La herramienta de software ayuda a los automóviles y peatones a compartir la carretera de manera segura y eficiente

La luz se vuelve verde. Entonces, de repente, el sonido de los frenos chirriando se convierte en el repugnante crujido de metal contra metal. Una cantidad sorprendentemente alta de accidentes automovilísticos (21 % de todos los accidentes automovilísticos) ocurre en intersecciones con semáforos. Si bien estos incidentes generalmente son causados ​​​​por errores del conductor, la nueva tecnología vinculada a la infraestructura vial puede ayudar a prevenir accidentes que resultan de errores humanos de juicio.

La próxima generación de control de semáforos no solo necesitará alertar a los conductores con señales rojas, amarillas y verdes, sino también administrar un entorno que incluya vehículos automatizados, peatones y ciclistas junto con automóviles convencionales. Un enfoque inteligente de percepción y control de la infraestructura vial (IPC) puede beneficiar a todos en la carretera, no solo a aquellos que poseen automóviles con funciones automatizadas.

Investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de EE. UU. están construyendo un motor computacional IPC para mejorar el rendimiento de los vehículos conectados y automatizados a través de comunicaciones de infraestructura a vehículo y acelerar el despliegue de controles de tráfico de próxima generación. Esta herramienta de software recopila y combina datos en tiempo real de sensores basados ​​en infraestructura, como radares y cámaras, para crear representaciones digitales precisas del tráfico en las intersecciones.

A finales de este año, NREL lanzará la herramienta de código abierto en línea para que los planificadores, investigadores y otros usuarios puedan fusionar datos de sensores de estas múltiples fuentes en una serie de simulaciones realistas en tiempo real (o «gemelo digital») de tráfico en una variedad de condiciones y escenarios.

«Estamos optimizando la infraestructura y los controles de señales para que funcionen con las funciones automatizadas de los automóviles, en lugar de centrarnos exclusivamente en la tecnología y el funcionamiento de los vehículos», dijo el líder del proyecto e investigador posdoctoral del NREL, Rimple Sandhu. «Al hacerlo, podremos implementar un sistema de transporte general más seguro antes, para crear un mundo en el que los automóviles autónomos puedan coexistir de manera segura con vehículos de modelos más antiguos, así como con personas a pie y en bicicleta».

Muchos autos en las carreteras de hoy en día ya tienen funciones automatizadas como estacionamiento automático, control de crucero adaptativo y detección de puntos ciegos. Desafortunadamente, el ritmo del despliegue de vehículos totalmente automatizados (o autónomos) se ha visto obstaculizado por problemas de seguridad y la falta de conectividad entre el vehículo y la infraestructura. Un desafío es que un solo vehículo no puede sentir completamente su entorno en entornos viales con mezclas complejas de vehículos y otros usuarios.

La automatización de conducción cooperativa (CDA) integrada en la infraestructura, en lugar de automóviles o camiones individuales, puede aumentar la seguridad, la eficiencia y la confiabilidad de todo el sistema de transporte, especialmente a medida que aumenta la automatización de vehículos. Este enfoque hará posible mejorar la seguridad de manera más rápida y económica al realizar mejoras en las aproximadamente 300,000 intersecciones de carreteras equipadas con señales, en lugar de cambiar los casi 300 millones de vehículos que viajan por esas carreteras.

El motor IPC desarrollado por NREL utilizará sensores avanzados basados ​​en infraestructura comunicados a las funciones de automatización del vehículo instaladas por el fabricante para mejorar la seguridad y la eficiencia del combustible, al tiempo que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Una combinación de lecturas de sensores de infraestructura y vehículos desde múltiples puntos de vista no solo hace que el modelo digital resultante sea más preciso, sino que también le permite detectar y medir posibles puntos débiles en seguridad y ciberseguridad. Además, el marco IPC de «gemelo digital» permite que múltiples desarrolladores de aplicaciones compartan modelos validados de intersecciones y colaboren en innovaciones. Además, los investigadores de NREL están aprovechando la información de IPC para aplicaciones específicas de energía que pueden beneficiar a los edificios y la red.

Validación de herramientas informadas por datos

El laboratorio se asoció recientemente con la ciudad de Colorado Springs para recopilar datos de vehículos y peatones que se utilizarán para evaluar, ajustar y validar la herramienta IPC. Los datos se recopilaron utilizando sensores de radar y detección de luz y rango (LiDAR) instalados en postes en la parte superior de los montacargas. El equipo de radar y LiDAR se montó de manera idéntica en dos mástiles o postes, y los postes se orientaron en diferentes direcciones para mejorar el área de cobertura del sensor. Dos vehículos de prueba conducidos por humanos, cada uno equipado con unidades GPS de alta precisión que capturaron la «verdad del terreno» del movimiento de los vehículos, realizaron varias maniobras en relación con la ubicación y orientación de los sensores.

Los datos de radar, LiDAR y GPS sirven como un conjunto de datos de validación para la herramienta IPC, que combina las pistas de vehículos y peatones detectadas por los sensores, mientras que los algoritmos de filtrado bayesiano avanzados fusionan las diversas pistas y calculan una imagen de tráfico unificada.

Los datos recopilados destacaron las fortalezas y deficiencias de cada tipo de sensor. Por ejemplo, LiDAR detectó formas de vehículos con mayor precisión que el radar, pero también tuvo más detecciones falsas.

Aplicaciones y Beneficios

Las aplicaciones habilitadas para IPC incluyen conducción ecológica conectada y optimización de señales de tráfico para maximizar la eficiencia y el ahorro de combustible y alertas activadas por peatones para mejorar la seguridad. Los fabricantes de automóviles comerciales altamente competitivos protegen de cerca su propiedad intelectual, limitando la cantidad de información disponible públicamente sobre tecnologías de vehículos automatizados. La herramienta IPC de código abierto de NREL respaldará e informará el desarrollo de una multitud de aplicaciones que conectan vehículos entre sí y la infraestructura de transporte.

Reconociendo la necesidad de una infraestructura diseñada para comunicarse con vehículos automatizados, el Departamento de Transporte de EE. UU. lanzó la iniciativa Calles de Aplicaciones de Movilidad de Investigación de Automatización Cooperativa (CARMA). El proyecto de NREL proporciona lecturas de alta fidelidad, cálculos rápidos y precisos y comunicaciones desde el motor IPC basado en infraestructura, que se puede utilizar con el marco CARMA Streets.

«Los vehículos automatizados son elementos críticos en nuestra transición hacia un futuro de transporte sin emisiones», dijo el líder del equipo de Equidad e Innovación de Movilidad de NREL, Stan Young. «También desempeñarán un papel fundamental en el establecimiento de un sistema de transporte más equitativo, ofreciendo una alternativa viable a la propiedad de vehículos para los trabajadores de bajos ingresos y las personas que no pueden conducir, además de cumplir con los desafíos de la última milla que enfrentan muchos sistemas de tránsito. Estos IPC los avances jugarán un papel vital para que eso suceda».

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