R.E.News future Technology-Chip-enabled Raised Pavement Markers could revolutionize Autonomous Driving

24/09/24-FR-English-NL-footer

Les marqueurs de chaussée surélevés à puce pourraient révolutionner la conduite autonome

Image- Oak Ridge National Laboratory

Alors que les véhicules autonomes (VA) se rapprochent de l'adoption générale, le défi de garantir leur fonctionnement sûr et efficace dans des conditions variables reste primordial.

Si les capteurs avancés, tels que les caméras et le LiDAR, ont été la base des VA, il existe des lacunes importantes dans leurs performances, en particulier dans les conditions météorologiques défavorables et les géométries routières complexes. Entrez dans la recherche révolutionnaire du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) et de la Western Michigan University (WMU) — une solution de pointe qui pourrait bien être le chaînon manquant : les marqueurs de chaussée surélevés à puce (CERPM).

Cette innovation a le potentiel de révolutionner la façon dont les voitures autonomes interprètent les routes sur lesquelles elles circulent, offrant une solution plus fiable, plus économe en énergie et plus rentable que les systèmes de vision par ordinateur actuels.
Le concept de route intelligente

Les véhicules autonomes dépendent fortement de leur capacité à « voir » leur environnement. Traditionnellement, les véhicules autonomes utilisent plusieurs capteurs tels que des caméras, des radars et des LiDAR pour détecter les marquages ​​au sol, les obstacles et les conditions de circulation. Si ces technologies fonctionnent bien dans des conditions idéales, elles échouent dans des conditions moins que parfaites. Le brouillard, la pluie, la neige ou même les routes mal entretenues peuvent perturber les capteurs du véhicule, ce qui entraîne des risques pour la sécurité.

Pour remédier à ces lacunes, les chercheurs de l’ORNL et de la WMU ont développé les CERPM, une nouvelle technologie qui équipe les marqueurs de chaussée surélevés standard de micropuces capables de transmettre des informations géospatiales directement aux véhicules qui passent. Ces marqueurs modifiés aident les véhicules autonomes à rester centrés sur leurs voies, même lorsque les marquages ​​au sol sont usés ou obscurcis, offrant un avantage significatif par rapport aux systèmes actuels basés sur la vision par ordinateur.

En intégrant des micropuces dans les marqueurs de chaussée surélevés, les CERPM transmettent des informations routières essentielles, notamment la courbure de la voie, au système de perception du véhicule. Cette technologie permet non seulement aux véhicules de suivre avec précision leur trajectoire, mais réduit également la puissance de calcul nécessaire à la navigation, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie des véhicules électriques autonomes (EAV). Dans un monde où l’efficacité énergétique est cruciale, cela pourrait signifier des trajets plus longs entre les recharges pour les véhicules électriques.
Comment ça marche

Les CERPM fonctionnent en utilisant la technologie de radiofréquence (RF) pour envoyer des données sur le tracé de la route directement aux véhicules. Contrairement aux systèmes de vision par ordinateur qui ont du mal à supporter le mauvais temps ou les virages serrés, ces marqueurs fournissent des informations continues et fiables. Le chercheur principal de l’ORNL, Ali Riza Ekti, explique : « Désormais, une voiture peut recevoir des données de 50 emplacements de marqueurs dans un seul instantané de signal. »

C’est un grand pas en avant par rapport aux systèmes basés sur des caméras, qui manquent souvent les marquages ​​au sol dans les virages serrés. En fait, au cours d’une étude, un système commercial de vision par ordinateur a détecté des voies seulement 7 % du temps dans les virages serrés. En revanche, les CERPM ont réussi 100 % du temps.

L’étude a comparé la technologie CERPM à un produit de vision par ordinateur couramment utilisé, Mobileye, qui s’appuie sur des capteurs embarqués et un traitement d’image avancé. Si Mobileye est capable d’identifier les voies dans des conditions idéales et dégagées, il a du mal à détecter les voies dans les virages serrés ou dans de mauvaises conditions météorologiques. Le système de Mobileye n’a détecté les marquages ​​au sol dans les virages serrés que dans 6,7 % des cas, une statistique qui donne à réfléchir quand on considère la complexité croissante des routes modernes.

Les CERPM, en revanche, transmettent des données détaillées sur les voies directement au système de contrôle du véhicule, améliorant considérablement sa capacité de navigation. Ils offrent une redondance, ce qui est crucial pour les véhicules autonomes qui ont besoin de plusieurs couches d’informations pour assurer la sécurité.

De plus, les CERPM peuvent être détectés jusqu’à 340 mètres de distance, ce qui donne aux véhicules suffisamment de temps pour s’adapter aux virages ou aux obstacles à venir. Ce type de prévoyance est essentiel pour faire face à des conditions routières imprévisibles.

L’un des principaux obstacles à l’adoption des véhicules autonomes est le coût associé à la mise en œuvre de cartes haute définition (HD) et d’unités routières (RSU). Ces technologies sont coûteuses et nécessitent une maintenance régulière. Les CERPM offrent une solution plus abordable et évolutive.

Les CERPM sont conçus pour remplacer les marqueurs de chaussée surélevés traditionnels, déjà largement utilisés dans le monde entier. L'installation de CERPM constituerait une simple mise à niveau de l'infrastructure existante, ce qui en ferait une option plus viable financièrement. La maintenance serait également simple, car les ministères des transports (DOT) entretiennent déjà des marqueurs de chaussée surélevés, et cette technologie pourrait être intégrée à leurs processus existants.

Bien que le coût d'installation des RSU à chaque intersection puisse atteindre des milliers de dollars, les CERPM sont peu coûteux en comparaison. Ils peuvent être fabriqués et déployés à grande échelle pour une fraction du coût, et le retour sur investissement en termes de sécurité, d'efficacité et d'économies d'énergie en fait une proposition très attrayante.

Les avantages des CERPM vont au-delà du simple maintien des véhicules dans leur voie. En réduisant les exigences de calcul des systèmes embarqués du véhicule, ils contribuent à étendre l’autonomie des véhicules électriques (VE). Comme les VA traitent moins de données provenant de caméras et d’autres capteurs, ils conservent de l’énergie, ce qui leur permet de parcourir une plus grande distance avant d’avoir besoin d’être rechargés. Cela change la donne pour le secteur des VE, où l’anxiété liée à l’autonomie constitue un obstacle important à l’adoption.

De plus, les CERPM peuvent fonctionner dans toutes les conditions météorologiques. Qu’il neige, qu’il pleuve ou qu’il neige, la technologie continue de transmettre des informations sur les voies de manière fiable, ce qui pose souvent problème aux systèmes traditionnels basés sur des caméras.

Alors que les routes intelligentes deviennent une réalité, les CERPM sont sur le point de jouer un rôle clé dans l’avenir des infrastructures de transport. Les gouvernements comme les entreprises privées recherchent des solutions évolutives qui peuvent rendre les routes plus sûres et plus efficaces, et la technologie CERPM est à la hauteur.

L’extension de cette technologie à l’ensemble des réseaux routiers nationaux est un projet à long terme, mais qui en vaut largement l’investissement. Le processus d'installation est simple, ne nécessite aucune nouvelle infrastructure et les avantages pour la sécurité et l'efficacité des véhicules autonomes sont évidents.

Les recherches futures se concentreront probablement sur l'amélioration du matériel pour améliorer les capacités de détection et réduire encore davantage les coûts d'installation. À mesure que la technologie mûrit, il existe également un potentiel pour intégrer les CERPM à d'autres systèmes de communication véhicule-infrastructure (V2I) et véhicule-véhicule (V2V), ouvrant la voie à une conduite entièrement autonome à l'échelle mondiale.
La route à suivre

La route vers les véhicules entièrement autonomes est pleine de rebondissements, mais des innovations comme les CERPM contribuent à redresser la voie. En fournissant une alternative fiable, rentable et économe en énergie aux systèmes existants, cette technologie est sur le point d'avoir un impact significatif sur l'avenir des transports.

Pour les décideurs politiques, les professionnels de la construction et les investisseurs, le message est clair : une infrastructure intelligente est la clé pour libérer tout le potentiel des véhicules autonomes. Les CERPM ne sont qu'un début, mais ils représentent un grand pas en avant pour rendre nos routes plus sûres, plus intelligentes et plus efficaces.
NJC.© Info Oak Ridge National Laboratory Western Michigan University

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24/09/24-English

Chip-enabled Raised Pavement Markers could revolutionize Autonomous Driving

Image- Oak Ridge National Laboratory

As autonomous vehicles (AVs) inch closer to mainstream adoption, the challenge of ensuring their safe and efficient operation in varying conditions remains paramount.

While advanced sensors, such as cameras and LiDAR, have been the foundation for AVs, there are significant gaps in their performance, especially in adverse weather and complex road geometries. Enter the ground-breaking research from Oak Ridge National Laboratory (ORNL) and Western Michigan University (WMU) — a cutting-edge solution that might just be the missing link: chip-enabled raised pavement markers (CERPMs).

This innovation has the potential to revolutionise how self-driving cars interpret the roads they navigate, offering a more reliable, energy-efficient, and cost-effective solution compared to current off-the-shelf computer vision systems.
The Smart Road Concept

Autonomous vehicles rely heavily on their ability to “see” their environment. Traditionally, AVs use multiple sensors such as cameras, radar, and LiDAR to detect lane markings, obstacles, and traffic conditions. While these technologies work well under ideal circumstances, they falter in less-than-perfect conditions. Fog, rain, snow, or even poorly maintained roads can confuse the vehicle’s sensors, leading to safety risks.

To address these shortcomings, researchers at ORNL and WMU have developed CERPMs, a new technology that equips standard raised pavement markers with microchips capable of transmitting geospatial information directly to passing vehicles. These modified markers help AVs stay centred in their lanes, even when lane markings are worn or obscured, providing a significant advantage over current computer vision-based systems.

By embedding microchips into raised pavement markers, CERPMs transmit essential road information, including lane curvature, to the vehicle’s perception system. This technology not only helps vehicles accurately follow their path but also reduces the computational power needed for navigation, extending the battery life of electric autonomous vehicles (EAVs). In a world where energy efficiency is crucial, this could mean longer trips between recharges for EAVs.
How It Works

CERPMs operate by using radio frequency (RF) technology to send data about the road’s layout directly to vehicles. Unlike computer vision systems that struggle with bad weather or sharp curves, these markers provide continuous, reliable information. ORNL’s lead researcher, Ali Riza Ekti, explains: “Now a car can receive data from 50 marker locations in a single signal snapshot.”

That’s a big leap forward compared to camera-based systems, which often miss lane markings on sharp curves. In fact, during one study, a commercial computer vision system detected lanes only 7% of the time on steep curves. In contrast, CERPMs were successful 100% of the time.

The study compared CERPM technology to a commonly used computer vision product, Mobileye, which relies on onboard sensors and advanced image processing. While Mobileye can identify lanes under clear, ideal conditions, it struggles with lane detection on sharp curves or in poor weather conditions. Mobileye’s system detected lane markings on sharp curves just 6.7% of the time, a sobering statistic when we consider the increasing complexity of modern roadways.

The CERPMs, on the other hand, transmit detailed lane data directly to the vehicle’s control system, significantly improving its ability to navigate. They provide redundancy, which is crucial for autonomous vehicles that need multiple layers of information to ensure safety.

Moreover, CERPMs can be detected from as far as 340 metres away, giving vehicles ample time to adjust to upcoming curves or obstacles. This kind of foresight is critical when dealing with unpredictable road conditions.

One of the major hurdles to AV adoption is the cost associated with implementing high-definition (HD) maps and roadside units (RSUs). These technologies are expensive and require regular maintenance. CERPMs offer a more affordable and scalable solution.

The CERPMs are designed to replace traditional raised pavement markers, which are already widely used across the world. Installing CERPMs would be a simple upgrade to existing infrastructure, making it a more financially viable option. Maintenance would also be straightforward, as Departments of Transportation (DOTs) already maintain raised pavement markers, and this technology could be incorporated into their existing processes.

While the cost of installing RSUs at each intersection can run into thousands of dollars, CERPMs are inexpensive in comparison. They can be manufactured and deployed at scale for a fraction of the cost, and the return on investment in terms of safety, efficiency, and energy savings makes them a highly attractive proposition.

The advantages of CERPMs go beyond just keeping vehicles in their lanes. By reducing the computational demands on the vehicle’s onboard systems, they help extend the range of electric vehicles (EVs). As AVs process less data from cameras and other sensors, they conserve energy, allowing them to travel further before needing a recharge. This is a game-changer for the EV industry, where range anxiety is a significant barrier to adoption.

Additionally, CERPMs can function in all weather conditions. Whether it’s snow, fog, or rain, the technology continues to transmit lane information reliably, something traditional camera-based systems often struggle with.

As smart roads become a reality, CERPMs are poised to play a key role in the future of transportation infrastructure. Governments and private enterprises alike are looking for scalable solutions that can make roads safer and more efficient, and CERPM technology fits the bill.

Scaling up this technology across national road networks is a long-term project, but it’s one that’s well worth the investment. The installation process is straightforward, requiring no new infrastructure, and the benefits to autonomous vehicle safety and efficiency are clear.

Further research will likely focus on improving the hardware to enhance detection capabilities and reduce installation costs even further. As the technology matures, there is also potential for integrating CERPMs with other vehicle-to-infrastructure (V2I) and vehicle-to-vehicle (V2V) communication systems, paving the way for fully autonomous driving on a global scale.
The Road Ahead

The road to fully autonomous vehicles is full of twists and turns, but innovations like CERPMs are helping to straighten the path. By providing a reliable, cost-effective, and energy-efficient alternative to existing systems, this technology is poised to make a significant impact on the future of transportation.

For policymakers, construction professionals, and investors, the message is clear: smart infrastructure is the key to unlocking the full potential of autonomous vehicles. CERPMs are just the beginning, but they represent a major leap forward in making our roads safer, smarter, and more efficient.
NJC.© Info Oak Ridge National Laboratory Western Michigan University

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24/09/24-NL

Chip-enabled Raised Pavement Markers kunnen Autonomous Driving revolutioneren

Image- Oak Ridge National Laboratory

Nu autonome voertuigen (AV's) steeds meer gemeengoed worden, blijft de uitdaging om hun veilige en efficiënte werking onder wisselende omstandigheden te garanderen van het grootste belang.

Geavanceerde sensoren, zoals camera's en LiDAR, vormen de basis voor AV's, maar hun prestaties vertonen aanzienlijke hiaten, met name bij slecht weer en complexe weggeometrieën. Maak kennis met het baanbrekende onderzoek van Oak Ridge National Laboratory (ORNL) en Western Michigan University (WMU) — een geavanceerde oplossing die misschien wel de ontbrekende schakel is: chip-enabled raised lawn markers (CERPM's).

Deze innovatie heeft het potentieel om de manier waarop zelfrijdende auto's de wegen waarop ze rijden interpreteren te revolutioneren, en biedt een betrouwbaardere, energiezuinigere en kosteneffectievere oplossing in vergelijking met de huidige kant-en-klare computer vision-systemen.
Het Smart Road Concept

Autonome voertuigen zijn sterk afhankelijk van hun vermogen om hun omgeving te 'zien'. AV's gebruiken traditioneel meerdere sensoren zoals camera's, radar en LiDAR om rijstrookmarkeringen, obstakels en verkeersomstandigheden te detecteren. Hoewel deze technologieën goed werken onder ideale omstandigheden, falen ze onder minder perfecte omstandigheden. Mist, regen, sneeuw of zelfs slecht onderhouden wegen kunnen de sensoren van het voertuig verwarren, wat leidt tot veiligheidsrisico's.

Om deze tekortkomingen aan te pakken, hebben onderzoekers van ORNL en WMU CERPM's ontwikkeld, een nieuwe technologie die standaard verhoogde wegmarkeringen uitrust met microchips die geospatiale informatie rechtstreeks naar passerende voertuigen kunnen verzenden. Deze aangepaste markeringen helpen AV's om gecentreerd te blijven op hun rijstrook, zelfs wanneer de rijstrookmarkeringen versleten of verduisterd zijn, wat een aanzienlijk voordeel biedt ten opzichte van huidige op computer vision gebaseerde systemen.

Door microchips in verhoogde wegmarkeringen te integreren, verzenden CERPM's essentiële weginformatie, waaronder rijstrookkromming, naar het perceptiesysteem van het voertuig. Deze technologie helpt voertuigen niet alleen om hun pad nauwkeurig te volgen, maar vermindert ook de rekenkracht die nodig is voor navigatie, waardoor de batterijduur van elektrische autonome voertuigen (EAV's) wordt verlengd. In een wereld waarin energie-efficiëntie cruciaal is, kan dit betekenen dat EAV's langere ritten moeten maken tussen oplaadbeurten.
Hoe het werkt

CERPM's werken met behulp van radiofrequentietechnologie (RF) om gegevens over de indeling van de weg rechtstreeks naar voertuigen te sturen. In tegenstelling tot computer vision-systemen die moeite hebben met slecht weer of scherpe bochten, bieden deze markeringen continue, betrouwbare informatie. Ali Riza Ekti, hoofdonderzoeker van ORNL, legt uit: "Nu kan een auto gegevens ontvangen van 50 markerlocaties in één signaalsnapshot."

Dat is een grote stap voorwaarts vergeleken met cameragebaseerde systemen, die vaak rijstrookmarkeringen missen op scherpe bochten. Tijdens een onderzoek detecteerde een commercieel computer vision-systeem rijstroken slechts 7% van de tijd op steile bochten. CERPM's waren daarentegen 100% van de tijd succesvol.

Het onderzoek vergeleek CERPM-technologie met een veelgebruikt computer vision-product, Mobileye, dat afhankelijk is van ingebouwde sensoren en geavanceerde beeldverwerking. Hoewel Mobileye rijstroken kan identificeren onder heldere, ideale omstandigheden, heeft het moeite met rijstrookdetectie op scherpe bochten of bij slechte weersomstandigheden. Het systeem van Mobileye detecteerde rijstrookmarkeringen op scherpe bochten slechts 6,7% van de tijd, een ontnuchterende statistiek als we de toenemende complexiteit van moderne wegen in ogenschouw nemen.

De CERPM's daarentegen verzenden gedetailleerde rijstrookgegevens rechtstreeks naar het besturingssysteem van het voertuig, waardoor het navigatievermogen aanzienlijk wordt verbeterd. Ze bieden redundantie, wat cruciaal is voor autonome voertuigen die meerdere lagen informatie nodig hebben om de veiligheid te garanderen.

Bovendien kunnen CERPM's worden gedetecteerd vanaf een afstand van wel 340 meter, waardoor voertuigen voldoende tijd hebben om zich aan te passen aan naderende bochten of obstakels. Dit soort vooruitziende blik is cruciaal bij het omgaan met onvoorspelbare wegomstandigheden.

Een van de grootste obstakels voor AV-acceptatie zijn de kosten die gepaard gaan met de implementatie van high-definition (HD) kaarten en roadside units (RSU's). Deze technologieën zijn duur en vereisen regelmatig onderhoud. CERPM's bieden een meer betaalbare en schaalbare oplossing.

De CERPM's zijn ontworpen om traditionele verhoogde wegmarkeringen te vervangen, die al veel over de hele wereld worden gebruikt. Het installeren van CERPM's zou een eenvoudige upgrade zijn van de bestaande infrastructuur, waardoor het een financieel aantrekkelijker optie zou worden. Onderhoud zou ook eenvoudig zijn, aangezien Departments of Transportation (DOT's) al verhoogde wegmarkeringen onderhouden, en deze technologie zou kunnen worden opgenomen in hun bestaande processen.

Hoewel de kosten voor het installeren van RSU's op elk kruispunt in de duizenden dollars kunnen lopen, zijn CERPM's in vergelijking daarmee goedkoop. Ze kunnen op grote schaal worden geproduceerd en ingezet voor een fractie van de kosten, en het rendement op de investering in termen van veiligheid, efficiëntie en energiebesparing maakt ze een zeer aantrekkelijk voorstel.

De voordelen van CERPM's gaan verder dan alleen het op hun rijstrook houden van voertuigen. Door de rekenkundige eisen aan de boordsystemen van het voertuig te verminderen, helpen ze het bereik van elektrische voertuigen (EV's) te vergroten. Omdat AV's minder gegevens van camera's en andere sensoren verwerken, besparen ze energie, waardoor ze verder kunnen rijden voordat ze moeten worden opgeladen. Dit is een game-changer voor de EV-industrie, waar bereikangst een belangrijke barrière is voor acceptatie.

Bovendien kunnen CERPM's onder alle weersomstandigheden functioneren. Of het nu sneeuwt, mist of regent, de technologie blijft betrouwbaar rijstrookinformatie overbrengen, iets waar traditionele camerasystemen vaak moeite mee hebben.

Nu slimme wegen werkelijkheid worden, zijn CERPM's klaar om een ​​sleutelrol te spelen in de toekomst van transportinfrastructuur. Zowel overheden als particuliere ondernemingen zijn op zoek naar schaalbare oplossingen die wegen veiliger en efficiënter kunnen maken, en CERPM-technologie past daarbij.

Het opschalen van deze technologie over nationale wegennetwerken is een project voor de lange termijn, maar het is er een die de investering meer dan waard is. Het installatieproces is eenvoudig, vereist geen nieuwe infrastructuur en de voordelen voor de veiligheid en efficiëntie van autonome voertuigen zijn duidelijk.

Verder onderzoek zal zich waarschijnlijk richten op het verbeteren van de hardware om de detectiemogelijkheden te verbeteren en de installatiekosten nog verder te verlagen. Naarmate de technologie volwassener wordt, is er ook potentieel voor het integreren van CERPM's met andere voertuig-naar-infrastructuur (V2I) en voertuig-naar-voertuig (V2V) communicatiesystemen, wat de weg vrijmaakt voor volledig autonoom rijden op wereldwijde schaal.
De weg vooruit

De weg naar volledig autonome voertuigen zit vol bochten en wendingen, maar innovaties zoals CERPM's helpen het pad recht te trekken. Door een betrouwbaar, kosteneffectief en energiezuinig alternatief te bieden voor bestaande systemen, is deze technologie klaar om een ​​aanzienlijke impact te hebben op de toekomst van transport.

Voor beleidsmakers, bouwprofessionals en investeerders is de boodschap duidelijk: slimme infrastructuur is de sleutel tot het ontsluiten van het volledige potentieel van autonome voertuigen. CERPM's zijn nog maar het begin, maar ze vertegenwoordigen een grote stap voorwaarts in het veiliger, slimmer en efficiënter maken van onze wegen.
NJC.© Info Oak Ridge National Laboratory Western Michigan University

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