Vehicle Infrastructure Integration (VII) ist eine Initiative, die die Entwicklung von Forschung und Anwendungen für eine Reihe von Technologien fördert, die Straßenfahrzeuge direkt mit ihrer physischen Umgebung verbinden, vor allem, um die Verkehrssicherheit zu verbessern. Die Technologie stützt sich auf mehrere Disziplinen, darunter Verkehrstechnik, Elektrotechnik, Fahrzeugtechnik und Informatik. VII umfasst insbesondere den Straßenverkehr, obwohl für andere Verkehrsträger ähnliche Technologien bestehen oder in Entwicklung sind. Flugzeuge zum Beispiel verwenden Boden-Beacons für die automatische Führung, so dass der Autopilot das Flugzeug ohne menschliches Eingreifen fliegen kann. Im Straßenbau kann die Verbesserung der Sicherheit einer Straße die Gesamteffizienz verbessern. VII zielt auf Verbesserungen in Bezug auf Sicherheit und Effizienz ab.

Die Integration der Fahrzeuginfrastruktur ist der Teilbereich des Ingenieurwesens, der sich mit der Untersuchung und Anwendung einer Reihe von Techniken befasst, die Straßenfahrzeuge direkt mit ihrer physischen Umgebung verbinden, um die Verkehrssicherheit zu verbessern.

Tore
Das Ziel von VII besteht darin, eine Kommunikationsverbindung zwischen Fahrzeugen auf der Straße (über On-Board-Equipment, OBE) und zwischen Fahrzeugen und der straßenseitigen Infrastruktur (über Roadside Equipment, RSE) herzustellen, um die Sicherheit, Effizienz und Sicherheit zu erhöhen Bequemlichkeit des Transportsystems. Es basiert auf dem weit verbreiteten Einsatz einer dedizierten DSRC-Verbindung (Short Range Communication) mit IEEE 802.11p. Die Entwicklung von VII beruht auf einem Geschäftsmodell, das die Interessen aller Beteiligten unterstützt: Industrie, Transportbehörden und Berufsverbände. Die Initiative hat drei Prioritäten:

Bewertung des Geschäftsmodells (einschließlich Einsatzplanung) und Akzeptanz durch die Stakeholder;
Validierung der Technologie (insbesondere der Kommunikationssysteme) unter Berücksichtigung der Bereitstellungskosten; und
Entwicklung von Rechtsstrukturen und -politiken (insbesondere im Hinblick auf den Schutz der Privatsphäre), um das Erfolgspotenzial des Systems auf längere Sicht zu verbessern.

Sicherheit
Die derzeitige aktive Sicherheitstechnologie beruht auf fahrzeuggestützten Radar- und Sichtsystemen. Zum Beispiel kann diese Technologie Auffahrunfälle reduzieren, indem Hindernisse vor oder hinter dem Fahrzeug verfolgt werden und bei Bedarf automatisch gebremst wird. Diese Technologie ist insofern begrenzt, als sie nur die Entfernung und Geschwindigkeit von Fahrzeugen innerhalb der direkten Sichtlinie von Kameras und der Erfassungsreichweite von Radaren erfasst. Bei abgewinkelten und linksdrehenden Kollisionen ist es nahezu unwirksam. Es kann sogar dazu führen, dass ein Autofahrer im Falle eines drohenden Frontalzusammenstoßes die Kontrolle über das Fahrzeug verliert. Die Heckkollisionen, die durch die heutige Technologie abgedeckt werden, sind typischerweise weniger schwerwiegend als Winkel-, Linksknick- oder Frontalkollisionen. Die vorhandene Technologie ist daher unzureichend für die allgemeinen Bedürfnisse des Straßensystems.

VII würde eine direkte Verbindung zwischen einem Fahrzeug auf der Straße und allen Fahrzeugen in einer bestimmten Umgebung schaffen. Die Fahrzeuge könnten miteinander kommunizieren und Daten über Geschwindigkeit, Orientierung, vielleicht sogar über das Bewusstsein und die Absicht des Fahrers austauschen. Dies könnte die Sicherheit für in der Nähe befindliche Fahrzeuge erhöhen und gleichzeitig die Gesamtempfindlichkeit des VII-Systems verbessern, indem beispielsweise ein automatisiertes Notmanöver (Lenken, Verzögern, Bremsen) effektiver durchgeführt wird. Darüber hinaus ist das System für die Kommunikation mit der Straßeninfrastruktur ausgelegt, wodurch vollständige Verkehrsinformationen in Echtzeit für das gesamte Netzwerk sowie ein besseres Warteschlangenmanagement und Feedback für Fahrzeuge möglich sind. Es würde schlussendlich die Rückkopplungsschleifen über das offene Transportsystem schließen.

Durch VII könnten Fahrbahnmarkierungen und Verkehrszeichen veraltet sein. Vorhandene VII-Anwendungen verwenden Sensoren in Fahrzeugen, die Markierungen auf der Straße identifizieren oder entlang der Straßenseite signieren können, wobei Fahrzeugparameter automatisch nach Bedarf angepasst werden. Letztendlich zielt VII darauf ab, solche Zeichen und Markierungen als wenig mehr als gespeicherte Daten innerhalb des Systems zu behandeln. Dies könnte in Form von Daten geschehen, die über Beacons entlang einer Straße erfasst oder in einer zentralen Datenbank gespeichert und an alle Fahrzeuge mit VII-Ausstattung verteilt werden.

Effizienz
Alle oben genannten Faktoren sind weitgehend auf die Sicherheit zurückzuführen, aber VII könnte zu spürbaren Verbesserungen der Betriebseffizienz eines Transportnetzes führen. Da Fahrzeuge miteinander verbunden werden, was zu einer Verkürzung der Reaktionszeiten führt, könnte der Abstand zwischen den Fahrzeugen verringert werden, so dass auf der Straße weniger Platz zur Verfügung steht. Die verfügbare Kapazität für den Verkehr würde daher erhöht werden. Mehr Kapazität pro Fahrstreifen bedeutet im Allgemeinen weniger Fahrspuren und möglicherweise die Bedenken der Gemeinde hinsichtlich der Auswirkungen der Fahrbahnverbreiterung. VII wird eine präzise Verkehrssignalkoordination durch Verfolgung von Fahrzeugzügen ermöglichen und wird von einem genauen Timing profitieren, indem Echtzeitverkehrsdaten verwendet werden, die Volumen, Dichte und Drehbewegungen abdecken.

Echtzeitverkehrsdaten können auch beim Entwurf neuer Straßen oder bei der Modifikation bestehender Systeme verwendet werden, da die Daten verwendet werden könnten, um genaue Herkunfts-Ziel-Studien und Drehbewegungszählungen für Anwendungen in der Verkehrsprognose und im Verkehrsbetrieb bereitzustellen. Eine solche Technologie würde auch zu Verbesserungen für die Verkehrsingenieure führen, um Probleme zu lösen und gleichzeitig die Kosten für die Beschaffung und Zusammenstellung von Daten zu reduzieren. Die Maut ist eine weitere Aussicht auf die VII-Technologie, da Straßen automatisch mautpflichtig werden könnten. Daten könnten kollektiv zu Straßenbenutzern für eine fahrzeuginterne Anzeige übertragen werden, wobei die niedrigsten Kosten, die kürzeste Entfernung und / oder die schnellste Route zu einem Ziel auf der Grundlage von Echtzeitbedingungen umrissen werden.

Vorhandene Anwendungen
Bis zu einem gewissen Grad wurden Ergebnisse in dieser Richtung in Versuchen erzielt, die rund um den Globus durchgeführt wurden, wobei GPS, Mobiltelefonsignale und Fahrzeugkennzeichen verwendet wurden. GPS wird in vielen neuen High-End-Fahrzeugen zum Standard und ist eine Option für die meisten neuen Fahrzeuge der unteren und mittleren Klasse. Zusätzlich haben viele Benutzer auch Mobiltelefone, die verfolgbare Signale übertragen (und auch GPS-fähig sein können). Mobiltelefone können bereits zum Zweck der Notfallreaktion zurückverfolgt werden. GPS- und Handy-Tracking liefern jedoch keine absolut zuverlässigen Daten. Darüber hinaus kann die Integration von Mobiltelefonen in Fahrzeuge prohibitiv schwierig sein. Daten von Mobiltelefonen, obwohl nützlich, könnten sogar die Risiken für Autofahrer erhöhen, da sie dazu neigen, auf ihre Telefone zu schauen, anstatt sich auf ihr Fahren zu konzentrieren. Die automatische Kennzeichenerkennung kann hohe Datenmengen liefern, aber die kontinuierliche Verfolgung eines Fahrzeugs durch einen Korridor ist mit der vorhandenen Technologie eine schwierige Aufgabe. Heutige Geräte sind für die Datenerfassung und Funktionen wie Durchsetzung und Maut gedacht, nicht für die Rückgabe von Daten an Fahrzeuge oder Autofahrer für die Antwort. GPS wird dennoch eine der Schlüsselkomponenten in VII-Systemen sein.

Einschränkungen
Die Entwicklung von VII unterliegt zahlreichen Einschränkungen. Ein häufiges Missverständnis ist, dass die größte Herausforderung für die VII-Technologie die Rechenleistung ist, die in ein Fahrzeug eingebaut werden kann. Obwohl dies in der Tat eine Herausforderung ist, schreitet die Technologie für Computer schnell voran und ist für VII-Forscher kein besonderes Problem. Angesichts der Tatsache, dass bereits Technologien für die grundlegendsten Formen von VII existieren, ist vielleicht die größte Hürde für den Einsatz der VII-Technologie die öffentliche Akzeptanz.

Privatsphäre
Der häufigste Mythos über VII ist, dass es Tracking-Technologie enthält; Dies ist jedoch nicht der Fall. Die Architektur soll verhindern, dass einzelne Fahrzeuge identifiziert werden und der gesamte Datenaustausch zwischen dem Fahrzeug und dem System anonym erfolgt. Der Austausch zwischen den Fahrzeugen und Dritten, wie OEMs und Mautsammlern, wird stattfinden, aber der Netzwerkverkehr wird über verschlüsselte Tunnel gesendet und ist daher vom VII-System nicht zu entziffern.

Obwohl das System Signal- und Geschwindigkeitsverletzungen erkennen kann, ist es nicht in der Lage, den Verletzer zu identifizieren und sie zu melden. Die Erkennung dient dazu, den Verletzer und / oder sich nähernde Fahrzeuge zu warnen, um Kollisionen zu verhindern.

Andere öffentliche Bedenken
Andere Befürchtungen in Bezug auf öffentliche Akzeptanz kommen von Befürwortern des Freizeitfahrens sowie von Mautkritikern. Ersteres argumentiert, dass VII die Automatisierung des Fahrzeugs erhöhen wird, was den Genuss des Fahrers verringert. Freizeitfahranliegen sind besonders bei Sportwagenbesitzern weit verbreitet. Sie könnten abgeschwächt werden, indem die Anwesenheit von Fahrzeugen ohne VII ausgeglichen wird, oder indem Straßen unterbunden werden, in denen Fahrzeuge ohne VII fahren dürfen.

Diejenigen, die der Mauterhebung widersprechen, glauben, dass das Fahren für Autofahrer in der unteren Einkommensklasse zu teuer wird, was dem allgemeinen Wunsch, gleiche Dienstleistungen für alle bereitzustellen, widerspricht. Als Reaktion darauf können Rabatte für öffentliche Verkehrsmittel oder Rabatte für den Straßenverkehr für berechtigte Personen und / oder Familien in Betracht gezogen werden. Solche Bestimmungen gibt es derzeit für zahlreiche mautpflichtige Straßen und könnte für Straßen gelten, die über die Mautstelle VII gebührenpflichtig sind. Da VII jedoch die Mauterhebung für jede VII-fähige Straße ermöglichen könnte, könnten die Bestimmungen im Hinblick auf die erhöhte Notwendigkeit, in jedem Gebiet nutzereffiziente Transitdienste bereitzustellen, unwirksam sein.

Technische Probleme

Koordinierung
Ein Hauptproblem bei der Entsendung von VII ist das Problem, wie man das System anfänglich aufstellen kann. Die Kosten, die mit der Installation der Technologie in Fahrzeugen und der Bereitstellung von Kommunikation und Strom an jeder Kreuzung verbunden sind, sind beträchtlich. Der Aufbau der Infrastruktur entlang der Straße ohne die Zusammenarbeit der Automobilhersteller wäre katastrophal, ebenso wie die umgekehrte Situation; Daher müssen die beiden Parteien zusammenarbeiten, damit das VII-Konzept funktioniert.

In Michigan und Kalifornien gibt es Nachweise für Konzepttests, die vom amerikanischen DOT und den Automobilherstellern bewertet werden, und gemeinsam wird entschieden, ob die Implementierung des Systems zu diesem Zeitpunkt fortgesetzt werden soll oder nicht.

Instandhaltung
Ein weiterer Faktor, der bei der Technologieverteilung berücksichtigt werden muss, ist die Aktualisierung und Wartung der Einheiten. Verkehrssysteme sind hochdynamisch. Täglich werden neue Verkehrssteuerungen eingeführt und Straßen jährlich gebaut oder repariert. Die fahrzeuggestützte Option könnte über das Internet aktualisiert werden (vorzugsweise drahtlos), könnte jedoch anschließend alle Benutzer dazu zwingen, Zugang zu Internettechnologie zu haben. Viele lokale Regierungsbehörden haben den Einsatz von Interneteinrichtungen in Städten und entlang von Straßen getestet, beispielsweise in Raststätten. Diese Systeme könnten zur VII-Aktualisierung verwendet werden.

Eine weitere Option ist die Bereitstellung von Updates, wenn ein Fahrzeug zur Inspektion oder Wartung eingesetzt wird. Eine wesentliche Einschränkung besteht darin, dass die Aktualisierung in den Händen des Benutzers liegt. Einige Fahrzeughalter warten ihre Fahrzeuge selbst, und regelmäßige Inspektionen oder Wartungsarbeiten werden für die Aktualisierung als zu selten angesehen. VII. Autofahrer könnten auch ungern an Haltestellen anhalten, um ein Update zu erhalten, wenn sie nicht die Möglichkeit haben, in einer internetfähigen Stadt zu fahren.

Wenn die Empfänger in allen Fahrzeugen untergebracht sind und das VII-System in erster Linie am Straßenrand angeordnet ist, können die Informationen alternativ in einer zentralen Datenbank gespeichert werden. Dies würde es der zuständigen Behörde ermöglichen, jederzeit Aktualisierungen zu veröffentlichen. Diese würden dann an die Straßeneinheiten für vorbeifahrende Autofahrer verteilt werden. In der Praxis wird diese Methode derzeit als die effektivste, aber für die Behörden mit hohen Kosten verbundene Maßnahme angesehen.

Sicherheit
Die Sicherheit der Einheiten ist ein weiteres Problem, insbesondere im Hinblick auf das Problem der öffentlichen Akzeptanz. Kriminelle könnten VII-Einheiten manipulieren oder sie entfernen und / oder zerstören, unabhängig davon, ob sie in Fahrzeugen oder am Straßenrand installiert sind. Wenn sie sich in Fahrzeugen befinden, könnten ähnliche Gesetze wie bei der Manipulation eines Kilometerzählers erlassen werden; und die Einheiten könnten während Inspektionen oder Dienstleistungen auf Anzeichen von Manipulation untersucht werden. Diese Methode hat viele der in Bezug auf die Häufigkeit der Inspektion erwähnten Einschränkungen und Autofahrer, die ihre eigenen Wartungsarbeiten durchführen. Es wirft auch Bedenken hinsichtlich der Ehrlichkeit der Fahrzeugtechniker auf, die die Inspektionen durchführen. Die Fähigkeit der Techniker, Anzeichen von Manipulationen zu erkennen, hängt von ihrer Kenntnis der VII-Systeme selbst ab.

Magnete, Elektroschocks und bösartige Software (Viren, Hacking oder Jamming) können zur Beschädigung von VII-Systemen eingesetzt werden – unabhängig davon, ob sich die Einheiten im Fahrzeug oder am Straßenrand befinden. Eine umfassende Ausbildung und Zertifizierung wäre für Techniker erforderlich, um VII-Einheiten in einem Fahrzeug zu inspizieren. Am Straßenrand wäre ein hohes Maß an Sicherheit erforderlich, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung nicht beschädigt wird und ihre Haltbarkeit erhöht wird. Da jedoch Straßenrandeinheiten gut auf das öffentliche Vorfahrtsrecht – das oft nahe am Fahrbahnrand liegt – platziert werden können, könnte es Bedenken geben, dass Fahrzeuge sie treffen könnten (ob absichtlich oder zufällig). Die Einheiten müssten entweder so gebaut werden, dass sie keine Gefahr für die Autofahrer darstellen: vielleicht in Form eines Objekts mit niedrigem Profil und / oder geringer Masse, das zum Überfahren oder zum Auseinanderbrechen ausgelegt ist (was eine relativ große Zahl von Fahrzeugen bedeuten würde) preiswerte Einheit); oder die Einheit müsste durch eine Vorrichtung wie eine Leitplanke abgeschirmt werden, was eigene Sicherheitsbedenken aufwirft.

Dateneingabe
Eine weitere Einschränkung besteht in der Digitalisierung der Eingaben für das VII-System. VII-Systeme werden wahrscheinlich weiterhin existierende Zeichen und Fahrbahnmarkierungen wahrnehmen, aber eines der Ziele ist, solche Zeichen und Markierungen gänzlich zu beseitigen. Dies würde erfordern, dass die Positionen und Nachrichten jedes Elements in das Format des VII-Systems umgewandelt werden. Die Verantwortung für diese Arbeit würde wahrscheinlich auf die Autobahnagenturen fallen, die fast alle mit Schwierigkeiten bei der Finanzierung, der Arbeitskraft und der verfügbaren Zeit konfrontiert sind. Die Implementierung und Wartung von VII-Systemen kann daher eine Unterstützung auf nationaler Ebene erfordern.

Kommunikation und Autorisierung
Während VII weitgehend als gemeinsames Forschungsunternehmen mit zahlreichen Transportagenturen entwickelt wird, dürften erste Produkte auf individuelle Anwendungen zugeschnitten sein. Daher können Kompatibilitäts- und Formatierungsprobleme auftreten, wenn Systeme erweitert werden. Die Überwindung dieser Schwierigkeiten könnte komplizierte Übersetzungsprogramme zwischen verschiedenen Systemen oder möglicherweise eine vollständige Überarbeitung bestehender VII-Systeme erfordern, um einen umfassenderen Ansatz zu entwickeln. In jedem Fall werden die Kosten und das Potential für Fehler in der Software wahrscheinlich hoch sein.

Es werden Rechtsvorschriften erforderlich sein, um den Zugang zu den VII-Daten und die Kommunikation zwischen den zuständigen Behörden zu ermöglichen. In den USA zum Beispiel ist eine Interstate eine Bundesstraße, die oft vom Staat unterhalten wird, aber auch die lokalen Kreis- oder Gemeindebehörden können beteiligt sein. In den Rechtsvorschriften müssten die Befugnisse jeder Agentur festgelegt werden. In Pennsylvania zum Beispiel haben Gemeinden eine größere Autorität als Landkreise und manchmal sogar den Staat, während das benachbarte Maryland mehr Autorität auf Bezirksebene hat als auf Gemeindeebene; und Staatsstraßen werden fast ausschließlich vom Staat kontrolliert. Es müsste auch bestimmt werden, welche anderen Behörden die Daten verwenden können (d. H. Strafverfolgung, Volkszählung usw.) und in welchem ​​Umfang es zulässig ist, die Informationen zu verwenden. Strafverfolgung wäre erforderlich, um den Datenmissbrauch zu minimieren. Die verschiedenen Ebenen der Autorität könnten auch die Inkompatibilität erhöhen.

Kürzliche Entwicklungen
Ein Großteil der aktuellen Forschung und Experimente wird in den Vereinigten Staaten durchgeführt, wo die Koordination durch das Vehicle Infrastructure Integration Consortium sichergestellt wird, bestehend aus Automobilherstellern (Ford, General Motors, DaimlerChrysler, Toyota, Nissan, Honda, Volkswagen, BMW), IT-Lieferanten, US-Bundes- und Landesverkehrsamt und Berufsverbände. Trialing findet in Michigan und Kalifornien statt.

Die spezifischen Anwendungen, die jetzt im Rahmen der US-Initiative entwickelt werden, sind:

Warnende Treiber von unsicheren Bedingungen oder bevorstehenden Kollisionen.
Warnende Fahrer, wenn sie von der Straße abkommen oder zu schnell um eine Kurve fahren.
Informieren der Systembetreiber über Staus in Echtzeit, Wetterbedingungen und Vorfälle.
Bereitstellung von Informationen über Korridorkapazitäten für die Echtzeitverwaltung, Planung und Bereitstellung von Korridor-weiten Hinweisen für Fahrer.
Mitte 2007 wird eine VII-Umgebung mit einer Fläche von etwa 20 Quadratmeilen (52 Quadratkilometer) in der Nähe von Detroit zum Testen von 20 Prototyp-VII-Anwendungen verwendet. Mehrere Automobilhersteller führen auch eigene VII-Recherchen und -Triallings durch.