El reto de las carreteras inteligentes

El pasado jueves día 23 de abril se celebró la sesión de trabajo on-line “Movilidad autónoma: aportaciones de la infraestructura en distintos nivel de autonomía” organizada por el Foro Español de Smart Roads. En esta sesión se contó con la participación del Instituto de Seguridad de los Vehículos Automóviles de la Universidad Carlos III de Madrid (ISVA-UC3M), el Instituto de Investigación del Automóvil de la Universidad Politécnica de Madrid (INSIA-UPM), el Centro Tecnológico de Automoción de Galicia (CTAG) y el Grupo de Investigación en Ingeniería de Carreteras de la Universitat Politècnica de València (GIIC-UPV), siendo este último grupo donde desarrollo mi actividad investigadora.

La sesión comenzó con la participación de Enrique Belda, presidente del Foro de Smart Roads, quien manifestó ya de entrada la importancia de la conexión de la infraestructura con la tecnología. Asimismo, resaltó que a pesar de que en los últimos años o décadas se han implementado diversos tipos de tecnología en la carretera, todavía nos queda un largo camino por recorrer. En este sentido, Enrique destacó la necesidad de introducir el concepto de domótica, importado del campo de la arquitectura, a la carretera.

«Debemos concentrar nuestros esfuerzos en introducir en las carreteras el concepto de domótica»

La primera de las ponencias fue presentada por ISVA-UC3M y se centró en la introducción de los nuevos conceptos ligados a la movilidad autónoma y los retos futuros en este campo. En primer lugar, se definieron los distintos sistemas de automatización establecidos por la Sociedad de Ingenieros de la Automoción (SAE), destacando que la mayoría de los vehículos autónomos que circulan actualmente en nuestras carreteras se sitúan en un nivel 2 (ver figura adjunta).

Fuente: www.km77.com

No obstante, el nivel de automatización de un determinado vehículo no depende exclusivamente de la tecnología equipada en el vehículo sino también de las características de la infraestructura y el entorno. En este sentido aparece el concepto de Operational Design Domain (ODD), que se puede definir como las condiciones operativas (tipo de carretera, configuración geométrica, rango de velocidades, sistema de señalización, conectividad, condiciones meteorológicas y lumínicas, etc.) bajo las cuales un sistema automatizado está diseñado para funcionar correctamente.

En cuanto a los retos actuales a los que nos debemos enfrentar, ISVA-UC3M destacó los siguientes:

  • Técnicos: incremento de la capacidad de procesamiento; incremento de la complejidad del software embarcado; ciberseguridad.
  • Infraestructura: adaptación y sensorización de carreteras ya existentes; comunicaciones móviles; vehículos como sensores en movimiento.
  • Aspectos legales: certificación y homologación de vehículos autónomos; permiso de conducción; seguro de automóviles.
  • Aspectos morales: ética de comportamiento en la toma de decisiones.
  • Mercado: identificación de aspectos tecnológicos más receptivos/aceptados por los usuarios.

La segunda ponencia, centrada en la movilidad autónoma de viajeros y mercancías, fue presentada por INSIA-UPM. Este grupo de investigación posee una alta experiencia en la sensorización tanto de los vehículos (turismos, autobuses, vehículos militares, etc.) como de la infraestructura debido a la participación en numerosos proyectos de investigación, entre los que cabe destacar C-Roads y AUTOCITS. Asimismo, también han trabajado en el desarrollo de algoritmos de toma de decisiones.

Como resultado, no dudan en destacar que la aportación de la infraestructura es fundamental para permitir y facilitar una conducción autónoma de manera segura y cómoda. En esta línea, también apuntan que los sistemas cooperativos C-ITS son imprescindibles para una adecuada operación no solo de los vehículos autónomos y conectados, sino también para aquellos vehículos conducidos de manera manual, es decir, no automatizados.

“La infraestructura juega un papel esencial para conseguir una conducción cómoda y segura de los vehículos autónomos y conectados”

Relacionado con ello, cabe destacar los Niveles de soporte de la infraestructura a la conducción automatizada (ISAD, Infrastructure Support Levels for Automated Driving) propuestos en el marco del proyecto INFRAMIX (ver figura adjunta). Estos niveles clasifican segmentos o nodos viarios en función de las capacidades de estos para informar y gestionar el tráfico de vehículos conectados y autónomos.

El nivel E es el menor de ellos y representa una infraestructura convencional que no ofrece ningún soporte para vehículos conectados. En la actualidad se contaría en muchos tramos con un nivel D, consistente en un soporte de mapas de tráfico digitalizados, con información estática de las señales. A partir de aquí, ya se pasaría a los niveles exclusivamente aplicados a la infraestructura digital. El nivel C complementaría el anterior añadiendo información variable, como las propias señales, avisos, incidencias o meteorología. Un gran salto cualitativo se produciría a partir del nivel B, en el cual la infraestructura también es capaz de intercambiar con los vehículos información microscópica del tráfico, en lo que se denomina “Percepción cooperativa”. Finalmente, el nivel A permitiría no solo el conocimiento de las condiciones del tráfico, sino también la actuación, mediante guiado total o parcial de los vehículos autónomos y conectados.

En tercer lugar, intervino el CTAG, que presentó las necesidades de la infraestructura para albergar vehículos con distintos niveles de automatización. En este sentido, el CTAG indicó que actualmente ya disponemos de vehículos circulando por nuestras carreteras con un nivel 2 de automatización, que en la primera mitad de la década se prevé la penetración de vehículos de nivel 3 y, al final de la década, se esperan vehículos de nivel 4.

Debido a esta importante penetración de nuevos vehículos autónomos y conectados en los próximos años, se espera una reducción del número de accidentes y de las emisiones y un mayor confort y aprovechamiento del tiempo que pasamos en nuestros vehículos.

“Cuanto mayor sea el grado de penetración de vehículos autónomos, menor será el número de accidentes y las emisiones”

En cuanto a los retos a los que nos deberíamos enfrentar, el CTAG destaca los siguientes agrupados principalmente en tres categorías:

  • Infraestructura: firme; geometría; señalización; mapas de alta definición.
  • Conectividad: centro de gestión de la información; normalización y armonización para el desarrollo de especificaciones técnicas; comunicación 5G.
  • Validación de los sistemas en etapas: simulación; validación digital; pistas de prueba; carretera abierta.

Finalmente, el CTAG presentó una reflexión sobre la relación entre los distintos niveles de automatización de los vehículos definidos por la SAE y la clasificación de la infraestructura de acuerdo a los niveles ISAD. De esta manera, cuanto mayor es el nivel de automatización del vehículo, mayores características se le exige a la infraestructura, es decir, mayor debe ser su nivel ISAD.

“Un mayor nivel de automatización conlleva mayores prestaciones de la infraestructura”

Por último, desde el GIIC-UPV presentamos una nueva propuesta de clasificación de la red de carreteras para incorporar las particularidades de los vehículos autónomos y conectados.

En este contexto, las carreteras se han clasificado tradicionalmente en base a dos dimensiones fundamentales siempre enfrentadas: movilidad y accesibilidad. Además, en el año 2011 el Comité de Carreteras Interurbanas de la Asociación Técnica de Carreteras definió los siguientes criterios de clasificación:

  • Funcionalidad económico-administrativa.
  • Titularidad administrativa.
  • Funcionalidad técnica.
  • Morfología de la vía.
  • Entorno.

Si consideramos los criterios “Funcionalidad técnica” y “Entorno” y los combinamos con un nuevo criterio “Tipo de usuario” llegamos a la reciente clasificación propuesta en Estados Unidos (NCHRP, Research Project 855). Esta clasificación muestra de manera matricial la importancia de cada tipo de usuario para cada una de las posibles combinaciones de los criterios “Funcionalidad técnica” y “Entorno”, de manera que cuanto mayor es el icono de cada usuario, mayor es su nivel de uso. La figura que se adjunta es el resultado de dicho proyecto, puesto que en nuestro país, por ejemplo, la presencia ciclista en entorno rural es mucho más importante que en las carreteras americanas.

Sin embargo, ninguna de estas clasificaciones tiene en cuenta la creciente presencia de los vehículos autónomos y conectados en nuestras carreteras que, por supuesto, requerirán la definición de nuevos criterios para clasificar nuestras carreteras. En este sentido, recientemente se han desarrollado los siguientes proyectos enfocados en esta temática:

  • Connected Roadway Classification System (CRCS), desarrollado por el Instituto de Transportes de la Texas A&M University y financiado por el Transportation Research Board.
  • INFRAMIX, desarrollado por un consorcio de instituciones y empresas europeas y financiado por el programa Horizon2020 dentro de la Call 3.4: Retos sociales: transporte inteligente, sostenible e integrado.

Puesto que la clasificación ISAD propuesta por INFRAMIX ya ha sido descrita anteriormente, nos centraremos ahora en la clasificación propuesta en el proyecto CRCS. Este proyecto establece 4 categorías de carreteras o niveles en función del grado en el que estas permiten la circulación automatizada de vehículos autónomos y conectados. Desde un nivel 1 asociado a una carretera cuyo diseño o funcionalidad no permite que este tipo de vehículos circulen de manera autónoma y, además, no cumple con las pautas o recomendaciones existentes para futuras adaptaciones tecnológicas; hasta un nivel 4 que está asociado a una carretera que presenta un diseño y funcionalidad que admite la operación de la mayoría de las aplicaciones que integra este tipo de vehículo y/o se comunica/interactúa con los vehículos de manera proactiva.

Para evaluar el grado en el que la carretera permite este tipo de conducción, el proyecto define tres áreas de proceso:

  • La comunicación, asociada a la conectividad entre los vehículos y la infraestructura;
  • La detección, relacionada con la interpretación de las marcas viales y la señalización por parte de los vehículos autónomos y conectados; y
  • La simplificación, asociada al grado en el que, principalmente, el diseño geométrico y el estado del firme facilitan la operación de este tipo de vehículos.

Partiendo del enfoque analítico y sistemático de esta clasificación e invirtiendo el orden de las áreas de proceso debido a que los primeros sistemas automatizados no requieren de comunicación, pero sí de una simplificación de la infraestructura, obtenemos la propuesta de clasificación propuesta por el GIIC-UPV.

En el Nivel 1 de carreteras se englobarían, desde el punto de vista de la simplificación, aquellas carreteras con una geometría acorde con normas antiguas o una señalización no adaptada o un pavimento en mal estado; desde el punto de vista de la detección, se trataría de tramos con una infraestructura no digitalizada y con señales y marcas viales en mal estado; y, en el ámbito de la comunicación, estaríamos hablando de un déficit en conectividad y, por supuesto, una señalización de obras o desvíos sin comunicación alguna.

Para el resto de niveles se proponen criterios de clasificación relacionados con la geometría, los sistema de señalización, el estado del pavimento, la definición de ODDs, el inventario digital, la creación de mapas digitales, los niveles de conectividad y de comunicaciones, las capacidades de sensorización de la infraestructura y de los propios usuarios, etc. No obstante, algunos de estos ámbitos requieren de más investigación como, por ejemplo, los criterios y umbrales para definir ODDs o los sistemas de señalización avanzados que no se basen exclusivamente en la visión.

Por último, el GIIC-UPV destacó que este sistema de clasificación de carreteras debería ser común a nivel estatal, pero con muchas características homogeneizadas a nivel europeo, basado en los siguientes atributos:

  • Comunicación entre agentes
  • Estandarización
  • Interoperable
  • Consistente y simple
  • Robusto
  • Fundamento de planificación y actuaciones
  • Integrable con clasificaciones actuales
  • Flexible

“Es necesaria una clasificación de la red de carreteras que incorpore las particularidades de los vehículos autónomos y conectados para planificar las actuaciones a desarrollar hacia carreteras tecnológicas”

Como conclusiones podríamos resaltar que:

  • Es necesario incrementar la capacidad de procesamiento de los sistemas instalados en los vehículos
  • Es necesario la regulación de nuevos estándares, homologación y certificación de vehículos, incluyendo la evaluación de riesgos por parte de los fabricantes de los sensores.
  • Es necesaria una nueva normativa de Inspección Técnica de Vehículos Autónomos y Conectados.
  • Es necesario establecer criterios objetivos de establecimiento o creación de carriles exclusivos o compartidos con vehículos autónomos y conectados.
  • Es necesario garantizar la seguridad de las comunicaciones (ciberseguridad).
  • Es necesario estudiar una nueva política en materia de seguros de los vehículos.
  • La infraestructura juega un papel esencial para que los vehículos consigan los niveles más altos de automatización.
  • Es necesario mantener la red de carreteras en buen estado para asegurar la operación automatizada de los vehículos autónomos y conectados.
  • Es necesario una estandarización de los sistemas de señalización a nivel internacional.
  • Es necesario validar los sistemas desde una primera fase inicial en simulación a una última fase en carretera abierta.
  • Es necesaria una clasificación de la red de carreteras que incorpore las particularidades de los vehículos autónomos y conectados.
  • Es necesaria una planificación de las actuaciones para conseguir una red de carreteras inteligentes, lo que requiere previamente de la clasificación de la red de carreteras.

Espero que la lectura haya sido interesante y os invito a dejar vuestros comentarios. Si crees que puede ser de interés para alguien que conozcas, ¡Compártela!

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *