ITS e veicoli innovativi per il trasporto privato - Docente: Cino Bifulco Università degli Studi di Napoli Federico II - SIDT
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1st SUMMER SCHOOL SIDT UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO (SA) Mercoledì 5 – Mercoledì 12 Settembre 2018 ITS e veicoli innovativi per il trasporto privato Docente: Cino Bifulco Università degli Studi di Napoli Federico II 12 settembre 2018
ITS: Intelligent Transportation Systems • Affrontare le sfide della mobilità • Ottimizzare deflusso e capacità dei rami • Aumentare l’efficienza delle reti di traffico e della sosta • Promuovere l’uso razionale dei modi di trasporto • Migliorare accessibilità di territori ed attività urbane/economiche • Incrementare la sicurezza nei sistemi di trasporto • Assicurare una mobilità sostenibilità • Dotando veicoli, infrastrutture e sistemi di gestione/esercizio di • Sistemi ICT • Spiccata capacità di adattamento dinamico del sistema rispetto ai cambiamenti di stato • Intelligenza cognitiva • Intelligenza decisionale UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Esempi • Perché le soluzioni tecnologiche? • Quali sono i problemi che risolvono? •Vehicle Diagnostics •Traffic signal priority •GPS and Vehicle ID •Smart Card Reader, automated fare collection and passenger counting •… UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Esempi • Quali sono i problemi risolti? • Quali le applicazioni di dominio? • Osservazione e caratterizzazione dei parametri del deflusso • Identificazione di condizioni di deflusso, tempi di percorrenza e livelli di servizio • Identificazione (e gestione) degli incidenti e delle anomalie • Informazioni in tempo reale e re-routing •… UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Classificazione dei sistemi ITS Proposte non univoche L’applicazione ITS Propagazione del ha effetto su flusso Adaptive Traffic Management Systems Scelte di viaggio (es.: scelte di Advanced Traveler percorso, re-routing) Information Systems Scelte di guida (comportamento al Advanced Driving Connected and volante) Assistance Vehicles Automated Systems Scelte di mobilità (es.: scelta modale) Advanced Travel Mobility as a Service Demand Management UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Classificazione dei sistemi ITS Piano Nazionale d’Azione per gli ITS (adozione con D. M. 12 febbraio 2014, n. 44 del MIT) • TMS (Traffic Monitorig Systems) • NMS (Network Monitoring Systems) • AVM (Automatic Vehicle Monitoring) & AVL (Automatic Vehicle Location) • ATIS (Advanced Traveller Information Systems) • ATMS (Advanced Traffic Management Systems) • ATDM (Advanced Traveler Demand Management Systems) • ADAS (Advanced Driving Asssitance Systems) & cooperative-ADAS • ATFLS (Advanced Freight Transport and Logistic Systems) • ECS (Emergency Call System) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Da ITS a C-ITS • Cooperative-ITS (piattaforma europea) https://ec.europa.eu/transport/themes/its/c-its_en Declinazione soluzioni ATMS e ADAS (principalmente) abilitata dalle comunicazioni V2X • V2V = vehicle-to-vehicle • V2I = vehicle-to-infrastructure • Allo stato basato su comunicazioni DSRC (Dedicated Short Range Communication, ETSI-G5) • Implementazione specializzata di standard Wi-Fi (802.11p) • Su banda telecomunicazioni «libera» (non concessa) • Si prospetta che nel giro di pochi anni possa essere basato sulla rete mobile 5G • Su banda telecomunicazioni «concessa» ai telcom provider UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
C-ITS • Day 1 services (2019?) RSU • V2V • Emergency brake light V2I • Emergency vehicle OBU approaching V2V • Slow or stationary vehicle(s) OBU • Vehicle platooning • Weather conditions • V2I • Weather conditions • Road works warning • Green Light Optimal Speed Advisory (GLOSA) • In-vehicle signage and (variable) speed-limits • Shockwave Damping UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
C-ITS • Day 1.5 services • V2V • Cooperative adaptive cruise control • Lane change assistance • Vulnerable Road user protection • Motorcycle Approaching Indication • Cooperative Collision Risk Warning • V2I • Information on fuelling & charging stations for alternative fuel vehicles • Loading zone management • Intersection collision management UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
C-ITS • Strumenti-base per implementarli • CAM – Cooperative Awareness Messages informano sullo stato corrente del veicolo trasmittente (velocità, posizione, ecc.) • Messaggi a cadenza prefissata (1-10-100Hz) • Abilitano: Cooperative-ACC; lane change assistance; ecc. • DENM – Decentralised Environmental Notification Message informano su un evento che ha un potenziale impatto sulla sicurezza stradale • Messaggi «ad evento» • Abilitano informazioni su incidenti, lavori in corso, ecc. • SPAT/MAP – Signal Phase and Timing + strato descrittivo della geometria fisica della intersezione • Abilitano applicazioni di sicurezza/automazione alle intersezioni UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
C-ITS: Green Light Optimal Speed Advisory (GLOSA) • Alcuni sistemi in fase (pre)commerciale (Volvo, BMW, …) • Velocità da tenere per attraversare con il verde • Al semaforo rosso, tempo per il verde • Accoppiato con un sistema stop&go • Non è necessario che altri veicoli siano equipaggiati • Sufficiente V2I • Chi paga i costi di investimento? Quali vantaggi si ottengono? Ne vale la pena? UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Esempi C-ITS • Intersection collision warning/avoidance • Automatic vehicle platooning • EDA (Enhanced Driving Awareness) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Da ITS a C-ITS Es.: nuova generazione di Adaptive Traffic Management Systems • Oggi (ITS) • Osservazione dei flussi locali alla intersezione • Programmazione della rete bi-livello • Ottimizzazione locale dei parametri semaforici • Strategie di rete/area (euristiche subottimali, limiti previsionali sulla propagazione del flusso, difficoltà a prevedere le scelte di percorso • Domani (C-ITS) • Veicoli con comunicazione V2X • Sistemi di navigazione e controllo di bordo • Comunicazione dei percorsi programmati • Ottimizzazione precoce dei parametri semaforici (possibilità di previsione della propagazione del flusso e supporto all’ottimizzazione di rete) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Da ITS a C-ITS Es.: riconoscimento automatico dei segnali stradali • Oggi (ITS) • Domani (C-ITS) • Abilita la implementazione dinamica di soluzione ISA (Intelligent Speed Adaptation) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
DA ITS a C-ITS − • Shock Wave Dumping = − • Scenario 0 – no detection = 0 = 2000 = 180 = 30 4 Km = −13 /ℎ = 18 • Scenario 1 – ITS VMS 2 Km 4 Km • Dopo 9 minuti (2 Km coda) il problema è rilevato dai sensori • L’allarme è lanciato al pannello a messaggio variabile • Il flusso sulla main lane a valle della diversione diminuisce del 60% = 800, = 10 → ≅ −5 /ℎ → Spillback (9+25) = 34 min UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
DA ITS a C-ITS • Scenario 2.a – V2V (back) propagation • Per basse penetrazioni di mercato • Bassa probabilità di rilevare l’incidente all’istante t=0 (appena avviene) • Bassa probabilità di propagare all’indietro l’informazione Bassa probabilità di allontanare dal percorso i veicoli (equipaggiati) prima della diversione • Scenario 2.b – V2I (back) propagation • La penetrazione di mercato non influenza la propagazione all’indietro della informazione • Tutti i veicoli (equipaggiati) sono raggiunti dalla informazione e divergono Diverted flow Incoming flow Incoming density Istantaneous wave Time to spillback Market % (veic/h) (veic/h) (veic/Km) Speed (km/h) (m) 0% 0 2000 30 -13 18 10% 200 1800 27 -12 20 20% 400 1600 23 -10 24 30% 600 1400 20 -9 27 60% 1200 800 10 -5 51 90% 1800 200 0 -1 216 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Veicoli innovativi • DARPA Grand Challenge Defense Advanced Research Projects Agency (2004, 2005, 2007) • Veicoli autonomi unico aiuto esterno il GPS • Edizioni 2004 e 2005 su piste extraurbane e veicoli isolati • Edizione 2007 in ambito «urbano» interferenza con altri veicoli in competizione obbligo di osservare le regole del traffico • Negli ultimi anni forte accelerazione nello sviluppo (veicoli automatizzati e connessi) • Traino principale di attori del settore delle nuove tecnologie • I costruttori si stanno velocemente adeguando, seppure con diverse velocità UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Livelli automazione • SAE (Society of Automotive Engineers) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Il veicolo come elemento di sistema • La tendenza è verso veicoli non solo automatici ma anche connessi • L’automazione è realizzata in maniera cooperativa • L’automazione non è l’unico obiettivo • Il veicolo è parte di una piattaforma di mobilità più ampia • Riceve e rilascia informazioni, reagisce in maniera adattiva, coopera in una logica di ottimizzazione del sistema • Convergenza tra innovazione tecnologica e di sistema • Visione della Mobility-as-a-Service • Auto = uno dei mezzi gestiti da fornitori di mobilità per soddisfare le richieste degli abbonati • Tecnologia = strumenti per gestire il veicolo come elemento della mobilità e per permetterne una fruizione «adattiva» UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Scenario di uso dei veicoli innovativi • Automazione e connessione potrebbe rendere i veicoli troppo sofisticati e costosi • È necessario che questa tendenza sia controbilanciata da • Una gestione «professionale» (flotte di mobility provider) • Un uso efficiente ed economico perché intenso (utilizzo condiviso e riduzione periodi di sosta/inattività) • Una specializzazione d’uso (veicoli urbani, extraurbani, adatti alla nebbia, con diversi sistemi di rifornimento ed alimentazione, ecc.) • Permette di controllare il costo di sviluppo/produzione • Necessità di un modello di utilizzo dissociato dal possesso (un veicolo di proprietà sarebbe «general purpose») • Un guidatore userà diversi veicoli • Un veicolo sarà utilizzato da una infinità di guidatori UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Research questions (transportation systems) • I guidatori interagiranno efficacemente con logiche di automazione di differente livello in vetture spesso diverse? • Come interagiranno tra loro veicoli con automazione diversa? (mixed traffic) • La teoria del deflusso come dovrà essere ri-specificata? • Come cambieranno i modelli di simulazione e previsione del traffico? • I sistemi di controllo del traffico come interagiranno con un flusso parzialmente e disomogeneamente automatizzato? • L’analisi/previsione dello stato di reti e sistemi aiuterà l’automazione? • Come sfruttare a livello di sistema la possibilità di integrare il traffico individuale in piattaforme multimodali di trasporto? Quali possibili ottimizzazioni per flotte di vetture gestite come servizio? • Come interagiranno e con quali risultati di sistemi differenti mobility providers? UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Livelli automazione • SAE (Society of Automotive Engineers) UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Research questions (automotive) • Anche lo sviluppo di veicoli, logiche e componenti adotta processi basati sulla simulazione: • Prototipazione Rapida Un prototipo è dapprima progettato in ambiente di simulazione • Virtual-validation L’integrazione di componenti e soluzioni in un veicolo è testata: • Inserendone il modello di componente in un simulatore di veicolo (MIL – Model In the Loop) • Integrando la versione «fisica» della componente in un simulatore di veicolo e di scenario d’uso e sollecitazione (HIL – Hardware In the Loop) • Sempre più necessaria prototipazione/validazione di veicoli e automazione in ambienti di traffico espliciti e realistici • Prima: il veicolo era sollecitato dal guidatore = necessità di simulare sicurezza del prodotto e performance rispetto a richieste «semplici» (accelera, sterza, frena, …) • Ora: il veicolo interagisce direttamente con il traffico, si riduce il ruolo del guidatore come tramite/medium tra gli stimoli del traffico e la richiesta di performance al veicolo UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Integrazione strumenti automotive/traffico • Strumento MIL o HIL in campo automotive • Moduli di scenario e «traffico» DSPACE – ASM Traffic IPG - CarMaker UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Esempio integrazione automotive/traffico • Prova realismo Formazione onda di shock • Situazione da «tamponamento a catena» • Non ci siamo riusciti • L’ambiente non lo permette UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Esempio integrazione automotive/traffico • Prova realismo Dissipazione onda di shock (ripartenza) • Velocità a regime deve essere Velocità Critica della corrente di traffico: 90 Km/h • La portata raggiunta dovrebbe essere la Capacità: 1700 veic/h • Esperimenti su strade di categoria diversa (es.: Cat. A, autostrade e Cat D, secondarie) ripetono lo stesso comportamento del traffico UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Altri esempi • Provato un AEB (Automated Emergency Braking) • In ambiente automotive «tradizionale» lo stimolo al AEB è dato da «scenari di test» • Distanza, velocità relativa, istante di attivazione, … • Logica di controllo e dinamica del veicolo rappresentata in ambiente misto Matlab/Simulink + IPG Carmaker • Test OK La logica di controllo è adatta ad evitare incidenti nella maggior parte degli scenari di sollecitazione • Ulteriore integrazione con scenario di traffico (microsimulazione) – gli stimoli al veicolo controllato gli stessi della prova precedente • Test KO La logica di controllo generare in un numero molto elevato di casi tamponamenti a catena nella corrente sopraggiungente UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Sollecitazioni C-ITS • D.M. n. 70 28/02/2018 «Smart Road» • Dorsale road-side di comunicazione dei dati ad elevato bit-rate (es.: fibra) Solo Smart Road tipo I • Copertura asse stradale e territorio circostante con servizio IoT di tipo LPWAN (Low Power-Wide Area Network) • Road-Side Unit per la comunicazione V2I, localizzate per consentire la connessione a veicoli dotati di On-board-unit V2X standard • Trasmissione informazioni V2I Tutte le Smart Road • Controllo del traffico, gestione degli scenari, gestione operativa • Minimizzazione della impronta ecologica delle tecnologie avanzate • Presenza di un sistema di hot-spot Wifi per device personali, nelle aree di servizio (if any) • Rappresentazione modellistica del grafo trasportistico per livelli di dettaglio • Sistema di monitoraggio delle opere d’arte e delle strutture in generale • Sistema di monitoraggio del traffico ed enforcement articolato su livelli • Sistema di archiviazione e storicizzazione dei dati • Sistema di monitoraggio delle informazioni Meteo • Modelli di previsione del traffico • Servizi avanzati per utenti e operatori UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Sollecitazioni C-ITS STRIA – WG on Connected and automated transport (Strategic Transportation Research and Innovation Agenda) • Vehicle • In vehicle enablers for automated transport • Human factors (mainly «driving behaviour» and HMI) • Vehicle and traffic • Vehicle validation • Large scale demonstration (pilots to enable deployment) • Transportation systems and infrastructures • Shared Connected and automated mobility services • Socioeconomic impacts of transport automation (and user/public acceptance) • Physical-digital infrastructures • Big data, artificial intelligence and their applications UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
Grazie per l’attenzione Discussione … UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO, FISCIANO, 5 – 12 settembre 2018
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