- De universiteit , Onderzoek
- 22/12/2023
AI ingezet om verkeer te vergroenen en de veiligheid in smart cities te verbeteren
AI berekent de meest optimale verkeerslichtenafstelling voor CO2-reductie
“Momenteel zijn onze slimme steden niet zo geoptimaliseerd als ze zouden kunnen zijn op basis van wat de wetenschap te bieden heeft”, zegt universitair hoofddocent Egor Bondarev. Daar wil hij verandering in brengen met een AI-verkeersanalysemodel.
“Momenteel probeert de transportsector verkeerslichten af te stellen via inductielussen in de weg, zodat auto’s minder hoeven te remmen, wat beter is voor de CO2-uitstoot", aldus Bondarev. "Maar inductielussen zijn extreem duur en hebben daardoor geen potentieel voor brede inzet in slimme steden. Daarnaast zou het huidige gebruik van camerabeelden ook veel efficiënter kunnen. Van alle camerabeelden van de Nederlandse wegen wordt slechts een heel klein deel handmatig bekeken of door algoritmen geanalyseerd op veiligheid.”
Bondarev rondt samen met zijn promovendi Erkut Akdag en Giacomo D’Amicantonio (VCA-onderzoeksgroep, faculteit Electrical Engineering) hun SMART-project af met een AI-verkeersanalysemodel dat beide problemen middels één technologie oplost. De gemeente Helmond is de gelukkige om mee te kunnen doen aan de Nederlandse pilot.
“Rijkswaterstaat vertelde ons dat er veel camera's staan langs de Nederlandse snelwegen. Maar gemiddeld kijkt de instantie misschien naar maximaal 10 procent van alle beelden. Als er op de snelweg iets ergs gebeurt, hopen ze gebeld te worden (door bijvoorbeeld 112 of politie) en pas daarna kijken ze in de camera van de omgeving om te zien wat er aan de hand is. Je verliest op deze manier tijd en de eerste minuten zijn het meest cruciaal voor mensen die ernstig gewond raken bij een verkeersongeval of misdrijf.” Het vinden van een goede manier om ongelukken en dreigende verkeerssituaties eerder en efficiënter te detecteren is echter slechts één van de problemen in slimme steden, merkte Bondarev op.
“Grote steden hebben doorgaans veel kruispunten. Camera's en inductielussen reageren daar alleen op voertuigen die zich zeer dicht bij het kruispunt bevinden, door bijvoorbeeld het licht van rood naar groen te veranderen als de situatie dit toelaat. Maar als je al heel dicht bij de kruising bent, heb je waarschijnlijk al geremd. Je staat bijna stil en dan springt het licht op groen. Waarschijnlijke heb je dit als automobilist ook wel eens meegemaakt. Dat is energieverspilling van de auto, minder efficiënt en zorgt voor een hogere CO2-uitstoot.”
Maar het plaatsen van meer inductielussen zou erg duur zijn. Ook het eerder monteren van de lussen om het naderende verkeer te detecteren lost het probleem niet op, omdat er dan te veel onzekerheid bestaat over wat er in de ruimte tussen de lus en de lichten gebeurt. “Onze groep maakte een AI-oplossing om verkeersbewegingen groener te maken en veiligheidsproblemen op te lossen.”
Allereerst plaatsten zij samen met ViNotion en RoyalHaskoning nieuwe intelligente camera's op zowel het kruispunt als verder weg van het kruispunt voor het naderende verkeer in Helmond. “Onze AI-software die een verkeersdichtheidsmodel genereert, kan onderscheid maken tussen auto’s, fietsers en voetgangers, maar ook zware vrachtwagens (vaak rijdend op diesel, wat het slechtst is qua uitstoot), vrachtwagens met gevaarlijke stoffen en voorrangsverkeer zoals politie- of ambulancevoertuigen", vertelt Bondarev.
"Met de input die we krijgen van de naderende verkeersdrukte, berekenen we hoe we de verkeerslichten het beste kunnen aansturen om een zo laag mogelijke CO2-uitstoot te krijgen.” Dat klinkt alsof je gaat proberen te voorkomen dat auto's en andere gemotoriseerde voertuigen onnodig remmen, maar impliceert dat ook dat fietsers en voetgangers het langst zullen wachten, zoals op sommige kruispunten al het geval is? “Wij houden zeker rekening met hun belang. Het is belangrijk om fietsen en wandelen in steden te stimuleren. Ook kunnen de gemeenten het systeem laten weten wat hun beleid is: als zij fietsen willen stimuleren, geeft ons intelligente verkeerslichtcontrolesysteem hen voorrang boven bijvoorbeeld auto’s. Het model kan dus worden aangepast aan de wensen van de gemeente.”
Pelotons fietsers
Helmond is de eerste gemeente die werkt met het AI verkeersmodel van de onderzoeksgroep van Bondarev. “In deze gemeente hopen ze ook meer mensen op de fiets te krijgen. Om het fietsen prettiger te maken proberen we ze te laten rijden in pelotons die alleen groen krijgen op hun route. Dat kun je mogelijk maken door een slimme verkeerslichtregeling. De camera's zien de fietsers naderen en kunnen besluiten dat bijvoorbeeld na zes fietsers het licht op groen springt. Ze vertrekken allemaal, plus misschien nog een paar die arriveren terwijl het licht nog op groen is. Ze fietsen en komen op een gegeven moment weer bij het volgende licht aan. Als er een groepje nadert, voordat ze moeten remmen, springt het licht op groen en blijven ze in groepjes verder rijden.”
Hoe zit het met de verschillen op het fietspad? Snelle elektrische fietsen, gemiddelde fietsers, een oude oma op een gewone fiets? “Het systeem zal zeker niet ideaal zijn voor de snelste of de langzaamste persoon. Wij richten ons op het gemiddelde dat door hun gemiddelde snelheid een groep weet te vormen”, zegt Bondarev.
Om vier uur 's ochtends aan de slag
De onderzoekssnoepwinkel van Bondarev ligt op de kruising van de Julianalaan en de Aarle-Rixtelseweg in Helmond. Het project wordt ook getest in Victoria City, Canada. “Wij werken samen voor de R&D-resultaten. In Nederland is RoyalHaskoning de partij die de verkeerslichten regelt en met ViNotion bouwen we deze slimme verkeerscontrole- en analysepilot. Cyclomedia heeft de 3D digital twin gemaakt die we voor het model hebben gebruikt.”
De nieuwe manier van camera's plaatsen en het model dat de verkeersinvoer analyseert en de lichten aanstuurt, lost het probleem op dat de inductielussen niet kunnen verhelpen. Maar hoe zit het met de controlekamer en de beelden? Hoe verbetert deze oplossing het direct bekijken van de beelden door Rijkswaterstaat of de gemeente als zich een probleem voordoet? “Ons model is ook getraind om vreemd gedrag te detecteren, zoals spookrijden, zwerfvuil dumpen, verkeersongevallen, agressief gedrag, zwabberend rijden, illegaal parkeren, vechten, et cetera. Als zulke dingen gebeuren, verschijnt er automatisch een bericht in de controlekamer, samen met het juiste camerabeeld.”
Om het systeem te leren hoe deze ongelukken of gedrag eruit zien, moesten de onderzoekers al deze dingen zelf uitvoeren en opnemen op een zeer vroege zomerochtend op het eerdergenoemde kruispunt. Bondarev lacht. “Mijn promovendus en ik hadden veel lol daarmee”, zegt hij terwijl hij de video’s laat zien waarmee ze het AI-model getraind hebben. Mensen die op de Julianalaan rijden hoeven zich geen zorgen te maken: al het beeldmateriaal wordt voor ons versleuteld en geanonimiseerd en op dit moment heeft alleen de politie toegang tot het volledige beeldmateriaal.
Geen camera's in de toekomst
In februari 2024 hebben de projectpartners een evaluatie met de gemeente Helmond. “We hebben de camera’s geïnstalleerd en zijn een jaar geleden gestart met dit project. Vanaf dat moment zijn er veel experimenten, tests en dataverzameling gedaan. En natuurlijk moeten we van de gemeente horen hoe we dit nog verder kunnen verbeteren. Maar we hopen op voortzetting van het project en we geloven dat we het nog verder kunnen doorontwikkelen.”
Hoeveel geavanceerder zou het dan kunnen worden? Bondarev grijnst. “In de toekomst kunnen we veel van deze dingen wellicht doen zonder camera’s, maar via de mobiele telefoons van weggebruikers. In deze moderne telefoons zitten sensoren, zoals traagheidsmeeteenheden, versnellingsmeters en kompassen die kunnen worden gebruikt om te schatten waar mensen zich bevinden en in welke richting ze gaan. Door samen te werken met Flitsmeister kunnen we gedetailleerde real-time verkeersdichtheidsmodellen bouwen op basis van smartphonesensoren van mensen die in de auto rijden (enkel zoals toegestaan op basis van de de gebruikersovereenkomst). De nauwkeurigheid van die sensoren moet wel nog verbeteren, maar ik zie dat in de toekomst gebeuren.”
Wat zou het voordeel zijn van het gebruik van mobiele telefoons? “We hoeven al die camera’s dan niet meer te plaatsen. Dat bespaart veel geld. Bovendien houden mensen vaak niet van bewakingscamera’s.”
Maar misschien vinden mensen het nog minder leuk om gevolgd te worden op hun telefoon? “Nou, ze hebben natuurlijk de mogelijkheid om geen toestemming te geven, iets wat ze niet hebben bij de wegcamera’s. En in de praktijk zien we dat de meeste mensen sowieso een online routeplanner willen gebruiken, dus de meerderheid zal waarschijnlijk die gebruikersovereenkomst blijven goedkeuren. De weinigen die er niet mee instemmen zullen geen probleem veroorzaken voor de werking van het model.”
Werk je bij een gemeente en ben je geïnteresseerd geraakt in deze pilot? Neem via e-mail contact op met Egor Bondarev om te kijken of een pilot ook bij jou in de buurt mogelijk is.
Discussie