Manual Explotación de la Red Vial
& Sistemas Inteligentes de Transporte
Guía para profesionales!
Manual Explotación de la Red Vial
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Un efectivo (a menudo vasto) sistema de monitoreo y supervisión del tránsito es un prerrequisito para cualquier sistema de control inteligente de tránsito para realizar un seguimiento de las condiciones imperantes a lo largo de la red. Un amplio rango de diferentes sensores se instalan dentro, sobre y/o fuera de la red para el objetivo de obtener la necesaria cobertura geográfica y de tiempos críticos. Ellos incluyen a los lazos industivos, a dispositivos no intrusivos de tránsito, a videocámaras y al procesamiento de impagenes de video. Cada tecnología tiene su propias ventajas y desventajas - de modo que la elección de un tipo de sensor de cualquier aplicación ITS application dependerá de donde funciona mejor ante las condiciones imperantes del entorno y su costo.
Los detectores de tránsito ( o los detectores de presencia vehicular) son usados en muchas aplicaciones ITS para: monitoreo de la red, control de tránsito, medición de velocidad y detección automática de incidentes. Muchos tipos diferentes de tecnologías de detección están disponibles. Las siguientes son típicas tecnologías que han sido desarrolladas para medir datos de tránsito en zonas y localizaciones específicas. (Ver Detección vehicular)
Los detectores de lazos inductivos son, actualmente, los dispositivos más ampliamente usados para detección vehicular, aunque la detección por radar de microondas es también común. Su principal uso es en intersecciones en conjunto con los sistemas avanzados de control de señales semafóricas y en autopistas para objetivos de monitoreo del tránsito y detección de incidentes. Los ILD´s toman, típicamente, la forma de una o más espiras de alambre aislado empotrados en el pavimento. El lazo o espira es conectado, a través de un cable conductor, a una unidad detectora la cual detecta los cambios en la inductancia de la espira (cambios en el campo magnético del sensor) cuando un vehículo pasa por encima de él. Los ILD´s pueden ser utilizados para detectar la presencia de un vehículo o su paso. Ellos pueden también ser usados para medir velocidad ( por medio de dos lazos separados por una corta distancia) y para clasificar tipos de vehículos. El principal problema con el uso de los ILD´s, sin embargo, es su confiabilidad. Porque los ILD´s están sujetos a las solicitaciones del tránsito, ellos tienden a fallar frecuentemente. Por otra parte, su instalación y mantenimiento requieren el cierre del carril y modificaciones en el pavimento.
Los detectores tipo Radar de Microondas son ejemplos de dispositivos de detección no intrusiva, los cuales, para su instalación y mantenimiento, NO requieren cerrar los carriles o modificar el pavimento. Contrariamente a las espiras inductivas, los dispositivos de detección no intrusiva no están empotrados en el pavimento. En lugar de ello, ellos se montan típicamente en una estructura elevada o a un lado del camino, de manera tal como se muestra el sistema de detección por radar en la fotografía siguiente. Dependiendo de tipo de onda electromagnética usada, los detectores del tipo radar de microondas pueden medir tanto la presencia como la velocidad de vehículos. Ellos también son ampliamente utilizados para detectar peatones en espera en los cruces peatonales.
Una de la mejores ventajas de los sensores de microondas es su capacidad para funcionar bajo todo tipo de condición climatológica. Las excepciones pueden ser un clima extremo tal como las tormentas de arena. Dado que estos sensores están instalados sobre la superficie del pavimento, ellos no están sujetos, usualmente, a los efectos del hielo o actividades de rotura del pavimento. La experiencia muestra que los sensores de microondas funcionan adecuadamente bajo lluvia, niebla, nieve y condiciones ventosas. Su principal problema es la oclusión provocada por vehículos altos a los vehículos adyacentes - reduciendo su precisión cuando están instalados al costado de la ruta.
Los sensores Infrarrojos (IR) son también dispositivos de detección no intrusiva. Hay dos tipos: detectores pasivos y activos.
Los detectores IR pasivos no transmiten energía - en cambio, detectan la energía que es emitida o reflejada desde los vehículos, superficies viales y otros objetos. Los detectores infrarrojos pasivos pueden medir velocidad, largo del vehículo, conteo y ocupación pero su exactitud es afectada por condiciones climatológicas adversas.
Los detectores IR activos emiten un haz de energía infrarroja el cual es reflejado desde un receptor IR. Funcionan en forma similar a los detectores tipo radar de microondas – por medio de la dirección de un haz estrecho de energía hacia una superficie vial. El haz es entonces reflejado a los sensores y los vehículos son detectados a través de cambios en el tiempo de viaje de la transmisión del haz infrarrojo. Los detectores infrarojos activos proveen la información del pasaje, velocidad, presencia y clasificación vehiculares. Trabajan bien en ambientes controlados tales como túneles – y pueden ser usados para objetivos de seguridad vial para detectar vehículos con sobrecalentamiento o fuego. Su exactitud es afectada por las condiciones climáticas tales como la niebla y las precipitaciones.
Los detectores vehiculares ultrasónicos funcionan en forma similar a los detectores de microondas por medio de la transmisión activa de ondas de presión, a frecuencias superiores al rango audible humano. Estos detectores pueden medir volumen, ocupación, velocidad, y clasificación. Los sensores ultrasónicos son sensibles a las condiciones ambientales y requieren de un alto nivel de experiencia para su mantenimiento.
El tránsito vehicular produce energía acústica o sonido audible desde una variedad de fuentes dentro del vehículo y desde la interacción entre los neumáticos vehiculares y la superficie vial. Usando un sistema de micrófonos, se diseñan detectores acústicos para captar estos sonidos desde un a´rea específica dentro de una carril de una ruta. Cuando un vehículo pasa a través de la zona de detección, un algoritmo procesador de señales detecta un incremento en la energía del sonido y se genera una señal de presencia vehicular. Cuando el vehículo abandona la zona de detección, la energía acústica disminuye por debajo del límite de detección y la señal de presencia vehicular desaparece. Los sensores acústicos pueden ser utilizados para medir velocidad, volumen, ocupación y presencia en la calzada. La ventaja de los sensores acústicos es que ellos pueden funcionar bajo cualquier condición de iluminación y durante climas adversos.
Al igual que los detectores de lazo inductivo (ILD), los magnetómetros proveen detección puntual, pero difieren de los ILD en que miden cambios en el campo magnético terrestre que resultan de la presencia vehicular. Ellos pueden proveer información del volumen del tránsito, ocupación del carril, velocidad y longitud vehicular. En general, hay dos tipos de magnetómetros:
Las microespiras, (como las espiras inductivas), requieren el cierre del carril y la modificación del pavimento con las consiguientes demoras al tránsito. En los años recientes, el uso de magnetómetros inalámbricos ha recibido un interés creciente debido a los avances en la tecnología de las baterías, la cual le permite a una unidad operar inalámbricamente durante un período de 10 años antes de necesitar ser reemplazada.
Traffic Detector Video Training Course - Part 1 - Detector Theory
Traffic Detector Video Training Course - Part 2 - Detector Design
Traffic Detector Video Training Course - Part 3 - Detector Installation
Traffic Detector Video Training Course - Part 4 - Detector Maintenance
La identificación automática vehicular (AVI) puede ser usada para identificar vehículos que circulan a través de una zona de detección. Típicamente, un transponder (o tag) montado dentro de un vehículo puede ser leído por un lector cuando el vehículo pasa. Esta información pueden entonces ser transmitida a una computadora central. Actualmente, la aplicación más común en el transporte terrestre de tecnologías AVI está en combinación con los sistemas automáticos de pago de peaje (Automatic Toll Collection systems), (tales como el EZPass). Con estos sistemas, el valor del peaje es deducido automáticamente de la cuenta del conductor cada vez que él pasa por una estación de peaje.
Un importante método de AVI, con un uso combinado, es el sistema llamado ANPR (también conocido como Reconocimiento automático de la placa de licencia Automotor - ALPR), el cual usa tecnologías de reconocimiento óptico de los caracteres para identificar y reconocer las placas registradas de los vehículos. El sistema típicamente consiste en una videocámara, especialmente adaptada, enlazada a un software de reconocimiento de caracteres. Cuando un vehículo pasa por una videocámara ANPR/ALPR, su número de registro es leído y puede ser chequeado contra una base de datos de los registros de los vehículos. En general, hay dos tipos de sistemas ANPR/ALPR:
Con los avances recientes en hardware y software informático, el procesamiento en el campo en tiempo real se va vuelto más factible ( usualmente toma menos de 250 milisegundos). Ésto evita el costo asociado con la necesidad de un gran ancho de banda para transferir imágenes un servidor remoto.
Los sensores de pesaje en movimiento están diseñados para medir y registrar los pesos por eje y pesos totales de los camiones mientras los vehículos están en movimiento (circulando – no detenidos). Los sistemas WIM son atractivos porque evitan la necesidad de detener y pesar cada vehículo. Ellos no eliminan la necesidad de tener estaciones de pesaje (con puente basculante) para la medición exacta del peso de los camiones, pero el WIM actúa como un filtro (una preselección) y sólo los vehículos que registran un exceso en la carga axial necesitan ser detenidos y revisados. El componente clave de cualquier sistema WIM es el sensor de fuerzas – por ejemplo, los cristales de cuarzo producen cargas eléctricas cuando una fuerza es aplicada a lo largo del eje vertical (el peso del vehículo). Los sistemas WIM tienen varias aplicaciones en ITS, especialmente tanto como siendo una parte de un sistema electrónico de preselección para vehículos comerciales como para aplicaciones de fiscalización. (Ver Aplicación de la Ley y Ver Video)
La detección de velocidad es una parte integral de los sistemas de fiscalización de velocidad mediante videocámaras, utilizados para detectar infracciones a la velocidad admisible fijadas por las reglas de tránsito, especialmente en puntos con alta probabilidad de accidentes. (Ver Gestión de la Velocidad) La reglamentación de la velocidad es importante en zonas con personal trabajando que tienen un riesgo elevado de accidentes. Es también una característica de los esquemas de gestión activa del tránsito en autopistas. Algunos sistemas de fiscalización de la velocidad enlazan automáticamente las videocámaras de velocidad al reconocimiento del número de placa patente automotor para emitir avisos de infracciones. (Ver Gestión del Tránsito y Estrategias de Gestión del Tránsito) La detección de velocidad puede ser también usada como una medidad de seguridad vial en intersecciones señalizadas de arterias viales rápidas, usando microprocesadores para extender el tiempo de verde de las señales de tránsito cuando un vehículo se aproxima a velocidad.
Para medir velocidades, el dispositivo más común es un sensor o radar el cual usa el principio del efecto Doppler. Específicamente, el dispositivo mide la diferencia en las frecuencias emitida y reflejada de la ona del radar, la cual es proporcional a la velocidad del objeto en movimiento. Otros tipos de sensores vehiculares pueden ser adaptados por pares para medir velocidades, tales como los sensores ultrasónicos y los magnetómetros.
El monitoreo del tiempo de viaje está relacionado con el monitoreo de la velocidad. Los tiempos de viaje vehiculares son una fuente significativa de información para el monitoreo de la performance de la red vial y para el aviso a los usuarios del camino acerca de las demoras en los tiempos de viaje en tiempo real. Ellos representan una medida del nivel de servicio ofrecido. Algunas autoridades viales muestran los tiempos de viaje punto a punto sn carteles de mensajes variables VMS sobre la ruta como una forma de información en tiempo real. Los datos de tiempos de viaje (históricos y en tiempo real) representan también un recurso útil que ayuda a la planificación y logística del viaje. (Ver Monitoreo de Tiempos de Viaje)
Varios métodos están disponibles para seguir vehículos en forma anónima sobre la red vial para permitir a los operadores de la red dterminar los tiempos promedio de viaje, la demana punto a puento y las condiciones del flujo vehicular. Por ejemplo, los sistemas de Recolección Automátoca de Pago de Peaje (ATC) pueden ser utilizados para determinar el tiempo promedio de viaje en una autopista entre las estaciones de peaje o con lectores especialmente instalados en la ruta. Los vehículos equipados con tag infrarrojos son usados como sondas para monitorear las condiciones del flujo vehicular, las cuales son detectadas mediante los lectores tipo transponders, instalados a lo largo de las rutas. El agregado de datos de las velocidades y de los tiempos de viaje promedio puede ser compilado y, de esta manera, ayudar a la gestión del tránsito y sus incidentes. Para proteger la privacidad de los viajeros, estos sistemas no toman los datos de los identificadores tipo tag para peajes y solamente mantienen registros de los viajes hechos por vehículos anónimos.
Un número de otras técnicas son usadas para proveer un continuo, no invasivo, seguimiento punto a punto de vehículos individuales para determinar tiempos de vaije y calcular velocidades promedio. Se incluyen las videocámaras de reconocimiento automático del número de placa patente automotor (videcámaras ANPR) para identificar las plcas de licencia vehiculares. Un nuevo desarrollo es el monitoreo punto a punto de las firmas Bluetooth emitidas por el equipamiento presente en el vehículo. Los sensores Bluetooth han sido utilizados exitosamente para el monitoreo de la velocidad promedio como una alternativa económica al sistema ANPR. Algunas autoridades viales usan los datos agregados (en forma anónima) para mostrar en un VMS y proveer a los conductores los tiempos de viaje esperados entre puntos claves del la red vial.
Los sensores medioambientales son usados en el monitoreo de la red vial para detectar condiciones climatológicas adversas tales como hielo o conidiciones de resbaladizas, fuertes vientos o precipitaciones (nieve o lluvia) o la presencia de niebla / bruma. Esta información puede entonces ser usada por los operadores para alertar a los conductores a través de carteles de mensajes variables (VMS). Pueden ser usados también por el personal de mantenimiento para optimizar las operaciones de mantenimiento invernal. (Ver Monitoreo del Clima)
Los sensores medioambientales pueden ser divididos en séis tipos:
Muchos fabricantes proveen sistemas de estaciones meteorológicas completos que son capaces de monitorear una amplio rango de condiciones de superficie y medioambiente. La figura siguiente muestra un ejemplo de estas estaciones meteorológicas.
(Figura 4.7 debe ser insertada aquí – debe ser provista por el autor)
Las estaciones meteorológicas típicamente incluyen los siguientes tipos de sensores y capacidades:
Sensores de condición del camino: Un componente crítico de cualquier sistema de información meteorológica en la red vial (o RWIS) es un conjunto de sensores de condición del camino que midan la temperatura y la humedad de la superficie y detectar la presencia de espesores de hielo y nieve. Los sensores de condición del camino pueden ser empotrados en el pavimento. Pueden ser también no intrusivos, montados al lado o sobre la superficie vial. Los sensores no intrusivos de condición del camino típicamente miden la radiación infrarroja emitida desde la superficie del camino.
Sensores de Visibilidad: Estos sensores están diseñados para medir la visibilidad a lo largo de una sección del camino. Típicamente usan el principio de “dispersión hacia adelante” o difracción de la luz para detectar los cambios en la visibilidad resultante por las condiciones del clima imperante, tales como niebla, humo o neblina. Los sensores necesitan ser cuidadosamente ubicados porque ellos sólopueden proveer medidas puntuales en una localización específica. Por ejemplo, los detectores de niebla necesitan ser situados tan cerca como sea posible de la fuente donde la niebla o bruma se formada en primera instancia.
Mapeo térmico: Dado que las temperaturas pueden variar significativamente a lo largo de un segmento vial, los sensores de mapeo térmico (temperatura) son típicamente un componente crítico de un sistema eficaz de detección de hielo. El mapeo térmico provee a los operadores de información sobre las temperaturas de la superficie vial para informar la toma de decisiones sobre la necesidad de establecer mensajes de alerta en los VMS o desplegar el despeje de nieve, el salado de la ruta o los servicios de enarenado. Ejemplos de sensores de imágenes térmicas incluyen videocámaras de imágenes térmicas y termografía infrarroja.
Sensores de velocidad del viento: éstos representan un componente esencial de una estación de sensado experimental y son instalados y expuestos en lo alto de los puentes y en lugares ventosos de la red vial. Típcamente miden la velocidad y dirección del viento en la superficie y pueden ser usados para proveer alertas a vehículos de los servicios de grúa y vehículos de gran porte. Por razones de seguridad, a veces, es necesario cerrar el camino debido a fuertes vientos.
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