Un sostituto per i semafori ottiene il suo primo test

Il primo sistema di semafori al mondo iniziò a funzionare vicino alla Houses of Parliament a Londra nel 1868. Consisteva in una serie di luci a gas azionate da un poliziotto e progettate per controllare il flusso del traffico trainato da cavalli attraverso il Tamigi.

Il processo è stato un successo, almeno per quanto riguarda il controllo del traffico. Ma l'esperimento ebbe vita breve. Pochi mesi dopo l'installazione delle luci, sono esplose a seguito di una fuga di gas, ferendo il poliziotto che le controllava.

Da allora, pedoni e automobilisti hanno avuto un rapporto difficile con i semafori. Quando funzionano bene, forniscono un sistema efficiente e neutrale per determinare la priorità sulle strade. Ma quando funzionano male, il risultato può essere ingorghi per miglia intorno.

Quindi ingegneri automobilistici, automobilisti e pedoni allo stesso modo vorrebbero sapere se un'alternativa è fattibile. Oggi ottengono una sorta di risposta, grazie al lavoro di Rusheng Zhang alla Carnegie Mellon University di Pittsburgh e ad alcuni colleghi. Questi ragazzi hanno testato un modo per liberare completamente le nostre strade dai semafori e sostituirle invece con un sistema virtuale, affermando che il loro sistema ha il potenziale per ridurre drasticamente i tempi di pendolarismo.

Innanzitutto, un po' di background. Il problema che Zhang e compagni affrontano è quello di coordinare il flusso del traffico attraverso un incrocio in cui due strade si incontrano ad angolo retto. Questi sono spesso incontrollati, quindi gli automobilisti devono seguire regole rigide su quando possono passare, come quelle che si applicano ai segnali di stop a quattro vie. Ciò provoca ritardi e inceppamenti.

Per risolvere il problema, Zhang e colleghi utilizzano i sistemi radio diretti a corto raggio che vengono sempre più integrati nei veicoli moderni. Questi agiscono come un sistema di comunicazione da veicolo a veicolo che condivide dati come coordinate GPS, velocità e direzione. Questi dati passano a un computer di bordo programmato con il protocollo del semaforo virtuale del team, che emette al conducente una luce verde o rossa che viene visualizzata in cabina.

Il sistema a semaforo virtuale è in linea di principio semplice. Quando due auto si avvicinano a un incrocio su strade diverse, eleggono un veicolo di testa che controlla l'incrocio. Il leader riceve un semaforo rosso e poi dà la priorità all'altra vettura con un semaforo verde. Il leader riceve quindi la propria luce verde e, quando si allontana, cede il controllo al leader del veicolo successivo eletto all'incrocio.

Zhang e colleghi hanno testato questo approccio allestendo un sistema stradale in un parcheggio a Pittsburgh. Questo sistema si basa su un tracciato stradale standard tratto da Open Maps, scelto per la sua somiglianza con il tracciato stradale di molte città statunitensi. Il team ha quindi guidato due auto attorno a questa rete in direzioni opposte, misurando il tempo impiegato per superare 20 incroci utilizzando i semafori virtuali e poi di nuovo utilizzando i normali segnali di stop a quattro vie.

I risultati costituiscono una lettura interessante. Zhang e colleghi affermano che il sistema virtuale migliora notevolmente i tempi di pendolarismo. I risultati mostrano che [i semafori virtuali] riducono il tempo di percorrenza di oltre il 20% su percorsi con incroci non segnalati, affermano. E sono possibili ulteriori miglioramenti, con una riduzione fino al 30% dei tempi di percorrenza.

Tuttavia, il lavoro lascia davanti a sé sfide significative. Ad esempio, in molti luoghi i segnali stradali regolano auto e pedoni. Zhang e colleghi suggeriscono che i pedoni potrebbero essere inclusi nel protocollo utilizzando un'app per smartphone.

Ciò solleva molte domande sulle persone che non sono in grado di accedere alle app, come utenti giovani, anziani e disabili. Queste persone sono tra quelle che beneficiano maggiormente dei normali semafori, quindi devono essere incluse fin dall'inizio nella progettazione di alternative.

Poi c'è la questione di come includere le auto, le moto e le biciclette più vecchie che non sono dotate di sistemi di comunicazione da veicolo a veicolo. Può darsi che la comunicazione da veicolo a veicolo diventi rapidamente standard nelle nuove auto. Ma è probabile che veicoli più semplici saranno una caratteristica delle nostre strade per i decenni a venire. Come faranno questi nuovi veicoli a far fronte a quelli che non utilizzano il sistema a semaforo virtuale?

E infine, una struttura stradale a griglia è comune nelle città americane, molte delle quali ampliate solo dopo l'invenzione dell'auto. Tuttavia, le griglie sono molto più rare nelle città europee e asiatiche, dove i tracciati stradali sono spesso non strutturati e caotici. Non è chiaro come potrebbero farcela i semafori virtuali.

Tuttavia, l'automazione sta arrivando. Molte automobili hanno già livelli significativi di automazione della guida. Il passo successivo è ovviamente il coordinamento dove è probabile che ci siano benefici significativi. È probabile che i semafori virtuali siano solo una parte di questa tendenza. Almeno dovrebbero essere al sicuro da perdite di gas.

Rif: arxiv.org/abs/1807.01633 : Semafori virtuali: progettazione e implementazione del sistema

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