L’Integrazione dell’infrastruttura del veicolo (VII) è un’iniziativa che promuove lo sviluppo di applicazioni e ricerca per una serie di tecnologie che collegano direttamente i veicoli stradali al loro ambiente fisico, in primo luogo al fine di migliorare la sicurezza stradale. La tecnologia si basa su diverse discipline, tra cui ingegneria dei trasporti, ingegneria elettrica, ingegneria automobilistica e informatica. Il capitolo VII riguarda specificamente il trasporto stradale, sebbene esistano tecnologie simili o in fase di sviluppo per altri modi di trasporto. Gli aerei, ad esempio, utilizzano i beacon a terra per la guida automatica, consentendo al pilota automatico di volare sull’aereo senza l’intervento umano. Nell’ingegneria autostradale, migliorare la sicurezza di una strada può migliorare l’efficienza complessiva. VII mira a miglioramenti sia in termini di sicurezza che di efficienza.

L’integrazione dell’infrastruttura del veicolo è quella branca dell’ingegneria, che si occupa dello studio e dell’applicazione di una serie di tecniche che collegano direttamente i veicoli stradali al loro ambiente fisico al fine di migliorare la sicurezza stradale.

obiettivi
L’obiettivo di VII è quello di fornire un collegamento di comunicazione tra i veicoli su strada (tramite Apparecchiature di bordo, OBE) e tra veicoli e l’infrastruttura stradale (tramite Roadside Equipment, RSE), al fine di aumentare la sicurezza, l’efficienza e convenienza del sistema di trasporto. Si basa sulla diffusione di un collegamento dedicato alle comunicazioni a corto raggio (DSRC), che incorpora IEEE 802.11p. Lo sviluppo di VII si basa su un modello di business a sostegno degli interessi di tutte le parti interessate: industria, autorità dei trasporti e organizzazioni professionali. L’iniziativa ha tre priorità:

valutazione del modello di business (compresa la pianificazione dell’implementazione) e accettazione da parte degli stakeholder;
validazione della tecnologia (in particolare dei sistemi di comunicazione) alla luce dei costi di implementazione; e
sviluppo di strutture e politiche legali (in particolare per quanto riguarda la privacy) per migliorare il potenziale di successo del sistema a lungo termine.

Sicurezza
L’attuale tecnologia di sicurezza attiva si basa su sistemi radar e di visione basati su veicoli. Ad esempio, questa tecnologia è in grado di ridurre gli urti posteriori localizzando le ostruzioni davanti o dietro il veicolo, applicando automaticamente i freni quando necessario. Questa tecnologia è piuttosto limitata in quanto rileva solo la distanza e la velocità dei veicoli all’interno della linea di vista diretta delle telecamere e il raggio di rilevamento dei radar. È quasi completamente inefficace per gli scontri ad angolo ea sinistra. Può anche causare un automobilista di perdere il controllo del veicolo in caso di imminente scontro frontale. Le collisioni di retroguardia coperte dalla tecnologia odierna sono in genere meno gravi delle collisioni con angoli, sinistri o frontali. La tecnologia esistente è quindi inadeguata per le esigenze generali del sistema stradale.

VII fornirebbe un collegamento diretto tra un veicolo su strada e tutti i veicoli entro una determinata distanza. I veicoli sarebbero in grado di comunicare tra loro, scambiando dati su velocità, orientamento, forse anche sulla consapevolezza e l’intento del guidatore. Ciò potrebbe aumentare la sicurezza per i veicoli vicini, migliorando al contempo la sensibilità generale del sistema VII, ad esempio eseguendo una manovra di emergenza automatizzata (sterzata, decelerazione, frenata) in modo più efficace. Inoltre, il sistema è progettato per comunicare con l’infrastruttura stradale, consentendo informazioni complete sul traffico in tempo reale per l’intera rete, nonché una migliore gestione delle code e feedback sui veicoli. Alla fine chiuderebbe i circuiti di feedback su quello che ora è un sistema di trasporto a circuito aperto.

Attraverso VII, le segnalazioni stradali e i segnali stradali potrebbero diventare obsoleti. Le applicazioni VII esistenti utilizzano sensori all’interno di veicoli che possono identificare i segni sulla carreggiata o la firma lungo il lato della strada, regolando automaticamente i parametri del veicolo secondo necessità. In definitiva, VII mira a trattare tali segni e segni come poco più di dati memorizzati all’interno del sistema. Questo potrebbe essere sotto forma di dati acquisiti tramite beacon lungo una strada o memorizzati in una banca dati centralizzata e distribuiti a tutti i veicoli equipaggiati con VII.

Efficienza
Tutti i suddetti fattori sono in gran parte in risposta alla sicurezza ma VII potrebbe portare a guadagni evidenti nell’efficienza operativa di una rete di trasporto. Poiché i veicoli saranno collegati insieme con una conseguente diminuzione dei tempi di reazione, il passaggio tra i veicoli potrebbe essere ridotto in modo che ci sia meno spazio vuoto sulla strada. La capacità disponibile per il traffico sarebbe quindi aumentata. Una maggiore capacità per corsia a sua volta significherà un minor numero di corsie in generale, probabilmente soddisfacendo le preoccupazioni della comunità circa l’impatto dell’ampliamento della carreggiata. VII consentirà un coordinamento preciso dei segnali stradali rintracciando i plotoni dei veicoli e trarrà vantaggio da una tempistica accurata attingendo a dati sul traffico in tempo reale che coprono i movimenti di volume, densità e virata.

I dati sul traffico in tempo reale possono anche essere utilizzati nella progettazione di nuove strade o nella modifica di sistemi esistenti in quanto i dati potrebbero essere utilizzati per fornire accurati studi sulla destinazione dell’origine e conteggi del movimento di rotazione per gli usi nelle operazioni di previsione e traffico. Tale tecnologia porterebbe anche a miglioramenti per gli ingegneri dei trasporti per affrontare i problemi riducendo il costo di ottenere e compilare i dati. Tolling è un’altra prospettiva per la tecnologia VII in quanto potrebbe consentire il riconoscimento automatico delle strade. I dati potrebbero essere trasmessi collettivamente agli utenti della strada per la visualizzazione all’interno del veicolo, delineando il costo più basso, la distanza più breve e / o il percorso più veloce verso una destinazione sulla base delle condizioni in tempo reale.

Applicazioni esistenti
In una certa misura, i risultati su queste linee sono stati raggiunti in prove eseguite in tutto il mondo, facendo uso di GPS, segnali di telefonia mobile e targhe di immatricolazione dei veicoli. Il GPS sta diventando standard in molti nuovi veicoli di fascia alta ed è un’opzione sulla maggior parte dei nuovi veicoli di fascia bassa e media. Inoltre, molti utenti hanno anche telefoni cellulari che trasmettono segnali tracciabili (e possono anche essere abilitati al GPS). I telefoni cellulari possono già essere rintracciati ai fini della risposta di emergenza. Il tracciamento GPS e cellulare, tuttavia, non fornisce dati completamente affidabili. Inoltre, l’integrazione dei telefoni cellulari nei veicoli potrebbe essere proibitiva. I dati dei telefoni cellulari, anche se utili, potrebbero persino aumentare i rischi per gli automobilisti che tendono a guardare i loro telefoni piuttosto che concentrarsi sulla guida. Il riconoscimento automatico delle targhe può fornire alti livelli di dati, ma il tracciamento continuo di un veicolo attraverso un corridoio è un compito difficile con la tecnologia esistente. Le attrezzature odierne sono progettate per l’acquisizione di dati e funzioni come l’applicazione e il pedaggio, non per la restituzione di dati a veicoli o automobilisti per la risposta. Il GPS sarà tuttavia uno dei componenti chiave nei sistemi VII.

limitazioni
Ci sono numerosi limiti allo sviluppo di VII. Un malinteso comune è che la più grande sfida alla tecnologia VII è la potenza di calcolo che può essere montata all’interno di un veicolo. Anche se questa è davvero una sfida, la tecnologia per i computer è progredita rapidamente e non rappresenta una preoccupazione particolare per i ricercatori della VII. Dato che le tecnologie esistono già per le forme base di VII, forse il più grande ostacolo allo sviluppo della tecnologia VII è l’accettazione pubblica.

vita privata
Il mito più comune su VII è che include la tecnologia di tracciamento; Tuttavia, questo non è il caso. L’architettura è progettata per impedire l’identificazione dei singoli veicoli, con tutti gli scambi di dati tra il veicolo e il sistema che si verificano in modo anonimo. Verranno effettuati scambi tra i veicoli e terze parti come gli OEM ei collezionisti di pedaggi, ma il traffico di rete verrà inviato tramite tunnel criptati e non sarà quindi decifrabile dal sistema VII.

Sebbene il sistema sia in grado di rilevare le violazioni del segnale e della velocità, non avrà la capacità di identificare il trasgressore e segnalarlo. Il rilevamento ha lo scopo di avvisare il trasgressore e / o di avvicinarsi ai veicoli, per evitare collisioni.

Altre preoccupazioni pubbliche
Altre preoccupazioni per l’accettazione pubblica provengono dai sostenitori della guida ricreativa e dai critici del pedaggio. Il primo argomenta che VII aumenterà l’automazione del veicolo, riducendo il divertimento del guidatore. I problemi di guida ricreativa sono particolarmente diffusi tra i proprietari di auto sportive. Potrebbero essere attenuati compensando la presenza di veicoli senza VII o forse mantenendo strade dove i veicoli senza VII sono autorizzati a viaggiare.

Coloro che sono contrari ai tolling credono che renderanno la guida proibitivamente costosa per gli automobilisti nella fascia di reddito inferiore, in conflitto con la volontà generale di fornire servizi uguali a tutti. In risposta, gli sconti sul trasporto pubblico o gli sconti sull’uso della strada possono essere presi in considerazione per le persone e / o le famiglie idonee. Tali disposizioni esistono attualmente per numerose strade a pedaggio e potrebbero essere applicabili alle strade che sono pedaggi via VII. Tuttavia, poiché VII potrebbe consentire il pedaggio di tutte le carreggiate abilitate per VII, le disposizioni potrebbero essere inefficaci in considerazione della crescente necessità di fornire servizi di transito efficienti in ogni area.

Problemi tecnici

Coordinazione
Uno dei principali problemi che si pongono all’installazione di VII è il problema di come alzare inizialmente il sistema. I costi associati all’installazione della tecnologia nei veicoli e alla fornitura di comunicazioni e alimentazione ad ogni incrocio sono significativi. Costruire le infrastrutture lungo la strada senza la cooperazione dei costruttori automobilistici sarebbe disastroso, così come la situazione inversa; pertanto, le due parti dovranno collaborare per far funzionare il VII concetto.

Ci sono prove di prova concettuali eseguite in Michigan e in California che saranno valutate dal DOT degli Stati Uniti e dai produttori di auto, e verrà presa una decisione, congiuntamente, sull’opportunità o meno di procedere con l’implementazione del sistema in quel momento.

Manutenzione
Un altro fattore da considerare per quanto riguarda la distribuzione della tecnologia è come aggiornare e mantenere le unità. I sistemi di traffico sono altamente dinamici, con nuovi controlli del traffico implementati ogni giorno e le strade costruite o riparate ogni anno. L’opzione basata sul veicolo potrebbe essere aggiornata via Internet (preferibilmente wireless), ma potrebbe successivamente richiedere a tutti gli utenti di avere accesso alla tecnologia Internet. Molte agenzie governative locali stanno testando il dispiegamento di infrastrutture internet nelle città e lungo le strade, ad esempio nei punti di ristoro. Questi sistemi potrebbero essere utilizzati per l’aggiornamento VII.

Un’ulteriore opzione è quella di fornire aggiornamenti ogni volta che un veicolo viene portato per ispezione o manutenzione. Un grosso limite qui è che l’aggiornamento sarebbe nelle mani dell’utente. Alcuni proprietari di veicoli mantengono da soli i loro veicoli, e ispezioni periodiche o interventi di manutenzione sono considerati troppo rari per l’aggiornamento di VII. Gli automobilisti potrebbero anche essere riluttanti a fermarsi ai punti di ristoro per un aggiornamento se non hanno la possibilità di guidare in una città abilitata a Internet.

In alternativa, se i ricevitori fossero collocati in tutti i veicoli e il sistema VII si trovasse principalmente lungo la strada, le informazioni potrebbero essere archiviate in un database centralizzato. Ciò consentirebbe all’agenzia responsabile di emettere aggiornamenti in qualsiasi momento. Questi sarebbero poi diffusi alle unità stradali per il passaggio degli automobilisti. Operativamente, questo metodo è attualmente considerato in grado di fornire la massima efficacia ma a costi elevati per le autorità.

Sicurezza
La sicurezza delle unità è un’altra preoccupazione, soprattutto alla luce del problema dell’accettazione pubblica. I criminali potrebbero manomettere le unità VII o rimuoverle e / o distruggerle a prescindere dal fatto che siano installate all’interno dei veicoli o lungo la strada. Se sono collocati all’interno di veicoli, potrebbero essere emanate leggi simili a quelle per la manomissione di un contachilometri; e le unità potrebbero essere esaminate durante ispezioni o servizi per segni di manomissione. Questo metodo ha molte delle limitazioni menzionate in relazione alla frequenza di ispezione e agli automobilisti che eseguono il proprio servizio di assistenza. Solleva anche preoccupazioni per l’onestà dei tecnici dei veicoli che eseguono le ispezioni. La capacità dei tecnici di identificare i segni di manomissione dipenderebbe dalla loro conoscenza dei sistemi VII stessi.

Magneti, scosse elettriche e software dannoso (virus, hacking o inceppamenti) potrebbero essere utilizzati per danneggiare sistemi VII, indipendentemente dal fatto che le unità si trovino all’interno del veicolo o lungo la strada. Per i tecnici è necessario un addestramento e una certificazione approfonditi per ispezionare le VII unità all’interno di un veicolo. Lungo la strada, sarebbe necessario un alto grado di sicurezza per garantire che l’attrezzatura non sia danneggiata e per aumentare la sua durata. Tuttavia, poiché le unità stradali potrebbero essere collocate sul diritto di passaggio pubblico, che è spesso vicino al bordo della carreggiata, potrebbero esserci preoccupazioni per i veicoli che le colpiscono (sia di proposito che per caso). Le unità dovrebbero essere costruite in modo da non rappresentare una minaccia per gli automobilisti: forse nella forma di un oggetto di basso profilo e / o di massa ridotta, progettato per essere investito o spezzato (il che comporterebbe un’unità relativamente economica); oppure l’unità dovrebbe essere protetta da un dispositivo come un guardrail, sollevando problemi di sicurezza.

Inserimento dati
Ancora un altro limite è nella digitalizzazione degli input per il sistema VII. I sistemi VII continueranno probabilmente a percepire segni e segnali stradali esistenti, ma uno degli obiettivi è eliminare del tutto tali segni e segni. Ciò richiederebbe la conversione delle posizioni e dei messaggi di ciascun elemento nel formato del sistema VII. Probabilmente la responsabilità di questo lavoro ricade sulle agenzie autostradali, che quasi tutte incontrano difficoltà nel finanziamento, nella manodopera e nel tempo disponibile. L’implementazione e il mantenimento di sistemi VII possono quindi richiedere supporto a livello nazionale.

Comunicazioni e autorizzazione
Mentre VII è in gran parte sviluppato come una società di ricerca congiunta che coinvolge numerose agenzie di trasporto, è probabile che i prodotti iniziali saranno adattati alle singole applicazioni. Di conseguenza, problemi di compatibilità e formattazione potrebbero sorgere mentre i sistemi si espandono. Il superamento di queste difficoltà potrebbe richiedere complicati programmi di traduzione tra sistemi diversi o eventualmente una revisione completa dei sistemi VII esistenti al fine di sviluppare un approccio più completo. In entrambi i casi, i costi e il potenziale per i bug nel software saranno probabilmente elevati.

La legislazione dovrà stabilire l’accesso ai dati VII e alle comunicazioni tra le agenzie applicabili. Negli Stati Uniti, ad esempio, una Interstatale è una strada federale che viene spesso gestita dallo Stato, ma anche la contea locale o le autorità municipali possono essere coinvolte. La legislazione dovrebbe stabilire i livelli di autorità di ciascuna agenzia. In Pennsylvania, ad esempio, i comuni tendono ad avere maggiore autorità rispetto alle contee e talvolta persino allo Stato, mentre il vicino Maryland ha più autorità a livello di contea che a livello comunale; e le strade statali sono quasi esclusivamente controllate dallo stato. Dovrebbe anche essere determinato quali altre agenzie possono utilizzare i dati (ad esempio le forze dell’ordine, il censimento, ecc.) E in quale misura è consentito utilizzare le informazioni. Sarebbe necessaria l’applicazione della legge per ridurre al minimo l’uso improprio dei dati. I vari livelli di autorità potrebbero anche aumentare l’incompatibilità.

Recenti sviluppi
Gran parte dell’attuale ricerca e sperimentazione è condotta negli Stati Uniti, dove il coordinamento è assicurato attraverso il Consorzio di integrazione dell’infrastruttura del veicolo, costituito da costruttori automobilistici (Ford, General Motors, DaimlerChrysler, Toyota, Nissan, Honda, Volkswagen, BMW), fornitori IT, Dipartimenti dei trasporti federali e statali degli Stati Uniti e associazioni professionali. Trialling si sta svolgendo in Michigan e in California.

Le applicazioni specifiche attualmente in fase di sviluppo nell’ambito dell’iniziativa statunitense sono:

Driver di avviso di condizioni non sicure o collisioni imminenti.
Avvisare i conducenti se stanno per correre fuori strada o accelerare una curva troppo velocemente.
Informare gli operatori di sistema della congestione in tempo reale, delle condizioni meteorologiche e degli incidenti.
Fornire agli operatori informazioni sulla capacità del corridoio per la gestione in tempo reale, la pianificazione e la fornitura di consigli per il corridoio ai conducenti.
A metà 2007, un ambiente VII che copre circa 20 miglia quadrate (52 km2) vicino a Detroit verrà utilizzato per testare 20 applicazioni del prototipo VII. Diversi produttori automobilistici stanno conducendo anche le proprie ricerche e sperimentazioni su VII.