Έξυπνο αστικό σύστημα κυκλοφορίας.
Το πρόβλημα πίσω από την πρόταση μας.
Ένα σημαντικό ζήτημα για τα σύγχρονα αστικά κέντρα είναι αυτό της σωστής διαχείρισης του κυκλοφοριακού φόρτου, ο οποίος απαιτεί δυναμική προσέγγιση. Είναι συνηθισμένο φαινόμενο για παράδειγμα σε μία διασταύρωση να δημιουργείται ουρά αυτοκινήτων μπροστά σε ένα φανάρι, όταν η κατεύθυνση προς την οποία το φανάρι είναι πράσινο έχει μηδενικό φόρτο προκαλώντας άσκοπη καθυστέρηση στην κυκλοφορία των οχημάτων. Επίσης ένα άλλο σημαντικό πρόβλημα είναι η διαχείριση των ΜΜΜ, όπου η ανελαστικότητα στη συχνότητα και την διαδρομή των δρομολογίων δημιουργεί άσκοπες καθυστερήσεις στην εξυπηρέτηση των επιβατών. Έτσι ένα λεωφορείο μπορεί να πραγματοποιεί χωρίς λόγο μέρος της διαδρομής, ενώ δεν υπάρχουν άνθρωποι προς επιβίβαση καθυστερώντας τους υπόλοιπους επιβάτες και καταναλώνοντας περισσότερα καύσιμα.
Η πρόταση μας.
Το project μας θα εστιάσει στη δυναμική διαχείριση του κυκλοφοριακού φόρτου με ένα έξυπνο κυκλοφοριακό σύστημα μέσα από την αυτοπροσαρμογή των χρόνων στους σηματοδότες της κυκλοφορίας, καθώς και σε υποδομές που θα βελτιστοποιούν τις διαδρομές των μέσων μαζικής μεταφοράς, σύμφωνα με τις ανάγκες. Έτσι το σύστημα μας θα μειώνει τον χρόνο, στον οποίο παραμένει πράσινο ένα φανάρι, όταν η κίνηση των αυτοκινήτων είναι περιορισμένη σε αυτή την κατεύθυνση. Επίσης ένα δρομολόγιο λεωφορείου μεταβάλλεται, αφαιρώντας ενδιάμεσες στάσεις που αυξάνουν το μήκος του δρομολογίου όταν δεν υπάρχει η σχετική ανάγκη. Πριν προχωρήσουμε στην κατασκευή και τον προγραμματισμό των αυτοματισμών η ομάδα συζήτησε τους κανόνες που θα θέλαμε να υλοποιεί κάθε αυτοματισμός. Παρουσιάζοντας λοιπόν την πρόταση μας θα αναφερθούν και αυτοί οι κανόνες.
Έξυπνο Φανάρι:
Τα έξυπνα φανάρια είναι πλέον μια πραγματικότητα σε πολλές μεγαλουπόλεις, διευκολύνοντας την ροή της κίνησης, ώστε να αποφεύγονται τα άσκοπα μποτιλιαρίσματα. Τα πιο εξελιγμένα από αυτά ανήκουν σε έννοια ενιαίο σύστημα ρύθμισης της κυκλοφορίας, που υποστηρίζεται από πλήθος αισθητήρων με τη βοήθεια των οποίων εκτιμάται ο κυκλοφοριακός φόρτος κάθε δρόμου, και μέσα από συστήματα τεχνητής νοημοσύνης καθορίζεται η καλύτερη δυνατή εναλλαγή των φαναριών, ώστε να αποφεύγονται όσο είναι εφικτό τα μποτιλιαρίσματα. Για το έξυπνο φανάρι της κατασκευής μας, υποθέσαμε ότι είχαμε μία διασταύρωση δρόμων μονής κατεύθυνσης και έτσι είχαν να ρυθμιστούν δύο κατευθύνσεις κίνησης, ενώ θεωρήθηκε ότι δεν υπάρχουν πεζοί σε εκείνους τους δρόμους. Έτσι οι κανόνες που τέθηκαν από την ομάδα είναι απλοί:
- Όταν δεν εντοπίζονται αυτοκίνητα σε καμία πλευρά ή εντοπίζονται και στις δύο πλευρές, τότε το φανάρι λειτουργεί με τον συνηθισμένο τρόπο της εκ περιτροπής κίνησης (στην ουσία με χρονοδιακόπτες).
- Όταν εντοπίζονται αυτοκίνητα μόνο σε έναν από τους δρόμους τότε, δίνεται προτεραιότητα σε εκείνον τον δρόμο και το φανάρι μπορεί να παραμείνει πράσινο για όσο χρονικό διάστημα υπάρχει η ανάγκη μόνο σε έναν από τους δρόμους.
Φυσικά οι εναλλαγές μεταξύ των διαφορετικών τρόπων ρύθμισης των φαναριών, γινόταν με τις κατάλληλες αναμονές, για την αποφυγή ατυχημάτων.
Υλικά για την κατασκευή:
- 1 πλακέτα Arduino Uno ή συμβατή
- 1 Breadboard μεσαίου μεγέθους.
- 2 σετ “φωτεινών σηματοδοτών” (κάθε σηματοδότης αποτελείται από 3 κατάλληλου χρώματος λαμπτήρες LED)
- 2 αισθητήρες υπερήχων HC SR04
- 1 μπαταρία των 9volt
- 1 κατάλληλο battery holder
- 12 καλώδια Αρσενικά-Θηλυκά
Βελτιστοποίηση διαδρομής αυτόνομου οχήματος-λεωφορείου
Λειτουργία οχήματος:
Τα τελευταία χρόνια, τα νέα μοντέλα αυτοκινήτων ενσωματώνουν όλο και περισσότερο τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης, προσφέροντας όχι μόνο υπηρεσίες υποστήριξης για την ασφαλή οδήγηση του αυτοκινήτου από τον οδηγό (εντοπισμός και προειδοποίηση αλλαγής λωρίδας, αυτόματη μείωση ταχύτητας όταν εντοπίζεται κίνδυνος για πρόσκρουση με προπορευόμενο όχημα κλπ), αλλά φτάνοντας μέχρι το σημείο της πλήρους αυτόνομης οδήγησης του αυτοκινήτου. Δηλαδή αυτοκίνητα που κινούνται με “αυτόματο” πιλότο. Η λειτουργία των συστημάτων αυτών, βασίζεται τόσο σε αισθητήρες και μικροελεγκτές ή επεξεργαστικές μονάδες που βρίσκονται στο όχημα όσο και σε συγκεκριμένες προδιαγραφές με τις οποίες είναι κατασκευασμένο το οδικό περιβάλλον (σήμανση, διαγράμμιση κλπ). Έτσι και η λειτουργία του οχήματος μας θα βασίζεται τόσο στην ύπαρξη κατάλληλων αισθητήρων και μικροελεγκτή προγραμματισμένου κατάλληλα, όσο και σε συγκεκριμένα χαρακτηριστικά του δρόμου, στον οποίο θα κινείται. Ένα αυτόνομο όχημα, απαιτεί και τις κατάλληλες υποδομές. Το δικό μας όχημα (ένα αστικό λεωφορείο) θα διαθέτει έναν μικροελεγκτή Arduino Uno και με τη βοήθεια δύο αισθητήρων υπερύθρων θα κινείται στο δρόμο ακολουθώντας μία μαύρη λωρίδα. Επιπρόσθετα ο δρόμος μας θα διαθέτει κατάλληλους αισθητήρες, ώστε να εντοπίζει την παρουσία ή όχι επιβατών σε κάποια στάση και θα προσαρμόζει κατάλληλα την διαδρομή του οχήματος μας.
Υλικά για την κατασκευή:
Για το αυτοκίνητο:
- 1 πακέτο αυτοκινήτου 2 τροχών (+1 βοηθητικός). Περιλαμβάνει και 2 μοτέρ.
- 1 πλακέτα Arduino Uno ή συμβατή
- 1 breadboard.
- 2 αισθητήρες υπερύθρων TCRT500 4 ακίδων (και αναλογικής και ψηφιακής σύνδεσης)
- 1 ελεγκτή μοτέρ L298N
- 1 μπαταρία των 9 βολτ.
- κατάλληλο battery holder
- 22 καλώδια διαφόρων τύπων.
Για τον δρόμο:
- 1 πλακέτα Arduino Uno ή συμβατή
- 1 αισθητήρα πίεσης
- 1 ελεγκτή μοτέρ ULN2003
- 1 βηματικό μοτέρ 28BYJ-48, 5VDC
- 1 BreadBoard
- 1 μπαταρία των 9volt
- 1 κατάλληλο battery holder
Τέλος οι κανόνες για την λειτουργία της κατασκευής μας ήταν πολύ απλοί:
Για τον δρόμο:
- ΑΝ επιβάτες περιμένουν στη στάση κατηύθυνε το λεωφορείο στη στάση ΑΛΛΙΩΣ το λεωφορείο να συνεχίσει στη σύντομη διαδρομή.
Για το Λεωφορείο:
- Ακολούθα τη μαύρη γραμμή μέχρι τον τερματισμό της διαδρομής σου.
Το σκηνικό μας
Ξεχωριστή ομάδα μαθητών ασχολήθηκε με την σχεδίαση και κατασκευή του ¨σκηνικού” της πρότασης μας. Το σκηνικό είναι ένα αστικό περιβάλλον που περιλαμβάνει μία διασταύρωση δρόμων καθώς και δύο διαφορετικές διαδρομές για το ρομποτικό μας όχημα. Στην μία διαδρομή που θα είναι μεγαλύτερη θα υπάρχει μία στάση λεωφορείου. Το σκηνικό θα έχει ένα κινούμενο τμήμα, το οποίο θα αλλάζει την κατεύθυνση ενός μέρους της μαύρης γραμμής, αλλάζοντας έτσι την πορεία του λεωφορείου ανάλογα με το αν υπάρχουν επιβάτες στη στάση του λεωφορείου.
Υλικά για την κατασκευή:
- Μακετόχαρτο πάχους 10 χιλιοστών
- Μαύρα αφρώδη φύλλα Α4
- Χαρτόνι οντουλέ
- Ξυλάκια χειροτεχνίας
- Κόλλα χειροτεχνίας
- Χαρτόνια βελουτέ
- Ξύλα Μπάλσα
Προγραμματισμός
Για τον προγραμματισμό των αυτοματισμών μας επιλέχηκε το λογισμικό MBlock 5. Το MBlock είναι λογισμικό Ανοιχτού κώδικα που βασίζεται στο γνωστό σε όλους μας Scratch και ο προγραμματισμός γίνεται με έτοιμα Block εντολών. Πέρα από την αποφυγή συντακτικών λαών ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι προγραμματίζοντας το Arduino με το MBlock, οι μαθητές δεν χρειάζεται να ασχολούνται με την εκ των προτέρων δήλωση των πυλών του Arduino ως εισόδους ή εξόδους.
Τα οφέλη από την υλοποίηση της.
Πέρα από την ταχύτερη μετακίνηση των ανθρώπων στις μεγάλες πόλεις, η έξυπνη διαχείριση του κυκλοφοριακού φόρτου και η μείωση της απόστασης των διαδρομών των ΜΜΜ όταν αυτό είναι εφικτό, έχει σαν παράπλευρο όφελος την μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων από τα οχήματα και συνολικά την καλύτερη ποιότητα ζωής των κατοίκων των πόλεων.
Η παρουσίαση της κατασκευής, από τους μαθητές που συμμετείχαν στην υλοποίηση:
Στο αποθετήριο της ομάδας στο Github, στον σύνδεσμο που παρατίθεται παρακάτω οι ενδιαφερόμενοι μπορούν να αποκτήσουν πρόσβαση στο εκπαιδευτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της κατασκευής: