Teadlased Uuendavad Uuenduslikke Visualiseerimisstrateegiaid Liiklusummikute Kaotatud Energia, Aja Ja Raha Tagasisaamiseks

Kaitserauad-kaitserauad liikluses edasi liikudes hädaldavad autojuhid halbades pendeldustes ohverdatud eluaastaid. Isegi pandeemia korral, mis liiklusmahtu dramaatiliselt vähendas, kaotasid ameeriklased mullu siiski liiklusummikute tõttu keskmiselt 26 tundi. Tüüpilisel aastal veedavad USA juhid rooli taga kinni jäänud 46 tundi - see võib elu jooksul kokku kulutada tuhandeid tunde.

Liiklusummikud ei raiska mitte ainult aega ja aastas üle 3,3 miljardi galloni kütust, vaid ka kaotavad tootlikkust ja saastavaid heitmeid 8,8 miljardit tundi. USA energeetikaministeeriumi riikliku taastuvenergia laboratooriumi (NREL) ja Oak Ridge'i riikliku laboratooriumi (ORNL) hiljutised uuringud näitavad potentsiaali liiklusmüra lahti harutamiseks järgmise põlvkonna andurite ja juhtimisseadmete ning suure jõudlusega arvutite abil. analüütika ja masinõpe. Nende uuenduslike ummikute vastu võitlemise strateegiate eesmärk on vähendada sõidukite energiatarbimist kuni 20% ja saada järgmise 100 aasta jooksul tagasi kaotatud tootlikkus kuni 100 miljardit dollarit.

NREL-i meeskond lõi Chattanooga, Tennessee osariigis, liiklustingimuste simulatsiooni (või "digitaalse kaksiku"), kasutades reaalajas andmeid, mida koguti paljude anduriseadmete kaudu. Simulatsioonid aitavad kindlaks teha, millised juhtnupud - liiklussignaalide programmeerimise, alternatiivse marsruudi, kiiruse ühtlustamise, rampmõõtmise, dünaamiliste kiirusepiirangute ja muu näol - suudavad saavutada suurima energiatõhususe, optimeerides samal ajal sõiduaega, kiirteed ja ohutust. Saadud teavet saavad linnaplaneerijad, tehnoloogiaarendajad, autotootjad ja laevastikuoperaatorid kasutada süsteemide ja seadmete väljatöötamiseks, mis lihtsustavad pendelrännet ja tarneid.

"Chattanooga pakkus ideaalse mikrokosmose tingimustest ja võimalustest töötada koos kohalike ja riigipartnerite erakordse nimekirjaga," ütles NRELi sõidukitehnoloogia laboratooriumi juht John Farrell. "Lõpuks on plaan rakendada neid lahendusi suurematele suurlinnadele ja piirkondlikele koridoridele kogu riigis."

Andureid kasutati pidevalt andmete kogumiseks enam kui 500 allikast, sealhulgas automatiseeritud kaameratest, liiklussignaalidest, rongisisestest GPS-seadmetest, radaridetektoritest ja ilmajaamadest. See teave lisati simuleerimisse, modelleerimisse ja valitud masinõppetegevustesse, mida NRELi teadlased juhivad ORNL-i juhitud projekti jaoks.

NRELi meeskond on välja töötanud tipptasemel tehnikad ja tööriistad liiklusummikute tõttu kaotatud energia tuvastamiseks ja kvantifitseerimiseks ning leevendusstrateegiate hindamiseks ja kinnitamiseks. Ühendades mitmest allikast saadud andmed suure täpsusega masinõppega, saavad NRELi teadlased hinnata energiakasutust ja energiakadu, teha kindlaks, kus ja miks süsteemid energiat kaotavad, ning modelleerida realistlikke reaktsioone tingimuste ja juhtimisseadmete muutustele. See annab liiklusvoogude parandamise strateegiatele teadusliku aluse, mida meeskond saab simulatsioonide abil hinnata ja väliuuringute abil kinnitada.

Chattanooga projekti jaoks lõi NRELi meeskond meetodi liikluse reaalajas ja ajaloolise mahu, kiiruse ja energiatarbimise hindamiseks ja visualiseerimiseks, võimaldades ülekoormuse leevendamise strateegiate rakendamise abil välja tuua kõige suurema energiasäästu potentsiaaliga alad. Meeskond töötas välja ka masinõppevõtted, mis aitaksid liiklussignaali jõudlust hinnata, tehes samal ajal koostööd ORNL-i teadlastega muudes masinõppe ja tehisintellekti strateegiates.

NRELi analüüsid vaatasid andmeid kaugemale, kasutades masinõpet, GPS-seadmete ja sõidukiandurite andmeid ning visuaalset analüüsi, et uurida ummikute põhjuseid. Näiteks avastas meeskond, et ühes suuremas koridoris olevaid liiklussignaale ei olnud ajastatud kergema keskpäevase liiklusvoo optimeerimiseks, mille tulemuseks oli punaste tulede liigse peatumise tõttu palju hilinemisi.

Meeskond näitas, et sama koridor võiks toimida energiatarbimise vähendamise strateegilise piirkonnana, kusjuures koridori simulatsioonimudel näitas, et optimeeritud liiklussignaalide seadistustel on potentsiaali selles kohas energiatarbimist vähendada kuni 17%. Seejärel soovitasid teadlased Chattanooga transpordiministeeriumi inseneridele nelja koridoris asuva signaalikontrolleri eriparandusi. Tegelikud tulemused näitasid, et sellel teelõigul vähenes sõidukite kütusekulu 16% võrra - peaaegu saavutades 20% vähendamise eesmärgi - tänu väga piiratud strateegiate kasutusele võtmisele.

"Liiklussüsteemide juhtimise optimeerimine võib aidata märkimisväärses koguses energiat kokku hoida ja vähendada liikumisega seotud heitkoguseid reaalses maailmas," ütles NRELi järeldoktorant Qichao Wang ja selle projekti liikluskorralduse juht.

Nende keeruliste ja suuremahuliste simulatsioonide loomiseks vajalik reaalajas andmete koristamine tugines NRELi Eagle superarvuti suure jõudlusega andmetöötlusele. See arvuti suudab sekundis läbi viia 8 miljonit miljardit arvutust, mis võimaldab teadlastel teha tundide, minutite või sekunditega arvutusi, mis oleksid varem võtnud päevi, nädalaid või isegi kuid.

"Suure jõudlusega andmetöötluse, ülitäpsete andmete, masinõppe ja transpordiuuringute ristmik võib anda võimsaid tulemusi, mis ületavad kaugelt seda, mis on pärandtehnoloogiaga varem olnud võimalik," ütles NRELi arvutusteadlane ja kaasjuht Juliette Ugirumurera labori projektimeeskonnast.

Aastas veetakse üle USA maanteede üle 11 miljardi tonni kaupa, mis on iga päev rohkem kui 32 miljardi dollari väärtuses kaupa. See annab kaubaveoettevõtjatele veelgi suurema motivatsiooni kui üksikud juhid, et vältida liiklusummikute kütuse ja raha raiskamist. Teadlased on hiljuti hakanud tegema koostööd piirkondlike ja riiklike lennuettevõtjatega Gruusias ja Tennessee linnas, et uurida, kuidas simulatsioone ja juhtimisseadmeid kõige tõhusamalt veokiparkidele kohandada.

"Siiani on meie linnamastaabis kasutatud prototüüp keskendunud tihedamalt sõiduautodele ja individuaalsetele reisimudelitele," ütles NRELi teadusarvutusgrupi juht ja labori projekti meeskonna kaasjuht Wesley Jones. "Laiendades uurimistööd kaubaveo uurimiseks, vaatleme laiemalt ka nende piirkondlikke ja riiklikke marsruute."

Lõpuks eeldatakse, et neid reisijate ja kaubaveo tehnoloogiaid rakendatakse kogu riigis koos infrastruktuuri integreeritud täiendavate andurite ja juhtimisseadmetega ning ühendatud ja autonoomsete sõidukitega.

Teiste projektipartnerite hulka kuuluvad Chattanooga linn, Tennessee transpordiministeerium, Georgia transpordiministeerium, Tennessee ülikool, Vanderbilti ülikool, Wayne'i osariigi ülikool, TomTom, FedEx, USXpress, paktitransporditeenused ja kaubaveolained.

Lisateave NRELi arvutiteaduse ning transpordi ja liikuvuse uuringute kohta.