Manual Explotación de la Red Vial
& Sistemas Inteligentes de Transporte
Guía para profesionales!
Manual Explotación de la Red Vial
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Los sistemas de Control de Tránsito Urbano (UTC) requieren señales de tránsito, controladores de señal, medición en rampas y carteles de mensajes variables (Variable Message Signs – VMS) para controlar el tránsito. También se requiere:
Diferentes enfoques y medidas son utilizadas para la gestión y el control en tiempo real en áreas urbanas:
Los sistemas computarizados de control de señales computarizada aparecén en la década de 1960 cuando las computadoras fueron las primeras usadas para coordinar los controladores de señales vehoculares para un grupo de intersecciones – pero sin el beneficio de la actual realimentación de la información desde los detectores de campo a las computadoras. En este tipo de sistema ( conocido como control de lazo abierto) los planes de tránsito que son implementados no responden a la demanda del tránsito real. En cambio, los planes son desarrollados "fuera de líenea" usando datso de los conteos históricos del tránsito – e implementados de acuerdo a la hora del día y el día de la semana.
Este sistema es bastante básico, pero aún ofrece varias ventajas, a saber:
El siguiente nivel de sofisticación es el que corresponde a los sistemas de control de señales donde la informacióon desde los detectores vehiculares de campo es realimentada al computador central. La computadora usa la información de las condiciones actuales del tránsito para elegir el plan de señales a ser implementado (control de lazo cerrado). La selección de planes se realiza de acuerdo a uno de los siguientes métodos:
En este caso, el sistema ha accedido a la base de datos (librería) que acumula un gran número de diferentes patrones de tránsito junto con los planes ´de tránsito "óptimos" (desarrollados fuera de línea) para cada patrón de tránsito. Basado en la información recibida desde los detectores de tránsito , la computadora armoniza el patrón de tránsito observado con los patrones almacenados, para identificar el patrón más parecido. El plan "óptimo" asociado con el patrón identificado es entonces implementado. Este tipo de sistema de control adaptativo de tránsito es, frecuentemente, conocido como un sistema de Primera Generación. Su característica distintiva es que los planes, mientras responden a las condiciones de tránsito, son aún desarrollados fuera de línea. Los sistema de Primera Generación trabajan sobre la base de los datos de tránsito actuales y, generalmente, no tienen capacidades de predicción del tránsito.
En este método, el plan de señales "óptimo" es computado e implementado en tiempo real. La sincronización óptima de señales se comutan en tiempo rel usando los datos actuales de las condiciones del tránsito obtenidas desde la información del detector. Ésto requiere un potencia informática suficiente para realizar las acciones informáticas necesarias en tiempo real. También, se necesitan suficientes datos desde los detectores vehoculares para hacer los cálculos. Los sistemas que desarrollan planes "en red" (en tiempo real) están clasificados como sistemas de Segunda o Tercera Generación. Típicamente, tienen una frecuencia de actualización del plan mucho más corta comparada con los sistemas de Primera Generación; tipícamente, cada 5 minutos para sistemas de Segunda Generación y de 3 a 5 minutos por sistemas de Tercera Generación. Además, algunos sistemas de Tercera Generación utilizan la información de los detectores de tránsito para alimentar algoritmos de diagnóstico de tránsito a corto plazo.
Existen varios ejemplos de sistemas de control adaptativo del tránsito que están en uso alrededor del miundo. Entre los algoritmos más aceptados se encuentran: SCOOT, SCATS y RHODES.
SCOOT (Split, Cycle, Offset Optimisation Technique) es un sistema de control adaptativo del tránsito desarrollado por el Laboratorio de Investigación de Transporte del Reino Unido (United Kingdom’s Transport Research Laboratory (TRL)) a comienzos de los años 1980. SCOOT opera intentando minimizar un índice de performance (PI) – típicamente, la suma de la longitud promedio de colas y el número de paradas a través de la red de controladores. Con el objeto de hacer ésto, SCOOT modifica la longitud del ciclo, la duración del tiempo de verde dado a cada fase de la señal (conocida como tiempo “splits”), y el tiempo "offset" para cada grupo de señales (la diferencia de tiempo entre los tiempos de comienzo del ciclo en las señales adyacentes). SCOOT realiza estos cálculos en tiempor real en respuesta a la información provista por los detectores vehiculares.
La operación de SCOOT está basada en los llamdaos Cyclic Flow Profiles (CFP). Ése presentan como histogramas (representaciones gráficas en rangos especificados por el usuario) que muestran la variación en el flujo de tránsito en un ciclo – el cual es medido mediante lazos y detectores que se ubican a mitad de cuadra de cruces significativos de la red. Usando los CFPs, el optimizador del offset calcula las colas en la línea de parada. Los splits y longitud de ciclo óptimos son, entonces, calculados.
Varias características adicionales se han agregado al SCOOT para mejorar su efectividad y flexibilidad, incluyendo la habilidad para:
El Sistema de Tránsito Adaptativo Coordinado de Sydney (Sydney Co-ordinated Adaptive Traffic System (SCATS)) fue desarrollado a finales de los años 1970 por las Autoridades Viales de tránsito y Carreteras de New South Wales en Australia. Para la operación, SCATS sólo requiere la detección de tránsito en la línea de detención sin necesidad de detectar el tránsito a mitad de cuadra como es necesario en el SCOOT. Ésto simplifica la instalación dado que la mayoría de los sistemas existentes de señales están equipados con sensores solamente en los cruces. SCATS es un sistema jerárquico de inteligencia distribuida que optimiza la longitud de ciclo, los intervalos de fase (splits), y los offsets en respuesta a los volúmenes a ser detectados. Par el control, la red de señales es dividida en un gran número de subsistemas más pequeños, cada uno atendiendo desde una a diez intersecciones. Los subsistemas funcionan individualmente excepto que las condiciones de tránsito requieran el “enlace” – o la integración de los sistemas individuales.
Desde 1991, la Universidad de Arizona ha estado desarrollando un sistema de control adaptativo en tiempo real, llamado RHODES (Sistema Eficaz Distribuido Jerárquico en Tiempo Real - Real-time Hierarchical Distributed Effective System). RHODES es diseñado para tomar ventaja de las variaciones estocásticas (random) naturales en el flujo vehicular, para mejorar la performance – una característica que no se encuentra en los sistemas SCOOT y SCATS.
El sistema RHODES consiste en una jeraquía de tres niveles que desagrega el problema del control del tránsito en tres componentes: carga de la red, control del flujo vehicular y control de la intersección:
El nivel 3 se ocupa del control de la intersección - determinando el tiempo óptimo para cambiar las señales de tránsito para la siguiente secuencia de fase y si la fase actual debería ser acortada o extendida. El marco de tiempo para el control del nivel 3 está, típicamente, en el orden de segundos o minutos.
Donde haya rutas alternativas disponibles, se puede abordar matemáticamente el problema de optimización del tránsito de la red. Para el guiado dinámico de enrutamiento (o de redireccionamiento en rutas) (DRG), la "función objetivo" (una ecuación que expresa la función operacional que necesita ser maximizada o minimizada) – es la medición de la performance de la red de autopistas, a ser optimizada. Por ejemplo, el objetivo debería ser minimizar el tiempo total de viaje de todos los vehículos. Las variables de decisión son las proporciones del tránsito que se dividen en cada punto de desviación – para optimizar la performance de la red. La división del tránsito define cómo el tránsito debería ser distribuido. La meta es modelizar el flujo vehicular en la región y asegurar que se mantenga en los nodos y a lo largo de los enlaces de la red, sin la congestión establecida. El software ITS puede, entonces, ser utilizado para resolver el problema de optimización de la función objetivo y para recomendar una estrategia de redireccionamiento que variará en tiempo real de acuerdo a las condiciones del tránsito. El consejo de direccionamiento será dado a través de la difusión de información del tránsito, o bien en VMS o mediante guiado embarcado de rutas para aquellos vehículos que estén equipados con dicho equipamiento.
La prioridad del transporte público (conocida como Transit Signal Priority o TSP en USA) es una medida que tiene como meta la reducción de las demoras para los vehículos del transporte público (autobuses, tranvías, taxis) en intersecciones semaforizadas, dando a sus movimientos un trato preferencial. Los métodos para realizar esta acción pueden ser divididas en estrategias pasivas i activas. La diferencia básica estriba en las características de los sensores y detectores especializados que son utilizados para detectar a los vehículos del transporte público que se aproximan.
Las tecnologias de soporte para identificar específicamente a estos tipos de sensores son: la tecnología pasiva TSP, que simplemente mejora las condiciones para todos los vehículos a lo largo del corredor del transporte público.
Y las tecnologías activas que detectan la aproximanción de autobuses o tranvías (ésto es típicamente un conjunto de un transmisor en el vehículo que se comunica con un receptor o detector instalado en un controlador al costado de la carretera). Se dispone de diferentes algoritmos o estrategias para el funcionamiento de la prioridad activa de autobuses. Entre las más comunes se tienen:
Extensión de Verde: ésto extiende el tiempo de verde si un autobús o un tranvía es detectado, para permitir pasar al vehúclo en forma prioritaria - hasta un cierto y predeterminado límite. Esta estrategia solamente beneficia a una pequeña porción de vehículos, pero la reducción en la demora para los beneficiarios es significativa (igual a la longitud de todo el intervalo en rojo)
Verde Temprano: acorta el tiempo de verde para fases conflictivas, mediante una predefinida cantidad de tiempo – por ejemplo, cuando el autobús llega mientras la señal de tránsito está en su fase de color rojo. El Verde temprano beneficia a un gran porcentaje de autobuses, pero el ahorro por vehículo no es tan grande como con la Extensión de Verde.
Rotación de Fase: bajo esta estrategia, la secuencia del tiempo de verde para diferentes maniobras en la intersección se cambia de modo tal que el vehículo prioritario no se retrase. Una modificación común – que permite al vehículo cruzar a la corriente vehicular opuesta – amerita saltar de una señal dedicada de intercambio desde el comienzo del ciclo (la fase " de avance") al final del ciclo (la fase "de retraso").
Fase de Tránsito Actuada (s): requiere establecer fases de tránsito, las cuales solamente se activen cuando un autobús / tranvía se presente. En este caso, una fase especial de señal de tránsito debería mostrarse; por ejemplo, una letra “B” para Bus o “T” para Tranvía.
Inserción de Fase: ésto permite a la misma fase aparecer más de una vez durante el mismo ciclo con el objeto de servir al vehículo circulante.
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