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Smart Road tra evoluzione e rivoluzione

Le tecnologie emergenti sono entrate nella vita di tutti i giorni di cittadini e viaggiatori e la mobilità cambia paradigma mettendo l’essere umano al centro dell’ecosistema

Negli ultimi anni assistiamo al passaggio dall’era delle tecnologie digitali a una nuova evoluzione che ha come obiettivo principale quello di portare le tecnologie emergenti nella vita di tutti i giorni: l’era delle tecnologie Smart.

Connettendo il mondo fisico a quello virtuale, esse promettono di raggiungere livelli più elevati di produttività ed efficienza e migliori condizioni individuali di vita e sostenibilità ambientale.

Le tecnologie Smart non sono solo tecnologie “fisiche” ma anche applicazioni logiche che identificano soluzioni capaci di adattarsi automaticamente a diversi contesti della vita umana.

Esse stanno inesorabilmente cambiando le Istituzioni e la società, gli stili di vita e i modelli di business perché rendono accessibili e disponibili con efficacia “risorse cooperative”: l’IoT, i servizi cloud, i Big Data, l’Intelligenza Artificiale (AI), ecc..

Nell’era digitale, le tecnologie ICT hanno consentito lo sviluppo degli Intelligent Transportation Systems (ITS), combinando diverse tecnologie e servizi per migliorare la sicurezza e l’efficienza del sistema di trasporto e della mobilità: le Istituzioni e gli Esperti hanno compiuto a partire dagli anni Ottanta un enorme sforzo per riempire la carenza di Norme, di tecnologie e funzioni.

Nell’era delle tecnologie Smart, la mobilità appare ancora uno dei fattori critici della vita reale da migliorare e un nuovo paradigma mette l’essere umano al centro dell’ecosistema: esso non è solo consumatore (consumer) ma è anche produttore (producer) di servizi e informazioni e attraverso le tecnologie personali e la sua stessa attività in mobilità, crea la base informativa per migliorare l’efficienza e la sicurezza delle reti di trasporto e, alla fine, dei suoi stessi spostamenti.

La cooperazione tra veicoli
1. La cooperazione tra veicoli per la sicurezza (fonte: C-Roads)

Sul significato di Smart Road

In che modo strade e autostrade entrano in questa rivoluzione annunciata e cosa intendiamo per strade e autostrade smart?

Nell’ultima decade, in tutti i Paesi evoluti sono stati lanciati diversi progetti sperimentali sotto il nome di Smart Road, sia su autostrade e strade interurbane che in contesti urbani.

Di recente, l’interesse per le Smart Road ha assunto una dimensione “sistemica” e molte Autorità hanno interpretato il valore delle tecnologie smart non come semplici esperimenti locali o sporadici ma come progetto di un sistema integrato per l’intera rete, capace di costituire la “spina dorsale” dei sistemi di trasporto fornendo valore aggiunto sia ai viaggiatori che ai Gestori e Amministratori dei trasporti.

Pertanto, oggi sembra che le Smart Road siano un futuro prossimo delle reti stradali e che gli investimenti in tecnologie smart stiano diventando una direzione chiara e promettente per lo sviluppo nel campo della ingegneria stradale delle soluzioni di Intelligent Transport System (ITS), promuovendo innovazione, automazione, connettività, cooperazione, interoperabilità di reti e servizi, sicurezza.

Un elemento fondamentale dello sviluppo delle Smart Road è il piano EU sui “Cooperative Intelligent Transport Systems” (C-ITS), che consentirà agli utenti e ai Gestori delle strade di condividere le informazioni e di usarle per coordinare le proprie azioni.

Il 30 Novembre 2016, la Commissione Europea ha adottato una strategia per i sistemi C-ITS [1] con l’obiettivo di facilitare la convergenza degli investimenti e i processi regolatori degli Stati membri.

Questi ultimi, con il supporto di alcuni operatori di mercato, si sono organizzati in una piattaforma denominata C-ROADS [2], il cui scopo principale è guidare il mercato verso l’interoperabilità attraverso il processo di normalizzazione dei canali e delle architetture di comunicazione, della sicurezza delle reti e l’armonizzazione dei “casi d’uso” C-ITS.

Unità di bordo intelligenti
2. Unità di bordo sempre più intelligenti e sicure (fonte: C-Roads)

I progetti, sotto la governance della piattaforma C-ROADS, coinvolgono dal 2016 centinaia tra Istituzioni governative centrali e locali, operatori stradali, industrie dell’elettronica e automotive, operatori Telco e altri Esperti in uno sforzo senza precedenti per portare le tecnologie CITS nello stato “ready” per l’implementazione su vasta scala, accompagnandone la visione anche in un quadro di maggiori disponibilità tecnologiche progressivamente disponibili (per esempio, sistema ibrido a corto e lungo raggio, disponibilità 5G, ecc.).

Queste istanze significative espresse a livello europeo, già da qualche anno spingono le policy degli stati membri e le iniziative di numerosi operatori coinvolti.

Un esempio al riguardo è dato proprio dall’Italia: il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (allora MIT e oggi MIMS) ha approvato il 28 Febbraio 2018 un Decreto Smart Road [3] che identifica le componenti per creare strade più sicure e connesse.

Su questo solco tracciato dalle Istituzioni europee e nazionali, ANAS SpA ha avviato il suo piano Smart Road [4] per fornire strade e autostrade con sistemi Smart Road pronti alle sfide del futuro con un investimento di circa 1 miliardo di Euro fino al 2027.

I sistemi C-ITIS (o veicoli connessi CV) e il concetto di Smart Road

I sistemi C-ITS (o veicoli connessi CV) e il concetto di Smart Road sono spesso considerati sinonimi. Anche se questa è una semplificazione, i CV rappresentano un elemento centrale della Smart Road. Essi sono equipaggiati con tecnologie per la comunicazione a corto raggio (DSRC) che implementano lo standard ETSI ITS G5 o a lungo raggio (LTE/C-V2X).

Benchè ad oggi non ancora combinate con veicoli non-CV, queste tecnologie stanno facendo crescere l’interesse per nuovi modelli operativi delle strade, per la modifica dei parametri fondamentali nelle analisi sul traffico e nella riprogettazione di sicurezza e mobilità (https://www.almaviva.it/it_IT/Trasporti-e-Logistica).

I cinque gradi di automazione
3. I cinque gradi di automazione dei veicoli verso la guida autonoma

Ritornando al concetto complessivo di Smart Road, è utile la classificazione in termini di funzioni proposta da alcuni autori secondo i quali possono essere evidenziati quattro elementi e ad essi si rimanda per approfondimenti sulle emergenti soluzioni tecnologiche [6 e 7]:

  • auto-consapevolezza, la capacità di monitorare le condizioni stradali e lo stato del traffico automaticamente e in tempo reale;
  • interazione informativa, la capacità di collegare dispositivi intelligenti per il monitoraggio della strada e dei veicoli e di connettere una rete di sensori a un data-base e a un sistema intelligente di comunicazione;
  • auto-adattamento, la capacità di adattarsi automaticamente alle varie circostanze dello stato della strada e del traffico (per esempio limitazioni dinamiche di velocità, gestione dinamica delle corsie, controllo delle rampe d’accesso) anche attraverso sistemi di supporto alla decisione (DSS);
  • raccolta di energia, la capacità di raccogliere energia green dal manto stradale o dal sottostrato per autoalimentare la Smart Road stessa o ulteriori obiettivi energetici.

Smart road e veicoli autonomi

Sulle autostrade di un prossimo futuro i veicoli connessi saranno anche autonomi (CAV – Connected and Autonomous Vehicle).

L’automazione del veicolo è una applicazione concreta dell’Intelligenza Artificiale. Utilizzando un’enorme quantità di dati prodotti dalla Smart Road, gli algoritmi AI rendono i computer di bordo in grado di svolgere le funzioni di guida al posto degli esseri umani.

Dalla semplice guida assistita fino alla automazione completa (secondo i cinque gradi di automazione definiti negli standard della International Society of Automotive Engineers [5]), la Smart Road dovrà essere in grado di accompagnare la rivoluzione verso la guida autonoma.

Il monitoraggio delle infrastrutture critiche

I dati sul traffico, le infrastrutture e l’ambiente sono la fonte principale dei sistemi di Structural Health Monitoring (SHM). SHM si riferisce al processo di rilevamento dei cambiamenti del materiale e/o delle proprietà geometriche di un sistema strutturale per determinarne lo stato di “salute” [6].

Nel caso della manutenzione di strade e autostrade, questo riguarda specialmente le strutture critiche come ponti, viadotti e tunnel per un rapido controllo, in tempo quasi reale, dell’integrità delle strutture, prospettiva che trasforma gli attuali metodi in un approccio proattivo

Tutte queste applicazioni riceveranno un’accelerazione significativa dall’avvento operativo della comunicazione 5G e da architetture di Edge Computing che consentiranno l’elaborazione e la trasmissione remota in forma compatta di vaste quantità di dati prodotte localmente.

Le caratteristiche di una Smart Road
4. Le caratteristiche chiave di una Smart Road

Conclusioni

Il concetto di Smart Road è un concetto end-to-end che riguarda la totalità delle funzioni di gestione della strada e delle sue infrastrutture, dai Centri Operativi alle infrastrutture critiche, dai sistemi tecnologici e di comunicazione fino al veicolo e ai suoi conducenti.

La Smart Road migliora le prestazioni e risponde ai moderni bisogni degli utenti e dei Gestori con soluzioni di mobilità intelligente.

La sua relazione con i processi in atto in Europa per lo sviluppo dei servizi cooperativi tra infrastruttura stradale e veicolo e l’imminente diffusione su vasta scala di questi servizi suggerisce di avvalersi dell’esperienza di iniziative (progetto C-ROADS della UE Programma CEF – Connecting European Facilities – [2]) che coinvolgono un numero straordinariamente elevato di attori da tutti i settori, per uniformare gli approcci alla sicurezza delle comunicazioni, all’interpretazione degli standard, alla definizione armonizzata dei servizi, alle valutazioni di impatto dei primi progetti, fino alle implementazioni su scala estesa.

Bibliografia

[1]. European Commission – COM/2016/0766 – “A european strategy on cooperative intelligent transport systems, a milestone towards cooperative, connected and automated mobility”, Adopt., 30 November 2016.

[2]. C-ROADS, https://www.c-roads.eu/platform/about/about.html, 26 Novembre 2020.

[3]. Ministero Infrastrutture Trasporti, DM 28/02/2018 – “Modalità attuative e strumenti operativi della sperimentazione su strada delle soluzioni di Smart Road e di guida connessa e automatica”, G.U.R.I. n° 90 18 Aprile 2018.

[4]. ANAS, Smart Road e Smart Mobility, https://www.stradeanas.it/it/ lazienda/attivit%C3%A0/innovazione-e-tecnologia/smart-road-e-smartmobility, 26 Novembre 2020.

[5]. Society of Automotive Engineers, J3016_201806, 2018.

[6]. A. Pompigna, R. Mauro – “Smart Roads – A state of the art of highways innovations in the Smart Age”, pp. 2-7, 2021.

[7]. H. Zhao, Wu D e L. Sun – “New frontiers in road and airport engineering”, ASCE, Reston, pp. 204-218, 2015.

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