Integração de infraestrutura veicular

A Integração da Infra-estrutura de Veículos (VII) é uma iniciativa que promove o desenvolvimento de pesquisas e aplicações para uma série de tecnologias que ligam diretamente os veículos rodoviários aos seus ambientes físicos, principalmente para melhorar a segurança no trânsito. A tecnologia baseia-se em várias disciplinas, incluindo engenharia de transporte, engenharia elétrica, engenharia automotiva e ciência da computação. VII abrange especificamente o transporte rodoviário, embora existam tecnologias semelhantes em desenvolvimento para outros modos de transporte. Os aviões, por exemplo, usam beacons baseados em terra para orientação automatizada, permitindo que o piloto automático pilote o avião sem intervenção humana. Na engenharia de rodovias, melhorar a segurança de uma rodovia pode melhorar a eficiência geral. VII visa melhorias em segurança e eficiência.

Integração de infra-estrutura de veículo é aquele ramo de engenharia que lida com o estudo e aplicação de uma série de técnicas que ligam veículos rodoviários diretamente ao ambiente físico deles / delas para melhorar segurança de estrada.

Objetivos
O objetivo do VII é fornecer uma ligação de comunicação entre os veículos na estrada (via equipamento de bordo, OBE), e entre os veículos e a infra-estrutura rodoviária (via Roadside Equipment, RSE), a fim de aumentar a segurança, eficiência e conveniência do sistema de transporte. Ele é baseado na implantação generalizada de um link dedicado de comunicações de curto alcance (DSRC), incorporando o IEEE 802.11p. O desenvolvimento da VII depende de um modelo de negócios que apóia os interesses de todas as partes envolvidas: indústria, autoridades de transporte e organizações profissionais. A iniciativa tem três prioridades:

avaliação do modelo de negócio (incluindo programação de implantação) e aceitação pelas partes interessadas;
validação da tecnologia (em particular os sistemas de comunicações) à luz dos custos de implantação; e
desenvolvimento de estruturas e políticas legais (particularmente no que diz respeito à privacidade) para aumentar o potencial de sucesso do sistema a longo prazo.

Segurança
A atual tecnologia de segurança ativa conta com sistemas de radar e visão baseados em veículos. Por exemplo, essa tecnologia pode reduzir as colisões traseiras rastreando as obstruções na frente ou atrás do veículo, aplicando automaticamente os freios quando necessário. Essa tecnologia é um pouco limitada, pois detecta apenas a distância e a velocidade dos veículos dentro da linha direta de visão das câmeras e a faixa de detecção dos radares. É quase completamente ineficaz para colisões em ângulo e à esquerda. Pode até mesmo causar um motorista a perder o controle do veículo no caso de uma colisão frontal iminente. As colisões traseiras cobertas pela tecnologia atual são tipicamente menos severas do que as colisões angulares, à esquerda ou de frente. A tecnologia existente é, portanto, inadequada para as necessidades gerais do sistema rodoviário.

VII forneceria uma ligação direta entre um veículo na estrada e todos os veículos dentro de uma vizinhança definida. Os veículos seriam capazes de se comunicar uns com os outros, trocando dados sobre velocidade, orientação, talvez até mesmo na conscientização e intenção do motorista. Isto poderia aumentar a segurança para veículos próximos, enquanto aumenta a sensibilidade geral do sistema VII, por exemplo, executando uma manobra de emergência automatizada (direção, desacelerando, freando) mais efetivamente. Além disso, o sistema foi projetado para se comunicar com a infraestrutura da estrada, permitindo informações de tráfego completas e em tempo real para toda a rede, bem como melhor gerenciamento de filas e feedback para os veículos. Em última análise, ele fecharia os ciclos de feedback sobre o que agora é um sistema de transporte de ciclo aberto.

Através do VII, as marcações na estrada e os sinais de trânsito podem se tornar obsoletos. As aplicações existentes do VII usam sensores dentro de veículos que podem identificar marcações na estrada ou assinar ao longo do lado da estrada, ajustando automaticamente os parâmetros do veículo conforme necessário. Em última análise, o VII visa tratar esses sinais e marcações como pouco mais do que os dados armazenados no sistema. Isso poderia ser na forma de dados adquiridos através de balizas ao longo de uma rodovia ou armazenados em um banco de dados centralizado e distribuídos para todos os veículos equipados com VII.

Eficiência
Todos os fatores acima são em grande parte em resposta à segurança, mas o VII poderia levar a ganhos notáveis ​​na eficiência operacional de uma rede de transporte. Como os veículos serão interligados com uma diminuição resultante nos tempos de reação, o avanço entre os veículos poderia ser reduzido, de modo que houvesse menos espaço vazio na estrada. A capacidade disponível para tráfego seria, portanto, aumentada. Mais capacidade por pista, por sua vez, significará menos pistas em geral, possivelmente satisfazendo as preocupações da comunidade sobre o impacto do alargamento da estrada. O VII permitirá a coordenação precisa do sinal de tráfego, rastreando os pelotões de veículos e se beneficiará de um timing preciso, baseando-se em dados de tráfego em tempo real, cobrindo volume, densidade e movimentos de viragem.

Os dados de tráfego em tempo real também podem ser usados ​​no projeto de novas estradas ou na modificação de sistemas existentes, pois os dados poderiam ser usados ​​para fornecer estudos precisos de origem e destino e contagens de movimentação de curvas para usos em previsão de transporte e operações de tráfego. Tal tecnologia também levaria a melhorias para engenheiros de transporte para resolver problemas, reduzindo o custo de obtenção e compilação de dados. O pedágio é outra perspectiva para a tecnologia VII, pois poderia permitir que as estradas fossem automaticamente pagas. Os dados podem ser coletivamente transmitidos aos usuários da via para exibição no veículo, delineando o menor custo, a menor distância e / ou a rota mais rápida para um destino com base nas condições em tempo real.

Aplicativos existentes
Até certo ponto, os resultados foram alcançados em testes realizados em todo o mundo, utilizando GPS, sinais de telefones celulares e placas de registro de veículos. O GPS está se tornando padrão em muitos novos veículos de última geração e é uma opção na maioria dos novos veículos de gama baixa e média. Além disso, muitos usuários também têm telefones celulares que transmitem sinais rastreáveis ​​(e também podem ser habilitados para GPS). Os telefones celulares já podem ser rastreados para fins de resposta a emergências. GPS e rastreamento de celular, no entanto, não fornecem dados totalmente confiáveis. Além disso, a integração de telefones celulares em veículos pode ser proibitivamente difícil. Os dados dos telefones celulares, embora úteis, podem até aumentar os riscos para os motoristas, já que tendem a olhar para seus telefones em vez de se concentrar na direção. O reconhecimento automático da placa de registro pode fornecer altos níveis de dados, mas rastrear continuamente um veículo por um corredor é uma tarefa difícil com a tecnologia existente. O equipamento de hoje é projetado para aquisição de dados e funções como fiscalização e pedágio, não para devolver dados a veículos ou motoristas para resposta. O GPS, no entanto, será um dos principais componentes dos sistemas VII.

Limitações
Existem inúmeras limitações para o desenvolvimento do VII. Um equívoco comum é que o maior desafio para a tecnologia VII é o poder de computação que pode ser instalado dentro de um veículo. Embora isso seja de fato um desafio, a tecnologia para computadores tem avançado rapidamente e não é uma preocupação especial para os pesquisadores do VII. Dado o fato de que as tecnologias já existem para as formas mais básicas de VII, talvez o maior obstáculo para a implantação da tecnologia VII seja a aceitação pública.

Privacidade
O mito mais comum sobre VII é que inclui tecnologia de rastreamento; No entanto, este não é o caso. A arquitetura é projetada para evitar a identificação de veículos individuais, com toda a troca de dados entre o veículo e o sistema ocorrendo anonimamente. Intercâmbios entre os veículos e terceiros, tais como OEMs e coletores de pedágio ocorrerão, mas o tráfego de rede será enviado através de túneis criptografados e, portanto, não será decifrável pelo sistema VII.

Embora o sistema seja capaz de detectar violações de sinal e velocidade, ele não terá a capacidade de identificar o infrator e relatá-lo. A detecção é para o propósito de alertar o infrator e / ou se aproximar de veículos, para evitar colisões.

Outras preocupações do público
Outras preocupações de aceitação pública vêm de defensores da condução recreativa, bem como de críticos do pedágio. Os primeiros argumentam que o VII aumentará a automação do veículo, reduzindo o prazer do motorista. Preocupações de condução recreativa são particularmente prevalentes entre os proprietários de carros esportivos. Eles poderiam ser atenuados, compensando a presença de veículos sem VII ou talvez mantendo as estradas onde os veículos sem VII são autorizados a viajar.

Aqueles que se opõem ao pedágio acreditam que tornar a condução proibitivamente cara para os motoristas na faixa de renda mais baixa, em conflito com o desejo geral de fornecer serviços iguais para todos. Em resposta, descontos para transporte público ou descontos no uso da estrada podem ser considerados para qualificar indivíduos e / ou famílias. Tais disposições existem atualmente para inúmeras rodovias com pedágio e poderiam ser aplicadas a rodovias que são pagas via VII. No entanto, como o VII poderia permitir o pedágio de todas as rodovias habilitadas pelo VII, as provisões podem ser ineficazes em vista da maior necessidade de fornecer serviços de trânsito eficientes para o usuário em todas as áreas.

Problemas técnicos

Coordenação
Uma questão importante que enfrenta a implantação do VII é o problema de como posicionar o sistema inicialmente. Os custos associados à instalação da tecnologia em veículos e ao fornecimento de comunicações e energia em todas as interseções são significativos. Construir a infraestrutura ao longo da estrada sem a cooperação dos fabricantes de automóveis seria desastroso, assim como a situação inversa; portanto, as duas partes precisarão trabalhar juntas para fazer o conceito VII funcionar.

Há testes de prova de conceito sendo realizados no Michigan e na Califórnia que serão avaliados pelo DOT dos EUA e pelos fabricantes de automóveis, e uma decisão será tomada, em conjunto, sobre se deve ou não avançar com a implementação do sistema naquele momento.

Manutenção
Outro fator a ser considerado em relação à distribuição da tecnologia é como atualizar e manter as unidades. Os sistemas de tráfego são altamente dinâmicos, com novos controles de tráfego implementados todos os dias e estradas construídas ou reparadas todos os anos. A opção baseada em veículo pode ser atualizada pela Internet (preferencialmente sem fio), mas pode subsequentemente exigir que todos os usuários tenham acesso à tecnologia da Internet. Muitas agências governamentais locais têm testado a implantação de instalações de internet em cidades e ao longo de rodovias, por exemplo, em paradas para descanso. Esses sistemas podem ser usados ​​para atualização do VII.

Uma opção adicional é fornecer atualizações sempre que um veículo é levado para inspeção ou manutenção. Uma limitação importante aqui é que a atualização estaria nas mãos do usuário. Alguns proprietários de veículos mantêm seus próprios veículos, e inspeções ou serviços periódicos são considerados pouco frequentes para atualizar o VII. Os motoristas também podem relutar em parar em paradas de descanso para uma atualização se não tiverem a possibilidade de dirigir em uma cidade com acesso à internet.

Alternativamente, se os receptores fossem colocados em todos os veículos e o sistema VII estivesse localizado principalmente ao longo da estrada, as informações poderiam ser armazenadas em um banco de dados centralizado. Isso permitiria que a agência responsável emitisse atualizações a qualquer momento. Estes seriam então disseminados para as unidades de beira de estrada para passar os motoristas. Operacionalmente, este método é considerado atualmente para fornecer a maior eficácia, mas a um alto custo para as autoridades.

Segurança
A segurança das unidades é outra preocupação, especialmente à luz da questão da aceitação pública. Os criminosos podem adulterar as unidades VII ou removê-las e / ou destruí-las, independentemente de estarem instaladas dentro de veículos ou ao longo da estrada. Se eles são colocados dentro de veículos, leis semelhantes àquelas para adulterar um odômetro poderiam ser decretadas; e as unidades poderiam ser examinadas durante inspeções ou serviços em busca de sinais de adulteração. Este método tem muitas das limitações mencionadas em relação à frequência de inspeção e aos motoristas que realizam sua própria manutenção. Também levanta preocupações em relação à honestidade dos técnicos de veículos que realizam as inspeções. A capacidade dos técnicos para identificar sinais de adulteração dependeria de seu conhecimento dos próprios sistemas VII.

Ímãs, choques elétricos e softwares mal-intencionados (vírus, hackers ou interferência) podem ser usados ​​para danificar sistemas VII – independentemente de as unidades estarem localizadas dentro do veículo ou ao longo da estrada. Treinamento extensivo e certificação seriam necessários para os técnicos inspecionarem as unidades VII dentro de um veículo. Ao longo da estrada, um alto grau de segurança seria necessário para garantir que o equipamento não fosse danificado e aumentasse sua durabilidade. No entanto, como as unidades de beira de estrada podem muito bem ser colocadas na faixa de domínio pública – que muitas vezes fica perto da borda da pista – pode haver preocupações sobre os veículos que as atingem (seja de propósito ou por acidente). As unidades teriam de ser construídas de forma a não constituírem uma ameaça para os motoristas: talvez sob a forma de um objeto de baixo perfil e / ou de baixa massa projetado para ser atropelado ou desmembrar (o que implicaria unidade de baixo custo); ou a unidade teria que ser protegida por um dispositivo como um guardrail, levantando preocupações de segurança próprias.

Entrada de dados
Ainda outra limitação está na digitalização das entradas para o sistema VII. Os sistemas VII provavelmente continuarão a sentir sinais existentes e marcações nas estradas, mas um dos objetivos é eliminar esses sinais e marcas completamente. Isso exigiria a conversão dos locais e mensagens de cada item no formato do sistema VII. A responsabilidade por este trabalho provavelmente recairia sobre as agências rodoviárias, que quase todas enfrentam dificuldades em financiamento, mão de obra e tempo disponível. Implementar e manter sistemas VII pode, portanto, requerer apoio em nível nacional.

Comunicações e autorização
Embora o VII esteja em grande parte sendo desenvolvido como uma empresa de pesquisa conjunta envolvendo várias agências de transporte, é provável que os produtos iniciais sejam adaptados para aplicações individuais. Como resultado, problemas de compatibilidade e formatação podem surgir à medida que os sistemas se expandem. A superação dessas dificuldades pode exigir programas de tradução complicados entre diferentes sistemas ou possivelmente uma revisão completa dos sistemas VII existentes, a fim de desenvolver uma abordagem mais abrangente. Em ambos os casos, os custos e o potencial de erros no software provavelmente serão altos.

A legislação será necessária para estabelecer o acesso aos dados e comunicações do VII entre as agências aplicáveis. Nos EUA, por exemplo, uma rodovia interestadual é uma rodovia federal que é frequentemente mantida pelo estado, mas as autoridades municipais ou do condado local também podem estar envolvidas. A legislação precisaria definir os níveis de autoridade de cada agência. Na Pensilvânia, por exemplo, os municípios tendem a ter maior autoridade do que os condados e às vezes até o Estado, enquanto o vizinho Maryland tem mais autoridade no nível do condado do que no nível municipal; e as estradas estaduais são quase exclusivamente controladas pelo Estado. Também deve ser determinado que outras agências podem usar os dados (ou seja, aplicação da lei, Censo, etc.) e até que ponto é permitido usar as informações. A aplicação da lei seria necessária para minimizar o uso indevido de dados. Os vários níveis de autoridade também podem aumentar a incompatibilidade.

Desenvolvimentos recentes
Grande parte da pesquisa e experimentação atual é conduzida nos Estados Unidos onde a coordenação é garantida através do Consórcio de Integração de Infraestrutura de Veículos, consistindo de fabricantes de automóveis (Ford, General Motors, DaimlerChrysler, Toyota, Nissan, Honda, Volkswagen, BMW), fornecedores de TI, Departamentos de transporte federal e estadual dos EUA e associações profissionais. O Trialling está ocorrendo em Michigan e na Califórnia.

As aplicações específicas que estão sendo desenvolvidas sob a iniciativa dos EUA são:

Aviso de drivers de condições inseguras ou colisões iminentes.
Advertindo os motoristas se eles estão prestes a sair da estrada ou a velocidade em torno de uma curva muito rápido.
Informar os operadores do sistema sobre o congestionamento em tempo real, condições climáticas e incidentes.
Fornecer aos operadores informações sobre a capacidade do corredor para gerenciamento em tempo real, planejamento e fornecimento de alertas em todo o corredor para os motoristas.
Em meados de 2007, um ambiente VII cobrindo cerca de 52 quilômetros quadrados perto de Detroit será usado para testar 20 aplicações do protótipo VII. Vários fabricantes de automóveis também estão conduzindo suas próprias pesquisas e testes.