Sistema di controllo semaforico adattivo basato su localizzazione dei veicoli

Risultato della ricerca:

I risultati della ricerca presentati in questo contesto sono relativi allo sviluppo di un sistema di regolazione semaforica adattiva basato sulla localizzazione di veicoli strumentati. Esso rappresenta un sistema evoluto di gestione degli impianti semaforici attraverso Floating Car Data (FCD). Nella fattispecie, i FCD sono rappresentati dai veicoli con a bordo dispositivi mobili di comunicazione dotati di chip GNSS (Global Navigation Satellite System), quali smartphone, tablet, ecc.

Il sistema si compone di una piattaforma hardware/software costituita dal controller dell’impianto semaforico, da un’applicazione mobile che renda i veicoli connessi tramite i device onboard, da un server che acquisisca e analizzi i dati provenienti dai FCD e che invii al controller dell’impianto semaforico la fasatura corretta dell’impianto. Specifici algoritmi per l’ottimizzazione dei tempi semaforici sono implementati nel server che ha il compito di “dialogare” con il controller dell’impianto semaforico in tempo reale.

L’applicazione mobile, eseguita in background sul device mobile a bordo mezzo, interroga i sensori del device (chip GNSS, accelerometro, etc.) e invia i parametri cinematici e di posizione al server per le opportune analisi. Il sistema funziona combinando il dato di posizione acquisito grazie ai chip GNSS dei device con il dato proveniente dalle reti di dati mobili (4G o 5G). Gli impianti semaforici sono quindi regolati sulla base delle posizioni, delle velocità e delle accelerazioni note dei veicoli in cui sia presente un device con l’applicazione in funzione.

Il sistema non richiede una percentuale minima di utenti (numero di utenti con l’applicazione in funzione). Il sistema, infatti, ripiegherebbe su cicli semaforici prestabiliti standard quando non vi siano utenti “riconoscibili” (nessun FDC disponibile). In termini pratici, il sistema garantisce la regolazione semaforica anche con percentuale ridotta di veicoli “connessi” (sono previsti controlli dinamici su tutte le fasi dell’impianto semaforico al fine di garantire un tempo di verde minimo anche alle correnti veicolari in cui non è presente alcun veicolo “connesso”).

Lo sviluppo del sistema proposto è strettamente connesso alla diffusione degli smartphone nella popolazione (o di altri device che rendano il veicolo connesso) e all’avvento delle nuove reti 5G e dei nuovi sistemi di comunicazione ad alta velocità. Potendo contare su tecnologie di comunicazione ultraveloce, i veicoli potranno essere connessi in rete, sotto la più classica accezione dell’IoT, e contare su protocolli Car-to-X per lo scambio di informazioni utili al controllo della guida, del traffico e della sicurezza.

Il prototipo implementato è stato testato in ambiente industrialmente rilevante (impianto su strada riservata alla sperimentazione). Le attività di test, partecipate da un gruppo di utenti volontari, sono state realizzate dal team di ricerca tramite: a) la realizzazione di una centralina semaforica programmabile, b) lo sviluppo di app mobile in ambiente Android, c) l’implementazione di un server centrale per l’acquisizione e l’elaborazione dei dati.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

La ricerca non è stato oggetto di nessun precedente bando di finanziamento.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

La soluzione proposta consiste in un sistema innovativo per la gestione in tempo reale degli impianti semaforici.  Tale sistema rappresenta una alternativa ai metodi tradizionali di controllo di impianti semaforici attuati dal traffico ed un valido strumento di supporto alla gestione dei flussi veicolari di una rete stradale.

I sistemi semaforici attuati dal traffico si basano sui flussi veicolari rilevati in uno o più punti con sistemi di rilievo dei parametri del deflusso veicolare di tipo fisso (spire elettromagnetiche ed altri sistemi di rilievo delle portate, densità e velocità veicolari); solo alcuni gestori di infrastrutture stradali e alcune virtuose amministrazioni implementano soluzioni che utilizzano tecnologia di controllo dinamico dei semafori basata sui dati provenienti dai sensori integrati nella strada; tuttavia, l’implementazione di queste soluzioni prevede costi di realizzazione molto elevati.

Nel sistema proposto i semafori sono attuati sulla base dei dati di posizione e velocità forniti da veicoli “connessi” tramite tecnologia di rilevamento della posizione (localizzazione) di tipo satellitare GNSS (Ricevitori tipo: GPS, Glonass, Galileo, etc.) e/o l’utilizzo di sistema di localizzazione complementare o alternativo tramite trasmissione e ricezione di segnale radio Bluetooth.

I principali competitor della soluzione proposta, allo stato attuale, sono presenti sul mercato con sistemi di monitoraggio del flusso veicolare presso gli impianti semaforici tramite specifici sensori installati nella pavimentazione (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System, NSV Governement), con dispositivi di rilevamento dei veicoli sui varchi di accesso alle intersezioni semaforizzate (Split Cycle and Offset Optimisation Technique, TRL Software®) e con telecamere dedicate all’acquisizione delle immagini per il conteggio automatico dei veicoli transitanti presso gli impianti semaforici (InSync adaptive traffic control system, Rhythm Engineering®).

Titoli di proprietà intellettuale:

Il gruppo di ricerca ha presentato i risultati della ricerca in conferenze di interesse internazionale e ha prodotto diverse pubblicazioni su riviste scientifiche di prestigio.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

Il sistema connesso ai risultati della ricerca consente l’ottimizzazione dei cicli semaforici, riducendo i tempi totali di attesa e, quindi, di viaggio, per il singolo utente e per la collettività. Tale aspetto risulta di fondamentale importanza nell’ottica della riduzione della congestione delle reti di trasporto e dell’inquinamento nei centri urbani. Tale impatto positivo a favore della sostenibilità ambientale, trova un importante riscontro nelle strategie Comunitarie, tese al finanziamento e alla promozione degli ITS (Intelligent Transport Systems). Il primo documento redatto a tal proposito dagli Stati Membri è la “Carta di Lipsia sulle Città Europee Sostenibili” (maggio 2007), in cui vengono definite strategie e principi comuni dai Ministri degli Stati Membri responsabili per lo Sviluppo Urbano. In questo contesto, il sistema proposto può sicuramente fornire un contributo determinante alla modernizzazione delle reti infrastrutturali ed al miglioramento della sostenibilità energetica del sistema di trasporti, attraverso l’impiego di un sistema informativo in cui l’utente ha un ruolo di attore principale.  Gli intenti e gli obiettivi del sistema proposto sono perfettamente in linea anche con gli Orientamenti Strategici Comunitari (OSC) che precisano come la politica di coesione deve indirizzarsi verso alcune priorità: 1) rendere più attrattivi gli Stati membri, le regioni e le città migliorando l’accessibilità, garantendo una qualità ed un livello adeguati di servizi e tutelando l’ambiente; 2) promuovere l’innovazione, l’imprenditorialità e lo sviluppo dell’economia della conoscenza mediante lo sviluppo della ricerca e dell’innovazione, comprese le nuove tecnologie dell’informazione e della comunicazione. Un’altra finalità perseguibile con lo sviluppo del sistema è quella di ottenere un enorme di mole di dati di mobilità sul territorio e di offrire agli Enti gestori delle infrastrutture stradali strumenti propri delle smart roads per un trasporto sostenibile.

Il mercato italiano delle tecnologie intelligenti per i trasporti è stato stimato nel 2014 pari a circa 1,5 miliardi di euro, un valore che si è triplicato in 10 anni, dal 2004 (quando valeva 550 milioni). Ed a partire dal 2017 è previsto un tasso di crescita medio annuo del 13,8%. A guidare il settore, per il fatturato realizzato, ci sono le tecnologie per la connected car, seguite dai sistemi di controllo e gestione del traffico e dall’infomobilità. Si delinea quindi come un settore sano, con dei ritmi di crescita interessanti, nel quale è stato stimato che ogni dipendente generi circa 280 mila euro di fatturato. Un settore che sta generando grandi opportunità per le start-up in Italia e che finalmente, anche grazie all’applicazione del Piano ITS ed all’iniziativa Smart Road del Ministero dei Trasporti, sta cominciando a guardare con interesse alla smart mobility. Gli ITS (Intelligent Transport System) rappresentano pertanto un valido strumento per la gestione della mobilità, ma anche e soprattutto un’opportunità di business e di crescita. Tra le macroaree settoriali, sono i sistemi per la gestione dell’auto connessa ad ottenere il fatturato più alto, seguiti dalla gestione del traffico, dall’infomobilità, dai sistemi di pagamento elettronico, dalla telematica per il trasporto merci, la gestione del trasporto pubblico locale e infine, sistemi per il trasporto ferroviario, i nodi aeroportuali ed il trasporto marittimo. La proposta ha come mercato di riferimento le aziende produttrici o distributrici di impianti semaforici, le Pubbliche Amministrazioni e gli Enti Gestori delle infrastrutture viarie, le aziende produttrici di ITS.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Al fine di garantire la transizione dei risultati della ricerca dallo stadio attuale di sviluppo alla industrializzazione sarà necessario testare e validare in ambiente operativo il prototipo implementando algoritmi di ottimizzazione dei cicli semaforici più performanti di quelli utilizzati, sviluppare il sistema nella sua complessità tecnologica, verificando la compatibilità delle singole componenti (controller dei semafori, smartphone, black box, etc.) con le infrastrutture di rete esistenti nei contesti reali (reti di telecomunicazione, reti informatiche, etc.). Tali verifiche andranno effettuate in scala di laboratorio e poi riprodotte su scala reale con applicazioni pilota.

La individuazione degli algoritmi di ottimizzazione del ciclo semaforico dovrà essere effettuata tramite opportune tecniche, che prevedano l’utilizzo di strumenti di microsimulazione del traffico veicolare nella fase di calibrazione del sistema e che possano essere implementate nel sistema prototipale nella fase di validazione. Sarà, inoltre, necessario implementare soluzioni tecnologicamente compatibili con i regolatori semaforici attualmente in esercizio, adatti a comandare impianti di qualsiasi dimensione e le cui schede siano connesse in modo da realizzare reti di collegamento tra processori a intelligenza distribuita.