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La matematica offre una soluzione al traffico veicolare

Il controllo del flusso del traffico in tempo reale è un potente mezzo per raggiungere una riduzione dei tempi di trasporto, delle emissioni e del consumo di carburante nonché aumentare la sicurezza e il comfort dei conducenti. Il progetto PADECOT, finanziato dall’UE, si è concentrato sullo sviluppo, la convalida e l’implementazione di algoritmi avanzati per il controllo e il monitoraggio del flusso del traffico veicolare.

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Strumenti matematici avanzati possono ottimizzare il traffico veicolare? La gestione dei riscontri di flusso di traffico, grazie allo sviluppo di algoritmi avanzati e realizzata in tempo reale, può fornire una risposta positiva. Con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto PADECOT ha sviluppato una serie di strumenti di algoritmi di controllo basati su equazioni differenziali alle derivate parziali per affrontare le sfide cruciali dell’ottimizzazione del flusso di traffico, fornendo al contempo una visione d’insieme dei meccanismi di alcuni fenomeni di traffico indesiderati, come i flussi «stop-and-go».

Un approccio matematico al traffico

Nonostante le misure di controllo del traffico siano adeguatamente studiate, al giorno d’oggi gli ingorghi possono essere inevitabili. Le loro conseguenze però possono essere attenuate sfruttando, oltre alle misure convenzionali di controllo del traffico (ad esempio, variando la durata dei semafori e i limiti di velocità), anche le capacità dei veicoli connessi e automatizzati. «Tutti hanno sperimentato gli effetti dei flussi stop-and-go, responsabili delle conseguenze negative del traffico sul consumo di carburante, sulle emissioni e sul comfort e la sicurezza dei conducenti», afferma il principale ricercatore del progetto Nikolaos Bekiaris-Liberis. «Rappresentare il flusso di traffico come se fosse un fluido, acquisendo i principali fenomeni di traffico, dà origine naturalmente a equazioni differenziali alle derivate parziali, cioè a sistemi che descrivono le quantità di traffico importanti (ad esempio la velocità) nello spazio di tempo», spiega.

Controllo attraverso la proattività

Un obiettivo importante di un algoritmo di controllo del flusso di traffico è quello di migliorare la produttività nei restringimenti, come ad esempio in una galleria, dove i veicoli potrebbero viaggiare a velocità più basse. «Il flusso nelle zone di restringimento può essere controllato mediante manipolazione in una posizione molto a monte della zona di restringimento. Tuttavia, un ritardo nella gestione del flusso nell’area di restringimento, che può anche variare a seconda delle condizioni del traffico, può determinare in tale zona un comportamento del traffico completamente diverso da quello previsto. La chiave per compensare questo effetto di ritardo dipendente dal traffico è l’impiego di una strategia che preveda le condizioni del traffico nelle zone di restringimento e intraprenda le azioni appropriate sulla base di questa previsione», osserva Bekiaris-Liberis. PADECOT ha sviluppato algoritmi di risposta degli indicatori, che sono stati dimostrati nella simulazione per migliorare significativamente l’efficienza del traffico nonostante la presenza di effetti di ritardo. «Immaginate un’autostrada dove il controllo può essere applicato manipolando i limiti di velocità nei due punti finali di un’autostrada. Una solida strategia di controllo utilizzerebbe correttamente entrambi gli attuatori per garantire il corretto funzionamento quando uno dei due si guasta», prosegue Bekiaris-Liberis. PADECOT ha anche sviluppato algoritmi per coordinare efficacemente diversi attuatori/sensori per un controllo del flusso di traffico solido e tollerante ai guasti. Non si tratta solo di sistemi di comando adattivo della velocità di crociera (ACC), ma anche di sistemi di comando adattivo cooperativo della velocità di crociera (CACC) che hanno un grande potenziale. Tuttavia, per sfruttare appieno il potenziale dei veicoli connessi e automatizzati, l’utente non dovrebbe ricorrere a semplificazioni o approssimazioni delle loro dinamiche, che potrebbero compromettere la sicurezza e l’efficienza. «In particolare, ignorare qualsiasi effetto di ritardo (ad esempio, dovuto alla comunicazione wireless da veicolo a veicolo) può provocare oscillazioni del traffico con gravi conseguenze in termini di emissioni e sicurezza», spiega Bekiaris-Liberis.

Progresso della ricerca e sfruttamento

La ricerca in corso sta sviluppando algoritmi di controllo per i plotoni di veicoli AAC e CACC, che tengono conto di tutti i fenomeni dinamici essenziali, per un sistema di traffico «verde» ed efficiente. Anche l’implementazione e la convalida sperimentale con i plotoni di veicoli rappresentano un prossimo obiettivo. Il team di ricerca sta attualmente studiando la possibilità di collaborare con le aziende automobilistiche attraverso un progetto congiunto, per una reale applicazione dei progetti sviluppati.

Parole chiave

PADECOT, traffico, veicolo, restringimenti, sicurezza, traffico veicolare, emissioni, effetto ritardato, flussi stop-and-go, autostrada

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