تقييم متعدد السيناريوهات لخوارزميات المنطق الضبابي التكيفية لإدارة إشارات المرور الذكية في التقاطعات الحضرية

لماذا تهم إشارات المرور الأذكى

أي شخص جلس عند إشارة حمراء ولم تكن هناك سيارات قادمة من الاتجاه الآخر شعر بمدى هدر الوقت الذي تسببه الإشارات الصارمة. تبحث هذه الدراسة في كيفية قيام إشارات المرور الأذكى، الموجَّهة بقواعد قرار متقدمة، بتقليل الطوابير، وتقصير التأخيرات، وتقليل هدر الوقود عند التقاطعات المزدحمة. من خلال اختبار طرق تحكم جديدة في العديد من حالات المرور المختلفة، يبيّن الباحثون كيف يمكن للتقاطعات أن تتفاعل في الوقت الفعلي بدلاً من اتباع سيناريو ثابت.

مشكلة توقيت الإشارات الصارم

لا تزال معظم تقاطعات المدن تعمل بمخططات ثابتة تكرر نفس النمط مرارًا وتكرارًا. هذه المخططات سهلة الإعداد والصيانة، لكنها غير قادرة على مواكبة الحالات التي يكون فيها المرور غير متساوٍ أو يزداد فجأة أو يتغيّر اتجاهه. النتيجة مألوفة: طوابير طويلة، وقت ضائع، استهلاك إضافي للوقود، ومزيد من الانبعاثات في الهواء. حتى الأنظمة الأكثر تقدمًا التي تضبط التوقيت على طول ممر غالبًا ما تتفاعل ببطء وتركّز على هدف رئيسي واحد، مثل تقليل التأخير، دون موازنة اعتبارات أخرى مثل الانبعاثات. يجادل المؤلفون بأن تقاطعات المدن سريعة النمو تحتاج إلى متحكمات قادرة على التعامل مع العشوائية، وعدم التوازن بين الاتجاهات، والمعلومات غير الكاملة.

طريقتان لتمكين الإشارات من «التفكير» في المرور

تختبر الدراسة عائلتين من متحكمات المنطق الضبابي. المنطق الضبابي هو طريقة لتمكين الآلات من الاستدلال بدرجات من الرمادي بدلًا من قواعد نعم أو لا الصارمة، وهو مفيد عندما تكون بيانات المرور مضطربة وتتغير الظروف بسرعة. الطريقة الأولى، المسماة MIFLA، تسمح للمتحكم بأن يزن ليس فقط مدى صحة أو عدم صحة القاعدة، بل أيضًا مدى عدم اليقين فيها، مما يشجع على تغيّرات حذرة بدلًا من تقلبات مفاجئة. أما الثانية، المسماة MIT2FL، فتأخذ خطوة أبعد بمعاملة المدخلات الرئيسية مثل طول الطابور وسعة الطريق كمدى من القيم بدلًا من رقم واحد. هذا يمكّن المتحكم من تمثيل عدم اليقين مباشرةً والاتخاذ بعد ذلك لوقت أخضر معقول باستخدام حساب منظم.

وضع الإشارات الذكية قيد الاختبار

لمقارنة هذه الأساليب بشكل عادل، بنى الفريق تقاطعًا رباعي الاتجاه مفصّلًا في محاكي المرور SUMO وقدّم له تسع أنماط طلب مختلفة. تراوحت هذه الأنماط من تدفقات خفيفة إلى ثقيلة جدًا، ومن متوازنة إلى متحيزة بقوة نحو اتجاهات معينة، محاكاة لذروة ساعة الذروة. قامت حلقات التحريض في الطرق الافتراضية بقياس الطوابير، وقامت المتحكمات بتعديل أوقات الإشارة الخضراء مرارًا استجابة لذلك. استُخدمت طريقة التوقيت الثابت التقليدية المعروفة باسم Modified Webster كنقطة أساس. لكل سيناريو، رصد الباحثون متوسط طول الطابور، ووقت الانتظار، والوقت الإضافي للسفر بالمقارنة مع حالة التدفق الحر، مع تكرار التشغيل حتى استقرار الأنماط.

كم يمكن أن تتحسن أداء التقاطعات

عبر جميع السيناريوهات التسعة، تفوقت كلتا طريقتي المنطق الضبابي على خطة التوقيت الثابت، وغالبًا بفارق كبير. تحت أحمال خفيفة ومتوسطة، قلّصتا المتوسط العام للطوابير بنحو الربع إلى النصف وقلّصتا أوقات الانتظار، أحيانًا بأكثر من 70 في المئة. في هذه الظروف الأسهل، أدّت الطريقتان الضبابيتان أداءً مشابهًا، مما يبيّن أن معالجة بسيطة لعدم اليقين مفيدة بالفعل. ومع ذلك، تحت تدفقات كثيفة وغير متوازنة، تبوأت MIT2FL الصدارة. أنتج استدلالها القائم على الفترات تخفيضات أكثر سلاسة وسرعة في الطوابير، وتقلبات أقل من دورة إلى أخرى، واكتظاظًا متبقّيًا أقل من MIFLA. ومن المهم أن هذه المكاسب تحققت مع بضع آلاف من الثانية فقط زمن حسابي لكل قرار، وهو ضمن قدرة الأجهزة الحقيقية عند التقاطع.

ماذا يعني هذا لرحلاتنا اليومية

بالنسبة للسائقين اليوميين، الرسالة هي أن إشارات المرور ليس من الضروري أن تكون مؤقتات غبية. باستخدام قواعد قرار تقبل عدم اليقين بدلًا من تجاهله، يمكن للتقاطعات التكيّف مع تغير الأحجام والتدفقات غير المتكافئة، وتقليص الطوابير والتأخيرات مع الحد من هدر الوقود والانبعاثات. تُظهر الدراسة أن المنطق الضبابي الأكثر تقدمًا، كما في متحكم MIT2FL، يقدم الفوائد الأقوى عندما يكون المرور كثيفًا ومتحيّزًا، وهي اللحظات التي يشعر فيها الناس بالازدحام أكثر. وعلى الرغم من اختبارها في محاكاة عند تقاطع واحد، فإن هذه العمل يقدّم طريقة قابلة للتكرار لتصميم ومقارنة المتحكمات الذكية، مشيرة إلى شبكات مدن مستقبلية تتعاون فيها الإشارات للحفاظ على حركة الأشخاص والبضائع بسلاسة أكبر.

الاستشهاد: Shaheen, S., Qadri, S.S.S.M., Riaz, M.B. et al. A multi-scenario evaluation of adaptive Fuzzy Logic Algorithms for intelligent traffic signal management in Urban intersections. Sci Rep 16, 15273 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44017-2

الكلمات المفتاحية: إشارات مرورية متكيفة, تحكم بالمنطق الضبابي, تقاطعات حضرية, محاكاة المرور, مدن ذكية