Akıllı Trafik Işıkları Nasıl Çalışır?

Trafik ışığı sistemleri 100 yılı aşkın süredir kullanılmaktadır. Ancak, artan nüfus yoğunluğu, genişleyen yol ağları ve artan araç sahipliğiyle birlikte kentsel mobilite dünya çapında yeni zorluklarla karşı karşıyadır. Başlangıçta trafiği minimum insan müdahalesiyle yönetmek üzere tasarlanan günümüz trafik ışığı sistemlerinin çok daha fazlasını yapması bekleniyor. Artık trafik sıkışıklığını azaltmada, yol güvenliğini artırmada ve kentsel ulaşım sistemlerinin verimli çalışmasını desteklemede kritik bir rol oynuyorlar.

Nesnelerin İnterneti (IoT) altyapıyı dönüştürürken, trafik ışığı sistemleri de gelişiyor. Modern trafik ışığı sistemleri, akıllı şehir konseptinin temel bir bileşenidir. Bu sistemler, şehir ulaşımını gerçek zamanlı olarak izlemek ve yönetmek, trafik akışını iyileştirmek ve daha duyarlı kentsel mobilite çözümlerine olanak tanımak için sensörler, video analitiği ve uç cihazlarla entegre olur.

Bu yazıda, akıllı trafik ışığı sistemlerini ele alacak ve nasıl çalıştıklarını inceleyeceğiz. Akıllı trafik ışığı sistemleri, en önemli Nesnelerin İnterneti (IoT) ağlarından biridir ve yakın gelecekte günlük hayatımızı önemli ölçüde etkilemesi beklenmektedir. Birçok metropol, artan mobilite taleplerini karşılamak için bu sistemlere yatırım yapıyor ve benzersiz ulaşım modelleri geliştiriyor.

 

Akıllı Trafik Işığı Sistemi Nedir?

Akıllı trafik ışığı sistemi, bulut tabanlı bir platform üzerinden trafik akışını dinamik olarak kontrol etmek için sensörler, uç cihazlar, video sistemleri, yapay zekâ ve iletişim teknolojilerini kullanan gelişmiş bir trafik yönetim çözümüdür. Bilgisayarlı görüş, Nesnelerin İnterneti (IoT) ve yapay zekâ gibi teknolojileri entegre ederek yüksek hacimli şehir içi trafiği verimli bir şekilde yönetir.

Sabit zamanlama döngüleriyle çalışan geleneksel trafik ışıklarının aksine, akıllı trafik ışıkları gerçek zamanlı zamanlamalarını gerçek trafik koşullarına göre ayarlayabilir. Bu sistemler, akıllı trafik yönetimi için tasarlanmış bulut bağlantılı IoT ağlarıdır. İndüksiyon döngüleri, video kameralar, kızılötesi sensörler, radar, LiDAR, akustik sensörler ve hatta mobil veya GPS verileri gibi çeşitli sensörler aracılığıyla gerçek zamanlı trafik verileri toplarlar. Veriler daha sonra, kavşaklardaki sinyal zamanlamalarını uyarlamak ve trafik sıkışıklıklarını dinamik olarak önlemek için yapay zeka algoritmaları kullanılarak bulut tabanlı bir platformda işlenir.

Gelecekte, Araçtan Altyapıya (V2I) iletişim, araçlar ve trafik ışıkları arasında doğrudan etkileşimi mümkün kılarak akışı iyileştirebilir ve sürücüleri yaklaşan sinyal değişiklikleri konusunda uyarabilir. Geliştirme aşamasındaki birçok akıllı trafik ışığı sistemi, şehir genelindeki tüm sinyal ağını izleyip kontrol edebilen merkezi yönetim sistemleri olarak işlev görecek şekilde tasarlanmıştır.

Bu sistemlerin merkezinde Uyarlanabilir Trafik Sinyal Kontrolü (ATSC) yer alır. ATSC, trafik ışıklarının gerçek koşullara göre gerçek zamanlı olarak ayarlanmasını sağlayan stratejileri ve algoritmaları ifade eder; sistemin "beyni" görevi görür.

Bazı akıllı sistemler, hava, trafik veya yol koşullarına bağlı olarak önerilen hız sınırlarını değiştiren akıllı trafik işaretleri gibi özellikler de içerir. Bu sistemler genellikle toplu taşımaya öncelik vermek ve acil durum araçları için özel kontroller sağlamak üzere optimize edilmiştir. Sonuç olarak, daha hızlı tepki veren ve verimli bir şehir içi ulaşımla trafik sıkışıklığını azaltmayı ve yol güvenliğini artırmayı hedeflerler.

Akıllı Trafik Işığı Sistemlerinin Nasıl Çalışır?

Akıllı trafik ışığı sistemi, trafik sinyalizasyonu ve şehir içi ulaşım yönetimi için tasarlanmış ve konuşlandırılmış özel bir IoT ağıdır. Bir bulut platformuna bağlı birden fazla uç cihaza sahip tipik bir IoT sistemi gibi, akıllı trafik ışığı sistemi de birkaç yol kenarı ünitesinden ve merkezi bir bulut kontrol merkezinden oluşur. Yol kenarı üniteleri gerçek zamanlı trafik verilerini toplar ve mevcut trafik ortamını algılar.

Veri toplama, akıllı trafik yönetim şebekesinin temel bir işlevidir. Kavşaklara yerleştirilen çeşitli sensörler kullanılarak trafik koşulları hakkında ayrıntılı bilgi toplanır. Bu sensörler aşağıdakilerden bir veya daha fazlasını içerebilir:

Endüktif Döngü Dedektörleri (ILD'ler): Bunlar, trafik ışığı sistemlerinde kullanılan geleneksel sensörlerdir. ILD'ler, yol yüzeyinin altına yerleştirilmiş yalıtımlı tel halkalarından oluşur. Çoğunlukla metal araçlar döngünün üzerinden geçerken veya döngü içinde dururken, yol kenarındaki bir elektronik ünite, döngünün endüktansındaki bir değişiklik nedeniyle varlıklarını algılar. ILD'ler, araç varlığını, sayımını ve doluluğunu tespit etmeye yardımcı olur.

Düzenli aralıklarla yerleştirilen birden fazla döngü, araç hızını ve uzunluğunu tespit etmeye de yardımcı olabilir. Bu yöntem uygun maliyetlidir, ancak genellikle kaldırımın kesilmesini gerektirir ve bu da mevcut yol altyapısını bozabilir.

Radar: Bu sensörler radyo dalgaları yayar ve yansıyan sinyalleri analiz ederek bir aracın varlığını, hızını ve mesafesini belirler. Doppler radar sistemleri ayrıca frekans değişimlerini tespit ederek araç hızını ölçebilir. Bazı gelişmiş radar sistemleri araç tiplerini sınıflandırabilir ve hatta yaya hareketlerini tespit edebilir.

Radar sensörleri birden fazla şeridi kapsayabilmesine, hava koşullarına dayanıklı olmasına ve müdahalesiz bir kurulum sunmasına rağmen, yoğun trafikte veya araçlar birbirine yakın olduğunda doğru veri toplamakta zorlanabilirler. Ayrıca, ILD'ler gibi geleneksel sensörlerden daha maliyetlidirler.

LiDAR: Radyo dalgalarını kullanan radar gibi, LiDAR (ışık algılama ve mesafe ölçümü) sensörleri de nesnelere olan mesafeyi ölçmek için lazer ışınları kullanır. Bu, LiDAR'ın çevredeki ortamın ayrıntılı bir 3B nokta bulutunu oluşturmasını sağlar. LiDAR sensörleri, araçların türünü, konumunu ve hızını tahmin etmede son derece hassastır ve gerçek zamanlı trafik koşullarının hassas bir 3B temsilini sağlayabilir. Ancak, radar sistemlerine kıyasla daha kısa menzile sahiptirler, hava koşullarına dayanıklı değildirler ve genellikle daha pahalıdırlar.

IR sensörler: Kızılötesi (IR) sensörler, araçların yaydığı ısıyı veya kızılötesi radyasyonu algılayarak algılar. İki tür IR sensörü vardır: pasif ve aktif. Pasif kızılötesi sensörler, araçların doğal olarak yaydığı ısıyı algılayarak algılarken, aktif kızılötesi sensörler IR ışınları yayar ve araç varlığını belirlemek için yansımaları veya kesintileri algılar.

IR sensörleri araçları tespit edebilir, sayabilir ve -yeterince gelişmişlerse- sınıflandırıp hızlarını belirleyebilir. Bunlar, düşük ışık koşullarında bile iyi performans gösteren düşük maliyetli sensörlerdir. Ancak, işlevleri temel düzeydedir ve hava koşullarına dayanıklı değildirler.

Bağlantılı kameralar: Bu sistem, direklere veya trafik sinyalizasyon yapılarına monte edilmiş bir video kamera ağını içerir. Bu kameralar, kavşakların ve çevre alanların gerçek zamanlı video görüntülerini sağlar. Video, araç sayısını, hızını, sınıflandırmasını, doluluk oranını, dönüş hareketlerini ve uzunluğunu belirlemek için analiz edilir.

Bağlantılı kameralar, zengin bir trafik verisi seti sunar ve tek bir kameranın genellikle birden fazla şeridi kapsaması sayesinde müdahaleci değildir. Ancak, yüksek başlangıç ​​maliyetleri vardır ve doğrulukları büyük ölçüde dağıtım stratejisine bağlıdır. Video kalitesi ayrıca ışık ve hava koşullarından da etkilenebilir.

Manyetometreler: Bu sensörler, fiziksel döngüler olmadan endüktif döngü dedektörlerine (ILD'ler) benzer şekilde çalışır. Araç hareketinin neden olduğu Dünya manyetik alanındaki değişiklikleri algılarlar. Manyetometreler, araç varlığını, sayısını ve doluluğunu tespit edebilir ve ağlarda kullanıldığında araç hızını tahmin edebilir. ILD'lerden daha sağlam ve daha az müdahalecidirler, ancak doğrulukları yer altı boruları ve yakındaki metal nesnelerden etkilenebilir.

Akustik sensörler: Bu sensörler, araç ses düzenlerini algılamak ve analiz etmek için mikrofonlar kullanır. Araçların varlığını ve sınıfını tespit etmek için kullanışlıdırlar, ancak doğrulukları ortam gürültüsünden etkilenebilir.

Bu sensörlere ek olarak, yol kenarı trafik ışığı üniteleri bağlantı modülleri ve araç içi bilgisayarlar içerir. Bu modüller, bağlı araçlardan, bulut tabanlı trafik platformlarından, seyahat uygulamalarından, araç içi bilgisayarlardan ve telematik sistemlerden veri toplamak için Wi-Fi, 4G/5G ağları ve/veya GPS kullanır. Her bir araçtan alınan ayrıntılı veriler, hassas hızları, sürücü davranışlarını ve hızlanma veya yavaşlama modellerini tahmin etmeye yardımcı olur. Telematik sistemler, bulutu kazalar veya yol tehlikeleri konusunda bilgilendirerek yakındaki trafik sinyallerinin zamanlamalarını buna göre ayarlamasını sağlayabilir.

Bağlantılı araçlar ve hatta akıllı telefon taşıyan yayalar veya izleme cihazlı bisikletliler gibi savunmasız yol kullanıcıları (VRU'lar), varlıklarını ve niyetlerini trafik ışıklarına iletebilirler. Bu durum, yoğun kavşaklardan geçen yayalar için yeşil sürelerin uzamasına yol açabilir. Bağlantı modülleri, acil durum araçlarının önceliklendirilmesi için de değerlidir ve ambulanslar veya itfaiye araçlarının trafik sıkışıklığında ilerlemesi için trafik ışıklarının daha verimli bir şekilde yeşile dönmesini sağlar.

Yol kenarı üniteleri ayrıca, Özel Kısa Menzilli İletişim (DSRC) ve Hücresel Araçtan Her Şeye (C-V2X) gibi V2I teknolojilerini de içerebilir.

Yol kenarındaki birimlerdeki yerleşik bilgisayarlar, yakalanan trafik verilerini önceden işleyerek uyarlanabilir kontrol işlevleri gerçekleştirir. Bu veriler, özel yazılım kullanan güçlü bir uç bilgisayar tarafından işlenir. Bu yerleşik sistemler, ham trafik verilerini analiz etmek, örüntüleri belirlemek, kuyruk uzunluklarını ve seyahat sürelerini hesaplamak ve trafik hacmini ve yoğunluğunu ölçmek için makine öğrenimi algoritmalarından ve yapay zekadan yararlanabilir. Bu analiz genellikle günün saati, haftanın günü, VIP hareketleri ve özel etkinlikler gibi faktörleri dikkate alır.

Kenar trafik verisi işleme, genellikle araç hareketini analiz etmek, trafik yoğunluğunu tahmin etmek ve yeşil ışık sürelerini ayarlamak için yeterlidir. Sistemin yeşil fazları uzatmasına veya kısaltmasına, çevrim uzunluklarını değiştirmesine, gerekirse faz sıralarını değiştirmesine, yeşil koridorlar oluşturmasına, yaya geçit sinyallerini genişletmesine ve acil durum araçlarına öncelik vermesine olanak tanır.

Yol kenarı ünitelerinden gelen veriler daha sonra merkezi bir bulut kontrol merkezine iletilir. Bu veriler, gelişmiş trafik modellemesi için kullanılır ve birden fazla kavşakta koordineli sinyal zamanlamasını mümkün kılar ve tıkanıklığı önlemek için öngörücü analizi destekler. Bulut sistemi, sensör geri bildirimleri aracılığıyla ayarlamalarının etkilerini sürekli olarak değerlendirerek, zaman içinde tepki verme hızını artıran bir öğrenme döngüsü oluşturur.

Akıllı Trafik Işığı Özellikleri

Uyarlanabilir Trafik Sinyal Kontrolü (ATSC): ATSC, akıllı trafik ışığı sistemlerinin temel zekasıdır. Video kameralar, indüksiyon döngüleri ve radar gibi sensörler kullanarak hacim, doluluk, hız, kuyruk uzunluğu ve dönüş hareketleri gibi trafik akış parametrelerini sürekli olarak izler. Bu gerçek zamanlı veriler, yapay zeka kullanılarak analiz edilerek mevcut trafik düzenleri ve kısa vadeli dalgalanmalar tespit edilir.

Bu analize dayanarak sistem yeşil zaman sürelerini uyarlar, çevrim uzunluklarını değiştirir ve gerektiğinde koordineli sinyal sistemlerinde faz sıralamasını ve ofsetleri ayarlayabilir.

Eko-sürüş modu: Akıllı trafik sistemleri, koridorlar boyunca daha uzun ve tutarlı yeşil dalgalar sağlayarak eko-sürüşü teşvik eder. Bu, araçların sabit hızlarını korumasına yardımcı olur ve ani hızlanma ve yavaşlamayı en aza indirerek duruş sıklığını azaltır.

Gelecekte, bağlantılı trafik ışıkları, sürücülerin bir sonraki yeşil ışıkta varış zamanlarını belirlemelerine yardımcı olmak için optimum sürüş hızlarını doğrudan araçlara veya navigasyon uygulamalarına iletebilir. Bu daha akıcı sürüş düzenleri, yakıt tüketimini ve emisyonları azaltmaya yardımcı olur.

Acil Durum Aracı Sinyal Önleme (EVSP): EVSP, acil durum araçlarının (ambulanslar, itfaiye araçları ve polis arabaları gibi) kavşaklarda öncelik talep etmesini ve almasını sağlayan kritik bir güvenlik özelliğidir. Bu araçlar, akustik sensörler, otomatik araç konumlandırma sistemleri, video analizleri veya RF vericileri kullanılarak tespit edilebilir.

Sistem, tespit edildikten sonra aracın yönünü belirler ve trafik sinyallerini yeşil yola açacak şekilde uyarlar. Bu, çakışan trafikte kırmızı ışıkların değiştirilmesini, ardışık kavşaklarda yeşil ışıkların etkinleştirilmesini ve standart operasyonlara dönmeden önce yeşil fazların geçici olarak uzatılmasını içerebilir.

Mikro mobilite öncelikli hizmeti: Akıllı trafik ışığı sistemleri, bisikletliler, elektrikli bisikletler ve scooter sürücüleri de dahil olmak üzere mikro mobilite kullanıcıları için daha güvenli seyahat sağlar. Bu kullanıcılar, yüksek çözünürlüklü radar, gelişmiş video analitiği veya akıllı mikro mobilite cihazlarından gelen iletişim yoluyla tespit edilebilir.

Sistem, tanımlandıktan sonra, daha güvenli geçiş için özel yeşil fazları veya uzatılmış yeşil süreleri sunabilir. Öncü yaya aralıkları (LPI) gibi özellikler, genel araç trafiği hareketlenmeye başlamadan önce yayalara ve bisikletlilere avantaj sağlayabilir. Akıllı butonlar ayrıca bisikletlilerin doğrudan sinyal değişikliği talep etmelerine olanak tanır.

 

Akıllı Şehirlerde Önemli Bir Rol

Akıllı şehirler, akıllı trafik ışığı sistemleri olmadan gerçek anlamda akıllı olamaz. Bu sistemler, modern trafik ortamlarında trafik akışını iyileştirmek ve sıkışıklığı azaltmak için olmazsa olmazdır. Trafik kontrolünün yanı sıra, akıllı trafik ışığı sistemleri, şehir planlaması, ulaşım modellemesi ve mobilite yönetimi için kritik öneme sahip değerli gerçek zamanlı ve geçmiş veri kaynakları olarak hizmet eder.

Bu sistemler aynı zamanda yol güvenliğini de artırır. Çoğu akıllı trafik sistemi, kırmızı ışık ihlalini azaltmak, acil durum araçlarına öncelik vermek ve yaya ve bisikletli güvenliğini artırmak için optimize edilmiştir. Çevre dostu sürüşü teşvik ederek, araçların rölantide kalmasını azaltmaya ve emisyonları düşürmeye yardımcı olurlar. Akıllı trafik sinyalleri, yeşil ışık sürelerini uzatarak veya kırmızı ışık sürelerini kısaltarak otobüs ve tramvaylara öncelik verebilir, toplu taşımanın verimliliğini artırabilir ve daha fazla yolcu taşımasını teşvik edebilir.

Akıllı trafik ışığı sistemleri genel olarak trafik kazalarının, maddi hasarların ve can kayıplarının önlenmesine katkı sağlıyor.

Dağıtım Zorlukları

Akıllı trafik ışığı sistemlerinin uygulanmasında, faydalarına rağmen, bazı temel zorluklar da bulunmaktadır:

Yüksek ilk maliyet ve altyapı yükseltmesi: Akıllı bir sistemin kurulumu, sensörler, denetleyiciler, iletişim ağları, yazılım platformları ve bazen yeni trafik sinyali donanımı gibi çeşitli bileşenlere önemli yatırımlar gerektirir.

Çok sayıda kavşağın bulunduğu şehirlerde bu maliyetler hızla artabilir. Mevcut altyapının güçlendirilmesi genellikle önemli bir engeldir. Geleneksel trafik ışığı donanımları uygun bakımla 30 yıla kadar dayanabilse de, eski sistemlerin çok azı kameralar, radar ekipmanları veya modern sensörlerle uyumludur.

Entegrasyon ve birlikte çalışabilirlik: Akıllı trafik ışığı sistemleri, çeşitli donanım ve yazılım bileşenlerini entegre etmesi gereken karmaşık IoT ağlarıdır. Ortak standartlara uyulmaması durumunda bu unsurlar arasındaki uyumluluk zor olabilir. Ayrıca, toplu taşıma yönetimi, acil müdahale hizmetleri veya akıllı park platformları gibi diğer kentsel sistemlerle entegrasyon, dikkatli planlama ve standartlaştırılmış iletişim protokollerine uyum gerektirir.

Büyük veri zorlukları: Bu sistemler, büyük miktarda değişken trafik verisi üretir. Bu kadar yüksek hacimli ve değişken verilerin güvenilirliğini ve doğruluğunu sağlamak, bilinçli karar alma ve verimli sistem performansı için kritik öneme sahiptir.

İletişim ağlarına bağımlılık: Gerçek zamanlı operasyon, güçlü ve istikrarlı bir iletişim altyapısına büyük ölçüde bağlıdır. Yoğun nüfuslu bölgelerde veya zorlu coğrafi özelliklere sahip bölgelerde sürekli bağlantı sağlamak önemli bir zorluk olabilir. Ayrıca, siber saldırı riski de endişe kaynağı olmaya devam etmekte olup, güçlü ağ güvenliği önlemlerinin uygulanmasını zorunlu kılmaktadır.

Sensör güvenilirliği ve bakımı: Akıllı trafik sistemleri, ısı, toz ve yağmur gibi çevresel etkenlere maruz kalan çok sayıda sensöre dayanır. Zamanla doğru bir şekilde çalışabilmeleri için bu sensörlerin düzenli bakım, kalibrasyon, onarım veya değiştirmeye ihtiyacı vardır.

KAYNAK: Engineers Garage