Come funzionano i sistemi intelligenti di trasporto

Nel recarsi in una grande città può capitare di trovare quasi tutti i semafori verdi, di evitare dei lavori in corso grazie al navigatore satellitare e di raggiungere il parcheggio libero più vicino alla destinazione grazie alle indicazioni dei pannelli a messaggio variabile che ci segnalano quanti posti liberi rimangono nei vari parcheggi.

Tutto questo è il risultato dei sistemi intelligenti di trasporto, ITS in inglese (Intelligent Transportation Systems).  Il termine “trasporto” è generale, non solo legato al muoversi in auto; questi sistemi ottimizzano anche la mobilità dei mezzi pubblici e la logistica del trasporto merci. Su questi sistemi si sta lavorando da diversi decenni, ma il loro sviluppo, grazie alla disponibilità di nuove tecnologie ed esigenze, sta accelerando negli ultimi anni. Vediamo quali sono le principali applicazioni e diamo anche uno sguardo a quello che potrebbero offrire nel prossimo futuro.

Controllo del traffico

Questo è stato il primo obiettivo dei sistemi ITS: evitare, nei limiti del possibile, le congestioni ed ottimizzare il flusso del traffico. Cioè a parità di esigenze, cioè numero di spostamenti, ottenerli nel minor tempo possibile. Lo strumento principale per questo tipo di obiettivo sono gli impianti semaforici. Ridurre le attese “inutili”, cioè prolungare il rosso in assenza di traffico nelle altre direzioni, è stato il primissimo risultato dei sistemi ITS. Sono i cosiddetti semafori “intelligenti”, che si trovano anche sulle strade extraurbane. Mediante delle spire magnetiche immerse nell’asfalto il semaforo rileva il traffico e adegua opportunamente il proprio ciclo semaforico. 

Se poi tutti i semafori di una città sono “intelligenti” e collegati ad una centrale di controllo del traffico, è possibile un ulteriore risultato: creare delle “onde verdi”, sui viali principali della città. Dopo un primo semaforo rosso i successivi semafori si incontrano con il verde, muovendosi ad una velocità entro i limiti. È poi possibile anche dare priorità ai mezzi pubblici. Un esempio di questo controllo traffico è nella Centrale della Mobilità e dell’Infomobilità del Comune di Torino e della Città metropolitana di Torino. È nata in via sperimentale nel 1992 grazie ad un progetto di ricerca europeo “Quartet PLUS”, il primo in Europa volto al testing delle tecnologie “telematiche” applicate alla gestione del traffico e del trasporto pubblico.

Ad oggi, la Centrale svolge attività di monitoraggio e di controllo del traffico, gestisce sistemi di enforcement come la Zona a Traffico Limitato di Torino, raccoglie dati in tempo reale e fornisce servizi di infomobilità ai cittadini attraverso il servizio Muoversi a Torino, avvalendosi di una rete infrastrutturale capillare costituita da 300 incroci centralizzati per il controllo del traffico, 1000 sensori per la misurazione dei flussi di traffico, 71 telecamere di monitoraggio del traffico, 43 varchi di ingresso all’interno della Zona a Traffico Limitato (ZTL) e 25 pannelli di infotraffico. Tra i vari servizi la Centrale fornisce anche i tempi di attesa, aggiornati in tempo reale, dei mezzi pubblici alle varie fermate.

Pannelli a messaggio variabile

Questa è una tecnologia utilizzata fin dai primi anni di sviluppo dei sistemi ITS. Si tratta di dare informazioni ai guidatori attraverso a dei pannelli stradali a messaggio programmabile. Ecco alcune delle informazioni che possono essere fornite:

• Numero di parcheggi liberi nei vari parcheggi cittadini, aggiornato in tempo reale;
• Eventuali limitazioni al traffico, ad esempio per controllare l’inquinamento;
• Presenza di lavori e relative chiusure di strade;
• Presenza di incidenti, rallentamenti, ecc.

Questi pannelli sono anche utili e diffusi fuori dalle città e soprattutto nelle autostrade e tangenziali. Possono segnale rallentamenti dovuti a lavori in corso o incidenti, suggerendo eventualmente percorsi alternativi. I pannelli a messaggio variabile possono non solo fornire informazioni o suggerimenti, ma anche controllare il traffico, esponendo dei cartelli di obbligo che i guidatori devono seguire. Ad esempio, limiti di velocità o la possibilità o meno di utilizzare una determinata corsia.

La tangenziale di Bologna è un esempio: su ogni corsia viene esposto il relativo limite di velocità ed una freccia, verde o rossa, indica se questa corsia può essere utilizzata o meno. In funzione del traffico la centrale di controllo può decidere la strategia migliore da perseguire. Ad esempio, se il traffico è molto intenso può consentire l’utilizzo della corsia più interna, di solito riservata alle emergenze, ma al contempo ridurre il limite di velocità per rendere meno probabile il verificarsi di incidenti. 

Il pedaggio elettronico

Un altro risultato dei sistemi ITS è il cosiddetto ETC, Electronic Toll Collection, pedaggio elettronico o telepedaggio. Far pagare una infrastruttura di trasporto, come un’autostrada o un parcheggio, comporta una perdita di tempo che spesso porta anche a lunghe code e tempi di attesa. Un pagamento di tipo elettronico, che addirittura non richieda al veicolo di fermarsi, è la soluzione.

Grazie ad una comunicazione via radio a corto raggio questo diventa possibile se il veicolo dispone di un apposito dispositivo. In Italia quasi tutti i caselli autostradali e molti parcheggi dispongono di questa tecnologia. Il dispositivo si attiva “sentendo” le onde radio e scambia il suo identificativo con la stazione di terra, sia al casello di ingresso che quello di uscita, permettendo quindi il calcolo e l’addebito del pedaggio, o del parcheggio. Una telecamera legge poi la targa per verificare che il dispositivo sia quello effettivamente associato a quel veicolo.

Informazioni sul traffico

Conoscere in anticipo le condizioni di traffico lungo il percorso, prima e durante il viaggio è un altro degli aspetti a cui i sistemi ITS hanno lavorato fin dai primi anni. Raccogliere le informazioni sul traffico, cioè quanti veicoli stanno transitando e a quale velocità, lungo un certo tratto stradale richiedeva di predisporre una infrastruttura sensoriale, ad esempio delle telecamere in grado di misura il flusso del traffico.

L’enorme sviluppo della telefonia mobile rende oggigiorno possibile una soluzione diversa, detta “floating car data”. Su ogni veicolo che transita sulle strade c’è, almeno, un telefono cellulare. I telefoni cellulari, per poter ricevere una chiamata in qualsiasi istante, devono connettersi ad una stazione di terra, quella più vicina.

Se il telefono è su un veicolo che si muove, occorre garantire che sia sempre connesso alla stazione più vicina e che quindi cambi questa stazione nel momento che, per effetto del movimento, una nuova stazione diventa quella più vicina. Quindi periodicamente avviene uno scambio di comunicazioni tra il telefono e la stazione di base. Questa comunicazione viene anche percepita dalle altre stazioni più prossime al telefono stesso. Andando a misurare l’intensità del segnale ricevuto da almeno tre stazioni di terra è quindi possibile “triangolare”, cioè misurare la posizione del cellulare, essendo note le posizioni delle stazioni base che hanno ricevuto il segnale. Questa misura è “anonima”, non è necessario conoscere il numero del cellulare per eseguirla.

Se questa posizione cambia con una velocità che non è compatibile con uno spostamento fatto a piedi, si può desumere che il telefono si trovi su un veicolo. Mediando poi le informazioni ricevute da molti telefoni è quindi possibile calcolare l’effettivo flusso veicolare per ogni tratto stradale, in tempo reale.  

Alcuni fornitori di servizi, come Google e Waze, vengono autorizzati dal proprietario del telefono cellulare a raccogliere, sempre in modo anonimo, i dati di posizione del cellulare ricavati direttamente dalla localizzazione satellitare. L’utente ottiene in cambio il servizio gratuito di fornitura dei dati di traffico e la navigazione verso la destinazione considerando il traffico stesso. Il guidatore può anche fornire informazioni puntuali, ad esempio incidente, veicolo fermo, lavori in corso, che vengono poi passate a chi si troverà poi a passare su quel tratto di strada successivamente.

In questo modo i dati sul traffico sono molto precisi e, soprattutto, aggiornati. Mediante algoritmi di intelligenza artificiale e partendo dalla conoscenza molto dettagliata del traffico è anche possibile “estrapolare” la situazione futura, cioè quella che andremo a trovare durante il nostro viaggio. Ad esempio, una coda di veicoli potrebbe risolversi prima che arriviamo in quel punto, se il traffico non è molto intenso. In questo modo è possibile avere dati molto precisi sull’orario di arrivo, come anche poter decidere di cambiare il percorso, ad esempio uscire dall’autostrada, solo a fronte di evidenti e certi benefici.  

Sostenibilità

Negli ultimi anni i servizi ITS si sono ulteriormente estesi per coprire non solo gli aspetti relativi alla efficienza del viaggio ma anche alla sostenibilità: minore consumo di carburante e, quando la mobilità è elettrica o ibrida, accesso ai punti di ricarica lungo il percorso. L’integrazione con servizi MAAS, Mobility As A Service, permette poi di poter sfruttare al meglio tutte le risorse di mobilità, trasporto pubblico e mobilità condivisa (car o bike sharing), per ottenere il massimo beneficio secondo i criteri preferiti dall’utente: tempo di viaggio, sicurezza, sostenibilità, eccetera.

In futuro?

Lo sviluppo futuro di questi servizi si baserà sempre più con l’integrazione tra veicoli e infrastruttura stradale. I veicoli saranno sempre più intelligenti, connessi  e sensorizzati. Produrranno una mole enorme di dati, si pensi solo alle informazioni che possono essere raccolte dalle telecamere e i radar necessari per la guida autonoma.

Un veicolo a guida autonoma deve essere in grado di percepire e classificare il traffico intorno ad esso: deve quindi riconoscere veicoli, pedoni, ciclisti, segnali stradali, la loro posizione e, se si muovono, la loro direzione e velocità. Quindi il veicolo sarà in grado di rilevare il traffico circostante, un veicolo fermo in carreggiata, dei lavori stradali, parcheggi liberi, persone sulla strada. Queste informazioni possono essere inviate ad una centrale, ma anche ai veicoli che lo circondano. Oppure ad una stazione locale che quindi è in grado di raccogliere queste informazioni da tutti i veicoli presenti, ricostruire il traffico locale con il massimo dettaglio e informare adeguatamente i veicoli che sopraggiungono nella stessa zona.

I veicoli potranno “cooperare” tra di loro e con l’infrastruttura, nell’ottica di migliorare la sicurezza e l’efficienza della mobilità su strada.  Un veicolo, ad esempio, potrebbe informare il traffico circostante della sua direzione e velocità, o della sua intenzione di svoltare o di cambiare corsia. Queste manovre potrebbero quindi essere eseguite in piena sicurezza, anche in situazioni ad elevato rischio come l’attraversamento di un incrocio in presenza di traffico.

La tecnologia di telefonia mobile 5G rende fattibile questo scenario dove tutti i veicoli trasmettono continuamente informazioni. Ovviamente è necessario che tutto il traffico sia adeguatamente equipaggiato, uno scenario forse per un futuro non vicino ma nemmeno troppo lontano, grazie allo sviluppo tecnologico che rende queste tecnologie sempre più economiche e convenienti se si considerano i relativi benefici in termini di sicurezza ed efficienza.