Proyecto-final Semaforo Informe

FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA

INGENIERIA ELECTRONICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALES

INTELIGENCIA ARTIFICIAL

TEMA:

CONTROL VEHICULAR MEDIANTE SEMAFORIZACION APLICANDO LOGICA DIFUSA

INTEGRANTES:

Arévalo Vinicio (96) Anguisaca Lenin (4)

Ñamo Alex (48) Trujillo Ricardo (175)

NIVEL:

Noveno Semestre

Fecha Entrega: 17 de Agosto del 2015

RIOBAMBA – ECUADOR

INTRODUCCION

Las estrategias de control en el tráfico a través de lo que tiene que ver con redes

semaforizadas buscan maximizar la seguridad vial y minimizar el costo para sus usuarios,

medido éste en términos de tiempos de recorrido y número de paradas. Cuando el tipo de

control implementado es independiente de las condiciones del tráfico en cada momento,

se habla de estrategia de tiempo fijo (control en lazo abierto [1], esta estrategia se originó

en una etapa en que la computación y el desarrollo de las comunicaciones y la tecnología

de detección no eran aún suficientes para proveer soluciones más ajustadas a situaciones

complejas de variación de demanda y de interacción de redes semafóricas.

Para el desarrollo de este tipo de investigación se aborda el análisis en cada caso y

determina si es posible resolver adecuadamente una determinada necesidad por medio

de estrategias de control con planes fijos, o si por el contrario se requiere bien sea de

estrategias de control por semiactuación o actuación total con activación dependiendo de

la presencia de vehículos, o de estrategias sensibles al tráfico que se origina en cada una

de las calles.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar la semaforización usando lógica difusa.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Investigar y sobre la implementación de semáforos usando lógica difusa.

Plantear una solución a la semaforización de la Av. 11 de noviembre

(Esquina Gasolinera ESPOCH).

Desarrollar la aplicación de semaforización con lógica difusa para el

problema expuesto.

Analizar el funcionamiento de la semaforización con lógica difusa

implementada en el proyecto con la semaforización actual.

CONTENIDO DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

UBICACIÓN DEL PROBLEMA

MARCO TEORICO

SEMAFORO INTELIGENTE

Un semáforo inteligente es aquel cuyo funcionamiento se gestiona dinámicamente,

teniendo en cuenta el estado real de las variables que le afectan, es decir, que en función

del tráfico del momento (información que puede obtener a través de sensores o cámaras

implantadas junto al semáforo), y teniendo en cuenta toda la red de semáforos

relacionados, determina el tiempo que tiene que estar el semáforo en rojo-ámbar-verde en

cada momento. Gracias a esto, se consigue un tráfico más fluido, que se adapta por

completo a las necesidades de cada momento. [2]

Son muchas las novedades que presentan los semáforos en la actualidad, y numerosos

los diferentes modelos de semáforos, por lo que vamos a dar a conocer los principales

elementos que integran los nuevos semáforos inteligentes:

1. Uso de LED (extendido en la gran mayoría de modelos que se implantan en la

actualidad)

De la tradicional lente óptica usada antiguamente, se ha pasado en la actualidad a

utilizar lámparas LED para la señalización luminosa, debido al ahorro económico y

mejora ecológica que suponen (utilizan sólo 10% de la energía consumida por las

lámparas incandescentes, y tienen una vida estimada 50 veces superior), así

como su facilidad para gestionar dinámicamente las imágenes mostradas, entre

otras muchas ventajas.

2. Sistemas inteligentes incorporados por diferentes modelos de semáforos:

2.1. Para asegurar el funcionamiento ante posibles fallos del suministro

eléctrico:

Sistema de baterías redundantes.

Paneles solares incorporados

2.2. Para comunicarse

Dispositivos inalámbricos de comunicación entre semáforos para optimizar el

tránsito de vehículos

Incorporando paneles visuales que avisen cuando, por ejemplo, un peatón está

cruzando por el paso de cebra (en las zonas que el semáforo de vehículos está

ámbar y el de peatones verde). Este sistema funciona mediante la colocación de

unos sensores en los extremos de los pasos de cebra, que detectan cuando un

peatón está cruzando y envían la señal al panel.

Incorporando paneles luminosos que dan información en tiempo real sobre las

principales rutas y el tiempo estimado en cada instante: En función del lugar en el

que están colocados, indican la ruta más habitual y el tiempo estimado.

2.3. Para controlar infracciones

A través de las mismas cámaras, podrán fotografiar a los vehículos que se

salten el semáforo cuando está en rojo.

Integrando un radar, podrán controlar la velocidad de los vehículos al pasar

por el semáforo

2.4. Para comunicarse

Dispositivos inalámbricos de comunicación entre semáforos para optimizar

el tránsito de vehículos

Incorporando paneles visuales que avisen cuando, por ejemplo, un peatón

está cruzando por el paso de cebra (en las zonas que el semáforo de

vehículos está ámbar y el de peatones verde). Este sistema funciona

mediante la colocación de unos sensores en los extremos de los pasos de

cebra, que detectan cuando un peatón está cruzando y envían la señal al

panel.

Incorporando paneles luminosos que dan información en tiempo real sobre

las principales rutas y el tiempo estimado en cada instante: En función del

lugar en el que están colocados, indican la ruta más habitual y el tiempo

estimado.

2.5. Para otros usos:

Semáforos con un mando a distancia que permite que se encienda sólo

cuando lo necesita una persona ciega. Funciona cuando una persona con

discapacidad visual lo activa gracias a un mando a distancia especial,

momento en el que el semáforo emite una señal para informar al usuario

de que ha recibido la orden y se pone en rojo para los vehículos.

Transcurridos tres segundos, el semáforo comienza a emitir una señal

sonora que indica a la persona ciega que ya puede cruzar el paso de

peatones con seguridad durante alrededor de 30 segundos

En definitiva, vamos hacia modelos de semáforos que aprovechen la

información obtenida de numerosas vías (cámaras-sensores-bluetooth),

para conocer el tráfico exacto en cada momento y poder ser gestionados

de la manera más eficaz.

En definitiva, vamos hacia modelos de semáforos que aprovechen la información obtenida

de numerosas vías (cámaras-sensores-bluetooth), para conocer el tráfico exacto en cada

momento y poder ser gestionados de la manera más eficaz.

TECNOLOGIAS

En cuanto a las tecnologías, existen diferentes formas de implementar semáforos

inteligentes, y esto abarca una simple decisión de estado en que debe permanecer, de

acuerdo al tránsito hasta una decisión de mayor jerarquía, como la de tomar una decisión

a causa de un accidente, cambiar el flujo del tráfico, etc.

SEMAFORO INTELIGENTE BASADO EN INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Existen diferentes enfoques en cuanto a este tema, entre ellos están los basados en

lógica difusa, algoritmos genéticos y refuerzo de aprendizaje.

REFUERZO DE APRENDIZAJE

La idea es la siguiente: suponga que hay un número de coches parados en cierta

dirección esperando el cambio de la señal del semáforo. Todos los coches comunican al

semáforo su lugar específico en la cola si como su dirección. El semáforo debe ser capaz

de tomar la decisión óptima para minimizar el tiempo promedio de espera de cada

vehículo.

Los controladores de tráfico inteligente deben solucionar este problema mediante la

estimación de cuánto tiempo le tomara a un vehículo llegar a su destino cuando la luz se

puso en verde, y cuanto tiempo le tomara si la luz se puso en rojo. La diferencia de

tiempos de espera de cada estado es la ganancia para el vehículo. Los controladores

deben ser capaces de maximizar la ganancia promedio.

La estimación de los tiempos de espera se realiza mediante el refuerzo de aprendizaje

que realiza un seguimiento de los tiempos de espera de los autos y utiliza de forma

inteligente para calcular los promedios a largo plazo en los tiempos de espera utilizando

algoritmos de programación dinámica.

Este algoritmo permite que el auto no este parado por tanto tiempo

LOGICA DIFUSA

Para el sistema de semáforo inteligente, la técnica más común es el uso del controlador

de lógica difusa. La tecnología de lógica difusa permite a la aplicación de las reglas de la

vida real similar a la manera en que la que los seres humanos podrían pensar.

Por ejemplo, los seres humanos podrían pensar de la siguiente manera para controlar la

situación del tráfico en un cruce seguro: “si el tráfico es más pesado en el norte o en el sur

de los carriles y el tráfico en el carril este u oeste es menor entonces el semáforo deberá

permanecer verde más tiempo en los carriles norte y sur”.

Lo que se desea lograr es:

Determinar la presencia y ausencia de vehículos.

Mantener la luz verde por más tiempo en caso de mayor flujo vehicular.

Si un carril está vacío, buscar un carril con vehículos y colocar dicho carril en

verde.

El controlador de lógica difusa debe ser diseñado para cualquier intersección. En el

semáforo controla dos parámetros:

La cantidad de tráfico en el lado de llegada.

La cantidad de tráfico en el lado de cola.

Si el norte y el lado sur es verde, entonces este sería el lado de llegada mientras que el

oeste y el lado este se considera como el lado de espera y viceversa.

La variable de salida difusa seria la extensión necesaria de la luz verde de acuerdo al flujo

en el tráfico de llegada. Así, sobre la base de las condiciones de tráfico actuales, las

reglas difusas se pueden formular de modo que la salida del controlador difuso extenderá

o no la luz verde actual. Si no hay ninguna extensión de la luz verde actual, el estado del

semáforo cambiara inmediatamente, permitiendo que el tráfico procedente a la fase

alternativa.

PASOS PARA LOGRAR UN ÓPTIMO DISEÑO EN CONTROL DE FLUJO VEHICULAR

OBSERVAR:

Ver todas las direcciones donde se mueve el tránsito.

Ver los estados de los vehículos (en movimiento parado o vacío).

Hay vehículos; cuantos?

PROCESAR DATOS:

Analizar las prioridades de las avenidas y dar paso a la de mayor preferencia.

Determinar la mejor secuencia.

Si no hay transito utilizar el algoritmo tradicional.

CASO EN QUE HAY TRANSITO.

No dejar atascada una dirección de tránsito.

COMUNICACIÓN

Preguntar si las calles están congestionadas.

El estado del semáforo en dicha calle.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Para que el proyecto se ponga en marcha se requiere de conocimiento en programación para lo cual vamos a usar una interfaz de programación que en nuestra carrera la hemos usado mucho, este proyecto está basado en Arduino; de la misma manera usaremos 2 placas de Arduino Mega y los conocimientos de electrónica adquiridos a lo largo de nuestra carrera así como el costo de mano de obra y materiales.

1. Planteamiento del problema.

¿Cómo realizar un control difuso de un semáforo en intersección para el paso vehicular dependiendo del número de tráfico en la avenida 11 de noviembre (Esquina Gasolinera ESPOCH)?

2. Explicación del sistema.

Se aplicará un control difuso para el control de una intersección de calles, donde se encontrarán ocho semáforos (2 semáforos para cada sentido) que nos permitirán el paso o restricción de paso de los vehículos dependiendo de los tiempos que el control determine necesario.

Aquí se puede observar en la figura el diagrama esquemático del sistema:

TRAFICO PRINCIPAL

TRAFICO SECUNDARIO

3. Planteamiento del sistema en Fuzzy Logic Toolbox de Matlab

3.1. FIS Variables

Variables de entrada

Tendremos dos variables de entradas que nos representarán el número de vehículos que circula por cada sentido de circulación con un rango de 0 a 20 vehículos.

Tráfico en la vía principal1

2 etiquetas lingüísticas: alto y bajo. El rango de vehículos tomados en cuenta para el rango es de 20 vehículos, donde el conjunto bajo estará definido desde 0 vehículos hasta 12 vehículos, mientras que el conjunto alto se define desde 12 vehículos hasta los 30 vehículos. En la figura se puede observar la variable Trafico_P1:

Tráfico en la vía principal2

2 etiquetas lingüísticas: alto y bajo. El rango de vehículos tomados en cuenta para el rango es de 20 vehículos, donde el conjunto bajo estará definido desde 0 vehículos hasta 12 vehículos, mientras que el conjunto alto se define desde 12 vehículos hasta los 30 vehículos. En la figura se puede observar la variable Trafico_P2:

Tráfico en la vía secundaria1

2 etiquetas lingüísticas: alto y bajo. El rango de vehículos tomados en cuenta para el rango es de 20 vehículos, donde el conjunto bajo estará definido desde 0 vehículos hasta 12 vehículos, mientras que el conjunto alto se define desde 12 vehículos hasta los 30 vehículos. En la figura se puede observar la variable Trafico_S1:

Tráfico en la vía secundaria2

2 etiquetas lingüísticas: alto y bajo. El rango de vehículos tomados en cuenta para el rango es de 20 vehículos, donde el conjunto bajo estará definido desde 0 vehículos hasta 12 vehículos, mientras que el conjunto alto se define desde 12 vehículos hasta los 30 vehículos. En la figura se puede observar la variable Trafico_S2:

Variables de salida

Las variables de salida serán los tiempos en segundos que permanecerán activas las diferentes luces: rojo y verde en la principal y rojo, verde en la secundaria.

Las salidas rojo_P1, verde_S1 rojo_P2 y verde_S2 nos darán los mismos valores ya que mientras en un sentido se encuentra circulando, el otro sentido se encontrará detenido por el semáforo en rojo.

Igualmente sucede con las salidas de rojo_S1 con la de verde_P1, así como con rojo_S2 con la de verde_P2.

No se tomará en cuenta las salidas de los colores amarillas ya que simplemente realizan una transición de advertencia en el cambio de verde a rojo, y es un tiempo mínimo establecido.

Rojo_P1

Nuestra variable de control será el tiempo que permanecerá encendida esta luz que permita el paso rápido, medio o lento de los vehículos.

3 etiquetas lingüísticas: menor, medio y mayor especificados en un rango de 0 a 50 segundos.

Verde_P1



Rojo_P2



Verde_P2



Rojo_S1



Verde_S1



Rojo_S2



Verde_S2



Reglas

Tenemos 6 reglas básicas de funcionamiento:

VISUALIZACION DE LAS REGLAS

RESUMEN

Las estrategias de control de tráfico en redes semaforizadas buscan maximizar la

seguridad vial y minimizar el costo para sus usuarios, medido éste en términos de tiempos

de recorrido y número de paradas.

Cuando el tipo de control implementado es independiente de las condiciones del tráfico en

cada momento, se habla de estrategia de tiempo fijo (control en lazo abierto), esta

estrategia se originó en una etapa en que la computación y el desarrollo de las

comunicaciones y la tecnología de detección no eran aún suficientes para proveer

soluciones más ajustadas a situaciones complejas de variación de demanda y de

interacción de redes semafóricas. Ello no significa que dicha modalidad esté

necesariamente obsoleta.

Este trabajo se realizó en base a un caso real para poder tener un mejor resultado al

momento de la implementación de la semaforización con lógica difusa en la Av. 11 de

noviembre (Esquina Gasolinera ESPOCH).

ELEMENTOS UTILIZADOS PARA ESTE PROYECTO:

o 2 Placas de Arduino Mega

o 8 leds color rojo

o 8 leds color amarillo

o 8 leds color verde

o Tabla tiplex

o Cable multipar

o Pulsadores

o Resistencias

o 1 Display 8 segmentos

o Laminas armables de casas

CONCLUSIONES:

Consideramos agradable esta manera de trabajar, ya que nos permite utilizar

nuevas herramientas en la elaboración y presentación de proyectos y trabajos, no

solo de investigación, si no de cualquier tipo.

Se ha diseñado e implementado un modelo prototipo de sistema semaforizado

inteligente basado lógica difusa, configurado para un emplazamiento de cruce de

avenidas (Esquina Gasolinera ESPOCH). El sistema ha sido programado en

Arduino.

RECOMENDACIONES:

Como trabajo futuro se recomienda realizar el modelo teniendo en cuenta que si

un volumen grande de vehículos congestiona un cruce anterior, el número de

vehículos que viene de ese cruce sea reducido.

También es recomendable incluir en el modelo factores que afectan al conductor

como lo es el clima, la época del año u horas pico.

BIBLIOGRAFIA

[1] Robertson, D., Transyt Method for Area Traffic Control. McTrans Center University of Florida, Florida,

Estados Unidos, 1969.

[2] https://www.tecnocarreteras.es/2011/11/14/los-semaforos-inteligentes-en-la-actualidad-23/

[3] PTV, Traffic Mobility Logistics, VAP 2.16. Interface Use Manual. Karisruhe, Alemania, 2008.

[4] http://www.inf.unitru.edu.pe/revistas/2014/8.pdf

Documents

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