Artificiell intelligens ger fler Pittsburgh-förare grönt ljus.

Att utveckla och distribuera tekniken för att hålla trafiken flytande tog ett team av forskare och robotiker från Carnegie Mellon University tillsammans med hjälp av stadsingenjörer och finansiering från stiftelser.

Allt började eftersom Henry Hillman, den avlidne företagsledaren och filantropen i Pittsburgh, var frustrerad över trafiksignaler som inte skulle vända trots brist på trafik. År 2009, han kontaktade dåvarande CMU-presidenten Jerry L. Cohon, för att främja idén att Pittsburgh skulle kunna användas som en testbädd för transportsystem. Det kan inte bara hjälpa till att göra trafiken smidigare, men teknik skulle kunna utvecklas och spinna av, därigenom skapa fler jobb i Pittsburgh.

Deras konversation blev drivkraften för CMU:s Traffic21 Institute, ett multidisciplinärt forskningsinstitut med målet att designa, testa, distribuera och utvärdera informations- och kommunikationsteknikbaserade lösningar för att lösa transportproblem. Centret styrs från CMU:s Heinz College of Information Systems and Public Policy.

"Vi har ingen transportavdelning, men vi såg oss omkring och upptäckte att det fanns lärare som utförde arbete över hela universitetet inom transport, sa Stan Caldwell, verkställande direktör för CMU:s Traffic21 Institute.

Som ett av dess första initiativ, Traffic21 delade ut bidrag till ett dussintal pilotprojekt för att ta itu med transportfrågor som kunde lösas med externa partners. Startpengarna tillhandahölls av The Hillman Foundation tillsammans med ytterligare stöd från The Heinz Endowments' Breathe Project och från Richard King Mellon Foundation.

Surtrac, ett intelligent trafiksignalsystem, var en av piloterna.

Stephen Smith, en forskningsprofessor vid CMU:s Robotics Institute, leder Surtrac. Hans grupp forskar om arbete relaterat till beslutsfattande med flera agenter.

"Vi fokuserar på problem där ingen agent är ansvarig och beslut sker som en samarbetsaktivitet, "Sa Smith. "Det verkade som en naturlig applikation att applicera på trafikljus."

Programvara låter signalerna "prata med varandra". Varje signal fattar sina egna beslut om timing genom att känna av närmande trafikströmmar och generera en tidsplan för att optimera rörelsen genom korsningar. Signalerna delar sedan planer med närliggande signaler för att skapa samordnade åtgärder.

Systemet använder artificiell intelligens för att samordna trafikljus baserat på trafikförhållanden, vilket förbättrar trafikflödet och minskar de genomsnittliga restiderna med 25 %. Och eftersom bilar spenderar mindre tid på tomgång (upp till 40 procent), luftföroreningar från utsläpp minskar också.

Projektet började 2012 med nio korsningar i stadsdelen East Liberty i Pittsburgh. Just då, det äldre grannskapet upplevde trängsel delvis från större, nyare butiker som Home Depot, Target och Whole Foods, och Google hade precis flyttat in på Bakery Square i närheten. Området försågs med nya trafiksignaler som bland annat innehöll kameror med aktivering och fiberoptiska kablar som kopplade ihop signalerna.

"The East Liberty Development Inc. var en fantastisk partner som sa" Ja, vi skulle älska att få detta demonstrerat i vårt grannskap, '"Återkallade Caldwell.

Hillman berömde projektet när de första lamporna installerades 2012.

"Den här typen av tekniskt genombrott är precis vad vi hoppades kunde hända när Traffic21 skapades med ett brett samhällspartnerskap ledd av CMU, sa Hillman.

Smith licensierade tekniken för att skapa Rapid Flow Technologies, har kommersiellt distribuerat Surtrac i fyra städer bortom Pittsburgh, och installerar signaler i två kanadensiska kommuner i slutet av året.

Lokalt, 50 korsningar, eller 15 procent av totalen i Pittsburgh, har utrustats med det smarta systemet.

"Detta projekt är en symbol för Traffic21 -forskningen, utvecklings- och implementeringsmodell som kopplar samman samhällspartners till innovativ forskning som sker vid universitetet, " sa Caldwell.

En ny utställning på Pittsburgh International Airport visar upp partnerskapet mellan Carnegie Mellon och staden som förklarar fördelarna med smarta trafikljus. Surtrac är bara ett av de pågående samarbetena mellan universitetet och Pittsburgh.

"Om du tittar på Pittsburgh, det du ser är ett urbant laboratorium, ", sa Pittsburghs borgmästare Bill Peduto. "Det är en plats där forskning och utveckling sker inom vår allmänna ledningsrätt."

Caldwell sa att Traffic21 har hjälpt till att förbättra livet för invånarna, förvandla Pittsburghs image som en smart stad och har skapat företag med mer än 200 jobb i Pittsburgh för att föda ett helt nytt ekosystem av smart transportrelaterad industri.

CMU:s Metro21:Smart Cities Institute expanderar på det arbete som Traffic21 har gjort och tar ett framåtblickande tillvägagångssätt för att få människor, teknik och politik tillsammans för att förbättra livskvaliteten för storstadsområdets medborgare. Metro21:s arbete ger en global modell för innovativa framtida städer. Metro21, i tur och ordning, tog Pittsburgh/CMU-modellen för forskning, utveckling och driftsättning och grundade MetroLab Network, som lanserades 2015 som en del av Vita husets Smart Cities Initiative och växte ut ur CMU 2018. Idag finns det mer än 45 partnerskap mellan stad och universitet som bygger på framgången CMU och City of Pittsburgh.

2016, Traffic21 arbetade med staden Pittsburgh på U.S. Department of Transportation Smart City Challenge. Pittsburgh utsågs till finalist och tilldelades ett ATCMTD-bidrag (Advanced Transportation and Congestion Management Technologies) på 10,8 miljoner dollar från det amerikanska transportdepartementet. Staden planerar att lägga till ytterligare 150 korsningar av smarta trafiksignaler med början i slutet av 2020. Rapid Flow Technology kommer att vara bland de företag som tävlar om projektet.

"Pittsburgh kommer att ha ett stadstäckande smart och uppkopplat signalsystem som kommer att göra det mer effektivt, men mycket annat har hänt samtidigt för att göra staden till en internationell ledare, " sa Caldwell.

Bland dessa första dussin pilotprogram, inkluderade den tidiga starten av ParkPGH, Tiramsiu och Roadbotics.

Världen märker det. Under 2017, Världen, en Parisbaserad tidning, erkände Smith med ett Le Monde Smart Cities Global Innovation Award i kategorin rörlighet. Surtrac var den enda USA-baserade vinnaren utvald av en internationell jury av stadsplanerare, sociologer, journalister och innovationsexperter.

En mer ansluten framtid

Smith sa när fordon blir utrustade för att kommunicera direkt med trafiksignalerna, ytterligare data kan delas med trafiksignaler för att skapa ännu mer effektivitet. Eftersom Surtrac modellerar och optimerar det faktiska trafikflödet, den kan direkt dra nytta av all ytterligare information som fordon kan tillhandahålla. Den uppkopplade infrastrukturen kommer att förbättra säkerheten och rörligheten för både människorsdrivna och självkörande fordon.

"Föreställ dig en framtid där allt hänger ihop, ", sa Smith. "När vi tittar på direkt och kontinuerlig kommunikation om var fordon är, hur snabbt de rör sig och vilken riktning de är på väg. "

Smith sa att denna framtid fortfarande är decennier borta när alla fordon är utrustade. På kortare sikt, det finns fortfarande fördelar med användningen av uppkopplad fordonsteknik. Till exempel, fraktbolagen känner till sina rutter genom hela staden. Om flottorna är utrustade med förmågan att kommunicera, smarta trafiksignaler kan optimera sina rutter. Ride-hailing företag kan också optimera sina rutter för att transportera fler passagerare.

"Många resenärer följer rutinmässigt rutter producerade av navigeringsappar som Google maps eller Waze och om ett fordon är villig att dela den här rutten med Surtrac, då kan vi flytta dem snabbare genom korsningarna längs denna rutt och göra det utan att det påverkar fordon som inte delar denna information negativt, "Smith sa." Det låter magiskt först, men egentligen ger du oss bara mer information och minskar osäkerheten så att vi kan göra ett bättre jobb med att optimera signaltimingen."

Smiths team arbetar med att utrusta bussar från hamnmyndigheten i Allegheny County med radio som kommunicerar med Surtrac-signaler för att bättre förutsäga ankomster och ge bussar prioritet när det är lämpligt.

"Tanken är att eftersom bussar kan täppa till trafiken i korsningar, om vi vet deras rutter och ankomsttider, då kan vi ge dem prioritet på ett smart sätt utan att ignorera den andra trafiken vid korsningar, " han sa.

Dessutom, hans team arbetar med Federal Highway Administration på en mobilapp för att hjälpa fotgängare med funktionshinder. Appen kommunicerar direkt med Surtrac-systemet och indikerar hur mycket tid användaren behöver för att säkert gå över gatan. Systemet låter också personen som korsar veta hur lång tid det är kvar innan ljuset ändras.

"Vi har precis genomfört en serie användartester med inbjudna personer att komma ut och prova det och ge oss feedback och sådant, " sade Smith. "Det är verkligen positivt. De ger överväldigande bra feedback."