◄ صنعت حمل و نقل و راهسازی و تحول دیجیتال

تین نیوز | علی اکبر سعیدی کیا :

 

1- مقدمه 

در دنیای امروز با گسترش فناوری های نوظهور و ارتباطات یک جاده یا یک بزرگراه دیگر یک راه طولانی و مسیری خاموش نخواهد بود. اکنون راه ها و بزرگراه ها یک شبکه هوشمند مرکب از انسان ها و وسایل نقلیه و جاده هایی است که از الگوریتم‌ ها و نرم‌ افزارهای متنوعی تشکیل شده اند که خود یک اکو سیستم بزرگ است.

در بسیاری از کشورها دست اندرکاران حاکمیتی و نیز کسب و کارهای مرتبط با حمل و نقل می خواهند سرعت ساخت جاده ها و بزرگراه ها را در مطابق با استانداردهای جهانی بالا برده و از این توسعه زیرساختی جاده ای در توسعه اقتصادی خود استفاده نمایند. در این راستا سوال این است که آیا احداث جاده ها به عنوان زیرساخت های فیزیکی در تطابق با فناوری های نوین و تحول دیجیتال نیاز به بازنگری ندارد؟ در جواب به این پرسش باید اذعان داشت که فناوری های راهسازی در 100 سال گذشته تغییرات اساسی و بنیادینی نکرده اما بدون شک تکنولوژی ها تغییر کرده است.  تکنولوژی هایی که در روش مدیریت ساخت و نیز بهره برداری  بسیار موثر بوده اند.

در زمانی نه چندان دور، پخش لایه‌های قیر در روسازی جاده ها توسط نیروی انسانی صورت می گرفت و به کندی انجام می شد و روزهای طولانی را نیاز داشت اما امروزه یک دستگاه می‌تواند همان مقدار کار را در یک روز با دقت و ظرافت انجام دهد. اما آن جاده هنوز هم کالای فیزیکی است، مخلوطی از سنگ، سیمان و قیر. 

پیشرفت‌های اخیر در ساخت‌ و ساز و فناوری‌ های دیجیتال، امکانات جالبی را به وجود می‌ آورد که می‌ تواند جاده‌ ها را به عنوان یک زیرساخت دیجیتال ترکیبی بازتعریف کند. جاده ها مسیرهای دیجیتالی بالقوه و پل هایی برای یکپارچگی و پیشرفت اجتماعی - اقتصادی هستند. 

در طول تاریخ تمدن ها، وظیفه اصلی جاده ها تسهیل حرکت وسایل نقلیه بوده که این وطیفه کماکان اولین کارکرد است و کلیه خدمات اصلی و فرعی قدیمی و نوظهور موجود در جاده ها و اطراف آن به سمت فناوری ها هدایت می شوند. 

ساخت و احداث جاده یک کار سخت فیزیکی بوده است که به نیروی انسانی، منابع، ماشین آلات و فناوری نیاز دارد. اما آنچه امروز در مقایسه با گذشته متفاوت است، افزایش توانایی مجموعه ای از فناوری های دیجیتال برای ادغام در داخل اکوسیستم ساخت و مدیریت و بهره برداری شبکه جاده ای است.

برنامه ریزی های کشورهای مختلف برای گسترش و اصلاح روش های ساخت و ساز بزرگراه ها و جاده ها بر اساس موضوعات جغرافیایی و قابلیت های موچود ساخت و ساز و ارتقای آن به توانمندی های جدید می پردازد. ساخت هر متر جاده و بزرگراه نیاز به خاکبرداری و خاکریزی، بتن ریزی و آسفالت و یک سری فعالیت های دیگر دارد. به دنبال این موارد عملیات تاسیساتی از قبیل نصب لوله‌ های زهکشی، کابل‌ های برق و لامپ‌ های روشنایی، پست‌ های علائم، سیستم‌ های سیگنالینگ، و موارد بسیار دیگری است. اکنون در همه این موارد فناوری های دیجیتال دامنه ای از سیستم های مختلفی را شامل می شود. 

تحول دیجیتال به یک ضرورت برای حمل و نقل مدرن تبدیل شده و شامل ادغام راه حل های مبتکرانه حمل و نقل دیجیتال در بخش حمل و نقل است. این امر با توسعه و بهره برداری از یک سیستم حمل و نقل هوشمند دنبال می شود. بنابراین، با توسعه سریع فناوری‌های جدید و تکنیک‌ های ساخت‌ و ساز در حال تکامل، تغییرات عمده‌ای در ساخت جاده‌ ها، بزرگراه‌ ها و بزرگراه‌ ها به وجود می آید.

برای مثال هوش مصنوعی (AI)، واقعیت مجازی، هواپیماهای بدون سرنشین و یا پهپاد، ربات‌ ها در سایت ها و سایر تکنیک‌ ها و مفاهیم ساخت‌ و ساز هوشمند در حال حاضر تقریبا در تمام سایت‌ های ساخت‌ و ساز استفاده می‌ شوند. مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) مجموعه ای از فناوری ها و فرآیندهایی است که برای ایجاد یک مدل مجازی سه بعدی از یک پروژه استفاده می شود. مدل مجازی شامل تمام اطلاعات پروژه است. 

این مدل یک نمایش گرافیکی و عملکردی از یک طرح ارائه می‌ کند که کیفیت طراحی، ساخت‌ پذیری و همکاری را بهبود می‌ بخشد. روش های اسکن لیزری نیز در حال اتخاذ هستند و راه حل های پایداری را ارائه می دهند. با استفاده از اسکن لیزری و ابزارهای مدیریت داده BIM می توان یک مدل سه بعدی ساخت. این مدل سه بعدی اجزای یک دارایی ساخته شده مانند پانل های پیش ساخته، میلگردها، سازه های باربر و خرپا را به تصویر می کشد. سپس مواد قابل استفاده مجدد مناسب را می توان توسط یک متخصص آموزش دیده ارزیابی کرد که باعث کاهش هزینه و کاهش کربن می شود. چنین مدل‌ های سه‌بعدی همچنین می‌ توانند برای توسعه یک دوقلو دیجیتالی با داده‌ های ساخت‌ و ساز، از جمله اطلاعات در مورد مواد و اجزای سازنده، استفاده شوند. علاوه بر این، مدل دوقلو دیجیتال، همکاری بین همه ذینفعان را در طول چرخه عمر پروژه افزایش می‌ دهد.

2- مورد کاوی 

انقلاب دیجیتال جاده های بزرگراه های ملی بریتانیا را متحول خواهد کرد

سازمان بزرگراه های ملی بریتانیا به دنبال تعدادی از استراتژی های نوآورانه است که عملیات آینده سازمان را متحول می کند. ابتکارات شامل یک دوقلوی مجازی از شبکه جاده‌ ای است که می‌ تواند زمان و مکان چاله‌ ها و دیگر مسائل نگهداری را پیش‌ بینی کند، همچنین مواد هوشمند جاده‌ ای که می‌ توانند خودشان را تعمیر کنند.

اینها تنها برخی از سیستم‌ هایی هستند که قرار است به عنوان بخشی از استراتژی جاده‌ های دیجیتال بزرگراه‌ های ملی راه‌ اندازی شوند، که در یک وب‌سایت جدید و «محیط یادگیری مجازی» مشخص شده‌ اند.

الیوت شاو، مدیر اجرایی بزرگراه‌ های ملی می‌ گوید: «ما در آغاز یک انقلاب دیجیتالی در شبکه جاده‌ های خود هستیم، تحولی که هر قرن یک‌بار اتفاق می‌ افتد که اساسا نحوه طراحی، ساخت، بهره‌ برداری و استفاده از جاده‌ های ما را تغییر خواهد داد. استراتژی و برنامه ریزی «سفر جاده های دیجیتال، استراتژی که جاده های آینده را ایجاد می کند، بسیار بزرگ است. همه جنبه‌ های زیرساخت جاده‌ ای از طراحی و ساخت، نحوه بهره‌ برداری از جاده‌ ها تا تغییر تجربه برای همه کاربران جاده را پوشش می‌ دهد. جاده های دیجیتال جاده های ما را ایمن تر و سبزتر می کند. بهبودها و تعمیر و نگهداری سریعتر با اختلال کمتر انجام می شود و کاربران جاده با صرفه جویی در زمان و هزینه سفر، تجربه سفر انتها به انتها بسیار بهتری خواهند داشت.»

سازمان بزرگراه های ملی، که پیشتر بزرگراه انگلستان نامیده می شد، با چندین مشارکت بلندپروازانه که در خط مقدم فناوری کار می کنند، پایه های چشم انداز جاده دیجیتال را پی ریزی می کند.

سیستم دوقلوسازی دیجیتالی جاده ها با همکاری تحقیقات و نوآوری بریتانیا (UKRI)، شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC)، برنامه EU MSCA COFUND، شرکت ساخت و ساز و مهندسی Costain و دانشگاه کمبریج در حال توسعه است. این سیستم نقشه‌ ها و مدل‌ های استاتیک را با نسخه‌ های دیجیتال جایگزین می‌ کند که می‌ توانند تشخیص دهند چه زمانی به تعمیر و نگهداری نیاز است.

این سیستم به لطف دو کمک مالی در حال توسعه است: 8.6 میلیون پوند (11.9 میلیون دلار) EPSRC Digital Roads Prosperity Partnership و 6 میلیون پوند (8.3 میلیون دلار آمریکا) برنامه کمک هزینه تحصیلی جاده های آینده اتحادیه اروپا MSCA COFUND.

 یوانیس بریلاکیس، محقق اصلی دانشگاه کمبریج در مورد این کمک‌ها، می‌ گوید: «زمان آن فرا رسیده است که بخش زیرساخت‌ های حمل‌ و نقل تحول دیجیتال را بپذیرد. ما باید تلاش کنیم تا نقشه‌ ها و مدل‌ های سه‌ بعدی ثابت را با دوقلوهای دیجیتال پویا و غنی از تاریخ، اسناد پی‌دی‌اف با پایگاه‌ های داده، تبادل فایل با تبادل مجوزهای ابری، مواد غیرفعال با مواد هوشمندی که قادر به حس کردن و بهبودی خود هستند، جایگزین و تمام تعمیر و نگهداری روتین دستی را خودکار کنیم. همه اینها بر اساس یک پایه علم داده امکان پذیر است، که قادر به ایجاد بینش های غنی و مبتنی بر داده برای کمک به ما در تصمیم گیری بهتر است.

ترکیب داده‌های «زنده» از مواد هوشمند در سطح جاده موجود با یک سیستم دوقلوی دیجیتالی که جاده و وضعیت آن را تجسم می‌ کند، تشخیص می‌ دهد که چه زمانی به کار تعمیر و نگهداری نیاز است، با جاده‌ هایی که می‌ توانند با استفاده از مواد خود ترمیم شونده خود را تعمیر کنند. این امر به طور چشمگیری نیاز به بازرسی های زمان بر و پرهزینه در محل را کاهش می دهد، از تاخیرهای غیرضروری برای رانندگان جلوگیری می کند و انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از عملیات جاده ای را کاهش می دهد. همچنین در حال استفاده یا در حال توسعه، کارخانه متصل و مستقل، ساخت خارج از محل و روش های ساخت مدولار است.

این مراحل علاوه بر کاهش اختلال برای رانندگان، انتشار کربن مرتبط را تا حدود 50 درصد کاهش می دهد و به رسیدن به هدف صفر شدن صدمات یا مرگ در شبکه تا سال 2040 کمک می کند.

چشم انداز جاده های دیجیتال برای شبکه راهبردی راهبردی از جاه طلبی دولت مبنی بر اینکه «بریتانیا در شکل دادن به آینده حمل و نقل یک رهبر جهانی باشد» و از رشد بریتانیا حمایت می کند. به عنوان مثال، طراحی و ساخت دیجیتال می تواند زمان تحویل طرح را تا 50 درصد کاهش دهد.

بارونس ور، وزیر راه می‌گوید: «از مدل‌های دیجیتال جاده‌ ای که می‌ توانند مکان‌ های مورد نیاز تعمیر و نگهداری در شبکه جاده‌ ای واقعی را پیش‌ بینی کنند، تا سطوح جاده‌ ای که خود ترمیم‌ شونده، و ماشین‌ های مخروط‌ گذاری خودکار، ما متعهد هستیم که بریتانیا را در خط مقدم پیشرفت‌ های فناوری نگه داریم.» «بنابراین من خوشحالم که چشم انداز بزرگراه های ملی این را منعکس می کند و برای سال های طولانی برای کاربران جاده ای با سفرهای سبزتر، روان تر و ایمن تر مفید است.»

نحوه عملکرد شبکه در حال تبدیل شدن به سیستم خودکار و هدایت اطلاعات است. استفاده از فناوری، بزرگراه های ملی را قادر می سازد تا موقعیت ها را به جای پاسخ دادن به آنها، پیشی بگیرند. به عنوان مثال، فناوری حسگر سطوح ترافیک، آب و هوا و شرایط محیطی را پیش‌بینی می‌کند که ما را قادر می‌سازد پیشگیرانه شرایط را آماده کرده و به آن پاسخ دهیم.

فناوری دیجیتال می تواند طراحی و برنامه ریزی کارآمدتری را با یکپارچه سازی استانداردهای طراحی دیجیتالی، ابزارها و دوقلوهای دیجیتالی امکان پذیر کند. ارتباط با رانندگان در حال بهبود است و اطمینان حاصل می شود که اطلاعات دقیق برای کمک به برنامه ریزی سفرها از طریق کانال های دیجیتال ترجیحی آنها در دسترس است. انتظار می رود در درازمدت، استقرار وسایل نقلیه متصل و خودران به شدت جریان ترافیک را بهبود بخشد و حوادث را تا 90 درصد کاهش دهد.

چشم انداز بزرگراه های ملی برای جاده های دیجیتال، حمل و نقل جاده ای را در بریتانیا متحول خواهد کرد. ایان پتی، رئیس سابق ITS (بریتانیا) می‌ گوید: استفاده از فناوری برای ایجاد تحرک سبزتر، ایمن‌تر، فراگیرتر و قابل اطمینان‌ تر - تجسم یک سیستم حمل‌ و نقل هوشمند.

چشم انداز جاده های دیجیتال نیز فراتر از سال 2025 است و به سال 2050 و فراتر از آن می نگرد. دسته‌ بندی بار، پیام‌ رسانی شخصی‌ شده در داخل خودرو و همچنین وسایل نقلیه که داده‌ ها را به اشتراک می‌ گذارند، و تشخیص جاده‌ های نامرتب و بدون علامت از جمله آنهاست. اینها برخی از جاه طلبی ها برای جاده های آینده است.

بزرگراه های ملی تشخیص می دهد که تحقق چشم انداز به حمایت مداوم زنجیره تامین و ذینفعان متکی است. سازمان در حال آماده شدن برای راه اندازی یک مسابقه نوآوری جاده های دیجیتال در اواخر سال به دنبال ایده های جدید و مشارکت است. این بودجه از طریق صندوق تعیین شده نوآوری و نوسازی تامین می شود.

3- چگونه جاده ها را برای آینده نگه داریم

انجمن موسسه مهندسان عمران

هم اکنون استفاده از ماشین های خودران تقریبا امری پذیرفته شده توسط مردم است. مایکل مک‌ هیل از TRL می‌ گوید مهندسان عمران باید از هم‌ اکنون برای تغییرات سریع در بخش حمل‌ و نقل آماده شوند و اطمینان حاصل کنند که شبکه‌ های جاده‌ای موجود همچنان متناسب با هدف هستند.

دنیای مدرن در آستانه یک انقلاب حمل و نقل است و با هر نوآوری مجموعه جدیدی از چالش ها پیش می آید. از دهه اول  1800، وظیفه اصلی مهندسان عمران و مقامات راه منحصرا تولید سطوح با دوام و ماندگاری بیشتر بوده است.

فناوری‌ های جدید مانند اتوماسیون خودرو و زیرساخت‌ های هوشمند پتانسیل زیادی برای بهبود ایمنی، کاهش مصرف سوخت و افزایش ضبط داده‌ها برای فعال کردن زمان پاسخ‌ دهی سریع‌تر و مدیریت فعال دارایی دارند.

برای مهندسان راه، همکاری نزدیک با صنعت و رسیدگی به تأثیر فناوری‌ های جدید بر زیرساخت‌ های جاده‌ ای موجود، حیاتی است. مهمتر از همه، ما باید راه حل های نوآورانه ای توسعه دهیم تا اطمینان حاصل کنیم که سطوح جاده ها برای آینده ای متصل و خودکار مناسب هستند.

وسایل نقلیه متصل و جاده های هوشمند

وسایل نقلیه متصل و خودکار (CAVs) چالش‌ های مختلفی را برای آینده ارائه می‌ کنند، که از نحوه تطبیق سطوح جاده برای سازگاری با آنها شروع می‌شود. ماشین‌ های خودکار و کامیون‌ ها الگوهای جدیدی از بارگیری ترافیک را ارائه می‌ کنند و به طور بالقوه نحوه خراب شدن آسفالت جاده‌ ها را تغییر می‌ دهند.

برای مثال، CAVهایی که به صورت گروهی حرکت می‌ کنند احتمالا در امتداد یک مسیر چرخ با فرکانس بارگذاری متفاوت حرکت می‌ کنند که می‌ تواند نرخ و پرداخت را افزایش دهد و منجر به افزایش مداخلات تعمیر و نگهداری شود.

زیرساخت‌ های هوشمند نیز احتمالا با پیشرفت فناوری‌ ها تسریع می‌ شوند. حسگرهایی مانند شبکه‌ های مش بی‌ سیم می‌ توانند برای انتقال اطلاعات در مورد وضعیت سطوح جاده‌ ها و محیط اطراف آن‌ها استفاده شوند. نصب حسگرها در سراسر شبکه زمان پاسخگویی سریع‌ تر را امکان‌ پذیر می‌کند و نظارت بر سلامت زیرساخت و مدیریت دارایی‌ ها را در زمان واقعی امکان‌پذیر می‌ کند.

سطوح ایمن تر و ماندگارتر

در بخش مواد، سطوح کم صدا و کم پاشش برای بهبود عملکرد صوتی و رطوبت جاده ها توسعه یافته است. بهینه سازی طراحی این سطوح به معنای ایجاد تعادل بین دوام، مقاومت در برابر لغزش و هزینه های کل عمر است. چالش‌ های دیگر شامل به حداقل رساندن کاهش عملکرد در طول زمان و امکان افزایش ریسک‌ پذیری توسط رانندگان است.

مواد قیر اصلاح‌ شده با پلاستیک برای ایجاد جاده‌ های بادوام‌ تر مورد استفاده قرار گرفته‌ اند. با این حال، نگرانی هایی در مورد این محصولات وجود دارد، مانند فقدان استانداردها و مشخصات در صنعت، حجم پلاستیک وارد شده به قیر و پیامدهای محصولات جانبی زباله های پلاستیکی ناشی از زوال سطح بر محیط زیست و اکوسیستم های اطراف. قبل از اینکه این مواد در سطح ملی عرضه شوند، انجام تحقیقات بیشتر ضروری است.

مناسب نگه داشتن جاده ها برای هدف

TRL در بسیاری از پروژه های پیشرو برای پیشرفت سیستم های حمل و نقل شرکت ها دارد. اینها شامل طرح‌ های تحرک مشترک، پروژه‌های CAV با مشخصات بالا، موادی که امید به زندگی را دو برابر می‌ کنند، و استفاده از یادگیری ماشینی و مدل‌ سازی داده‌ های آماری برای پیش‌بینی روندهای آینده، افزایش کارایی و بهبود خدمات عمومی است.حفظ شبکه جاده ای گسترده بریتانیا برای آینده حمل و نقل حیاتی است. مهندسان عمران باید اکنون آماده شوند و برای پذیرش تغییرات سریع پیش رو در بخش حمل و نقل، نوآوری کنند.

این حرفه نیاز به توسعه یک استراتژی متمرکز برای آینده، با سیاست‌ های قوی برای حفظ و تقویت پایه‌ های شبکه جاده‌ ای دارد تا اطمینان حاصل شود که همچنان برای هدف مناسب است.

4- جاده های دیجیتال 2025

در 2 سپتامبر 2021، بزرگراه‌ های ملی (بزرگ‌ راه‌ های انگلستان سابق) طرح و برنامه جاده‌ های دیجیتال 2025 را راه‌ اندازی کرد که از طریق آن با شرکای فناوری برای اتخاذ فناوری‌ های دیجیتال برای حرکت به سمت وسایل نقلیه الکتریکی، متصل و خودران کار خواهند کرد.

اجزای اولیه برنامه

Digital Roads 2025 شامل ابتکاراتی است که برای پیش‌ بینی نیازهای تعمیر و نگهداری جاده و بهبود کارایی تعمیرات با هم کار می‌ کنند.

یکی از مؤلفه‌ ها دوقلوی مجازی شبکه جاده‌ ای است که نقشه‌ ها و مدل‌ های ثابت را با نسخه‌ های زنده و دیجیتال جایگزین می‌ کند که می‌ توانند تشخیص دهند چه زمانی به تعمیر و نگهداری نیاز است.

این کار با کمک تحقیقات و نوآوری انگلستان (UKRI)، شورای تحقیقات مهندسی و علوم فیزیکی (EPSRC)، برنامه EU MSCA COFUND، شرکت ساخت و ساز و مهندسی Costain و دانشگاه کمبریج انجام می شود. بودجه برای این سیستم از دو کمک مالی تامین می شود: کمک هزینه مشارکت رفاه جاده های دیجیتال EPSRC به مبلغ 8.6 میلیون پوند و برنامه کمک هزینه تحصیلی جاده های آینده MSCA COFUND اتحادیه اروپا به مبلغ 6 میلیون پوند.

مصالح جاده ای هوشمند نیز بخشی از این برنامه است. هنگامی که این مواد در سطوح جاده موجود گنجانده شوند، می توانند داده های «زنده» را با یک سیستم دوقلوی دیجیتال ترکیب کنند که جاده و وضعیت آن را به تصویر می کشد. این فناوری تشخیص اینکه چه زمانی به کار تعمیر و نگهداری نیاز است را ممکن می‌سازد و به جاده‌ ها اجازه می‌ دهد تا با استفاده از فناوری خود ترمیم‌ شونده، خود را تعمیر کنند.

این برنامه همچنین در حال استفاده یا در حال توسعه، کارخانه متصل و مستقل، ساخت خارج از محل و روش های ساخت مدولار است. امید است که این سیستم ها بتوانند زمان تحویل طرح را تا 50 درصد کاهش دهند و در عین حال اختلال (و افزایش ایمنی) را برای رانندگان محدود کرده و انتشار کربن مرتبط را تا حدود 50 درصد کاهش دهند.

شبکه های داده محور

عملیات شبکه در حال تبدیل شدن به خودکار و مبتنی بر داده است. استفاده از فناوری - مانند حسگرها - به بزرگراه های ملی این امکان را می دهد که موقعیت ها را به جای پاسخ دادن به آنها، پیشی بگیرند. این شامل پیش بینی و تنظیم شرایط برای پاسخ به سطوح ترافیک، آب و هوا و شرایط محیطی است.

ارتباط با رانندگان نیز در حال بهبود است و اطمینان حاصل می کند که اطلاعات دقیق برای کمک به برنامه ریزی سفر از طریق کانال های دیجیتال در دسترس است. انتظار می رود در درازمدت، استقرار وسایل نقلیه متصل و خودران جریان ترافیک را بهبود بخشد و حوادث را تا 90 درصد کاهش دهد.

نگاهی فراتر از 2025

در حال توسعه برای سال 2050 و بعد از آن، ناوگان های حمل و نقل، پیام های شخصی سازی شده در داخل خودرو (و همچنین وسایل نقلیه به اشتراک گذاری داده ها) و جاده هایی هستند که اطلاعات را بدون استفاده از علائم سنتی منتقل می کنند. منابع مالی اضافی از طریق صندوق تعیین شده نوآوری و نوسازی تامین خواهد شد.

4- پنج فناوری که ساخت و ساز جاده را بهبود می بخشد

فن آوری روش سفر ما را تغییر داده است - روش های حمل و نقل ما پیشرفته تر از همیشه هستند. اما وقتی در بزرگراه ها یا جاده های فرعی رانندگی می کنید، احتمالا به فناوری مسئول مسیر فکر نمی کنید.

شرکت های برنامه ریزی بزرگراه برخی از بهترین جاده های جهان را با کمک سیستم ها، نرم افزارها و تجهیزات تکنولوژیکی ساخته اند. با ابزارهای پیشرفته، می توان مسیرهای بزرگی از جاده ها را در کمترین زمان ساخته یا بهبود بخشید و با بهبود کارآمد شبکه‌ های جاده‌ ای، سازمان‌ ها می‌ توانند با ایمنی جاده و جریان ترافیک تلاش کنند، ازدحام را کاهش دهند و خطرات تصادفات را محدود کنند. بنابراین در اینجا چند فناوری ارایه می شود که ساخت و ساز جاده را بهبود بخشیده اند و برخی از کارآمدترین بزرگراه ها را برای ما به ارمغان آورده اند.

1- سیستم های لیدار

قبل از بهبود یا ساخت جاده ها، سازمان های حمل و نقل بررسی هایی را از جاده ها، زیرساخت ها و زمین های موجود برای مسیرهای جدید بالقوه انجام می دهند. اطلاعات جمع‌ آوری‌شده در این بررسی‌ ها می‌ تواند به تیم‌ ها در تجزیه و تحلیل وضعیت و طرح جاده‌ ها و برنامه‌ ریزی مسیرهای جدید یا بازسازی کمک کند.

در گذشته، سازمان ها از روش ها و تجهیزات سنتی نقشه برداری مانند تئودولیت ها برای جمع آوری اطلاعات از جاده ها استفاده می کردند. با این حال، بررسی‌های مدرن اکنون از LiDAR استفاده می‌ کنند که به عنوان فناوری تشخیص نور و محدوده نیز شناخته می‌ شود. این سیستم ها اطلاعات دقیقی را از سطح زمین با استفاده از پالس های نور لیزر برای جمع آوری مختصات سه بعدی از ناحیه اسکن شده جمع آوری می کنند. سیستم‌ های LiDAR میلیون‌ ها مختصات یا «نقطه» را در یک نظرسنجی جمع‌ آوری می‌ کنند که با هم یک «ابر نقطه» را تشکیل می‌ دهند.

ابرهای نقطه ای، زمانی که با نرم افزار مناسب تجزیه و تحلیل می شوند، یک نمایش دیجیتال دقیق از محیط بررسی شده را تشکیل می دهند - یک مدل سه بعدی CAD. این مدل می تواند توسط سازمان های برنامه ریزی بزرگراه برای بازرسی جاده ها و مسیرهای موجود، تجزیه و تحلیل وضعیت سطوح و شناسایی و مکان یابی ویژگی هایی مانند پیاده روها، علائم و ریل های محافظ استفاده شود. سپس این اطلاعات می تواند به سازمان ها در تصمیم گیری آگاهانه در مورد پروژه های برنامه ریزی بزرگراه کمک کند.

2- نرم افزار پردازش ابری نقطه ای و مدل سازی کامپیوتری

این فناوری با LiDAR همراه است. نرم افزار پردازش ابر نقطه ای میلیون ها مختصات جمع آوری شده در بررسی های LiDAR را به یک مدل دیجیتالی سه بعدی از منطقه مورد بررسی تبدیل می کند.

سپس تیم ها و پیمانکاران فردی می توانند از مدل CAD برای بازرسی زمین، جاده ها و زیرساخت ها استفاده کنند. طرح جاده ها و تقاطع ها را می توان با استفاده از شبیه سازی وسیله نقلیه بررسی و حتی آزمایش کرد. با حرکت یک وسیله نقلیه دیجیتال از طریق مدل CAD، تیم ها می توانند خطرات برخورد و مسائل مربوط به جریان ترافیک را شناسایی و مکان یابی کنند.

این نرم‌افزار می‌تواند مسیرهای جدید را نیز شبیه‌ سازی کند، بنابراین مسیرهای جدید و همچنین مسیرهای موجود قابل آزمایش و تحلیل هستند. با انجام تجزیه و تحلیل در ایمنی دنیای دیجیتال، سازمان ها می توانند مسائل بالقوه را قبل از شروع کار جاده شناسایی کنند. به این ترتیب، پروژه های راه سازی به احتمال زیاد موفق، مقرون به صرفه و به موقع هستند.

3- هواپیماهای بدون سرنشین

نوع دیگری از فناوری مورد استفاده سازمان های برنامه ریزی بزرگراه در سراسر جهان، پهپادها هستند. پهپادها به ابزاری حیاتی برای تیم‌ های نقشه‌برداری جاده تبدیل شده‌ اند، زیرا می‌توان آن‌ها را با سیستم‌ های LiDAR نصب کرد و برای بررسی مناطق وسیعی از زمین در مدت زمان کوتاهی استفاده کرد.

با بررسی از آسمان، سازمان ها می توانند نقشه های دیجیتالی زمین از مناطق بزرگ را تهیه کنند که توسط سازمان های برنامه ریزی بزرگراه استفاده می شود و همچنین می تواند به نقشه برداری و ناوبری کمک کند.

4- فناوری سطح جاده ضد یخ

در مقاصد سردتر، یخبندان می‌ تواند خطر جدی ایمنی در جاده‌ ها داشته باشد و باعث شود رانندگان کنترل وسایل نقلیه خود را از دست بدهند. اما دانشمندان فناوری طراحی شده برای محدود کردن خطر رانندگی در زمستان را توسعه داده‌اند: سطوح جاده‌ ای که می‌توانند خود را یخ زدایی کنند. این سطوح توسط سازمان های برنامه ریزی بزرگراه در سراسر جهان، از اروپا تا ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار می گیرند.

این سطوح با فرمول پتاسیم نمک ساخته شده و به تدریج نمک یخ زدایی را آزاد می کنند. این نه تنها جاده ها را برای رانندگان ایمن تر می کند، بلکه باعث صرفه جویی در هزینه شوراها در تلاش های یخ زدایی جاده ها می شود.

5- محبوبیت خودروهای برقی هر روز در حال افزایش است، بنابراین منطقی است سازمان های حمل و نقل جاده ها را با در نظر گرفتن وسایل نقلیه الکتریکی بسازند. اما یکی از مشکلات این خودروها برد است که در حال حل شدن است. در حالی که خودروهای برقی اکنون می توانند با یک بار شارژ بسیار بیشتر از قبل حرکت کنند، برد باتری همچنان می تواند برای کسانی که مسافت های طولانی را طی می کنند مشکل ساز باشد.

بنابراین دانشمندان جاده هایی ساخته اند که می توانند ماشین ها را در حین رانندگی شارژ کنند. ریل های الکتریکی یا میدان های مغناطیسی تعبیه شده در زیر سطوح جاده قرار می گیرند و انرژی از طریق یک سیم پیچ در داخل خودرو به وسیله نقلیه منتقل می شود. این انرژی سپس باتری ماشین را شارژ می کند. این جاده ها برای پیاده روی کاملا ایمن هستند، حتی در باران، بنابراین هیچ خطر ایمنی برای عابران پیاده وجود ندارد.

شارژ دینامیک، خطوط اولویت الکتریکی در بریتانیا آزمایش شده است، و اولین جاده برقی شده در سوئد در سال 2018 افتتاح شد. این فناوری شارژ پویا احتمالا در آینده توسط سازمان های حمل و نقل بیشتری مورد استفاده قرار می گیرد و جاده ها را برای رانندگان وسایل نقلیه الکتریکی بهبود می بخشد.

5- نوآوری در صنعت راهسازی

دهکده باستانی در اروپا نشانه صنعت راه سازی با سابقه طولانی در نوآوری است. از رومی‌ ها که راه را برای زیرساخت‌های جاده‌ای مدرن ما هموار می‌کنند تا پیشرفت‌ های فناوری مانند سیستم مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM).

و همانطور که رومی‌ ها در جاده‌ های خاکی و جاده‌ های آسفالت مدرن در بزرگراه‌ های رومی پیشرفت کردند، ما وارد عصر جدید و هیجان‌ انگیزی از نوآوری‌ های ساختمانی می‌ شویم - دورانی که آسفالت بازیافتی هزینه‌ ها و انتشار کربن را کاهش می‌ دهد، حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) ترافیک را تحلیل می‌ کنند. داده‌ها برای بهبود ایمنی و کاهش ازدحام، و جاده‌ های برقی خودروهای برقی را در حین حمل و نقل شارژ می‌ کنند. نوآوری هیجان انگیز است، اما می تواند باعث ایجاد اضطراب نیز شود. 

حقیقت این است که نوآوری خوب است. نوآوری ها هزینه های بلند مدت را کاهش می دهند، انعطاف پذیری را افزایش می دهند و بهره وری را افزایش می دهند. این برای صنعت ساخت و ساز نیز صدق می کند، و این یکی از دلایلی است که چرا نوآوری ها در فناوری جاده و مصالح ما را هیجان زده می کند.

نوآوری هزینه های جاده را در دراز مدت کاهش می دهد

تغییر ترسناک است و می تواند گران باشد - به هر حال در کوتاه مدت. بسیاری از نوآوری ها از یک الگوی قابل پیش بینی به نام منحنی پذیرش یا منحنی S پیروی می کنند. طبق مدل منحنی S، نوآوری‌ ها مانند محصولات جدید معمولا با دوره‌ای از رشد آهسته آغاز می‌ شوند که با هزینه‌ های بالا مشخص می‌ شود. همانطور که تقاضا برای یک محصول جدید به تدریج افزایش می یابد و قیمت ها کاهش می یابد، مقرون به صرفه بودن و عملکرد بهبود یافته منجر به رشد تصاعدی در تقاضا می شود و به کاهش هزینه ها و حتی عملکرد بهتر کمک می کند.

سرعت پذیرش محصول جدید در نهایت کاهش می یابد، در این مرحله برای اختلال آماده می شود و چرخه از نو شروع می شود. اگر اولین تلفن های همراه را به خاطر دارید، به احتمال زیاد شاهد منحنی S در طول سال ها خواهید بود.

در سال 1983، Motorola DynaTAC 8000X به اولین تلفن همراه تجاری در دسترس تبدیل شد. به گفته Ooma، این تلفن در سال 1983 به قیمت 3995 دلار فروخته شد. با توجه به تورم، این تلفن 10711.65 دلار در پول امروزی است. اکنون، آن را با 800 دلار برای یک آیفون 12 یا گلکسی اس 21 جدید مقایسه کنید، و واضح است که قیمت تلفن های همراه به شدت کاهش یافته است، بدون در نظر گرفتن پیشرفت های بزرگی که در عملکرد آنها انجام داده اند. سعی کنید با یک تلفن دهه 80 سلفی بگیرید.

این یک داستان مشابه برای نوآوری در ساخت و ساز جاده است. اختراعاتی مانند ژئوگرید جاده‌ های محکم‌ تری را ایجاد می‌ کند که دوام بیشتری دارند، و استفاده خلاقانه از موادی مانند استفاده از لاستیک تایر زمینی (GTR) در آسفالت، راه‌ هایی برای کاهش هزینه‌ های ساخت و ساز جاده‌ ها و آسیب‌پذیری بیشتر به محیط هستند.

نوآوری انعطاف‌پذیری جاده‌ها را افزایش می‌دهد

وقتی صحبت از تغییرات آب و هوایی می شود چطور می توان در صنعت راه سازی به آن توجه ننمود. همانطور که Néstor Cenizo در مقاله ONTHEROAD اشاره می کند، تغییرات آب و هوا اثرات منفی قابل توجهی بر زیرساخت های جاده ای دارد. و طبق گزارش NOAA، بلایای آب و هوایی میلیارد دلاری در ایالات متحده سیر صعودی را طی می‌ کنند، به طوری که میانگین هزینه سالانه چنین رویدادهایی از 18 میلیارد دلار در سال در دهه 1980 به 123.3 میلیارد دلار در سال تنها در پنج سال گذشته افزایش یافته است.

انطباق با این تغییرات به جاده‌ های انعطاف‌ پذیری نیاز دارد که بتوانند شرایط متغیر و متغیرتر را تحمل کنند. یعنی نوآوری. رویکردهای نوآورانه برای مدیریت آب باران مانند کاشت درختان و ساختن بیو فناوری ها در حال حاضر انعطاف‌پذیری را در برخی مناطق با کاهش خطر سیل بهبود می‌ بخشد و شیوه‌ های مدیریت آتش‌ سوزی بومی مانند سوختگی‌ های کنترل‌شده برای محافظت از جوامع در برابر آتش‌سوزی‌ های جنگلی در مکان‌هایی مانند کالیفرنیا، بریتیش کلمبیا و استرالیا بازگشته است.

این تاکتیک‌ ها و بسیاری از تاکتیک‌ های دیگر همگی به انعطاف‌ پذیری زیرساخت‌ ها کمک می‌ کنند و از نوآوری‌های فناوری مانند ژئوگریدها سود بیشتری می‌ برند. ژئوگریدها با کاهش ترک‌ های طولی بر روی خاک‌ های بی کیفیت که با مشارکت متفاوت منقبض و متورم می‌ شوند، انعطاف‌ پذیری جاده را بهبود می‌ بخشند، و با بهبود دوام در آب و هوای سرد که یخبندان می‌ تواند یکپارچگی جاده را تهدید کند.

نوآوری اثبات شده و مقرون به صرفه است

با بازگشت به منحنی S، به راحتی می توان دید که چگونه نوآوری زندگی را آسان تر و مقرون به صرفه تر می کند. کیفیت بالای زندگی بسیاری از مردم کشورهای توسعه یافته بدون نوآوری های قرن گذشته امکان پذیر نخواهد بود. در آب و هوای گرم تر، تهویه مطبوع به تنهایی جان افراد بی‌ شماری را از بیماری‌ های ناشی از گرما نجات داده است، به غیر از زندگی هزاران نفری که توسط پشه‌بند در مناطق مبتلا به مالاریا نجات یافته‌ اند.

نوآوری کار می کند و مقرون به صرفه است. ژئوگریدهای مصنوعی نه تنها جاده‌های بادوام‌ تر و طولانی‌ تر می‌ سازند، بلکه زمان فرآیند ساخت و ساز را نیز کاهش می‌ دهند و به لایه‌ های کمتری از روسازی نیاز دارند. این به معنای کاهش هزینه های طول عمر و کاهش هزینه های اولیه در زمان و صرفه جویی در مواد اولیه است.

6- نتیجه گیری 

صنعت حمل و نقل و خودرو سازی از یکسو با یکدیگر و از سوی دیگر با زیر ساخت های جاده ای در ارتباط هستند. تحول در هریک از این سه بخش به تحول در حوزه دیگر می انجامد و ریشه این تحولات نوآوری در فناوری هاست. برای رشد متوازن و هماهنگ باید در برنامه ریزی های کلان کشور هماهنگی و تعامل و همکاری در این سه حوزه صورت گیرد. بنابراین موارد زیر می توانند به عنوان خطوط هادی در این راستا باشند:

• انجام مطالعات بین بخشی راهبردی برای فناوری های تحول دیجیتال در سه حوزه 

• باز تعریف مدل های تجاری فعالیت های اقتصادی ذیربط 

• فعال سازی انجمن های علمی و صنعتی ذیربط و ارتباط سازمان یافته با دانشگاه ها

• ایجاد اکو سیستم نوآوری و فناوری های حمل و نقل و زیر ساخت ها و خودرو های جاده ای

• ایجاد شبکه ارزش از تحقیق و توسعه تا تجاری سازی ایده ها در مدلهای مشارکتی از طریق کارخانه های نوآوری

 تهیه و تدوین: علی اکبر سعیدی کیا