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L’importante ruolo dell’ITC (Information and Communication Technology) – prima parte

ITC e automotive per la mobilità autonoma, connessa e cooperativa e le cinque grandi incognite ancora da sciogliere

sfondo ITC

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/smart-road-digital-transformation/the-important-role-of-itc-information-and-communication-technology-part-one/

Lo scenario in evoluzione prevede la progressiva sostituzione dei veicoli tradizionali con veicoli autonomi e condivisi; si tratta di tipologie di veicoli che richiedono un impiego dominante delle telecomunicazioni, dell’Information Technology e della sensoristica, tematiche di non facile accesso sia per la loro complessità che per alcuni aspetti applicativi non ancora ben definiti.

Contestualmente è necessario programmare in modo adeguato lo sviluppo dei veicoli, delle infrastrutture stradali e quelle relative alle telecomunicazioni che costituiscono la “rete portante” dell’intero sistema Smart Road.

Nonostante le più rosee previsioni di sviluppo del mercato restano ancora in evidenza cinque incognite che stanno rallentando il processo di sviluppo. 

Le previsioni del mercato delle auto connesse

Le previsioni vedono il mercato delle auto connesse in crescita con un tasso del +200% da oggi al 2025, quando varrà 275 miliardi di Euro: avremo auto dotate di telecamere, sensori, strumenti per la diagnostica avanzata delle parti interne, sistemi di tracciamento, collegamenti wireless WiFi e 5G.

In Cina, dove si investe da tempo in mobilità elettrica e autonoma, il Governo ha stanziato (a tutto il 2019) oltre 20 miliardi di Euro per lo sviluppo delle auto autonome.

  • Smart Road
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Si tenga conto che la guida autonoma viene descritta, secondo lo standard SAE, in cinque livelli successivi: già al livello 3, l’auto – anche se ancora con un guidatore umano – in alcune situazioni può muoversi da sola. Al livello 4 successivo, l’uomo riprende il controllo in particolari situazioni, mentre al livello 5 l’autonomia è totale.

Già nel 2019, il mercato delle auto autonome a livello 3 era previsto che toccasse i 54 miliardi di Dollari nel mondo: entro il 2026, quando avremo auto a livello 4 o in alcuni casi 5, il mercato raggiungerà i 557 miliardi di Dollari, con una crescita media nel periodo del 40%. 

I vantaggi degli sviluppi

Questi sviluppi portano una serie di vantaggi:

  • una riduzione fino all’87% circa degli incidenti stradali. Uno degli aspetti relativi alla guida autonoma riguarda la prospettiva di un notevole incremento del livello della sicurezza stradale. Considerando quanto pubblicato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) nel 2015, le morti sulla strada risultano essere in media 1,25 milioni l’anno e, stando ai dati del 2018, risultano essere una delle prime dieci cause di morte al mondo. Se a questo leghiamo quanto emerso da uno studio effettuato dalla NHTSA (agenzia americana del traffico autostradale), secondo cui il 94% degli incidenti è causato da errati comportamenti umani, si evince quanto sia grande il potenziale numero di vite che verrebbero salvate da sistemi di guida autonoma;
  • volendo considerare più ad ampio spettro i potenziali benefici della guida autonoma, connessa ed elettrica è possibile prendere ad esempio una ricerca pubblicata da Boston Consulting Group con il supporto del MIT nella quale differenti scenari futuristici caratterizzati dalla presenza di veicoli autonomi sono stati comparati alla situazione di traffico attuale presente nella città di Boston. Tale studio consiste nel considerare mix di traffico tradizionale e di veicoli autonomi in diverse percentuali;
  • guida meno aggressiva (grazie a manovre più graduali) e utilizzo di veicoli elettrici ridurranno le emissioni di inquinanti (anche se in tale analisi non sono stati valutati gli effetti di un aumento della produzione di energia elettrica);
  • la presenza di veicoli autonomi ridurrà la necessità di avere parcheggi nelle immediate vicinanze e la diffusione di autovetture condivise ne ridurrà drasticamente il numero;
  • la maggiore efficienza nella guida (riduzione di incidenti) e la diffusione della mobilità condivisa diminuiranno le code; la maggior convenienza economica aumenterà tuttavia il numero di persone che ricorreranno a questo tipo di mobilità limitandone i vantaggi per via del numero maggiore di persone circolanti sulla strada (accesso alla mobilità a persone incapaci di guidare);
  • la diffusione di servizi di mobilità condivisa porterà a un progressivo abbattimento dei costi del trasporto rendendo non conveniente il possesso di un mezzo privato;
  • grazie alla riduzione dei tempi di viaggio e alla mancata necessità di porre attenzione alla guida, il tempo di viaggio potrà essere impiegato in maniera più produttiva. Meno incidenti quindi e più sicurezza sulle strade, più condivisione dei veicoli e abbattimento dei costi dei trasporti. Sono alcuni dei vantaggi che si otterranno da una maggiore diffusione di veicoli autonomi, connessi ed elettrici.

  • veicoli autonomi
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Non vi è dubbio che le sfide legate alla trasformazione dell’industria automobilistica, e più in generale alla mobilità sono molteplici e di non facile soluzione: sicurezza stradale, sostenibilità in termini di impatto sull’ambiente e costi, inquinamento, congestione del traffico, accessibilità per persone con handicap fisici, e così via.

Per rispondere a tali esigenze, le tendenze che stanno emergendo e che si prevede veicoleranno la rivoluzione dei trasporti dei prossimi anni sono la multimodalità (e condivisione dei veicoli), la guida autonoma, l’elettrificazione e la connettività. Tali strategie fanno parte di un’evoluzione in atto verso i cosiddetti sistemi di trasporto intelligente cooperativi (C-ITS). 

Perché sono importanti la connettività e la sensoristica: cosa si sta facendo?

Un elemento fondamentale nel panorama di evoluzione verso la guida autonoma è rappresentato dalle tecnologie di comunicazione V2X.

Sono sistemi concepiti per abilitare una comunicazione diretta “vehicle to everything” fra i veicoli, l’infrastruttura stradale e gli utenti della strada (pedoni, ciclisti, ecc.), per la condivisione in tempo reale di informazioni relative alle condizioni stradali e al traffico.

L’obiettivo è aumentare la consapevolezza di ciò che avviene nell’ambiente di guida, riducendo i tempi di rilevazione e reazione a eventi di potenziale rischio (come la presenza di un pedone sulla carreggiata) e migliorando il mutuo coordinamento delle manovre ai veicoli (come la sincronizzazione in convogli di veicoli a breve distanza l’uno dall’altro nel cosiddetto platooning).

Il ruolo della connettività diventa particolarmente rilevante al crescere del livello di automazione. Lo scambio di dati fra veicoli e infrastruttura è infatti indispensabile nei sistemi a guida completamente autonomi (livello 5) per garantire una mobilità sicura e al contempo efficiente.

Per questo motivo le principali Case automobilistiche, in partnership con le industrie delle telecomunicazioni, hanno accelerato negli ultimi anni la sperimentazione di sistemi di guida assistita avanzata (ADAS) che integrano al loro interno dispositivi di comunicazione V2X.

E’ imminente l’obbligatorietà a livello europeo di trenta dispositivi sui veicoli che affrontano una prima serie di problematiche che si presentano alla guida finalizzate a ridurre il livello di insicurezza stradale.

Una forte spinta verso la diffusione di queste tecnologie è data dal Consorzio 5G Automotive Association (5GAA), che dal 2016 ha intrapreso un percorso di collaborazione fra Aziende ICT e del settore automobilistico per promuovere l’integrazione delle tecnologie V2X cellulari nel processo di trasformazione verso un sistema connesso di trasporti.

Il veicolo autonomo sfrutta una massiccia sensoristica (GPS, unità inerziali, radar, lidar, videocamere, ultrasuoni) per monitorare l’area circostante e un computer di bordo per regolare la dinamica del moto sulla base delle informazioni acquisite.

  • 5G
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Senza cooperazione, tuttavia, la percezione è limitata dal raggio di copertura dei sensori (ad esempio, per i radar circa 250 m) e l’incertezza sulle traiettorie pianificate dagli altri veicoli obbliga a ridondare le distanze, limitando l’efficienza di manovra in scenari ad elevata densità di traffico.

La comunicazione diretta fra i veicoli (V2V) e con l’infrastruttura (V2I) estende tali capacità di percezione/controllo abilitando meccanismi cosiddetti “cooperativi”. Attraverso l’interazione V2V, i veicoli possono fondere in tempo reale i dati dei sensori e costruire mappe ad elevata risoluzione dell’ambiente stradale, estendendo l’orizzonte di percezione ben oltre il proprio campo di visione e aumentando la sicurezza.

Lo scambio V2V fra i sistemi di controllo consente inoltre di coordinare e sincronizzare le traiettorie, riducendo l’interdistanza in sicurezza, con benefici in termini di fluidità ed efficienza del traffico.

Le comunicazioni V2X abilitano sistemi cooperativi di percezione e controllo che aumentano la sicurezza e l’efficienza del traffico, consentono di estendere il campo di visione e riducono le interdistanze in sicurezza. 

La guida autonoma cooperativa e il 5G

La guida autonoma cooperativa richiede in prospettiva lo sviluppo di nuove tecnologie V2X che supportino uno scambio di grandi volumi di dati (fino a 1 Gb/s), ultra-veloce (con latenza nell’ordine del ms) e continuo (con affidabilità 10-5), anche in condizioni fortemente dinamiche (fino a 250 km/ora).

Le tecnologie dedicate V2X ad oggi disponibili sono pensate per la messa in esercizio di servizi C-ITS prevalentemente di guida assistita o parzialmente autonoma, attraverso la diffusione (broadcast) di messaggi di allerta sicurezza/traffico. Il primo sistema ad essere standardizzato in Europa, nel 2009, è ETSI ITS-G5 basato; nel 2016 è stata introdotta la tecnologia cellulare 3GPP C-V2X, con lo standard LTE (4G).

Se la prima tecnologia (ETSI ITS-G5) è stata largamente testata negli ultimi dieci anni, rendendola quindi matura e pronta per la commercializzazione, la seconda (3GPP C-V2X) è stata rilasciata di recente e quindi è oggetto solo da qualche mese di test sul campo. Molte delle analisi di prestazione ad oggi disponibili si basano su simulazioni.

Entrambe le tecnologie offrono la possibilità di comunicazioni dirette V2V, V2I e V2P (veicolo-pedone) senza la necessità di un’infrastruttura di rete su cui appoggiarsi; pertanto sono in grado di supportare servizi di mobilità cooperativa anche in condizione ambientali sfavorevoli (per esempio, i tunnel).

Sono state progettate per supportare servizi base di sicurezza stradale, dove vengono definiti i messaggi CAM (cooperative awareness messages) e DENM (decentralized environmental notification messages), i primi relativi allo stato di ciascun utente della strada, i secondi riportanti invece il verificarsi di eventi specifici e occasionali (per esempio gli incidenti).

Sono inoltre iniziati i lavori per lo sviluppo della Release 16 (5G New Radio, NR) che porterà ad avere nel 2020 una connettività ad alta capacità, ultra veloce e ultra affidabile in grado di abilitare qualunque servizio avanzato di mobilità.

  • Organizzazione Mondiale della Sanità
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Sarà per esempio possibile condividere in tempo reale dati video ad elevata risoluzione prodotti dai sistemi di imaging di bordo (camera, radar, lidar) per estendere il campo di visione, realizzare applicazioni di tipo see-through dove un veicolo oscurato da un camion che lo precede potrà ricevere informazioni visive ad alta qualità dalle telecamere installate sul camion stesso, guadagnando visibilità e avendo una maggior percezione dell’ambiente e realizzare sistemi di controllo cooperativo ultra-veloce per platooning ad elevata densità.

La cooperazione V2V estende la capacità di percezione agendo come una videocamera virtuale che combina immagini incomplete e sfuocate acquisite da più veicoli per estrarne una visione più ampia e ad elevata risoluzione dell’ambiente circostante.

Tra le principali tipologie di servizio e dei relativi requisiti di comunicazione svolgono un ruolo prioritario: il platooning ad elevata densità, i sistemi di guida avanzata dove il veicolo comunica i propri dati e/o le proprie intenzioni ad altri veicoli in prossimità, i sistemi extended sensors dove gli utenti della strada (veicoli, pedoni, stazioni radio a bordo strada) si scambiano enormi quantità di dati per aumentare la propria percezione dell’ambiente e i servizi di guida da remoto dove è possibile radiocomandare un veicolo da distanza. 

È possibile proseguire la lettura della seconda parte dell’articolo su https://www.stradeeautostrade.it/its-smart-road/limportante-ruolo-dellitc-information-and-communication-technology-seconda-parte/ (online da mercoledì 12 Febbraio 2020).

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/smart-road-digital-transformation/the-important-role-of-itc-information-and-communication-technology-part-one/

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