Managementul traficului urban

Utilizarea sistemelor informatice geospatiale pentru managementul traficului urban

ABSTRACT

Traffic congestion is a wide-spread disease of metropolitan areas all over the world. This article looks into some possible solutions to this issue based on innovative use of ICT, particularly in combining RFID technologies with geospatial and location technologies, together with traffic congestion tax policies and navigation services in order to create a mix of technologies and services, as well as revenue streams, bundled into a platform for managing traffic in congested urban areas.

While each of the individual technological components of the proposed solution (geospatial information systems or GIS, RFID, vehicle navigation and location) is already an established technology, they have not been used yet in such a mix and with such a goal and in a city-wide environment because of several perceived obstacles:

• Cost of RFID infrastructure for a city-wide infrastructure,
• Volume of data to be processed,
• Political sensitivity because of potential for abusing privacy of individuals and because of lack of popularity of new taxes.

Acknowledging these major obstacles to a valid solution, this article proposes  a new approach that has the potential to address such issues, bringing into the picture a possible financing mechanism based on revenues collected from a congestion+carbon tax that will be calculated individually for each car from traffic history generated by the very same system. Also, the use of RFID covering the entire city area, preferably with long range radio rather then short range, as a sensor system for calculating car position at any moment during traffic for each car in the city, could actually be the key to solving the traffic congestion issue, (albeit appearing to some RFID taken to extreme). If on top of this data collection system used for taxation and traffic management purposes, the drivers also receive valuable services, such as navigation and other location-based services, city officials may be able to "sell" such an idea to the general public and overcome the political hurdles inherent with the implementation of such a system.

CUVINTE CHEIE

Managementul traficului, sisteme informatice geospatiale, GIS, localizarea vehiculelor, taxa de trafic, identificarea prin radiofrecventa, RFID, servicii de navigare.

INTRODUCERE

Oricine locuieste intr-o zona mare aglomeratie urbana, trebuie sa faca fata si unei probleme majore legate de deplasarea persoanelor in mediul urban: aglomeratia si blocajele de trafic. Iar problemele de trafic genereaza o serie de costuri externe negative (negative externalities sau marginal costs) asociate mobilitatii urbane care sunt din ce in ce mai greu de suportat de societate:

• poluare excesiva, care determina aparitia unor probleme de sanatate ale populatiei urbane si are o contributie semnificativa in generarea efectului de sera care antreneaza schimbari climatice cu efecte negative deosebite asupra intregii omeniri;
• pierderi economice semnificative datorita timpului pierdut in trafic de locuitorii oraselor;
• degradarea accentuata a mediului urban, in special a zonelor istorice;
• cresterea numarului de accidente in trafic si accentuarea comportamentului socio-patologic al persoanelor implicate in trafic, etc.

In functie de tehnologiile disponibile in diferite perioade, edilii oraselor atinse de aceasta "boala" au incercat diferite solutii, de la fluierul politistului la semafoare dirijate de la distanta, pe baza informatiilor obtinute in timp real din trafic cu ajutorul diferitilor senzori. In ultimii ani, pe langa tehnologie, se apeleaza din ce in ce mai des si la politici publice care vizeaza schimbarea tiparelor de mobilitate urbana: incurajarea utilizarii transportului public si a bicicletelor in locul autovehiculelor prin modernizarea infrastructurii de transport in comun si introducerea pistelor de biciclisti. Mai mult, in orase de tipul Londra, Stockholm sau Singapore, administratia locala a inceput sa apeleze si la mijloace fiscale, de tipul taxei de acces in zona centrala sau taxei de trafic aglomerat (congestion tax), pentru a reduce din aglomeratie.

Prin introducerea taxelor de trafic in orele de varf sau in zonele centrale ale metropolelor s-a incercat practic recuperarea, macar partiala, a costurilor negative externe de la cei care le genereaza, anume conducatorii de autovehicule care aleg sa conduca in orele de varf si/sau in zonele aglomerate. In plus, se modifica astfel perceptia larg raspandita in randul publicului ca utilizarea infrastructurii rutiere in zona urbana este un bun public, gratuit. Avocatii introducerii unei taxe de utilizare spun ca aceasta va descuraja utilizarea abuziva a infrastructurii rutiere pentru deplasarea cu automobilul in oras. Din perspectiva lor, blocajul de trafic este un blocaj al unei infrastructuri din cauza suprautilizarii sale, macar in parte generata de perceptia ca este gratuita.

Pe de alta parte, oponentii introducerii taxarii (fie ca e vorba de taxa de utilizare, taxa de acces, taxa de poluare sau taxa de trafic aglomerat) sustin ca exista si alte metode de a elimina sau macar reduce blocajele in trafic:

• imbunatatirea starii drumurilor si extinderea infrastructurii rutiere acolo unde este posibil;
• optimizarea semnalizarii rutiere;
• eliminarea parcajelor gratuite in zonele aglomerate pentru a elimina practica invartitului in trafic pana la gasirea unui loc de parcare gratuit;
• planificarea urbana si in functie de constrangerile de trafic;
• pedepsirea severa a incalcarii regulilor de circulatie care genereaza blocaje (de exemplu blocarea intersectiilor);
• reducerea timpului de efectuare a lucrarilor de reparatii sau modernizare care blocheaza carosabilul, etc.

Practica a dovedit ca fiecare dintre aceste solutii amelioreaza traficul de obicei pentru o perioada de timp, sau oricum doar pe anumite zone, dupa care problema se acutizeaza din nou pe masura ce numarul autovehiculelor creste in mod inevitabil datorita dinamicii demografice in zonele metropolitane si scaderii continue a costului de achizitie pentru automobile. In opinia autorului acestui articol, in ultimii ani au aparut insa doua oportunitati care ar permite cel putin un avans semnificativ in directia ameliorarii traficului, daca nu rezolvarea acestei probleme:

• s-au maturizat doua tipuri de tehnologii: identificare prin radio-frecventa, cunoscuta sub denumirea de RFID (Radio Frequency IDentification) si modelarea traficului in mediu de tip GIS (Geografic Information Systems),
• patrunderea spre varful agendei publice a problemei poluarii cu carbon, fapt ce are ca efect cresterea gradului de acceptabilitate a unei decizii de introducere a taxarii emisiilor de carbon in interiorul comunitatilor urbane de tip metropolitan.

Prezentul articol trece in revista diversele solutii testate pana in acest moment in incercarile de a rezolva problema aglomerarilor din trafic si propune o abordare noua, bazata pe combinarea unor tehnologii care nu au fost aplicate inca pentru acest scop in formula propusa, impreuna cu politici fiscale bazate pe masurarea emisiilor de carbon in corelatie directa cu distanta reala parcursa de fiecare autovehicul in conditii specifice de trafic.

1. STADIUL ACTUAL

Oricare ar fi solutiile adoptate de edili, acestia nu mai pot ignora rolul important al tehnologiei informatiei si comunicatiei in acest domeniu. O sumara trecere in revista a tehnologiilor folosite in rezolvarea problemelor de trafic indica o paleta foarte larga de aplicatii curente:

• senzori stradali pentru masurarea in timp real a problemelor de trafic: camere de luat vederi, senzori cu infrarosu, senzori electromagnetici, etc., care pot calcula cu o precizie mai mica sau mai mare numarul de masini si viteza de deplasare in zonele in care sunt amplasati senzorii respectivi;
• interpretarea datelor de localizare a telefoanelor mobile pentru determinarea vitezei medii de deplasare (Floating Car/Cellular Data - FCD);
• automatizari si comanda de la distanta a sistemelor de semafoare si semnalizari de restrictionare;
• sisteme informatice de reprezentare si prognoza sau modelare a traficului, pe baza de modele matematice combinate cu GIS;
• sisteme informatice suport, similare cu cele de mai sus, folosite insa pentru fundamentarea deciziilor de planificare urbana, de proiectare a infrastructurii rutiere, de amenajarea a semnalizarii rutiere;
• sisteme informatice pentru navigare si furnizare de servicii bazate pe localizare destinate utilizatorilor de autovehicule;
• transmiterea automata a conditiilor de trafic pe canale radio catre participantii in trafic (Traffic Message Channel) si utilizarea automata a acestor informatii pe terminalele personale de navigare;
• sisteme de taxare pe baza de recunoastere automata a vehiculelor, atat prin tehnologii de tip RFID cat si prin tehnologii video: recunoastere automata a numerelor de inmatriculare (Automated Number Plate Recognition) sau scanarea codurilor de bare;
• diferite combinatii din cele de mai sus (de exemplu, automatizare de semafoare bazata pe date culese de senzori si modelarea traficului in GIS).

Fiecare din acest tehnologii sunt deja operationale in diverse orase ale lumii, in cadrul administratiei publice, administratorilor de drumuri sau chiar al unor operatori privati care furnizeaza servicii legate de deplasarea in trafic. De interes deosebit pentru acest articol, datorita eficientei lor in rezolvarea problemei pentru care sunt folosite, sunt urmatoarele tehnologii si solutii:

1.1. Masurarea traficului prin datele furnizate de operatorii de telefonie mobila

In sistemul informatic al oricarui operator de telefonie mobila este procesat un volum semnificativ de date pe baza carora se poate determina viteza de deplasare a vehiculelor de-a lungul arterelor. Practic, fie prin calculul pozitiei unui telefon mobil in functie de diferenta de putere a semnalului sau diferenta de timp la receptie (Time Difference of Arrival - TDOA),   fie pe baza datelor generate la transferul unui mobil intre celule (handover), se poate modela, cu o anumita precizie, pozitia si viteza de deplasare in teren a telefoanelor mobile. Daca se agrega datele pe o intreaga zona si se aplica anumiti algoritmi de procesare meniti sa elimine posibile erori, generate de exemplu de proximitatea unui drum cu o cale ferata, sau de interferente in transmisia radio si se elimina datele de identificare a apelantilor, rezulta un set de date care reprezinta cu suficienta acuratete viteza de deplasare in trafic pe o anumita artera. Cum de interes sunt exact blocajele in trafic, situatie in care numarul de utilizatori de telefoane mobile creste pe artera respectiva, utilitatea acestor date este cu atat mai mare. Aceasta modalitate de identificare a blocajelor in trafic are si avantajul ca nu necesita investitii in infrastructuri dedicate acestui scop, ci se foloseste infrastructura dedicata telefoniei mobile, informatia necesara fiind un produs secundar al fluxului actual de date din cadrul telefoniei mobile. Chiar daca exista inca temeri legate de posibilitatea urmaririi neautorizate a persoanelor si unii operatori de telefonie mobila sunt din acest motiv reticenti in a utiliza aceste date, din 2007 majoritatea furnizorilor de echipamente si software de navigare au operationalizat servicii in parteneriat cu operatorii de telefonie mobila si au inceput comercializarea de terminale care utilizeaza informatia de trafic actualizata pe baza datelor obtinute de la operatorii de telefonie mobila (GPS Business News, 2007).

Rezultatul utilizarii acestui mecanism este transmiterea aproape in timp real (la interval de cateva secunde) a unor informatii despre probleme de trafic catre terminalele de navigare ale abonatilor la acest serviciu, propunerea de traseu generata pe terminal fiind astfel mult mai bine adaptata la situatia curenta din trafic.

Insa datele de trafic furnizate de operatorii de telefonie mobila nu le sunt utile doar soferilor, in deciziilor lor individuale de alegere a traseului de deplasare. Toate institutiile publice responsabile de gestiunea traficului si de planificarea infrastructurii rutiere sunt clienti naturali ai acestor informatii. Cu toate acestea, pana in 2007 nici macar metropolele foarte avansate in utilizarea tehnologiei informatiei pentru managementul traficului (precum Londra, Berlin, Beijing sau Singapore) nu au ajuns sa integreze datele furnizate de operatorii de telefonie mobila in sistemul inteligent de gestiune a traficului aflat in exploatare, ci se bazau pe senzori de trafic din teren sau pe masini-senzor care se deplaseaza prin trafic (Fraser, 2007). Este insa de asteptat ca, pe masura ce devine tot mai populara utilizarea datelor de telefonie mobila pentru masurarea traficului, furnizorii de solutii informatice pentru modelarea predictiva a traficului sa-si deschida solutiile si catre aceste surse de date.

1.2. Identificarea vehiculelor prin radio-frecventa

Daca in cazul tehnologiei prezentate mai sus unul din elementele definitorii este anonimizarea datelor procesate, fiind de interes doar rezultatul statistic, in cazul tehnologiei de identificare a vehiculelor este nevoie tocmai de informatia care identifica in mod individual fiecare vehicul. Tehnologia RFID (Radio Frequency Identification) are sanse sa devina principala metoda de identificare automata a vehiculelor folosita in gestiunea traficului datorita faptului ca are o precizie de identificare mai mare decat tehnologia Automated Number Plate Recognition (ANPR) - recunoasterea automata a numerelor de inmatriculare pe baza imaginilor video culese de camere si, pe de alta parte, nu necesita incetinirea vehiculelor in vederea identificarii, ca in cazul solutiilor bazate pe scanarea codurilor de bare amplasate la loc vizibil pe vehicule.  

Tehnologic vorbind, nu exista deosebiri semnificative intre modul de functionare al RFID si identificarea unui telefon mobil in reteaua mobila. Doar ca in locul statiilor de baza din reteaua mobila sunt folosite statii radio cu o raza de actiune mult mai mica si pe alte frecvente decat cele dedicate comunicatiilor mobile, iar in locul telefoanelor mobile receptia semnalului de apel si emiterea semnalului de identificare este realizata de un echipament mai putin sofisticat, un transmitator-receptor (transponder) fara alte functii de obicei decat transmiterea semnalului de identificare atunci cand primeste interogarea de la o statie. Identificarea automata a vehiculelor este de obicei realizata in contextul impozitarii sau taxarii si in marea majoritate a cazurilor este folosita pe infrastructura rutiera doar in puncte fixe (de exemplu, la intrarea pe un tronson de autostrada cu taxa sau la intrarea in zona orasului pentru care se aplica taxa de acces). Ca atare, daca excludem retelele operatorilor de telefonie mobila, nu exista in acest moment sisteme bazate pe RFID cu acoperire completa a unei zone urbane, ci doar in puncte de intrare in zona de taxare. Din acest motiv, datele culese de sistemele actuale bazate pe RFID nu pot fi folosite decat partial pentru masurarea traficului, chiar daca in principiu ar fi la fel de utile precum cele din telefonia mobila daca ar avea aceeasi acoperire geografica.

Insa ideea acoperirii complete a unui oras cu o retea RFID cu scopul generarii datelor necesare managementului traficului este deja lansata pe piata si ne putem astepta ca in cursul anului 2008 sa se materializeze in cadrul unui proiect din China, in orasul Wuhan cu o populatie de 7 milioane de locuitori (VTT, 2007).

De asemenea de interes pentru acest articol este faptul ca sistemul de taxare a aglomeratiei din Singapore, care foloseste o infrastructura de tip RFID pentru identificarea autovehiculelor, este in curs de modificare pentru a permite taxarea diferentiata in functie de conditiile de trafic (IBM, 2007). Astfel, intrarea unui autovehicul in zona taxata va costa mai mult in intervalele orare in care traficul este blocat, in functie de gradul de aglomerare al zonei calculat pe baza senzorilor de trafic si previzionat pe baza datelor istorice. (Land Transport Authority, 2008).

2. O NOUA ABORDARE

Doua din conceptele prezentate mai sus, anume extragerea de date de pozitie a vehiculelor pentru monitorizarea traficului si identificarea prin unde radio a vehiculelor pot fi aplicate combinat, intr-un singur sistem de senzori, pe baza unei infrastructuri radio cu acoperire completa la nivelul intregii zone metropolitane. Sunt necesare insa cateva completari sau modificari la tehnologiile actuale:

• cititoarele radio vor trebui sa fie mai puternice decat cele folosite in mod curent la taxarea vehiculelor, pentru a putea construi o retea cu acoperire completa la nivel metropolitan cu un numar rezonabil de echipamente;
• pentru calcularea pozitiei vehiculelor vor trebui definite datele stocate si comunicate de eticheta radio (sau transponder) si modul de calcul al pozitiei si vitezei vehiculului, printr-o metoda similara cu TDOA din retelele GSM, laolalta cu algoritmii de corectare statistica a erorilor generate la pozitionarea individuala a vehiculelor;
• realizarea unor terminale dedicate acestui sistem care vor avea functii combinate de transponder si navigator personal (Personal Navigation Device), terminalele respective urmand a fi instalate pe toate autovehiculele care intra in zona de acoperire a sistemului.

Odata realizate aceste completari, datele culese de aceasta infrastructura radio vor fi consumate de trei sisteme informatice, componente ale unei platforme integrate de management al traficului:

• un sistem informatic de tip geospatial utilizat la vizualizarea intr-o interfata de tip harta digitala a problemelor de trafic, la modelarea predictiva a traficului si la comanda automatizata a semnalizarii conditiilor de trafic, a semaforizarii si a intreg sistemului de restrictii in circulatie; ne referim aici la sisteme de modelare dinamica, avand capacitatea de a utiliza date furnizate de senzori in mod continuu;
• un sistem de impozitare/taxare a utilizarii infrastructurii rutiere si a emisiilor de noxe pe baza datelor de trafic individuale pentru fiecare vehicul, cu capabilitatea de a taxa diferit distantele parcurse in functie de conditiile de trafic;
• o platforma de furnizare catre soferi a serviciilor pe baza de locatie: navigatie, rezervare de locuri de parcare, etc..

Practic, printr-un astfel de combinatie de tehnologii si de politici fiscale care se vor valorifica reciproc se va ajunge la:

• gestiunea traficului cu ajutorul unui sistem inteligent de modelare dinamica bazat pe informatii in timp real sau cvasi-real la nivelul intregului oras (nu doar in anumite zone);
• taxarea utilizarii infrastructurii rutiere si impozitarea emisiilor de carbon pe baza unor formule care iau in calcul conditiile reale de trafic care influenteaza aceste emisii;
• furnizarea de servicii de localizare si navigare pentru toate vehiculele implicate in trafic, inclusiv cu informatii de timp real privind conditiile de trafic;
• finantarea sistemului de management de trafic din veniturile generate din impozitare/taxare si din furnizarea serviciilor de navigare.

O varianta alternativa sau complementara la includerea in aceasta platforma a serviciilor de navigare este instalarea universala a etichetelor radio simple pe toate autovehiculele si integrarea in sistem, pentru soferii care doresc optional si servicii de navigare, a navigatoarelor personale comercializate de furnizorii consacrati care deja au in oferta terminale capabile de a utiliza informatii de trafic actualizate dinamic. Daca acest scenariu este in principiu mai usor de implementat deoarece nu necesita asumarea de catre administratia publica a unui rol deja indeplinit de furnizori comerciali de servicii de navigare, exista pe de alta parte dezavantajul ca serviciile de navigare nu vor fi universale si drept rezultat nu toti soferii vor primi avertizari privind problemele de trafic pe traseul ales. Intr-un astfel de scenariu va fi diminuata si eficienta sistemului de management de trafic, accentul cazand pe faza de eliminare a blocajelor prin redirijarea celor care au  provocat un blocaj in loc de prevenire a blocajelor de trafic.

CONCLUZII

Scenariul propus nu implica inovatii tehnologice majore sau cercetare fundamentala, insa trebuie testata fezabilitatea institutionala a acestuia, avand in vedere cateva probleme importante care pot afecta succesul unui asemenea sistem:

• actorul principal care trebuie sa-si asume proiectarea, implementarea si intretinerea unui asemenea sistem este administratia publica iar in mod traditional acest tip de institutie are rareori succes in realizarea unui sistem atat de complex;
• prin realizarea unei astfel de platforme, administratia publica dintr-un anumit oras intra in concurenta cu furnizori comerciali, fie si numai pe segmentul de servicii de navigare si doar in jurisdictia proprie, situatie care ar trebui evitata in principiu, lasand administratiei rolul de manager al traficului si operatorilor privati rolul de furnizori de servicii;
• fezabilitatea financiara a sistemului, dar si una din motivatiile unei asemenea investitii, este legata de introducerea unei taxe noi, evident nepopulare, lucru foarte greu de asumat de catre orice administratie publica din lume.

Insa nici una din aceste probleme nu este insurmontabila in sine si estimam ca atunci cand costul social al blocajelor in trafic si al poluarii devine nesustenabil intr-o comunitate metropolitana si cauzele nu pot fi eliminate sau atenuate suficient prin toate celelalte metode non-tehnologice si non-fiscale, un astfel de pachet de tehnologie si politici publice va fi pus in aplicare.

BIBLIOGRAFIE

GPS Business News (2007) " TomTom Launches Traffic Information Based on GSM Data", https://www.gpsbusinessnews.com/index.php?action=article&numero=493 , accesat la 8 mai 2008

IBM (2007) "IBM and Singapore's Land Transport Authority Pilot Innovative Traffic Prediction Tool ", https://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/21971.wss, accesat la 8 mai 2008

Land Transport Authority (2008) "Electronic Road Pricing ", https://www.lta.gov.sg/motoring_matters/index_motoring_erp.htm , accesat la 8 mai 2008

Fraser, Scott (2007) The Use of Floating Cellular Telephone Data for Real-Time Transportation Incident Management, McGregor University, disponibil online la https://msep.mcmaster.ca/publications/FloatingCellularTelephoneData.pdf

VTT (2007) "New long-range RFID technology from VTT for Chinese road tolls", https://www.vtt.fi/whatsnew/2007/20070329.jsp, accesat la 8 mai 2008