تطبيق الويب -

تطبيق يعمل على نظام الويب هو نوع من برامج التطبيق المصممة لتشغيله على الويب. تعمل هذه التطبيقات بشكل متكرر لتزويد المستخدمين بوسيلة تفاعلية لتقديم الطلبات والحصول على النتائج.

يتم استخدام مجموعات بيانات إنترنت الأشياء التي تم إنشاؤها بواسطة البيئة الذكية ، ومجموعات البيانات المتعلقة بالطاقة للتحليل والتقييم. يتم تعريف البيانات الضخمة على أنها بيانات عالية الحجم وعالية السرعة وبيانات عالية التنوع تتطلب أشكالًا مبتكرة من التكلفة ومبتكرة لمعالجة المعلومات التي تتيح تحسين البصيرة وصنع القرار وأتمتة العملية. فيما يتعلق بالتحديات التي تطرحها البيانات الضخمة ، يتم تطوير خدمات التحليل المستندة إلى مجموعة النظراء لإنشاء ذكاء المعلومات ودعم اتخاذ القرارات في سياق المدن الذكية.

تتم معالجة البيانات الضخمة وتحليلها باستخدام خوارزميات التعلم الآلي عن طريق معالجة وتحليل محرك. تتم معالجة النتائج التي تم الحصول عليها من هذا المحرك للاستجابة لاستعلام المستخدمين ويتم عرضها في الواجهة الأمامية التي يمكن الوصول إليها للمستخدمين من خلال تطبيق الهاتف المحمول. تم تصميم تطبيق الهاتف المحمول لجعل الخدمات متاحة للمشتركين وفقًا لمتطلباتهم من خلال واجهة سهلة الاستخدام ومفهومة بسهولة.

نعتزم توسيع هذا النموذج إلى الحرم الجامعي بهدف تنفيذ إطار المدينة الذكية من خلال دمج البيانات التي تم جمعها من أجهزة استشعار IoT المختلفة المثبتة في أجزاء مختلفة من الحرم الجامعي مع بروتوكولات إنترنت الأشياء التي تؤدي إلى الأوامر بناءً على تكوين المستخدم. لتعزيز قابلية استخدام إطار عملنا الذكي وتسريع تطوير هذا الإطار ، سيتم تنفيذ واجهات برمجة التطبيقات الخاصة بإطار عملنا باستخدام تقنيات المصادر المفتوحة.

المشكلات التي يمكن حلها باستخدام هذا الإطار

مشكلة	وصف	عنوان URL
سيارة وقوف السيارات في الشارع	مع التطبيق على هاتفك الذكي ، يمكنك معرفة عدد أماكن وقوف السيارات المتوفرة. بالإضافة إلى العرض على هاتفك الذكي ، يمكنك عرض عدد مساحات وقوف السيارات المتوفرة على الألواح التي تتناول الشوارع.	نظام الكشف عن مساحات وقوف السيارات الذكي بناءً على معالجة الصور
تكييف الإشارة في حالة الطوارئ	يمكن أن تتكيف Semaphore الذكي عندما يكون Ocuurs في حالات الطوارئ ، مثل سيارة التعطل ، وقضية الطوارئ الطبية مع الإسعاف ، وازدهر المرور.	Smart_traffic_control_system_for_ambulance يهدف هذا الرابط إلى سيناريو محدد ، وسيلة إسعاف

مستشعرات إنترنت الأشياء التي يمكن استخدامها

اسم المستشعر	مواصفات المستشعر	يستخدم	مراجع
DHT22	مستشعر درجة الحرارة	تستخدم لقياس درجة حرارة الهواء والرطوبة.	adafruit
UVM-30A UVA/UVB	مستشعر الأشعة فوق البنفسجية	يتم استخدام مستشعر الأشعة فوق البنفسجية للكشف عن شدة إشعاع الأشعة فوق البنفسجية (UV).	مشروع خليج السلاحف

خوارزميات التعلم الآلي التي يمكن استخدامها

اسم الخوارزمية	فئة الخوارزمية	الاستخدام في مراقبة البيئة	نوع البيانات اللازمة	مستشعرات إنترنت الأشياء	مرجع
متشابك	الشبكة العصبية	يمكن استخدامه للتحكم في PID للمتغيرات البيئية ، مثل التحكم في درجة حرارة البيئة والتنبؤ بالحاجة إلى الاستمرار أو عدم وجود نظام التحكم المتصل ، مما يساهم في تقليل استهلاك الطاقة.	إشارة المستشعر ونقطة مجموعة درجة الحرارة والتباطرية	DHT22	synaptc.js

تصميم منصة الويب