Bildelning med autonoma fordon kan förbättra städer på många sätt. Singapore tar en banbrytande roll, samarbeta med ETH -forskare för att utforska potentialen hos personlig, elektrifierad och automatiserad kollektivtrafik.

Mobilitetens framtid mäts i milstolpar:i februari, Googles dotterbolag Waymo meddelade att dess flotta med självkörande bilar hade gått över 8 miljoner kilometer på allmänna vägar. Detta kom strax efter Ubers tillkännagivande att det hade slutfört 3 miljoner kilometer autonom körning. Om industrin har sitt sätt, då kommer vi snart att dela alla våra gator med fordon som styrs av algoritmer istället för förare. Men är det ett realistiskt scenario? Eller helt enkelt en rosenfärgad vision om en tekniskt driven framtid?

Vi frågade en av de ledande experterna inom detta område, Italienska forskaren Emilio Frazzoli, Professor i dynamiska system och kontroll vid ETH Zürich sedan oktober 2016. "Det beror helt på vilken nivå av autonom rörlighet du har i åtanke, "svarar han." Jag skulle säga att det kommer att ta minst ytterligare 15 år innan du kan köpa en självkörande bil av en återförsäljare. Men om du menar en begränsad typ av bildelning, då händer det redan. "Faktum är att detta senare koncept är en kärndel i Frazzolis egen forskning. I mitten av 2018, rittdelningsföretaget Lyft lanserade en tjänst på Las Vegas Strip som gör att alla kan boka en av en flotta med 30 BMW:er genom sin app. De förarlösa bilarna styrs av algoritmer utvecklade av fordonsteknikföretaget Aptiv, som förvärvade NuTonomy-uppstarten som grundades av Frazzoli-i oktober 2017.

Ompröva urbana rörlighet

Innan du ansluter dig till ETH, Frazzoli tillbringade tio år som professor vid det prestigefyllda MIT i Boston. Autonoma system - till en början flygplan och drönare - var i fokus för hans arbete redan från början. "Den tekniska sidan av det var i allmänhet ganska cool, men det gjorde egentligen inte mycket för att lösa de utmaningar samhället står inför. "År 2009, fann han sig fundera på en grundläggande fråga:”Då, huvudargumentet för att bedriva forskning om självkörande bilar var tanken att de skulle göra vägtrafiken säkrare. "Medan jag erkänner sanningen i detta uttalande, åtminstone på lång sikt, Frazzoli insåg att det potentiellt fanns en mycket större, medellång sikt att vinna på att helt ompröva frågan om individuell rörlighet för stadsbor.

"Målet med min forskargrupp är en form av rörlighet som kombinerar bekvämligheten med en privat bil med hållbarheten i kollektivtrafiken." Med andra ord, ett slags Uber, men förarlös och därför mycket mer ekonomisk och tillgänglig. Plus - tack vare elektrifiering och bättre kapacitetsanvändning - en lösning som ger betydligt lägre energiförbrukning och CO2 -utsläpp. Just nu, människor använder privata bilar, i genomsnitt, bara 5 procent av tiden, vilket innebär att bilarna tillbringar resterande 95 procent av tiden på tomgång på parkeringsplatser och garage eller på gatan. Detta har ingen mening när det gäller hållbarhet, stadsutveckling eller resurseffektivitet.

Frazzolis uppstart, NuTonomy, som utvecklar styrprogramvara för autonoma fordon, började göra planer för att testa självkörande bilar i Singapore redan 2014. Ungefär samtidigt, professorn publicerade en artikel där han undersökte hur man bytte ut alla privata fordon i den 719 kvadratkilometer stora stadsstaten med delade, självkörande fordon skulle påverka trafikmängderna. Hans resultat visade att mobilitetsbehovet för hela Singapores befolkning kunde tillgodoses med cirka 40 procent av fordonen (350, 000 istället för 800, 000).

Ett år senare, Premiärminister Lee Hsien Loong presenterade sin vision om en "bil-lite framtid" baserad på autonoma fordon, utbyggnaden av kollektivtrafiken och främjandet av långsam trafik som promenader och cykling. Med 5,5 miljoner invånare och en befolkningstäthet på 7, 697 personer per kvadratkilometer - jämfört med Schweiz 203 - Singapore är mer beroende av effektiva transporter än någon annan storstadsregion.

Det är därför Singapore har spenderat år på att försöka slå tillbaka på efterfrågan på privata bilar genom att införa höga skatter och ta ut upp till 70, 000 dollar för de intyg om rättigheter som krävs för att äga ett fordon. Mer än tio företag testar för närvarande sina system i en två hektar stor testanläggning vid Nanyang Technological University i västra delen av Singapore Island. Och det finns redan planer på att köra de första självkörande bussarna utanför rusningstid i tre av stadens förorter med start 2022.

Simulerar transformation

Pieter Fourie arbetar på ett solbelyst kontor på sjätte våningen i CREATE Tower, en byggnad innesluten i vertikalt lövverk vid National University of Singapore (NUS). Här, han forskar om framtidens städer på uppdrag av ETH Zürichs framtida städerlaboratorium. Fourie leder projektet Engaging Mobility, som sammanförde myndigheter och universitet vid en preliminär workshop i juli 2017. Målet var att definiera de grundläggande förutsättningar som krävs för att genomföra hela staden, mobilitet på begäran med autonoma bilar och bussar.

Forskarna använde resultaten av workshopen för att formulera viktiga forskningsfrågor som:Vad gör vi med det nuvarande utbudet av parkeringsplatser om majoriteten av fordonen ständigt är på väg? Behöver vi omdefiniera utformningen av våra vägar? Och vilken effekt kommer att automatiseras, elektrifierade transporter har på befintliga kollektivtrafik, energikrav och säkerhet?

Fourie utforskar dessa och liknande frågor med hjälp av MATSim -simuleringsplattformen som utvecklats av en grupp ledd av professor Kay Axhausen vid ETH Zürichs Institute for Transport Planning and Systems. MATSim är agentbaserat, vilket innebär att simuleringen drivs av enskilda agenters beteende snarare än av övergripande regler. "På grundval av Singapores senaste demografi, vi modellerar en syntetisk befolkning som är så nära den verkliga som möjligt, "Säger Fourie.

Inom denna befolkning, varje enskild agent uppvisar ett visst mobilitetsbeteende och har en specifik destination baserad på verkliga trafikdata. Fourie är nu i ett skede av att pyssla med de underliggande förhållandena, inklusive antalet anställda fordon, deras storlek, högsta tillåtna väntetid för passagerare, tillgången på parkeringsplatser och en mängd olika trafikflöden. Han låter sedan den syntetiska befolkningen släppa på simuleringen i 24 timmar. Systemet utvärderar automatiskt hur effektivt de enskilda agenterna kunde nå sina destinationer i varje scenario.

Just nu, Fouries team programmerar den här typen av simuleringar för vattnet i Tanjong Pagar, ett område på cirka 2 kvadratkilometer i den västra delen av Singapore. Denna webbplats omvandlas för närvarande från en containerterminal till ett bostads- och kommersiellt område. Fourie har redan simulerat mer än 200, 000 resor med 60, 000 enskilda agenter. Detta inkluderade beräkning av hur stor flottan av autonoma fordon skulle behöva vara och hur många kilometer fordonen skulle behöva köra för att uppnå en likvärdig servicenivå i tre olika gatutypologier.

Forskarna simulerade också fyra olika parkeringsstrategier för en flotta med 4-, 10- och 20-sitsiga fordon. Preliminära resultat tyder på att transportsystemet är som mest effektivt om de delade fordonen får parkera på gatan när de slutar ta emot förfrågningar om upphämtning. Det gäller även om det innebär att tillfälligt minska vägbanans kapacitet med ett körfält. Forskarnas resultat tyder också på att ha färre, men motsvarande större, upphämtnings- och avlämningsstationer har en gynnsam inverkan på trafikflödet genom att minska omvägarna bilar måste ta för att samla passagerare. Stationerna måste också vara tillräckligt stora för att rymma olika fordonsstorlekar. Fourie hoppas kunna ha denna typ av simuleringar igång för hela ön redan nästa år.

Beslutsfattande dilemman

Trots denna snabba utveckling i Singapore och de nya tjänsterna som kommer online i Las Vegas, Emilio Frazzoli ser fortfarande många utmaningar framöver, särskilt när det gäller att hantera kaotiska miljöer. "Vi vet fortfarande inte exakt hur autonoma fordon ska bete sig i trafiken, " han säger, förklarar att detta innebär dussintals beslutsfattande dilemman som är en integrerad del av vardagliga trafiksituationer. Till exempel, ska en självkörande bil korsa en dubbel linje för att undvika en eventuell kollision? Och vad händer om en oskyldig trafikant skadas till följd av en manöver för att rädda en skyldig förare från en dödlig krasch? Det är den typen av beslut som måste definieras vid programmering av kontrollalgoritmer. Ett nyckelfokus för Frazzolis nuvarande forskning är därför "regelböckerna" som ska användas för att prioritera dessa olika beslutskriterier i kontrollalgoritmer. Högst upp i hierarkin finns regler utformade för att säkerställa trafikanternas säkerhet. Längst ner finns regler utformade för att förbättra passagerarkomforten.

I en ny artikel, Frazzoli och hans team uppskattade att det skulle krävas 200 regler i 12 hierarkigrupper för att förbereda fordon för alla möjliga scenarier, inklusive lågprioriterade regler som att inte skrämma djur i vägkanten. Frazzoli känner att det är dags för en bredare offentlig debatt om autonom körning:"Kodningen av säkerhets- och ansvarsregler är inget vi helt enkelt bör lämna i händerna på ingenjörer som arbetar för privata företag". I sista hand, han argumenterar, det är i allas intresse att införliva vårt nya, virtuella förare in i stadstrafik så smidigt som möjligt - ungefär som vi gör med nya mänskliga förare, men med de högre säkerhetsnivåerna, förutsägbarhet och effektivitet som autonoma fordon erbjuder.