Ευφυείς οδικές διασταυρώσεις με χρήση V2X

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη διερεύνηση διαφόρων θεμάτων που αφορούν στην ανάπτυξη των ευφυών οδικών διασταυρώσεων, μέσα από τη χρήση εφαρμογών επικοινωνίας Vehicle-to-Everything (V2X), υπό το πλαίσιο δράσεων του 5G. Η εργασία σκοπεύει στην ανάδειξη του ρόλου που καλούνται να διαδραματίσουν οι ευφυείς διασταυρώσεις στο περιβάλλον των σύγχρονων «έξυπνων πόλεων» σε συνδυασμό με διαφαινόμενες καινοτόμες λύσεις για αυτόνομη οδήγηση. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στην τεχνολογική εξέλιξη που συντελείται με την 5η γενιά τηλεπικοινωνιακών συστημάτων γνωστή ως 5G, με σκοπό την εισαγωγή στο θέμα της εργασίας και την σφαιρική κάλυψη του θέματος. Επιχειρείται μια αποτίμηση της τρέχουσας ανάπτυξης του συστήματος 5G καθώς και μια σύντομη περιγραφή των υπηρεσιών που αυτό δύναται να προσφέρει, σε συνάρτηση με τα κύρια τεχνικά χαρακτηριστικά του. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν με έμφαση στην ταχύτητα (speed) και στη λανθάνουσα καθυστέρηση (latency), στις τεχνολογικές λύσεις που αυτή τη στιγμή προτείνονται (MEC, NFV, SDN, NSM) όπως επίσης και στα κύρια σενάρια χρήσης του 5G για την τρέχουσα δεκαετία (eMBB, URLLC, mMTC). Παράλληλα, γίνεται αναφορά στο έργο 5G-DRIVE, το οποίο αποτελεί μια κοινή προσπάθεια Ε.Ε. και Κίνας για την προσέγγιση των δυνατοτήτων και την επίλυση προβλημάτων χρήσης του 5G σε σχέση με τα αυτόνομα οχήματα και τη διαλειτουργικότητα αυτών με την υποδομή των οδικών δικτύων. Επειδή η εξέλιξη ουσιαστικά συνιστά μια αέναη και δυναμική διαδικασία, έχει διαφανεί και προδιαγράφεται ο «διάδοχος» του 5G που είναι το 6G και το οποίο ήδη αποτελεί αντικείμενο επενδύσεων τόσο από εταιρίες όσο και από κρατικές οντότητες. Ορισμένα κύρια χαρακτηριστικά και συναφή σενάρια χρήσης του 6G περιγράφονται επίσης στην παρούσα εργασία. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στα συστήματα μεταφορών, με έμφαση σε αυτά των αστικών περιοχών και την κοινωνικο-οικονομική σημασία τους για τις σύγχρονες πόλεις. Ταυτόχρονα επιτελείται εισαγωγή στα συστήματα V2X και σε μερικές από τις πολλά υποσχόμενες χρήσεις τους για τη μελλοντική κάθετη αγορά των μεταφορών. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η εξέλιξη της τεχνολογίας των οχημάτων (ήτοι CV, AV και CAV) και το πώς αυτή οδηγεί στην πλήρως αυτόνομη και συνεργατική οδήγηση, με αναφορά και στα επίπεδα αυτοματοποιημένης κινητικότητας, όπως ορίζονται από την SAE. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται επισκόπηση των συστημάτων «έξυπνων δρόμων» που έχουν προταθεί/εφαρμοστεί πειραματικά αλλά και παραγωγικά, στο πλαίσιο των δράσεων υλοποίησης προγραμμάτων έξυπνων πόλεων. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται μια ιστορική αναδρομή στα συστήματα που προσπάθησαν στο παρελθόν να βελτιστοποιήσουν τη δρομολόγηση των διασταυρώσεων (ήτοι SCATS, SCOOT, WSNs) και επιπλέον επεξηγείται και αξιολογείται το πώς ορίζεται πλέον μια έξυπνη διασταύρωση με σενάρια χρήσης του 5G. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτενής αναφορά στο σύστημα GLOSA, το οποίο έχει «ωριμάσει» και λειτουργεί πειραματικά σε πάρα πολλές περιπτώσεις χρήσης και το οποίο υποστηρίζεται σχεδόν από το σύνολο των νέων οχημάτων. Ακολουθεί αναφορά σχετικά με τη μελέτη του συστήματος στο πλαίσιο του έργου 5G-DRIVE και στους βασικούς δείκτες απόδοσής του. Στο Κεφάλαιο 7 γίνεται μια σε βάθος προσέγγιση της περίπτωσης χρήσης της έξυπνης διασταύρωσης και περιγράφεται αναλυτικά η μεθοδολογία και ο αλγόριθμος επίλυσης των πιθανών διενέξεων μεταξύ όλων των χρηστών της διασταύρωσης (οχημάτων, ποδηλάτων, πεζών). Το Κεφάλαιο 8 επιχειρεί μια επισκόπηση της εργασίας με την παράθεση συμπερασμάτων αναφορικά με την ενδεχόμενη εφαρμοσιμότητα και με τις αναδυόμενες προκλήσεις. Στο Παράρτημα Α γίνεται αναφορά στη φυσική αρχιτεκτονική για τη μελέτη του συστήματος GLOSA και της έξυπνης διασταύρωσης στο ερευνητικό πρόγραμμα 5G-DRIVE όπως επίσης και σε σχετικές δοκιμές που διεξήχθησαν παράλληλα στην Ε.Ε. και στην Κίνα, ώστε να διαπιστωθεί η λειτουργία και για να αποτυπωθούν προβλήματα των συστημάτων αυτών.