Hvad en enkelt bil kan sige om trafikken

Køretøjstrafikken har længe trodset beskrivelsen. Engang målt groft gennem visuel inspektion og trafikkameraer, kvantificerer nye smartphone-crowdsourcing-værktøjer nu trafikken langt mere præcist. Denne populære metode giver dog også et problem:Nøjagtige målinger kræver mange data og brugere.

Meshkat Botshekan, en MIT Ph.D. studerende i civil- og miljøteknik og forskningsassistent ved MIT Concrete Sustainability Hub, har søgt at udvide på crowdsourcing-metoder ved at se på trafikkens fysik. I løbet af sin tid som ph.d.-kandidat har han været med til at udvikle Carbin, et smartphone-baseret roadway crowdsourcing-værktøj skabt af MIT CSHub og University of Massachusetts Dartmouth, og brugt dets data til at give mere indsigt i trafikkens fysik – fra dannelsen af trafikpropper til konklusionen om trafikfase og køreadfærd. Her forklarer han, hvordan de seneste fund kan give smartphones mulighed for at udlede trafikegenskaber ud fra målingerne af et enkelt køretøj.

Sp:Talrige navigationsapps måler allerede trafik. Hvorfor har vi brug for alternativer?

A:Trafikkarakteristika har altid været svære at måle. Tidligere blev visuel inspektion og kameraer brugt til at producere trafikmålinger. Så der er ingen tvivl om, at nutidens navigationsværktøjsapps tilbyder et overlegent alternativ. Alligevel har selv disse moderne værktøjer huller.

Den vigtigste blandt dem er deres afhængighed af rumligt fordelte brugerantal:I det væsentlige tæller disse apps deres brugere på vejsegmenter for at estimere trafiktætheden. Selvom denne tilgang kan virke passende, er den både sårbar over for manipulation, som vist i nogle virale videoer, og kræver enorme mængder data for pålidelige skøn. Behandling af disse data er så tids- og ressourcekrævende, at de på trods af deres tilgængelighed ikke kan bruges til at kvantificere trafikken effektivt på tværs af et helt vejnet. Som et resultat er denne enorme mængde trafikdata faktisk ikke optimal til trafikstyring.

Sp:Hvordan kan nye teknologier forbedre den måde, vi måler trafik på?

A:Nye alternativer har potentiale til at tilbyde to forbedringer i forhold til eksisterende metoder:For det første kan de ekstrapolere langt mere om trafik med langt færre data. For det andet kan de koste en brøkdel af prisen, mens de tilbyder en langt enklere metode til dataindsamling. Ligesom Waze og Google Maps er de afhængige af crowdsourcing-data fra brugere. Alligevel er de baseret på inkorporeringen af ​​statistisk fysik på højt niveau i dataanalyse.

For eksempel anvender Carbin-appen, som vi udvikler i samarbejde med UMass Dartmouth, principper for statistisk fysik på eksisterende trafikmodeller for helt at give afkald på behovet for brugertælling. I stedet kan den udlede trafiktæthed og føreradfærd ved hjælp af input fra en smartphone monteret i et enkelt køretøj.

Metoden i hjertet af appen, som blev offentliggjort sidste efterår i Physical Review E , behandler køretøjer som partikler i et system med mange krop. Ligesom opførselen af ​​et lukket mange-krop-system kan forstås ved at observere adfærden af ​​en individuel partikel baseret på statistisk fysiks ergodiske sætning, kan vi karakterisere trafikken gennem fluktuationerne i hastighed og position af et enkelt køretøj på tværs af en vej. Som et resultat kan vi udlede adfærden og tætheden af ​​trafikken på et segment af en vej.

Da der kræves langt mindre data, er denne metode hurtigere og gør datahåndtering mere overskuelig. Men vigtigst af alt har det også potentialet til at gøre trafikdata billigere og tilgængelige for dem, der har brug for det.

Spørgsmål:Hvem er nogle af de parter, der ville drage fordel af nye teknologier?

A:Mere tilgængelige og sofistikerede trafikdata ville gavne mere end blot chauffører, der søger jævnere, hurtigere ruter. Det ville også gøre det muligt for stats- og byafdelinger for transport (DOT'er) at foretage lokale og kollektive indgreb, der fremmer de kritiske transportmål om retfærdighed, sikkerhed og bæredygtighed.

Som en sikkerhedsløsning kan nye dataindsamlingsteknologier identificere farlige kørselsforhold i en meget finere skala for at informere om forbedrede trafikdæmpende foranstaltninger. Og da socialt sårbare samfund oplever trafikvold uforholdsmæssigt, ville disse indgreb have den ekstra fordel, at de imødekommer presserende ligestillingsproblemer.

Der vil også være en miljømæssig fordel. DOT'er kunne mindske køretøjets emissioner ved at identificere små afvigelser i trafikstrømmen. Dette vil give dem flere muligheder for at afbøde tomgang og trængsel, der genererer overskydende brændstofforbrug.

Som vi har set, er disse tre udfordringer blevet mere og mere akutte, især i byområder. Alligevel eksisterer de nødvendige data for at adressere dem allerede - og bliver indsamlet af smartphones og telematikenheder over hele verden. Så for at sikre et sikrere og mere bæredygtigt vejnet vil det være afgørende at inkorporere disse dataindsamlingsmetoder i vores beslutningstagning.