Hajj Traffic Lessening: Smart Transportation System Using Smart Contracts and IoT Based on Blockchain
تقترح هذه الأطروحة وتقيم إطار عمل "عقد نافذة وقت المناسك الذكي" (RTWSC)، وهو نظام نقل ذكي متكامل يجمع بين العقود الذكية القائمة على تقنية البلوكشين، وبيانات إنترنت الأشياء، ومشاركة ركوب المركبات الكهربائية لتقليل الازدحام المروري والانبعاثات وأوقات الانتظار بشكل كبير، مع تحسين عدالة التخصيص لحجاج بيت الله الحرام.
المؤلفون الأصليون:Abdullah Q Alruwaili, Amr M Sauber, Hatem S Abdulkader
في كل عام، يتجمع الملايين من الناس في منطقة صغيرة في المملكة العربية السعودية لأداء فريضة الحج، وهو واحد من أكبر الأحداث الدينية وأكثرها أهمية على وجه الأرض. ولعدة أيام، تتحول التضاريس إلى مدينة ضخمة ومتحركة حيث يتعين على الحجاج التنقل بين مواقع مقدسة محددة ضمن حدود زمنية صارمة تمليها التقاليد الدينية. وهذا يخلق تحدياً لوجستياً فريداً وشديد القوة: نقل ما بين مليوني إلى ثلاثة ملايين شخص عبر شبكة طرق محدودة دون التسبب في اختناقات مرورية، مع إدارة التلوث الكثيف الناتج عن آلاف الحافلات والسيارات التي تعمل في وضع الانتظار وسط الحرارة. لطالاً ما كان الهدف للباحثين هو إيجاد طريقة تجعل هذه الحركة أكثر سلاسة وسرعة ونظافة، لكن الحجم الهائل والحاجة إلى الثقة المطلقة بين شركات النقل المتنافسة والجهات التنظيمية الحكومية جعلت من الصعب حل هذه المعضلة.
ولمعالجة ذلك، اقترح فريق من الباحثين نظاماً جديداً يجمع بين ثلاث تقنيات حديثة لإدارة تدفق الحجاج. التقنية الأولى هي "إنترنت الأشياء"، والتي تعني ببساطة منح المركبات والمستشعرات القدرة على التحدث مع بعضها البعض ومشاركة موقعها وحالتها في الوقت الفعلي. والثانية هي "البلوكشين" (سلسلة الكتل)، وهي سجل رقمي يعمل كدفتر حسابات عام غير قابل للتغيير حيث يمكن للجميع رؤية ما حدث، ولكن لا يمكن لأي شخص تغيير المدخلات سراً. أما الثالثة فهي "العقود الذكية"، وهي برامج حاسوبية تنفذ الاتفاقيات تلقائياً — مثل دفع مستحقات سائق أو تخصيص مقعد — بمجرد استيفاء شروط معينة، دون الحاجة إلى مدير بشري للموافقة على كل خطوة. ومن خلال دمج هذه الأدوات مع أسطول من المركبات الكهربائية، هدف الباحثون إلى إنشاء شبكة نقل ليست فعالة فحسب، بل عادلة وشفافة أيضاً.
قام الباحثون ببناء محاكاة حاسوبية مفصلة لاختبار فكرتهم، حيث أنشأوا نسخة افتراضية لحج موسمي تضم مليوني حاج وخمسين ألف مركبة. وقارنوا نظامهم الجديد بالطريقة المتبعة حالياً، والتي تعتمد على التنسيق اليدوي والحافلات التقليدية التي تعمل بالوقود. وفي عالمهم الافتراضي، عمل النظام الجديد من خلال تحديد "النوافذ الزمنية للمناسك" أولاً، وهي الفترات المحددة وغير القابلة للتغيير التي يجب أن يتواجد فيها الحجاج في مواقع معينة. يستخدم النظام مستشعرات في المركبات لتتبع مكانها بدقة وعدد الأشخاص بداخلها. تُرسل هذه البيانات إلى سجل رقمي مركزي حيث يقوم برنامج حاسوبي تلقائياً بمطابقة الحجاج مع المقاعد المتاحة، مع إعطاء الأولوية لمن لديهم احتياجات طبية أو أولئك المتأخرين عن موعدهم، ثم توجيه المركبات الكهربائية لنقلهم. وإذا فشل سائق في الظهور أو تم إلغاء رحلة، يقوم النظام فوراً برد أموال المسافر دون الحاجة لأن يقدم أي طلب مطالبة.
كانت نتائج المحاكاة مذهلة. فعندما قام البؤاحثون بتشغيل السيناريو ثلاثمائة وستين مرة لضمان اتساق النتائج، وجدوا أن النظام الجديد قلل متوسط وقت انتظار الحاج لوسيلة نقل بأكثر من سبعين بالمائة. كما انخفض الازدحام المروري في الطرق الرئيسية إلى النصف، وقضت المركبات وقتاً أقل بكثير في حالة الانتظار. ولأن النظام شجع على مشاركة الركوب وتحول بمعظم أسطوله إلى المركبات الكهربائية، انخفضت كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الهواء بنسبة تقارب واحد وسبعين بالمائة. ولعل الأهم من ذلك هو أن النظام أثبت أنه يتسم بنزاهة ملحوظة. ففي النظام الحالي، قد يبدو الوصول إلى وسائل النقل غير متكافئ، لكن الطريقة الجديدة وزعت الرحلات بشكل متساوٍ للغاية بحيث انخفض عدم المساواة في الحصول على مقعد إلى مستوى منخفض جداً، مما يضمن خدمة الحجاج الأكثر ضعفاً أولاً دون أن يضطر أحد لدفع مبالغ إضافية لتجاوز الدور.
كما أظهرت الدراسة أن التكنولوجيا يمكنها التعامل مع الحجم الهائل من المعاملات المطلوبة لمثل هذا الحدث الضخم. فقد عالج النظام الرقمي مئات الطلبات في كل ثانية، وهو ما يتجاوز بكثير السرعة المطلوبة لإدارة تدفق مليوني شخص. وأشار الباحثون إلى أنه بينما تم إنتاج النتائج في محاكاة حاسوبية وليس على الطرق الفعلية في مكة المكرمة، إلا أن النموذج كان صارماً وأخذ في الاعتبار الطبيعة المعقدة والمتغيرة لتدفق حركة الحج. وقد أقروا بأن العوامل الواقعية، مثل كيفية تصرف الناس فعلياً في الزحام أو القيود المادية لشحن المركبات الكهربائية في الحرارة الشديدة، ستحتاج إلى اختبار في نشر حقيقي. ومع ذلك، قدمت المحاكاة دليلاً قوياً على أن نظاماً مبنياً على بيانات مشتركة وشفافة وقواعد مؤتمتة يمكن أن يحل مشكلتي الازدحام والتلوث اللتين طالما رافقتا الحج لعقود.
في نهاية المطاف، يشير هذا العمل إلى أن الحركة الفوضوية لملايين البشر يمكن ترويضها ليس ببناء المزيد من الطرق، بل ببناء طبقة رقمية أكثر ذكاءً وأمانة فوق البنية التحتية القائمة. فمن خلال تحويل الجدول الزمني الديني الصارم إلى مجموعة من القواعد التلقائية التي يوافق عليها الجميع، يزيل النظام الحاجة إلى التدخل البشري المستمر والشك الذي ينشأ غالباً عندما تتنافس مجموعات مختلفة على الموارد. وخلص الباحثون إلى أن هذا النهج يقدم مخططاً ليس للحج فحسب، بل لأي تجمع واسع النطاق حيث يجب أن يتحرك الناس معاً بكفاءة وأمان، مما يثبت أن التكنولوجيا يمكن أن تكون جسراً بين التقاليد العريقة والكفاءة الحديثة.
ملخص تقني: تخفيف الازدحام المروري في موسم الحج عبر العقود الذكية وإنترنت الأشياء على البلوكشين
1. بيان المشكلة
تتضمن رحلة الحج السنوية حركة ما بين 2 إلى 3 ملايين حاج بين المواقع المقدسة (مكة المكرمة، منى، عرفات، مزدلفة) ضمن نوافد زمنية دينية محددة بدقة. تواجه البنية التحتية للنقل الحالية أربعة تحديات مترابطة:
الازدحام الشديد: تؤدي الحركة الجماعية المتزامنة إلى إرهاق القدرة الاستيعابية للطرق، مما يسبب تأخيرات طويلة تؤثر على أداء المناسك والسلامة.
الأثر البيئي: الاعتماد الكبير على مركبات محركات الاحتراق الداخلي (ICE) يولد كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وأكاسيد النيتروجين (NOₓ)، والجسيمات الدقيقة، مما يتعارض مع أهداف الاستدامة لرؤية السعودية 2030.
نقص الشفافية: يعتمد التنسيق بين أصحاب المصلحة (المشغلين، المنظمين، الحجاج) على عمليات يدوية أو رقمية مركزية، والتي تفتقر إلى آليات الثقة المؤتمتة والقابلة للتدقيق.
الجمود: لا تستطيع أنظمة الإرسال التقليدية التكيف ديناميكياً مع الظروف الآنية أو القيود الخاصة بالمناسك.
2. المنهجية
يعتمد البحث منهجية "التصميم والتقييم"، حيث يتم بناء نظام مبتكر والتحقق من صحته من خلال محاكاة واسعة النطاق بدلاً من النشر الفعلي.
2.1 بنية النظام: إطار عمل RTWSC
يدمج إطار عمل عقد الزمن الشعائري الذكي (RTWSC) المقترح أربع طبقات:
الطبقة الفيزيائية: أسطول مكون من 50,000 مركبة (70% مركبات كهربائية، 30% مركبات احتراق داخلي) مجهزة بعقد حافة لإنترنت الأشياء (نظام تحديد المواقع GPS، مستشعرات الإشغال، أنظمة إدارة البطارية) تتواصل عبر تقنيات 5G/NB-IoT.
طبقة الأوراكل (Oracle Layer): شبكة أوراكل لامركزية (متوافقة مع Chainlink) تقوم بتجميع بيانات القياس عن بعد، وتطبيق مرشح الوسيط (median filter) لاستبعاد القيم المتطرفة/الضجيج، والتحقق من سلامة البيانات قبل تمريرها إلى البلوكشين.
طبقة البلوكشين: شبكة تسمح بالوص dụng (Permissioned) ومتوافقة مع إيثيريوم، تستضيف عنقوداً من ستة عقود ذكية مترابطة:
العقد الجوهري لـ RTWSC: يفرض قواعد النوافذ الزمنية الشعائرية ويضمن حدوث عمليات الإرسال فقط ضمن الفترات المسموح بها.
عقد سجل الأسطول: يحتفظ بسجل موثوق لجميع المركبات، وفئات الانبعاثات، وحالة شحن البطارية (SOC)، والحالة التشغيلية.
عقد محرك التوجيه: يحسب التخصيص الأمثل للمركبات مقابل الحجاج بناءً على القرب، وقيود المناطق، وأولويات الوعي بالانبعاثات.
عقد السمعة: يتتبع مقاييس أداء المشغل بما في ذلك الدقة في المواعيد، وتكرار الحوادث، ودرجات الامتثال.
عقد الدفع: يتولى تسوية الرسوم وتحرير الضمان باستخدام عملات مستقرة (stablecoins).
عقد التدقيق: يوفر سجلاً غير قابل للتغيير (append-only log) لجميع انتقالات الحالة لعمليات التفتيش التنظيمية.
ملاحظة: يتم توزيع المنطق الأساسي للتنبؤ بالطلب، والتخصيص، والإرسال عبر عقود متخصصة (التنبؤ ما قبل النافذة، التخصيص في الوقت الفعلي، الإرسال الواعي بالانبعاثات) تتفاعل داخل هذا العنقود.
الأدوات: برنامج SUMO (محاكاة حركة المرور) مقترن بـ Ganache (شبكة إيثيريوم محلية تجريبية) عبر وسيط لغة بايثون (Python).
السيناريوهات: تم اختبار أربعة تكوينات:
السيناريو A: خط الأساس التقليدي (إرسال يدوي، 30% مركبات كهربائية، لا يوجد مشاركة في الركوب).
السيناريو B: مشاركة الركوب المركزية (بدون بلوكشين).
السيناريو C: مشاركة الركوب عبر البلوكشين (بدون RTWs/IoT).
السيناريو D: إطار عمل RTWSC الكامل (RTWs + IoT + أولوية المركبات الكهربائية + تخصيص مرجح بالأولوية).
الظروف: عادية، ذروة (زيادة في الطلب بنسبة 40%)، واضطراب (إغلاق الطرق).
التكرار: إجمالي 360 عملية تشغيل (4 سيناريوهات × 3 ظروف × 30 تكراراً).
3. المساهمات الرئيسية
يحدد البحث خمس مساهمات رئيسية:
إطار عمل متكامل: بنية مبتكرة تجمع بين مشاركة الركوب، وعقود البلوكشين الذكية، وإنترنت الأشياء، والتحول الكهربائي المصمم خصيصاً للقيود الدينية لموسم الحج.
صياغة الـ RTW: أول تعريف رسمي لـ "النوافذ الزمنية الشعائرية" كأدوات تشغيل (triggers) حتمية وغير قابلة للتغيير في العقود الذكية، مما يربل الفقه الإسلامي بالآلات الحسابية.
آلية العقد الذكي: تصميم متعدد العقود يتميز بـ تخصيص المعلمات المختومة المرجح بالأولوية (عبر عقد التخصي في الوقت الفعلي) الذي يضمن العدالة (معامل جيني < 0.25) دون تمييز قائم على السعر.
مواصفات أوراكل إنترنت الأشياء: طبقة بيانات قوية تستخدم ترشيح الوسيط وتجميع المصادر المتعددة لضمان سلامة بيانات القياس عن بعد الفيزيائية التي تغذي العقود المالية.
منهجية التقييم: معيار قائم على المحاكاة يقيس تأثير الأتمتة اللامركزية على تدفق حركة المرور، والانبعاثات، والعدالة.
4. النتائج
أظهرت نتائج المحاكاة (السيناريو D مقابل خط الأساس A) تحسينات ذات دلالة إحصائية (p < 0.001):
كفاءة حركة المرور:
وقت الانتظار: انخفض بنسبة 70.3% (من 52.8 دقيقة إلى 15.7 دقيقة).
وقت الخمول: انخفض بنسبة 70.1%.
وقت السفر: انخفض بنسبة 56.3%.
الازدحام: انخفض بنسبة 50.0% في الممرات الرئيسية.
الاستدامة:
انبعاثات ثاني أكسيد الكربون: انخفضت بنسبة 70.9% (من 4,285 إلى 1,247 طن).
الانبعاثات لكل رحلة: انخفضت بنسبة 71.0%.
استغلال المقاعد: ارتفع إلى 89.3% (بعد أن كان 58.2%).
أداء البلوكشين:
الإنتاجية (Throughput): حافظت على متوسط 198 معاملة في الثانية (TPS)، وبلغت ذروتها 245 TPS (متجاوزة الهدف المحدد بـ 200 TPS).
الشفافية: تم حساب 96% من الرسوم على الشبونة (on-chain)؛ ونُفذت عمليات استرداد الأموال الآلية دون تدخل يدوي.
العدالة:
معامل جيني: تحسن إلى 0.18 (الهدف < 0.25)، مما يشير إلى تخصيص عادل للغاية بين مجموعات الحجاج، مدفوعاً بنظام تسجيل الأولوية الطبية/الزمنية بدلاً من القدرة الشرائية.
5. الأهمية والادعاءات
يدعي البحث أن إطار عمل RTWSC يثبت بنجاح أن الأتمتة اللامركزية، جنباً إلى جنب مع بيانات إنترنت الأشياء الآنية والتنقل الكهربائي، يمكن أن تحسن بشكل كبير الكفاءة والشفافية والأداء البيئي للنقل خلال التجمعات الدينية ضخمة النطاق.
وتشمل التأكيدات الرئيسية ما يلي:
الجدوى: يلبي النظام جميع الأهداف المحددة (وقت الانتظار، الانبعاثات، العدالة، الإنتاجية) ضمن بيئة محاكاة للحج.
القابلية للتوسع: تسمح البنية المكونة من أربع طبقات بالنمو المستقل للمكونات، مما يشير إلى إمكانية تطبيقها في التجمعات الكبرى الأخرى (مثل العمرة، كومبه ميلا، الألعاب الأولمبية).
نموذج الثقة: يُقدم طبقة البلوكشين كضرورة ليس للتعقيد الحسابي، بل لتوفير سجل قابل للتدقيق وغير قابل للتلاعب بين أصحاب المصلحة الذين قد تختلف مصالحهم (المشغلون، المنظمون، الحجاج).
القيود: يذكر المؤلفون صراحة أن العمل قائم على المحاكاة. سيتطلب النشر في العالم الحقيقي معالجة العوامل البشرية، وتكامل البنية التحتية لشحن المركبات الكهربائية، والتحقق الرسمي من سلامة العقود. ولا تدعي الدراسة أنها حلت المشكلات اللوجستية الفيزيائية للبنية التحتية لشحن المركبات أو أنها اختبرت النظام في ظروف الحج الفعلية.
يخلص البحث إلى أن تحويل القيود الزمنية الشعائرية إلى ضمانات حسابية يقدم أساساً قابلاً للتكرار لأنظمة نقل الحج الذكية في المستقبل، بما يتماشى مع أهداف الاستدامة لرؤية السعودية 2030.