Hệ thống mới thay thế đèn giao thông, hứa hẹn tiết kiệm 20% thời gian lưu thông

Hệ thống đèn giao thông đầu tiên được đưa vào hoạt động đặt tại gần Tòa nhà Quốc hội Anh ở London vào năm 1868. Nó bao gồm một tập hợp các đèn khí do một cảnh sát điều khiển và được thiết kế để điều khiển dòng phương tiện (chủ yếu là xe ngựa kéo) xuyên suốt những con đường bên bờ sông Thames.

Thử nghiệm đó là một thành công, ít nhất là về mặt điều khiển giao thông. Nhưng số phận những ngọn đèn kia lại hẩm hiu, khi mà chỉ sao vài tháng lắp đặt, chúng đã nổ tung sau một vụ rò rỉ khí, làm bị thương người cảnh sát được giao nhiệm vụ điều khiển đèn.

Kể từ đó, khách bộ hành và dân mô-tô gặp khá nhiều vấn đề với đèn giao thông. Khi hoạt động tốt, đèn giao thông mang đến một hệ thống trung lập, hiệu quả để xác định thứ tự ưu tiên khi đi trên đường, Nhưng khi đèn giao thông hoạt động không như mong đợi, tình trạng kẹt xa kéo dài hàng dặm có thể xảy ra.

Chính vì vậy, các kỹ sư ô-tô, tài xế, và khách bộ hành đều muốn biết rằng liệu có giải pháp nào thay thế cho hệ thống đèn đã lỗi thời hay không. Và chúng ta hiện có được một câu trả lời đối với vấn đề, nhờ vào thành quả của Rusheng Zhang tại Đại học Carnegie Mellon ở Pittsburgh và một vài đồng nghiệp khác. Những nhà nghiên cứu này đã thử nghiệm một phương thức nhằm loại bỏ hoàn toàn đèn giao thông, thay thế chúng bằng một hệ thống ảo với tiềm năng giúp giảm đáng kể thời gian tham gia giao thông.

Vấn đề mà Zhang và các cộng sự tập trung giải quyết ở đây là làm sao để điều phối luồng giao thông qua một ngã ba, nơi hai con đường giao nhau theo một góc nhất định. Điểm giao cắt như thế này thường không có người điều khiển giao thông, nên tài xế phải tuân thủ những quy tắc họ nắm được để chọn thời điểm băng qua đường, ví dụ như tại những điểm giao nhau có hệ thống biển báo dừng 4 chiều. Chính điều đó gây ra tình trạng chậm trễ và dẫn đến tắc nghẽn giao thông.

Để giải quyết vấn đề, Zhang và cộng sự sử dụng các hệ thống radio tầm ngắn trực tiếp đang ngày càng phổ biến trên các phương tiện hiện đại. Chúng đóng vai trò một hệ thống giao tiếp giữa các phương tiện với nhau, chia sẻ các loại dữ liệu như tọa độ GPS, tốc độ và phương hướng. Dữ liệu này được chuyển sang một máy tính tích hợp được lập trình với giao thức đèn giao thông ảo do nhóm phát triển, trong đó hiển thị đèn xanh hoặc đèn đỏ ngay trong cabin, trước mắt tài xế.

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống đèn giao thông ảo khá đơn giản. Khi hai xe hơi đi đến ngã ba trên hai con đường khác nhau, chúng sẽ giao tiếp để chọn ra một xe chỉ đạo. Xe chỉ đạo này sẽ hiển thị đèn đỏ, và trao cho xe còn lại quyền ưu tiên với đèn xanh. Xe chỉ đạo sau đó sẽ nhận đèn xanh và đi ra khỏi ngã ba, chuyển giao quyền điều khiển sang cho xe tiếp theo được chọn làm xe chỉ đạo (lúc này đang tiến vào ngã ba).

Zhang và cộng sự đã thử nghiệm giải pháp mới bằng cách thiết lập một hệ thống đường giả lập trong bãi đỗ xe. Hệ thống đường này được dựng dựa trên một bố cục đường chuẩn lấy từ Open Maps, tương tự như bố cục đường tại nhiều thành phố ở Mỹ. Nhóm nghiên cứu sau đó lái hai xe chạy quanh hệ thống đường giả lập theo các hướng đối lập nhau, đo đạc quãng thời gian cần để đi qua 20 ngã ba khi sử dụng hệ thống đèn giao thông ảo, sau đó sử dụng hệ thống biển báo dừng 4 chiều thông thường để so sánh.

Kết quả thu được khá thú vị. Zhang và cộng sự cho biết hệ thống ảo của họ đã giúp cải thiện đáng kể thời gian lưu thông, cụ thể là giảm đến hơn 20% tại những tuyến đường với các điểm giao nhau không có hệ thống tín hiệu điều khiển. Và kết quả này còn có thể tốt hơn nữa, đạt mức tối đa 30% nếu được cải thiện.

Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức lớn phía trước. Ví dụ, ở nhiều nơi, hệ thống tín hiệu giao thông có chức năng điều khiển cả xe hơi và người đi bộ. Zhang và cộng sự đề xuất đưa người đi bộ vào giao thức mới thông qua việc sử dụng một ứng dụng smartphone.

Nhưng những người không thể dùng ứng dụng, như người già, trẻ nhỏ, hay người tàn tật thì sao? Đó chính là những nhóm người hưởng lợi chính từ hệ thống đèn giao thông truyền thống, do đó họ phải được đưa vào ngay từ đầu khi thiết kế các hệ thống thay thế khác.

Hệ thống giao thông ảo giúp cải thiện đáng kể thời gian lưu thông.

Tiếp đó là câu hỏi làm sao để hệ thống mới sử dụng được trên các xe hơi cũ, xe máy, và xe đạp - những phương tiện vốn không được trang bị hệ thống giao tiếp giữa các phương tiện với nhau. Hệ thống giao tiếp này sẽ sớm trở thành một tiêu chuẩn phải có trên các xe hơi mới, nhưng những chiếc xe đã cũ, đơn giản hơn, chắc chắn sẽ còn lăn bánh trên các tuyến đường trong nhiều thập kỷ nữa. Làm sao những phương tiện mới có thể giao tiếp với những phương tiện cũ không thể sử dụng hệ thống đèn giao thông ảo?

Và cuối cùng, cấu trúc đường dạng lưới rất phổ biến ở các thành phố của Mỹ, nhiều tuyến đường trong số đó được mở rộng sau khi xe hơi được phát minh ra. Tuy nhiên, cấu trúc dạng lưới này lại hiếm gặp hơn nhiều ở châu Âu và châu Á, nơi đường sá thường chẳng theo một hệ thống nào và khá lộn xộn. Chưa rõ hệ thống đèn giao thông ảo sẽ làm ăn ra sao ở những nơi như vậy?

Dù sao đi nữa thì xe hơi tự động hóa cũng không còn xa nữa. Nhiều xe hiện đã có khả năng tự động lái ở một mức độ nhất định. Bước tiếp theo sẽ là cải thiện hệ thống điều hướng. Và đèn giao thông ảo nhiều khả năng chỉ là một phần của xu hướng này mà thôi. Ít nhất thì chúng cũng không rò rỉ khí gas để rồi gây hại cho những người xung quanh!