Pre-TesisMétodo para Obtener Planes de Tiempo Semafóricas Óptimos En Intersecciones Congestionadas
Ricardo Rafael Zarate Aima
Pre-Tesis
Esta tesis se presenta para obtener el titulo de Grado en la UNI.
El contexto de la tesis son los sistemas de transito vehicular.
Se hará uso de técnicas de investigación operativa, algoritmos genéticos.
Estructura Introducción Planteamiento del Problema Revisión de Bibliografía Modelo de Solución Método Propuesto Experimentación Plan de Trabajo Glosario
Introducción
Los sistemas de transito sufren de insuficiente capacidad vial
La congestión Más consumo de combustible Más tiempo de viaje Más contaminación
El modelo y método propuesto
Introducción
Propuestas actuales: Inversión en Infraestructura Vial Restructuración de Vías Sistemas Inteligentes Optimización de Ciclos Semafóricos.
La situación problemática Factores Externos
Aumento del numero de habitantes Crecimiento horizontal de las ciudades Mayor costo del combustible Mayor importancia de la Contaminación
Ambiental El aumento del numero de vehículos por
habitante Cambios en los patrones de uso de
automóviles
Aumento del Numero de Habitantes
Crecimiento Horizontal de
Ciudades
Importancia de Contaminacion
Ambiental
Mayor Costo de
Combustible
Mas vehículos por habitante
Picos en patrones de
uso
Congestion
+ Contaminacion
Ambiental
+ Consumo de Combustible
+ Deterioro Vehicular
+ Deterioro de Infraestructura
+ Perdida de Tiempo de Usuarios
Mayor Demanda de Transporte
Viajes Mas Largos
Demoras en Emergencias
Mala Imagen
++ Gasto Economico en Combustible
Oferta de Transporte Insuficiente
El Problema
“Como desarrollar un método que implementado sobre un subconjunto congestionado del sistema de transito de una ciudad sirva para aumentar el flujo vehicular y disminuir la desviación estándar de tiempos de espera por vehículos“
Objetivos Aumentar la oferta de transito vehicular
Desarrollar el método y modelo a aplicar. Desarrollar un software que automatice los
pasos requeridos por el método. Revisar los métodos existentes en la
actualidad. Simular escenarios y comparar los
resultados de los métodos actuales vs. El método propuesto.
Aplicar el método en un escenario real
Justificación El sistema de transito tiene una gran
importancia económica y social. Ejemplo:
Una persona pierde entre 3 y 4 horas al día viajando en Transporte Público (por los altos niveles de congestión), lo que representa 44 días al año que en otras palabras implica que un Ciudadano de Lima pierde 7 años de su vida en Transporte Público
Alcances, Limitaciones
En la primera fase solo se probara el método en un ambiente simulado.
El sistema de transito opera bajo parámetros y condiciones usuales.
El sistema analizado presenta efectos de la congestión.
Marco Teórico Conceptual
La base teórica conceptual de esta tesis incluye los siguientes temas: Teoría del Trafico Sistemas de Control de Semáforos Tecnologías Actuales aplicadas al
Trafico
Teoría del Tráfico
Variables Densidad Flujo Velocidad Ocupancia
Teoría del Tráfico
Teoría del Tráfico Diagrama Fundamental del Flujo:
A mayor densidad vehicular se tiene menor velocidad media.
Para prevenir la congestión el número de vehículos que ingresa a la vía debe ser igual al número de vehículos que sale de esta.
A cierta densidad critica y cierta velocidad critica el flujo pasa de estable a inestable.
Si un vehículo frena abruptamente en un flujo inestable se pasara a la congestión.
Teoría del Tráfico
Estados de un Flujo Flujo Libre Flujo Inestable Congestión
Sistemas de Control de Semáforos
Objetivos Maximizar el flujo vehicular total Disminuir la probabilidad de
accidentes Ser equitativo en los tiempos de
espera de los carros y peatones (No esperas excesivas)
Considerar ambulancias y otros vehículos prioritarios
Sistemas de Control de Semáforos
Controles de Tiempo Fijo Controles Dinámicos Controles Coordinados Controles Actuados Controles Inteligentes
Controles de Tiempo Fijo Usan tiempos fijos
en los semáforos para señalizar el tiempo y el sentido.
Características Simples Probados Flexibles
Controles Dinámicos Es una mejora del control de tiempo fijo. Usan sensores para no dar luz verde a
carriles vacíos. Tipos de Sensores:
Electromagnéticos Inducción Magnética Video Acusticos
Controles Coordinados Se coordinan un grupo de
semáforos mediante cierto esquema y algoritmo de control.
Mas conocido: OLA VERDE Características:
Altas velocidades Probado con alto éxito No sirve en congestión
Ola Verde
Efecto producido en una avenida donde los semáforos están en un sincronismo tal que los vehículos que circulan por ella siempre encuentran luz verde.
Reduce Tiempos de Circulación Optimiza Uso de Avenidas
Esquemas de Coordinación
Esquema Maestro - Control Local Esquema En Cadena Esquema Central de Tráfico,
Controles Maestros y locales Esquema Central de Trafico y
controles encadenados
Esquemas de Coordinación
Controles Actuados
Aquellos en los que los peatones deben de presionar un botón para obtener una luz de pase.
Son simples pero ya obsoletos
Controles Inteligentes
Estos controles utilizan técnicas de inteligencia artificial para controlar el flujo en una o varias intersecciones.
Entre otras cosas usan: Heurísticas Optimización Agentes
Simulación de Sistemas de Transito Tipos
Microscópico Mesoscópico Macroscópico
Simulación de Sistemas de Transito
Cuando se debe usar: No se puede analizar
matemáticamente. Modelo matemático poco realista. Situaciones de congestión
prolongadas. Para entender gráficamente
Marco Teórico Instrumental
Esquemas de Control Actuales Control de Intersección Aislado Coordinación en Base al Tiempo Control Interconectado Control de Trafico Ajustado Control de Trafico Reactivo Control de Trafico Adaptativo
Antecedentes
Intelligent Traffic Control Caso: Las Ramblas Self-Organizing Traffic Lights SCOOT SCATS
Modelo de Solución
Revisión de Antecedentes
Diseño de Prototipo
Experimentación
Análisis de Resultados
Técnicas
Resultados Experimentales
Prototipo
Variables Dependientes
H
Método Propuesto
Es un sistema de control coordinado
Se aplica sobre una zona cuyos flujos son predecibles.
Para situaciones de congestión e intersecciones semaforizadas.
El Sistema
S1
S7
S5
S6
S4
S3 S2
S10
S9
S8
S12
S11
Método Propuesto
Pasos Seleccionar una zona Definir nodos origen, destino y
semáforos. Definir los flujos del sistema Determinar las fases Determinar la secuencia de fases Determinar los planes de tiempo
específicos
La Herramienta
Es un software que sirve para poner en práctica el método propuesto.
Desarrollado en Java Se hace uso de algoritmos
genéticos para la optimización y grafos para hallar el plan de tiempo.
Procesa archivos en formato texto.
La Herramienta
Funcionalidades: Registro de Flujos, Nodos, Semáforos,
Fases, Secuencias, Relaciones. Optimización de Planes de Tiempo Generación de Fases Posibles en base
a relaciones existentes.
Diagrama de Clases
Diagrama de Clases
El Synchro Es un software de
micro simulación de sistemas de transito vehicular. Posee una implementación de los métodos para determinar planes de tiempo según la HCM y el método Synchro6.
Diseño de Experimento
Objeto de Investigación: El sistema de control de transito, el
cual es un subsistema del sistema de transito.
Población La población esta formada un grupo
de 24 sistemas de control de transito producto de aplicar 2 métodos distintos a 12 escenarios distintos.
Hipótesis
En una simulación se comparará el método propuesto (M0) versus el Synchro-6 (M1) . H0: Fsalida(M0) > Fsalida (M1) H1: Delay(M0) < Delay (M1)
Variables
Dependientes: Flujo de Salida Delay Total
Independientes Escenario Método de Control
Escenarios Se tomaran en cuenta 3 escenarios
base. Para la definición de cada escenario se considera: Descripción del Escenario Base Geometría del Escenario (Nodos, Nro. De
carriles, forma del escenario) Señales de Control Composición y Características del Tráfico
(Velocidad Media, # de Buses, etc.) Consideraciones adicionales
Escenario Básico
Geometría del Escenario
La forma del escenario y los 8 nodos numerados.
Escenario Básico
Escenario Básico Señales de Control:
S2.3 (El semáforo en la intersección 3 que controla el flujo originado en 2)
S4.3/S3.1/S8.1 Composición y Características del
Tráfico Solo se considera el flujo de vehículos y no
el peatonal. La proporción de carros pesados es de 10%
del total. La velocidad de los vehículos es de 50km/hr.
Escenario 2
Esta basado en el cruce de las avenidas 28 de Julio, Petit Thouars, Arequipa y Wilson.
Escenario 2
Resultados – Escenario Basico
Flujo en Escenario Basico
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Synchro6 - Flujo
Propuesto - Flujo
Método/Ejecución
Synchro6 - Flujo
Propuesto - Flujo
Synchro6 – Delay
Propuesto - Delay
0 690 677 12.6 12.91 669 618 16.6 15.42 638 656 10.6 9.73 637 594 12.7 14.74 658 668 8.6 8.95 443 440 2.4 36 408 411 2.3 2.77 419 417 2.3 2.48 434 428 2.5 2.79 417 411 2.4 2.810 580 532 7.2 11.511 568 522 6.7 11.312 545 509 5.6 10.613 570 517 6.7 12.914 586 530 7.6 13.215 528 433 4.5 1416 504 443 3.3 11.217 483 414 3.3 12.318 510 447 3.5 14.319 493 426 3.5 11.8
Desviacion 89.8 92.9 4.2 4.6Promedio 539.0 504.7 6.2 9.9
Delay en Escenario Base
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20
Synchro6 – Delay
Propuesto - Delay
Resultado – Escenario 28 de Julio
Flujo en Escenario 28 de Julio
0
200
400
600
800
1000
1200
0 2 4 6 8 10
Synchro6 - Flujo
Propuesto - Flujo
Método/Ejecución
Synchro6 - Flujo
Propuesto - Flujo
Synchro6 – Delay
Propuesto - Delay
0 697 987 105.9 75.51 734 940 93.4 68.42 678 955 102 66.63 684 991 100.8 69.34 672 952 100 63.55 437 641 39.7 17.26 441 643 38.3 15.17 451 615 34.6 14.98 438 608 38 18.39 424 617 37.5 15.3Desviacion 135.5 180.3 33.3 27.8Promedio 565.6 794.9 69.02 42.41
Delay en Escenario 28 de Julio
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10
Synchro6 – Delay
Propuesto - Delay
Conclusiones El método de optimización del plan de tiempo Synchro6
obtuvo un mayor flujo promedio en el primer escenario que el método propuesto y menores delay. La diferencia en las 3 primeras ejecuciones fue minima, pero en la cuarta fue considerable.
En el segundo caso, sin embargo, el método propuesto obtuvo un flujo 40% mayor que el Synchro6. Se observo que esta diferencia se debía a que el método propuesto dio mucha más importancia a los flujos proveniente de la Av. Petit Thouars y 28 de Julio en desmedro del flujo que venia de la Av. Arequipa.
Se observa dependencia entre el delay y el flujo en los casos ejecutados. A mayor flujo corresponde un menor delay.
En el 83% de ejecuciones realizadas se observo que el método propuesto tenia menor varianza en el flujo entre las ejecuciones.
En el segundo caso considerado se observo un mucho mayor delay, esto debido a la situación de alta congestión que se propuso.
En promedio el método Synchro6 permitió un flujo 6% mayor que el método propuesto en el primer escenario.
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