Een vervanger voor verkeerslichten krijgt zijn eerste test

Het eerste verkeerslichtsysteem ter wereld begon in 1868 in de buurt van de Houses of Parliament in Londen. Het bestond uit een reeks gaslichten die werden bediend door een politieagent en ontworpen om de stroom van door paarden getrokken verkeer over de Theems te regelen.

De proef was een succes, althans wat de verkeersleiding betreft. Maar het experiment was van korte duur. Een paar maanden nadat de lichten waren geïnstalleerd, explodeerden ze na een gaslek, waarbij de politieagent die ze controleerde gewond raakte.

Sindsdien hebben voetgangers en automobilisten een ongemakkelijke relatie met verkeerslichten. Als ze goed werken, bieden ze een efficiënt, neutraal systeem voor het bepalen van voorrang op de weg. Maar als ze slecht werken, kunnen kilometerslange files het gevolg zijn.

Dus auto-ingenieurs, automobilisten en voetgangers zouden heel graag willen weten of een alternatief haalbaar is. Vandaag krijgen ze een soort antwoord, dankzij het werk van Rusheng Zhang aan de Carnegie Mellon University in Pittsburgh en een paar collega's. Deze jongens hebben een manier getest om onze straten volledig te ontdoen van verkeerslichten en ze te vervangen door een virtueel systeem.

Eerst wat achtergrond. Het probleem dat Zhang en co aanpakken is het coördineren van de verkeersstroom via een kruispunt waar twee wegen elkaar loodrecht ontmoeten. Deze zijn vaak ongecontroleerd, dus automobilisten moeten strikte regels volgen over wanneer ze kunnen passeren, zoals die gelden bij vierrichtingsstopborden. Dit zorgt voor vertragingen en files.

Om het probleem op te lossen, gebruiken Zhang en co de directe korteafstandsradiosystemen die steeds vaker in moderne voertuigen worden ingebouwd. Deze fungeren als een voertuig-naar-voertuig communicatiesysteem dat gegevens deelt zoals GPS-coördinaten, snelheid en richting. Deze gegevens worden doorgegeven aan een boordcomputer die is geprogrammeerd met het virtuele verkeerslichtprotocol van het team, dat de bestuurder een groen of rood licht geeft dat in de cabine wordt weergegeven.

Het virtuele verkeerslichtsysteem is in principe eenvoudig. Wanneer twee auto's een kruispunt naderen op verschillende wegen, kiezen ze een voorste voertuig dat het kruispunt bestuurt. De leider krijgt een rood licht en geeft vervolgens de andere auto voorrang met een groen licht. De leider krijgt dan zijn eigen groene licht en wanneer hij wegrijdt, geeft hij de controle over aan de volgende door het voertuig gekozen leider op de kruising.

Zhang en co hebben deze aanpak getest door een wegennet aan te leggen op een parkeerplaats in Pittsburgh. Dit systeem is gebaseerd op een standaard weglay-out uit Open Maps, gekozen vanwege de gelijkenis met de weglay-out in veel Amerikaanse steden. Het team reed vervolgens met twee auto's in tegengestelde richting over dit netwerk, waarbij ze meten hoe lang het duurde om 20 knooppunten te navigeren met behulp van de virtuele verkeerslichten en vervolgens met gewone vierrichtingsstopborden.

De resultaten zorgen voor interessante lectuur. Zhang en co zeggen dat het virtuele systeem de reistijd aanzienlijk verbetert. De resultaten laten zien dat [virtuele verkeerslichten] de reistijd met meer dan 20% verminderen op routes met niet-gesignaleerde kruispunten, zeggen ze. En verdere verbeteringen zijn mogelijk, wat kan leiden tot een vermindering van de reistijd tot 30 procent.

Het werk laat echter belangrijke uitdagingen voor de boeg. Op veel plaatsen regelen verkeerslichten bijvoorbeeld auto's en voetgangers. Zhang en co suggereren dat voetgangers in het protocol kunnen worden opgenomen met behulp van een smartphone-app.

Dit roept veel vragen op over mensen die geen toegang hebben tot apps, zoals jonge, oude en gehandicapte gebruikers. Deze mensen zijn degenen die het meest profiteren van gewone verkeerslichten, dus ze moeten vanaf het begin worden betrokken bij het ontwerpen van alternatieven.

Dan is er de vraag hoe oudere auto's, motorfietsen en fietsen die niet zijn uitgerust met voertuig-naar-voertuig communicatiesystemen, meegerekend kunnen worden. Het is goed mogelijk dat voertuig-tot-voertuig communicatie snel de standaard wordt in nieuwe auto's. Maar eenvoudigere voertuigen zullen waarschijnlijk de komende decennia een kenmerk van onze wegen zijn. Hoe gaan deze nieuwe voertuigen om met voertuigen die geen gebruik maken van het virtuele verkeerslichtsysteem?

En tot slot is een rasterachtige wegenstructuur gebruikelijk in Amerikaanse steden, waarvan vele pas na de uitvinding van de auto uitbreidden. Rasters zijn echter veel zeldzamer in Europese en Aziatische steden, waar de wegenlay-out vaak ongestructureerd en chaotisch is. Hoe virtuele verkeerslichten daar kunnen omgaan, is niet duidelijk.

Toch komt er automatisering. Veel auto's hebben al een aanzienlijk niveau van rijautomatisering. De volgende stap is uiteraard coördinatie, waar waarschijnlijk aanzienlijke voordelen kunnen worden behaald. Virtuele verkeerslichten zijn waarschijnlijk slechts een onderdeel van deze trend. Ze moeten in ieder geval beschermd zijn tegen gaslekken.

Referentie: arxiv.org/abs/1807.01633 : Virtuele verkeerslichten: systeemontwerp en -implementatie

zich verstoppen