Smart Roads: Servizi avanzati Intelligent Transportation Systems

1              Introduzione

Un sistema di trasporto intelligente Intelligent Transportation Systems (ITS) è un’infrastruttura avanzata che mira a fornire servizi innovativi relativi a diverse modalità di trasporto e alla gestione del traffico, consentendo agli utenti di essere meglio informati e di fare un uso più sicuro, coordinato e “intelligente” delle reti di trasporto[1].

Alcune di queste tecnologie includono la chiamata dei servizi di emergenza in caso di incidente, l’uso di telecamere per far rispettare il codice della strada o di cartelli che segnalano le variazioni dei limiti di velocità a seconda delle condizioni.

Sebbene gli ITS possano riferirsi a tutte le modalità di trasporto, la direttiva dell’Unione Europea 2010/40/UE, emanata il 7 luglio 2010, definisce gli ITS come sistemi in cui le tecnologie dell’informazione e della comunicazione sono applicate nel campo del trasporto stradale, comprese le infrastrutture, i veicoli e gli utenti, e nella gestione del traffico e della mobilità, nonché per le interfacce con altre modalità di trasporto[2].

Gli ITS possono essere utilizzati per migliorare l’efficienza e la sicurezza dei trasporti in molte situazioni, come il trasporto stradale, la gestione del traffico, la mobilità, ecc[3].

La tecnologia ITS viene adottata in tutto il mondo per aumentare la capacità delle strade trafficate, ridurre i tempi di percorrenza e consentire la raccolta di informazioni su ignari utenti della strada[4].

I sistemi di trasporto intelligenti variano nelle tecnologie applicate, dai sistemi di gestione di base come la navigazione automobilistica, i sistemi di controllo dei segnali stradali, i sistemi di gestione dei container, i pannelli a messaggio variabile, il riconoscimento automatico delle targhe o gli autovelox, alle applicazioni di monitoraggio, come i sistemi di sicurezza a circuito chiuso e i sistemi di rilevamento automatico degli incidenti o dei veicoli fermi, fino alle applicazioni più avanzate che integrano dati in tempo reale e feedback da una serie di altre fonti, come i sistemi di guida e informazione sui parcheggi, le informazioni meteorologiche etc.

I servizi avanzati di tipo ITS (Intelligent Transportation Systems) si possono suddividere in due categorie:

• I sistemi e servizi di tipo più tradizionale, che sfruttano tecnologie mature da alcuni anni (sistemi e servizi di informazione e gestione)
• I servizi di tipo “cooperativo”, che sfruttano l’interazione diretta tra veicolo e infrastruttura (servizi abilitati delle tecnologie di tipo V2X), che vanno oggi sotto il nome di C-ITS (cooperative ITS).

2              Sistemi di informazione e gestione

Le Smart Road di tipo I dovranno essere dotate di opportuni Centri di Gestione e Controllo che realizzino alcune funzioni di base, avendo come obiettivo tanto la sicurezza e l’efficienza della viabilità quanto la gestione ottimale dell’infrastruttura. Si descrivono di seguito le funzioni di base che caratterizzano la smart road.

2.1            Analisi prestazionale

L’Analisi prestazionale prevede lo studio continuo delle prestazioni dei vari tratti stradali. Diventa necessario prevedere funzioni che alimentino una base dati storica delle prestazioni, inclusi i dati relativi alla sicurezza stradale.

Tra le funzioni per l’analisi delle prestazioni dei tratti significativi della rete stradale si annoverano:

• analisi delle prestazioni correnti mediante confronto tra i dati correnti e i dati target (efficienza del traffico);
• analisi dei dati di sicurezza per il confronto tra gli archi della rete;
• analisi dei dati sulle infrastrutture (e.g. frequenza e severità dei cantieri) con il confronto tra tratti omologhi;
• mantenimento di un archivio di “punti neri” per sicurezza, efficacia e resilienza delle infrastrutture.

2.2            Gestione scenari e Previsione

Le funzioni in questa area sono di supporto alla Gestione del Traffico e alla pianificazione. Tali funzioni usano la massa di dati presenti in archivio (ed eventualmente altri dati ottenibili da terzi) per effettuare previsioni sul traffico, individuare possibili strategie di gestione, simularne le conseguenze e definire scenari di intervento coordinati e resi pubblici.

Uno “scenario di intervento concordato” è caratterizzato da:

• Rete interessata
• Elenco di eventi che motivano lo scenario
  • tipo
  • localizzazione
  • severità
• Elenco di azioni contenute nello scenario (e.g. chiusure, diversioni, speed control, informazioni)
  • tipo
  • localizzazione
  • livello

Le funzioni possibili sono:

• generazioni previsioni a breve e per periodi omogenei;
• preparazione, verifica e archiviazioni scenari.

2.3            Gestione operativa del traffico

In questa area ricadono le funzioni che conducono alla formulazione di decisioni per la gestione del traffico. A tal fine, possono essere utilizzate le funzioni di analisi e simulazione già elencate nell’area “previsione” e, se del caso, attuare gli “scenari” decisi.

Le azioni possibili includono:

• deviazioni dei flussi, in caso di ostruzioni gravi;
• interventi sulle velocità medie, per evitare o risolvere congestioni (speed control);
• suggerimento di traiettorie e corsie (lane control);
• gestione dinamica di accessi (ramp metering);
• gestione semaforica.

Le funzioni possibili sono:

• analisi degli allarmi ricevuti su eventi vari;
• verifica dell’archivio “scenari” e, ove esistenti e corrispondenti, decisione sulla loro applicazione;
• attuazione di metodi di controllo automatici (velocità, corsia, rampe).

2.4            Gestione parcheggi (inclusi i servizi per i veicoli pesanti e i veicoli elettrici)

In questa area ricadono le funzioni che abilitano il supporto digitale alla sosta e al parcheggio. Sono di particolare importanza due casi, che richiedono informazione accurata e previsione: la sosta dei veicoli trasporto merci e la sosta (con il carico batteria) dei veicoli elettrici.

Sono poi incluse anche le informazioni relative alle aree di sosta generali (disponibilità di servizi, di carburanti speciali, prezzi e simili).

Le funzioni possibili sono:

• Gestione delle informazioni (semi statiche) sulle aree di sosta;
• Monitoraggio della situazione e previsione a breve termine della disponibilità (usando anche i dati correnti e storici di traffico e di domanda);
• Gestione delle prenotazioni.

2.5            Gestione cantieri

I cantieri stradali devono essere seguiti centralmente, con previsione dei tempi e dei luoghi su cui il cantiere ha impatto, anche con tecniche di monitoraggio “on-line” della posizione, eventualmente basate sulla localizzazione satellitare

Possono essere utilizzati sistemi self-aware di cantieri in grado di comunicare la propria posizione in centrale operativa (allo scopo di verificare il programma di intervento e assicurare la pubblicizzazione delle relative informazioni) e direttamente ai veicoli (attrezzati) sopraggiungenti, con tecnologie di tipo V2I.

2.6            Sorveglianza, sanzionamento e sicurezza

Le funzioni in questa area, con il coinvolgimento degli organi di polizia stradale, sorvegliano la rete stradale, sanzionano i comportamenti illegali e tracciano, per ragioni di sicurezza, i movimenti di veicoli speciali o di veicoli segnalati, nel rispetto della normativa in materia di riservatezza e protezione dei dati personali.

Molte delle funzioni di questa area sono abilitate dai servizi di raccolta, elaborazione e distribuzione dei dati sulla circolazione e sul traffico ed in particolare dai sistemi e dispositivi di campo descritti nella sezione A.

Alcune funzioni possibili sono:

• gestione delle telecamere di sorveglianza;
• gestione dei sistemi (rilievo, enforcemenet o “cooperativi”) per il rilievo automatico delle targhe e delle infrazioni;
• sanzionamento delle infrazioni;
• gestione dei vari allarmi ricevuti dai sistemi di rilievo ed enforcement (e.g. veicolo in senso di marcia errato) e dalle comunicazioni V2I.
• verifica di conformità per assicurazione

2.7            Gestione e tracciamento di veicoli speciali

Le funzioni in questa area afferiscono essenzialmente a tre categorie:

• Transiti eccezionali: devono essere previste funzioni in grado di abilitare la prenotazione, l’instradamento, il tracciamento e il monitoraggio per i transiti eccezionali.
• Merci pericolose: devono essere registrati gli incidenti segnalati (attraverso la comunicazione V2I) dai veicoli che trasportano merci pericolose.
• Veicoli di emergenza, di sicurezza, di cantiere: devono essere tracciati (attraverso la comunicazione V2I), con la esclusione dei veicoli in servizio di polizia.

3              Supporto per i gestori di infrastrutture

I gestori di Smart Road, nella definizione e nella realizzazione dei sistemi di informazione e gestione, sono supportati dall’Osservatorio tecnico di cui all’articolo 20 del decreto 28 febbraio 2018 del MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI recante “Modalità attuative e strumenti operativi della sperimentazione su strada delle soluzioni di Smart Road e di guida connessa e automatica”, in particolare attraverso la definizione di un quadro di insieme nazionale, anche in conformità con le “best practices” internazionali.

L’Osservatorio, nell’ambito dei suoi compiti, in collaborazione con i gestori, realizzerà e documenterà specifiche architetturali condivise.

4              Servizi avanzati di tipo C-ITS

La Commissione Europea, nel documento strategico del 30 novembre 2016, ha indicato l’obiettivo di realizzare i servizi C-ITS cosiddetti “day 1” (per i quali si ritiene che le specifiche siano sufficientemente mature) nel 2019 e di lavorare nel frattempo per consolidare le specifiche dei servizi “day 1.5”.

È richiesto per le Smart Road che:

• sia realizzata la installazione in opera della piattaforma abilitante per le comunicazioni V2I e che essa sia completata con la messa in esercizio di servizi C-ITS come specificato al punto C.3.1;
• i servizi C-ITS siano disponibili almeno con riferimento alle flotte veicoli dell’ente gestore/concessionariove possibile, vi sia un accordo con altre flotte di veicoli (es.: flotte di veicoli commerciali/pesanti, flotte di veicoli a noleggio, ecc.) per la sperimentazione dei servizi messi in esercizio;
• che siano messi in esercizio e sperimentati un insieme congruo di diversi servizi (almeno 4, scelti dall’elenco del paragrafo seguente) e che almeno due dei servizi messi in esercizio e sperimentati siano basati sulla sostituzione in modalità V2I di servizi potenzialmente erogabili in modalità V2V e siano dunque basati sul rilievo e segnalazione road-side delle condizioni di deflusso;
• che la granularità spaziale delle unità di trasmissione V2I e la conseguente granularità dei servizi (inclusi quelli basati sul rilievo road-side delle condizioni di deflusso) sia congruente con il passo delle misure di tragitto tra due punti consecutivi (si veda Sezione A)

4.1            I servizi

Con specifico riferimento ai servizi abilitati dalle comunicazioni V2I (indipendentemente dalla contemporanea presenza di applicazioni V2V) e da considerare per la messa in esercizio sulle smart road, è il caso di rifarsi esplicitamente ai day-1 service previsti dalla piattaforma europea C-ITS e in particolare ai servizi:

1. Road works warning: segnalazione di cantieri e lavori stradali;
2. In-vehicle signage: ripetizione a bordo veicolo dei segnali stradali;
3. In-vehicle speed limits: ripetizione a bordo veicolo dei limiti di velocità – e/o di velocità di deflusso consigliate;
4. Implementazioni basate su rilievo e segnalazione road-side delle condizioni di deflusso (sostituzione con comunicazioni V2I di servizi abilitabili V2V) per:
   1. emergency vehicle approaching: segnalazione del sopraggiungere di veicoli per la gestione delle emergenze;
   2. traffic jam ahead warning: segnalazione di rallentamenti della corrente di traffico;
   3. wrong-way-driving: segnalazione del detecting di veicoli in marcia contromano;
5. hockwave information: segnalazione all’indietro nelle correnti di traffico della diffusione delle onde di schock dovute a perturbazioni delle condizioni di deflusso a monte delle correnti;
6. Shockwave damping: smorzamento delle onde di schock quisizione di variabili cinematiche del veicolo e dello stato di funzionamento di alcuni sistemi di bordo – fendinebbia, tergicristallo, sistemi di controllo della stabilità, ecc. – per un campione di veicoli della corrente di traffico.

L’erogazione di servizi C-ITS è abilitata dalla presenza di soluzioni di comunicazione V2X.

Le tecnologie utili sono quelle basate sullo standard ETSI ITS-G5 (a sua volta basato sullo standard IEEE 802.11p) e sulla telefonia cellulare, anche con riferimento alle prossime evoluzioni della tecnologia LTE/5G. In accordo con le indicazioni fornite dai documenti della piattaforma C-ITS, si ritiene opportuno, per le applicazioni non safety-critical, un modello ibrido per la piattaforma di comunicazione, eventualmente abilitato anche da tecnologie di comunicazione WiFi non-automotive e da tecnologie di comunicazione cellulare, a patto di realizzare soluzioni che disaccoppino quanto più possibile i servizi dalla tecnologia di comunicazione utilizzata per fornirli.

Bibliografia

• https://www.car-2-car.org/about-c-its.
• MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI, DECRETO 28 febbraio 2018 recante “Modalità attuative e strumenti operativi della sperimentazione su strada delle soluzioni di Smart Road e di guida connessa e automatica”.
• MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DELLA MIBILITÀ SOSTENIBILI, MINISTERO DELL’INTERNO, MINISTERO PER L’INNOVAZIONE TECNOLOGICA E LA TRANSIZIONE DIGITALE, Decreto recante “Osservatorio tecnico di supporto per le Smart Road e per i veicoli e mezzi innovativi di trasporto su strada a guida connessa e automatica”.
• https://www.fassina.it/news-gli-adas-obbligatori-da-luglio-2024-quali-sono-e-come-funzionano/ .
• https://en.wikipedia.org/wiki/Intelligent_transportation_system#cite_note-1

Note

[1] Mahmood, Adnan; Siddiqui, Sarah Ali; Sheng, Quan Z.; Zhang, Wei Emma; Suzuki, Hajime; Ni, Wei (June 2022). “Trust on wheels: Towards secure and resource efficient IoV networks”. Computing. 104 (6): 1337–1358. doi:10.1007/s00607-021-01040-7. ISSN 0010-485X. S2CID 246434811.

[2] DIRECTIVE 2010/40/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 7 July 2010. eur-lex.europa.eu.

[3] “Reducing delay due to traffic congestion. [Social Impact]. ITS. The Intelligent Transportation Systems Centre and Testbed”. SIOR, Social Impact Open Repository. Archived from the original on 2017-09-05. Retrieved 2017-09-05.

[4] “Smart tech to end fwy congestion”. PerthNow. 2020-07-07. Retrieved 2020-10-07.