معماری، پروتکل ها و پیاده سازی شبکه های حسگر شهری مبتنی بر اینترنت اشیاء (LoRaWAN و NB-IoT) برای جمع آوری داده های لحظه ای کیفیت هوا، ترافیک، سطح آب و مدیریت پسماند با تحلیل داده های کلان و هوش مصنوعی

پژوهش حاضر با هدف بررسی معماری، پروتکل ها و پیاده سازی شبکه های حسگر شهری مبتنی بر اینترنت اشیا (با تاکید بر LoRaWAN و NB-IoT) برای جمع آوری داده های لحظه ای کیفیت هوا، ترافیک، سطح آب و مدیریت پسماند، با بهره گیری از تحلیل کلان داده و هوش مصنوعی تدوین شده است. با توجه به رشد شتابان شهرنشینی در ایران و ناکارآمدی روش های سنتی در مدیریت داده های شهری، این پژوهش در صدد است تا با تحلیل نظام مند استانداردها، پروتکل ها و تجارب موفق، چارچوبی عملیاتی برای هوشمندسازی مدیریت شهری ارائه دهد. این پژوهش از نظر هدف، کاربردی-توسعه ای و از نظر ماهیت و روش اجرا، در زمره پژوهش های کیفی با رویکرد تحلیل اسنادی، مطالعه تطبیقی و تحلیل محتوای کیفی قرار دارد. گردآوری اطلاعات از طریق جستجوی نظام مند در پایگاه های داده های علمی معتبر داخلی (نورمگز، مگیران، علم نت، سیویلیکا)، استانداردهای فنی (مستندات LoRa Alliance و ۳GPP)، گزارش های اجرایی و قوانین مرتبط انجام شده است. برای تحلیل داده ها از ترکیب روش های تحلیل محتوای کیفی، تحلیل تطبیقی و سنتزپژوهی با بهره گیری از تکنیک کدگذاری باز، محوری و انتخابی استفاده گردیده است. یافته های پژوهش نشان می دهد که معماری مرجع شبکه های حسگر شهری مبتنی بر ساختاری چهارلایه (حسگر، شبکه، پردازش و تحلیل، و کاربرد) می تواند نیازهای چهار حوزه یادشده را پوشش دهد. پروتکل LoRaWAN به دلیل مصرف انرژی پایین، برد بلند (تا ۱۵ کیلومتر) و هزینه کمتر، برای پایش محیطی و مدیریت پسماند مناسب تر است، در حالی که NB-IoT به دلیل تاخیر پایین و پوشش داخلی بهتر، برای کاربردهای ترافیکی و پایش لحظه ای کیفیت هوا در مراکز شهری کارآمدتر است. ترکیب این دو پروتکل در معماری واحد، راهکار بهینه برای نیازهای متنوع شهری محسوب می شود. یکپارچه سازی شبکه های حسگر با الگوریتم های هوش مصنوعی و تحلیل کلان داده، امکان پیش بینی، بهینه سازی لحظه ای و تصمیم گیری خودکار را فراهم می آورد. با این حال، موانع زیرساختی، نهادی و قانونی، فنی، و اجتماعی به عنوان مهم ترین چالش های پیاده سازی در ایران شناسایی شدند. نظام مدیریت شهری ایران برای هوشمندسازی شهرها، ناگزیر از اتخاذ رویکردی گام به گام در پیاده سازی شبکه های حسگر شهری است. چارچوب چهارفازی پیشنهادی این پژوهش (شامل مطالعات امکان سنجی، طراحی معماری فنی، پیاده سازی پایلوت، و توسعه مقیاس پذیر) می تواند الگویی عملیاتی برای استقرار این شبکه ها در کلان شهرهای ایران فراهم آورد و به افزایش کارایی مدیریت شهری، کاهش هزینه های عملیاتی و ارتقای کیفیت زندگی شهروندان منجر شود.