Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Inteligentna droga. Prowadzi do celu i wszystko rozumie

Inteligentna droga. Prowadzi do celu i wszystko rozumie
W Europie pierwsze "inteligentne drogi" były testowane w 2015 r. w Niemczech, a dokładnie w Hamburgu. Tamtejsi zarządcy nawiązali współpracę z firmą Cisco, z którą wspólnie zaprojektowali jezdnię łączącą trzy ulice oraz most Kattwykbrücke. Jej budowa zajęła cztery miesiące. Drogę oddano do użytku kilka tygodni temu i jak na razie wszystko działa zgodnie z planem.

Na pozór to jezdnia jak każda inna. W rzeczywistości jednak wzdłuż niej umieszczono mnóstwo kamer i czujników. Jedną z najważniejszych funkcji zauważymy, gdy tylko zapadnie zmierzch - LED-owe oświetlenie "podąża" za przechodniami i rowerzystami, latarnie świecą bowiem tylko wtedy, gdy jest taka konieczność. Plusy są dwa: zwiększone bezpieczeństwo i zmniejszone zużycie energii.

Oświetlenie, które działa dzięki czujnikom ciepła, to tylko jeden z kilku elementów składających się na inteligentną drogę. Kolejnym jest monitorowanie ruchu. Kamery liczą pojazdy, aby następnie informować kierowców o natężeniu ruchu, jak również przesyłać informacje do infrastruktury miejskiej, na czele z sygnalizacją świetlną. Zbierane na bieżąco informacje umożliwiają też sprawniejsze zarządzanie mostem Kattwykbrücke. Podnosi się go raz na dwie godziny, a moment ten wybierany jest tak, by ruch miejski jak najmniej ucierpiał.

Jak widać, stworzenie inteligentnej drogi wymaga obecnie stosowania w wielu miejscach różnego rodzaju czujników. Są stosunkowo drogie, ale według raportu McKinsey'a potanieją, gdy wzrośnie na nie popyt. Zainstalowanie inteligentnych rozwiązań, które synchronizują 4500 sygnalizatorów świetlnych kosztowało w 2013 r. Los Angeles ponad 400 mln dolarów. Jednak sygnalizacja drogowa z wbudowanymi czujnikami może zmniejszyć korki nawet o 20%.

 

Sama się obsłuży, zasili i naprawi

"Inteligentne drogi" (smart roads) to bardzo obszerne pojęcie. Wciąż opracowywane są nowe technologie, które mogłyby stać się częścią składową tej koncepcji. Przykładem jest testowany w Wielkiej Brytanii system pozwalający drogom niejako "rozmawiać" z samochodami, dostosowując do ich tempa przejazdu działanie sygnalizacji świetlnej. Dotyczy to przede wszystkim pojazdów uprzywilejowanych, np. karetek, ale może być wykorzystane również w tych związanych z transportem.

Inną interesującą propozycją są inteligentne autostrady, częściowo kontrolujące ruch pojazdów. Wyposażone byłyby w sieć czujników obserwujących sytuację na drodze. Zebrane dane przesyłano by do systemu centralnego, który ustalałby efektywny limit prędkości dla aut znajdujących się na określonym odcinku. Pozwoliłoby to na zapewnienie możliwie największej płynności przejazdu i bezpieczeństwa. Wymagałoby oczywiście rozwinięcia technologii autonomicznych aut, ale mogłoby przyczynić się do usprawnienia transportu krajowego i międzynarodowego.

Przyszłe autostrady nie będą w pełni funkcjonalne bez możliwości współdziałania z pojazdami (i kierowcami) oraz dostosowania się do warunków środowiskowych. Technologie działające między pojazdami (V2V) i między pojazdem a infrastrukturą (V2I) są obecnie testowane w ramach programu Inteligentnych Systemów Transportowych Departamentu Transportu Stanów Zjednoczonych, jak również przez niektóre firmy w Europie.

Przyszłe autostrady i mosty mają współtworzyć Internet Rzeczy, w tym wykorzystanie zaawansowanych czujników w nowych i istniejących strukturach. Przykładem integracji technologicznej tej infrastruktury jest Memorial Bridge w Portsmouth. Tamtejszy New Hampshire Department of Transportation (NHDOT) planuje umieścić w konstrukcji mostu 250 czujników, gromadzących informacje na temat natężenia ruchu, naprężeń strukturalnych, wibracji, prędkości wiatru, wilgotności i temperatury. Podobnie jak w przypadku wielu innych proponowanych rozwiązań oświetleniowych, będą one zasilane w sposób zrównoważony, za pomocą systemu turbin przymocowanego do konstrukcji mostu.

W Holandii testowane jest fluorescencyjne oznakowanie jezdni, emitujące miękkie, niemęczące oczu kierowców światło. Oprócz tego na nawierzchnię mogą zostać nałożone specjalne znaki poziome ostrzegające o gołoledzi, przezroczyste w dodatnich temperaturach i pojawiające się pod wpływem mrozu. Zamiast wydawać duże środki na oświetlenie tysięcy kilometrów dróg, wykorzystanie światła w ciemnych znakach drogowych wydaje się lepszą i łatwiejszą do przyjęcia alternatywą. Takie oznaczenia można już spotkać na drodze na autostradzie N329 w holenderskim Oss. Wykonywane są przez firmę budowlaną Heijmans i firmę projektową Studio Roosegaarde farbami zawierającymi proszek fotoluminescencyjny, który "ładuje się" w ciągu dnia.

Panele drogowe Solar Roadways

Panele drogowe Solar Roadways

 

Do kategorii smart roads zaliczany jest też znany z USA projekt Solar Roadways. Ma on na celu zastąpienie nawierzchni betonowych, takich jak standardowe drogi asfaltowe, panelami wyposażonymi w ogniwa fotowoltaiczne, służącymi do wytwarzania i magazynowania energii elektrycznej. Panele w kształcie sześciokąta zawierają szkło hartowane, mikroprocesory, urządzenia grzewcze oraz indukcyjne ładowanie dla pojazdów elektrycznych podczas jazdy. Teoretycznie - wiele funkcji w jednym. Pozostaje pytanie o ich trwałość.

"Bystra" droga mogłaby się też sama naprawiać. Tu również trwają prace nad odpowiednimi rozwiązaniami. Na trzech brytyjskich uniwersytetach prowadzone są próby tworzenia "samouzdrawiających się" technologii betonu, które pozwoliłyby na samorzutną naprawę dróg bez interwencji człowieka.

Inteligentne drogi - szersze ujęcie
Inteligentne drogi - szersze ujęcie

 

Wirtualny tor

Instytut Virginia Tech przygotował 3,5-kilometrową drogę do testowania nowych technologii chodników i transportu. Przy użyciu 75 specjalnych wież pogodowych są tam symulowane rozmaite warunki pogodowe i oświetleniowe. Virginia Smart Road jest wyposażona w czterysta wbudowanych czujników do zbierania danych o warunkach drogowych i ruchu drogowym. Układ światłowodowy służy do komunikacji między pojazdami, wieżą kontrolną i drogą.

Nowy, bardzo ruchliwy most Carquinez Bridge w Kalifornii wyposażono w bezprzewodowy system monitoringu, zainstalowany w celu zbierania informacji o strukturze konstrukcji. Umieszczono tam 33 węzły czujników bezprzewodowych, tzw. węzły Narada. Zagospodarowując energię słoneczną, wykorzystują one akcelerometry, czujniki tensometryczne, łopatki wiatrowe i termistory do pomiaru przyspieszenia i naprężeń na mostku, a także wpływ temperatury i wiatru na most.

 Testowa droga Virginia Tech
Testowa droga Virginia Tech
 

Kilka lat temu w Korei Południowej zbudowano drogę przystosowaną do bezprzewodowego ładowania elektrycznego autobusu podczas podróży po jej trasie. Wyposażona jest w elektromagnesy generujące pole indukcyjnie ładujące ogniwa pojazdu. Dzięki temu w autobusach mogą znajdować się znacznie mniejsze niż zwykle akumulatory pokładowe.

Idące w tym kierunku rozwiązanie inteligentnej - nie tylko ładującej, ale również prowadzącej - drogi, zaprojektowali Chińczycy. W ich koncepcji pojazd porusza się niczym tramwaj lub miejski pociąg. Nie potrzebuje jednak szyn - ma zamontowane czujniki, które prowadzą go po wyznaczonym przez komputer torze wyposażonym w sensory. Nie może więc zboczyć z obranego kursu. Na razie wygląda to jak tramwaj, ale wirtualne tory mogą okazać się obiecującym rozwiązaniem dla autonomicznego transportu.

W maju 2017 r. firma 3M Connected Roads uruchomiła program pilotażowy we współpracy z Michigan Department of Transportation. Na trzech kilometrach drogi położono nowy rodzaj farby do znakowania drogi, aby "współpracowała" z czujnikami samochodowymi. Zastosowano także eksperymentalne znaki odblaskowe, zawierające informacje, które mogą odczytywać systemy autonomicznych aut.

Według twórców tych rozwiązań, jest to ważny pierwszy krok w kierunku połączonej z pojazdami całej infrastruktury drogowej, ponieważ GPS nie zapewnia wystarczającej dokładności, aby kierować pojazdem bez kierowcy. Problemy z nawigacją niosą niekiedy poważne konsekwencje dla bezpieczeństwa - zaledwie kilka centymetrów różnicy w pomiarach może zaowocować złym pokierowaniem pojazdem. Jak wiadomo, nawet ludzie za kierownicą mają problemy z dostrzeganiem linii na drodze przy złej pogodzie i takie same trudności lub większe mają kamery oraz czujniki pojazdów autonomicznych. Badając te czujniki, naukowcy zauważyli, że często potrzebują większego kontrastu, aby odróżnić oznaczenia drogowe - białe lub żółte linie ulicy - od asfaltu.

Pojazd na wirtualnym torze wyznaczanym przez czujniki

Pojazd na wirtualnym torze wyznaczanym przez czujniki

 

Obok eksperymentalnej, wysoko kontrastowej farby, 3M Connected Roads testuje więc kolejne rozwiązanie - znakowanie ulic pakietami informacji, takich jak dokładne współrzędne GPS pojazdu lub szczególnych miejsc na drodze, w rodzaju ostrych zakrętów czy świateł stopu. Można to nazwać rozszerzoną rzeczywistością (AR). Jest to jednak AR nie tylko dla ludzi, ale przede wszystkim dla maszyn.

Nie dla wszystkich wydaje się jednak oczywiste, że oparte na sztucznej inteligencji systemy autonomicznej jazdy muszą iść w parze z inteligentnymi drogami. Przodujące w technikach autonomicznej motoryzacji Google nie rozwija wkomponowanego w infrastrukturę systemu sygnalizacji, połączonego z systemami samochodowymi. Firma wychodzi z założenia, że jego auta muszą być całkowicie samowystarczalne, co zapewni bezpieczeństwo jazdy po każdej drodze. Sama droga nie musi być więc inteligentna. Poza tym zarówno w Google, jak i wielu innych firmach rozwijających autonomiczne systemy jazdy, uważa się, że rozbudowa inteligentnej infrastruktury to sprawa władz, zarządców dróg, samorządów i rządów.

Rozwiązanie ze znakami w rozszerzonej rzeczywistości, autorstwa 3M Connected Roads

Rozwiązanie ze znakami w rozszerzonej rzeczywistości, autorstwa 3M Connected Roads

 

Inteligenta droga - szerokie zagadnienie

Te zaś nadmiaru środków nie mają, choć w rozmaitych miejscach świata podejmują jednak wyzwanie przygotowania takich projektów. "Wall Street Journal" w lutym 2017 r. donosił, że władze w kilku stanach USA starają się inwestować w nowoczesną technologię drogową. W Wirginii zainstalowały inteligentny sprzęt - znaki, które dynamicznie zmieniają ograniczenia prędkości. Gdy zła pogoda uderzy w odcinek autostrady, ruch może być tam stopniowo zwolniony, bez generowania problemów spowodowanych gwałtownym hamowaniem i kołysaniem.

Planiści twierdzą, że zaletami inteligentnych dróg jest zwiększenie przepustowości poprzez umożliwienie pojazdom podróżowania bliżej siebie, bez narażania się na wypadki. Przyczyni się to do zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza i zwiększenia wydajności, ponieważ samochody będą mogły jeździć ze stałą prędkością, bez zatrzymywania się i ruszania z miejsca, co zredukuje zużycie paliwa.

W szerokim ujęciu inwestycje w inteligentne drogi dotyczą bardzo wielu aspektów życia gospodarczego, społecznego, psychologii i samopoczucia. Z pewnością więc nie można powiedzieć, że to problem, który dotyczy jedynie właścicieli i zarządców dróg.

Pojazd na wirtualnych szynach:

Ciąg dalszy TEMATU NUMERU w najnowszym wydaniu miesięcznika "Młody Technik"