Sistema para analizar un flujo de tráfico, que comprende: una base de datos de un sistema de información geográfica,

GIS, que tiene una representación de red, a nivel de carril, geográficamente exacta, de un entorno de transporte y datos de demanda representativos de las demandas de tráfico en el entorno de transporte respectivo; un gestor de base de datos GIS para permitir a un usuario formar consultas espaciales representativas de objetos en dicha red, respondiendo dicha base de datos GIS a dicho gestor de base de datos GIS para procesar dichas consultas espaciales y para identificar una demanda de tráfico en coordenadas geográficas seleccionadas; un simulador de tráfico para simular, a un nivel de vehículo individual, como una función (a) del tiempo, (b) de la representación de red a nivel de carril y (c) de la información sobre la demanda de tráfico, un flujo, a través del entorno de transporte, de tráfico que comprende una pluralidad de vehículos individuales; y un interfaz de base de datos que responde a dicho simulador de tráfico para procesar datos de simulación y para crear datos GIS representativos de los datos de tráfico variables con el tiempo y para modificar dichos datos de demanda almacenados en dicha base de datos GIS

Campo de la invención

El sistema y los procedimientos descritos en la presente memoria se refieren a sistemas de análisis de tráfico y de gestión de datos y a procedimientos de modelado, y más específicamente, a sistemas y a procedimientos que integran sistemas de información geográfica y simulación de tráfico.

Antecedentes de la invención

Una simulación de tráfico es una herramienta útil para analizar flujos de tráfico cuando se diseñan carreteras, autopistas, túneles, puentes y otras rutas de tráfico de vehículos. Puede ayudar a responder muchas cuestiones del tipo “qué pasa si” previamente a la construcción en campo; a comparar y determinar las ventajas y desventajas entre escenarios tales como configuraciones de red diferentes, posicionamientos adecuados para las señales, temporización óptima de los semáforos de tráfico y similares. Al analizar el flujo de vehículos en una red de carreteras, un municipio puede mejorar la red de carreteras y la gestión de tráfico para hacer más efectivo el uso de la infraestructura existente y/o proyectar de manera exacta una demanda de trayectos futura y una escasez de suministros, planeando, de esta manera, una mejora y una expansión necesaria de la infraestructura para acomodar el crecimiento en el tráfico.

Sin embargo, la capacidad de modelar un flujo de tráfico requiere las técnicas y los sistemas analíticos apropiados para analizar sistemas dinámicos y complejos. Debido a los muchos aspectos complejos de un sistema de tráfico, incluyendo consideraciones sobre el comportamiento de los conductores, las interacciones del flujo de vehículos dentro de la red, la aleatoriedad causada por los efectos del tiempo atmosférico, los accidentes de tráfico, variación estacional, etc., ha sido tremendamente difícil estimar flujos de tráfico en una red de carreteras.

Existen simuladores de tráfico para modelar el flujo de tráfico a través de redes de carreteras. Los contajes de vehículos, las velocidades y otros datos de tráfico en función del tiempo y varias localizaciones son recogidos para calibrar y validar los modelos de tráfico. Los planificadores y los ingenieros pueden experimentar con estos modelos para analizar cómo puede fluir el tráfico conforme incrementa el volumen, los accidentes reducen la disponibilidad de carriles y varían otras condiciones.

Aunque estas herramientas de simulación de tráfico son útiles, no son fáciles de usar y requieren un procedimiento de trabajo intensivo para la preparación de la entrada de datos y la interpretación y el análisis de la salida de la simulación. Frecuentemente, un usuario tiene que dedicar días a la preparación de los datos de entrada a aplicar a un simulador de una red de carreteras. Además, el tamaño de las redes de carreteras que los simuladores existentes pueden manipular, o el nivel de detalle que pueden proporcionar estos simuladores, son frecuentemente limitados.

Una desventaja adicional de estos sistemas existentes es que estos modelos carecen de una representación geográfica exacta de los objetos de la red. Específicamente, muchos sistemas existentes emplean la formulación de grafo de “enlaces y nodos” tradicional de la red de tráfico, representando cada nodo una intersección o un cambio de características de tráfico a lo largo de la carretera, y representando cada enlace la carretera que conecta los dos nodos extremos. Las posiciones de los nodos y/o los enlaces están representadas por sus coordenadas cartesianas 2D X e Y, y no coinciden necesariamente con sus localizaciones geográficas reales. Como resultado de los sistemas de coordenadas elegidos arbitrariamente, frecuentemente es difícil geocodificar exactamente los datos de reconocimiento, y los datos de referencia de diferentes fuentes. Además, la carencia de datos de redes de carreteras geográficamente exactos genera también una salida inexacta del modelo, debido a los errores en la medición de la distancia y la longitud.

En general, las herramientas de simulación de tráfico son computacionalmente exigentes, debido a la complejidad implicada en el modelado del comportamiento de los viajeros y debido a que debe realizarse un seguimiento de numerosos vehículos y objetos de red. Esto es particularmente cierto para el simulador de tráfico microscópico, en el que los movimientos de los vehículos son modelados en detalle, segundo a segundo. Por otra parte, se han desarrollado algunos modelos más agregados para simular grandes redes, pero no proporcionan los detalles necesarios en la representación de las dinámicas de tráfico en el modelado de operaciones de semáforos de tráfico. Como resultado, ninguno de los modelos es suficiente para aplicaciones detalladas de ingeniería de tráfico de una red urbana a gran escala. Sin embargo, estas redes urbanas congestionadas son exactamente las zonas cuyos graves problemas de tráfico necesitan ser mejor estudiados y descongestionados.

Consiguientemente, los planificadores e ingenieros actuales se enfrentan a desventajas considerables, ya que las herramientas de simulación de tráfico actuales no son escalables generalmente a grandes zonas urbanas, en una manera en la que se conservan los recursos de cálculo, mientras se proporcionan resultados de simulación valiosos. Como desventaja adicional, las herramientas actuales aportan poco para facilitar el diseño y el ensayo a los usuarios.

El documento HOLTZMAN et al, “A vehicular traffic GIS and simulator for route guidance on NJ/NY highways" PROC. IEEE-IEE VEHICLE NAV. AND INFO. SYS. CONF., Octubre 1993 páginas 367-372 representa la técnica anterior relevante en el análisis del flujo de tráfico.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar unos procedimientos y unos sistemas de gestión de bases de datos de redes de tráfico para geocodificar una red de carreteras y almacenar datos de modelado y de reconocimiento de tráfico.

Un objeto adicional es proporcionar unos sistemas de simulación de tráfico exhaustivos que proporcionen una red para modelar redes de carreteras a gran escala, con niveles variables de granularidad.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un sistema de información geográfica (GIS) basado en una herramienta gráfica para editar redes de tráfico, analizar y visualizar datos de tráfico (por ejemplo, geocodificación, mapeo, consultas, informes) y almacenar grandes cantidades de datos de tráfico variables en el tiempo.

Un objeto de la invención es proporcionar sistemas de análisis de tráfico que sean más fáciles de usar y reducir

o eliminar la necesidad de preparar manualmente ficheros de datos de entrada para los modelos de simulación de tráfico.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar sistemas de análisis de tráfico que proporcionen un contexto geográfico a la información acerca de los patrones de tráfico.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un sistema de análisis de tráfico que permita analizar datos y desarrollar consultas de datos acerca del comportamiento dinámico de los datos en localizaciones geográficas específicas de regiones.

Otros objetos de la invención serán, en parte, obvios y se mostrarán, en parte, en la descripción siguiente de los sistemas y los procedimientos mostrados en la presente memoria.

Los sistemas y los procedimientos de la invención proporcionan, entre otras cosas, sistemas que están diseñados para permitir análisis geográficos de un tráfico que fluye en una red de carreteras de gran escala. Consiguientemente, los sistemas descritos en la presente memoria integran sistemas de información geográfica (Geographical Information Systems, GIS) directamente con los procedimientos de simulación de tráfico para permitir a un usuario analizar cargas y patrones de tráfico en localizaciones geográficas específicas de regiones. De esta manera, permite que el usuario importe y utilice datos existentes acerca de la demanda de trayectos, la red de carreteras y los datos de reconocimiento desde un amplio rango de fuentes. Además, los sistemas incluyen múltiples modelos de simulación de tráfico para simular el tráfico a través de diferentes segmentos de la red de tráfico. Los diferentes modelos proporcionan niveles variables de granularidad para modelar los movimientos de vehículos en la red de carreteras. En otras palabras, diferentes partes de la red de carreteras pueden ser diseñadas para usar un tipo particular de modelo de simulación de... [Seguir leyendo]

1. Sistema para analizar un flujo de tráfico, que comprende:

una base de datos de un sistema de información geográfica, GIS, que tiene una representación de red, a nivel de carril, geográficamente exacta, de un entorno de transporte y datos de demanda representativos de las demandas de tráfico en el entorno de transporte respectivo;

un gestor de base de datos GIS para permitir a un usuario formar consultas espaciales representativas de objetos en dicha red, respondiendo dicha base de datos GIS a dicho gestor de base de datos GIS para procesar dichas consultas espaciales y para identificar una demanda de tráfico en coordenadas geográficas seleccionadas;

un simulador de tráfico para simular, a un nivel de vehículo individual, como una función (a) del tiempo, (b) de la representación de red a nivel de carril y (c) de la información sobre la demanda de tráfico, un flujo, a través del entorno de transporte, de tráfico que comprende una pluralidad de vehículos individuales; y

un interfaz de base de datos que responde a dicho simulador de tráfico para procesar datos de simulación y para crear datos GIS representativos de los datos de tráfico variables con el tiempo y para modificar dichos datos de demanda almacenados en dicha base de datos GIS.

2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende:

un procedimiento de animación para procesar dicha representación de red y dichos datos de tráfico variables en el tiempo, para generar una animación visual de un flujo de tráfico a través del entorno de transporte, en el que:

la red a nivel de carril y los objetos vehículo individuales pueden ser representados temáticamente con respecto a valores de atributos de datos de tráfico.

3. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un editor para editar la representación de red a nivel de carril, para crear un entorno de transporte modificado.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que la base de datos GIS incluye una representación de red que tiene información representativa de las coordenadas geográficas del entorno de transporte.

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que la representación de red a nivel de carril incluye una red formada por enlaces, segmentos de enlace, y nodos, carriles e intersecciones que tienen una localización y una forma geográficas exactas.

6. Sistema según la reivindicación 1, que incluye además el almacenamiento de un atributo de segmento/nodo representativo de una pluralidad de modelos de simulación de tráfico a aplicar a una porción de la representación de red a nivel de carril, para simular el movimiento de uno o más vehículos.

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que:

la representación de red a nivel de carril incluye una pluralidad de segmentos de enlace conectados en una pluralidad de nodos, en el que dicho sistema tiene:

un almacenamiento asociado con al menos un nodo, para almacenar un atributo segmento/nodo representativo de cual de entre dicha pluralidad de modelos de simulación de tráfico aplicar durante un procedimiento de simulación de tráfico a segmentos de enlace acoplados al nodo respectivo.

8. Sistema según la reivindicación 6, en el que el atributo segmento/nodo puede ser representativo de un modelo de simulación de tráfico microscópico, mesoscópico o macroscópico.

9. Sistema según la reivindicación 6, en el que:

la representación de red a nivel de carril incluye enlaces, segmentos de enlace, nodos, carriles e intersecciones que tienen una localización y una forma geográfica exactas; y

los atributos segmento/nodo están asociados con nodos que ocurren dentro de la representación de red a nivel de carril.

10. Sistema según la reivindicación 6, que incluye además medios para asociar un segmento de la representación de red con un atributo segmento/nodo seleccionado.

11. Sistema según la reivindicación 6, que incluye además medios para realizar una transición entre modelos de simulación de tráfico en respuesta a que un vehículo que está mapeado en una primera parte de la representación de red a nivel de carril es mapeada en una segunda parte de la representación de red a nivel de carril.

12. Sistema según la reivindicación 1, en el que la representación de red a nivel de carril del entorno de transporte incluye el almacenamiento de datos representados mediante tres coordinadas dimensionales universales para una elevación y forma exactos.

13. Sistema según la reivindicación 12, que incluye además un interfaz de usuario que presenta los datos en una forma gráfica, que emplea datos geográficos en la base de datos para crear una representación gráfica geográficamente exacta del entorno de tráfico.

14. Sistema según la reivindicación 1, en el que el simulador de tráfico incluye medios para simular las características de comportamiento de los conductores de vehículos individuales.

15. Sistema según la reivindicación 1, en el que el simulador de tráfico incluye un selector de ruta para seleccionar una ruta para que un vehículo realice un viaje, para atravesar desde un origen a un destino.

16. Sistema según la reivindicación 1, en el que dichos datos de tráfico variables en el tiempo representan intervalos iguales o inferiores a 10 segundos, preferentemente entre 5 segundos y 10 segundos, más preferentemente entre 1 segundo y 2 segundos, y más preferentemente intervalos de 0,1 segundos.

17. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un editor para editar los datos de demandas para crear una simulación modificada.

18. Procedimiento para analizar un flujo de tráfico, que comprende:

crear una base de datos GIS que tiene información representativa de una representación de red a nivel de carril, geográficamente exacta, de un entorno de transporte y datos de demanda representativos de las demandas de tráfico en el entorno de transporte respectivo;

proporcionar un gestor de base de datos GIS para aplicar consultas espaciales a dicha base de datos GIS representativa de los objetos en dicha representación de red a nivel de carril, para identificar una demanda de tráfico en coordenadas geográficas seleccionadas; y

simular, como una función de (a) el tiempo, (b) la representación de red a nivel de carril, y (c) la información acerca de la demanda de tráfico, un flujo de tráfico, a través del entorno de transporte, que comprende una pluralidad de vehículos individuales; de esta manera:

creando unos datos GIS representativos de los datos de tráfico variables en el tiempo y para modificar dichos datos de demanda almacenados en dicha base de datos GIS.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, que comprende además proporcionar un atributo segmento/nodo con la representación de red a nivel de carril para asociar uno de entre una pluralidad de modelos de simulación de tráfico con al menos una porción de la representación de red.

20. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que:

la representación de red a nivel de carril incluye enlaces, segmentos de enlaces, nodos, carriles e intersecciones que tienen una localización y una forma geográfica exactas; comprendiendo además dicho procedimiento:

asociar un atributo segmento/nodo con un nodo que ocurre dentro de la representación de red a nivel de carril.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además simular el movimiento de un vehículo a través de un segmento de enlace como una función de un atributo segmento/nodo asociado con un nodo al cual se conecta el segmento de enlace.

22. Procedimiento según la reivindicación 20, que comprende además:

identificar un enlace que se conecta entre dos nodos que tienen atributos segmento/nodo diferentes;

dividir el enlace en dos segmentos separados, un primer segmento asociado con un atributo segmento/nodo y un segundo segmento asociado con otro atributo segmento/nodo; en el que:

cada segmento está asociado con una localización geográfica.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, que comprende además:

supervisar la localización geográfica de un vehículo y determinar cuando la simulación de un vehículo mueve el vehículo desde el primer segmento al segundo segmento; y

responder al cambio en el atributo segmento/nodo cambiando un modelo de simulación de tráfico empleado para simular el movimiento del vehículo.

24. Procedimiento según la reivindicación 18, que comprende

asociar con un primer tipo de carreteras dentro de la representación de red un atributo segmento/nodo representativo de cual de entre una pluralidad de modelos de simulación de tráfico aplicar durante un procedimiento de simulación de vehículos que se mueven a través del primer tipo de carreteras y asociar con un segundo tipo de carreteras un atributo segmento/nodo diferente a aplicar durante un procedimiento de simulación de tráfico de vehículos que se mueven a través del segundo tipo de carreteras,

en el que dicha simulación comprende simular, dentro de una única simulación, como una función (a) del tiempo,

(b) de la representación de red a nivel de carril, (c) de la información acerca de la demanda de tráfico, y (d) de los atributos segmento/nodo, un flujo de tráfico a través del entorno de transporte, y determinar cuando un vehículo se mueve desde el primer tipo de carretera al segundo tipo de carretera y respondiendo cambiando cual de entre dicha pluralidad de modelos de simulación de tráfico es empleado para simular el movimiento del vehículo; y

actualizar la información de demanda de tráfico dentro de la base de datos GIS, para crear datos GIS representativos de los datos de tráfico variables en el tiempo, gracias a la cual pueden aplicarse consultas espaciales a la base de datos GIS, para realizar un análisis dinámico de un flujo de tráfico a través de un entorno de transporte heterogéneo.

25. Procedimiento según la reivindicación 18, en el que los datos de tráfico incluyen información acerca de las intersecciones, caminos, carriles, semáforos y señales de tráfico, sensores de seguimiento de tráfico, vehículos, transito, temporización de los semáforos, tiempos de viaje históricos, y estimaciones de demanda de tráfico. 26. Procedimiento según la reivindicación 18, que incluye además relacionar las tablas de datos externas de objetos a cuyas características geográficas s les ha aplicado información, representativa de un entorno de transporte, a qué características geográficas ha sido aplicada.