Sistema y procedimiento de control de señales de tráfico.

Un sistema de control de señales de tráfico que comprende múltiples agentes para controlar una serie de cruces con señales,

comprendiendo un agente una o varias señales de tráfico en cada cruce con señales para proporcionar control local en cada cruce en que está situado un semáforo; comprendiendo el sistema:

un sistema de control multi-agente orientado a grupos de señales, estando cada agente adaptado para funcionar independientemente y representando una o varias señales de tráfico en un cruce con señales;

medios para que cada agente determine condiciones de tráfico en su cruce con señales y condiciones de tráfico de agentes vecinos; y

medios para aplicar lógica difusa en operaciones de control de señales, donde la operación de control de señales está basada en condiciones de tráfico en cada agente y en uno o varios agentes vecinos, de manera que la operación de control se distribuye a cada agente para

controlar cada uno de dicha serie de cruces con señales; y caracterizado por que la lógica difusa está basada en un modelo en tiempo real de la situación del tráfico en cada uno de dicha serie de cruces con señales, donde la modelización representa el estado actual del tráfico en cada cruce; y donde los datos de modelización en tiempo real comprenden datos visuales y datos numéricos en cada cruce, que se transmiten a un servidor remoto, donde el servidor remoto comprende además medios para convertir los datos visuales y los datos numéricos a un modelo en tiempo real 2D ó 3D del tráfico en el cruce.

Sistema y procedimiento de control de señales de tráfico Campo de la invención La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema de control de señales de tráfico. En particular, la invención se refiere a un sistema de control de señales de tráfico multi-agente que utiliza lógica difusa.

Antecedentes de la Invención El objetivo de los sistemas de gestión del tráfico es gestionar eficientemente recursos de transporte existentes, en respuesta a condiciones de tráfico dinámicas. Los cometidos de la gestión del tráfico son muy simples, utilizar las carreteras en su capacidad óptima. Durante los últimos veinticinco años, la idea de un sistema no basado en humanos que gestione el tráfico ha sido un objetivo de la industria del tráfico. La idea que subyace a esto es que un controlador de cruce o central puede gestionar el flujo de tráfico reduciendo significativamente la congestión y los atascos en el interior de una ciudad y aumentando el flujo de tráfico.

La incapacidad de las redes de carreteras existentes para hacer frente a la demanda creciente se ha definido como uno de los problemas de infraestructuras más problemáticos y acuciantes. Actualmente, un gran número de cruces controlados por señales siguen controlados por sistemas basados en horarios de tiempos fijos. En sistemas más sofisticados, es posible una intervención humana remota, de manera que una persona puede observar una cámara y modificar los horarios de temporización desde un centro de control de tráfico, en función de diferentes situaciones del tráfico. El primer sistema depende de la hipótesis de que generalmente las condiciones de tráfico se mantienen relativamente constantes. El segundo sistema requiere un control y una predicción humanos continuos. Adicionalmente, se pueden utilizar sistemas de control de tráfico urbano (UTCS, urban traffic control systems) adaptativos. Se conocen dos ejemplos de sistemas de UTC, a saber el sistema SCATS y el SCOOT.

Muchas áreas metropolitanas han creado centros de gestión del tráfico (TMC, traffic management centres) con cámaras de circuito cerrado de televisión (CCTV, closed-circuit television) , sensores de tráfico y meteorológicos, señales de mensaje variable (VMS, variable message signs) , señales de tráfico y controladores de acceso para monitorizar y gestionar el flujo de tráfico en calles y carreteras, aunque la mayoría de estos siguen basándose en proporcionar los datos a una persona que puede adoptar una decisión en base a dichos datos.

El objetivo moderno es crear un sistema que pueda gestionar esto responsablemente sobre un sistema de control de señales de tráfico automatizado. Habitualmente, se utiliza un ordenador central para generar horarios de temporización fuera de línea, en base a las condiciones de tráfico promedio para un horario específico del día. A continuación, los horarios se descargan a los controladores locales a la hora apropiada del día. Los horarios de temporización se obtienen habitualmente maximizando el ancho de banda en las calles arteriales o bien minimizando un índice de pérdida, tal como una medición de paradas y retrasos.

El enfoque de optimización fuera de línea tiene limitaciones para responder a cambios impredecibles en la demanda de tráfico. Estos sistemas pueden responder a una demanda de tráfico cambiante realizando optimizaciones incrementales a nivel local. De estos, los sistemas más notables son "Sydney Coordinated Adaptive Traffic System" (sistema de tráfico adaptativo coordinado de Sidney) (SCATS) , desarrollado en Australia, y "Split Cycle and Offset Optimizing Technique" (técnica de optimización de ciclos de división y desfases) (SCOOT) , desarrollada en Inglaterra. SCATS está instalado en varias ciudades grandes de Australia, Nueva Zelanda y Asia. SCOOT está instalado en algunas otras ciudades.

Tanto SCATS como SCOOT son sistemas en tiempo real, complicados, que gestionan grandes redes de señales de tráfico. Estos sistemas proporcionan cambios predeterminados incrementales en la duración del ciclo, la división de fases y el desfase de señales de tráfico en sus redes. La duración del ciclo se define como la duración para completar todas las fases de la señal. La división de fases es la división de la duración del ciclo en periodos de señales verdes para los accesos en competencia. El desfase es la relación temporal entre el comienzo de cada fase entre intersecciones adyacentes.

SCATS organiza grupos de intersecciones en subsistemas. Cada subsistema contiene solamente una intersección crítica cuyos parámetros de temporización son ajustados directamente por un ordenador personal en base a la condición predominante promedio del tráfico para el área. El dato básico de tráfico utilizado en SCATS es el "grado de saturación", definido como la proporción del tiempo en verde utilizado eficazmente frente al tiempo en verde disponible total. La duración del ciclo para la intersección crítica se ajusta para mantener un alto grado de saturación para el carril con el máximo grado de saturación. La división de fases para la intersección crítica se ajusta para mantener grados de saturación iguales en accesos en competencia. Todas las demás intersecciones en el subsistema se coordinan con la intersección crítica, compartiendo una duración del ciclo común y teniendo una división de fases y un desfase coordinados. Los sistemas se pueden conectar para formar un sistema coordinado mayor cuando sus duraciones de ciclo son casi iguales. En un nivel inferior, cada intersección puede independientemente acortar u omitir una fase particular en base a la demanda local de tráfico. Sin embargo, cualquier tiempo ahorrado al finalizar anticipadamente la fase se tiene que añadir a la fase posterior para mantener

una duración de ciclo común entre todas las intersecciones del subsistema. Los desfases entre las intersecciones en un subsistema se seleccionan para eliminar paradas en la dirección del flujo de tráfico dominante.

SCOOT utiliza datos de tráfico en tiempo real recogidos por sensores situados mucho más arriba de la señal, para generar modelos de flujo de tráfico denominados "perfiles de flujo cíclico". Los perfiles de flujo cíclico se utilizan para estimar cuántos vehículos llegarán a una señal situada más abajo, cuando la señal está en rojo. Esta estimación proporciona predicciones sobre el tamaño de las colas para diferentes cambios hipotéticos en los parámetros de temporización de las señales. El objetivo de SCOOT es minimizar la suma de las colas promedio en un área. Unos pocos segundos antes de cada cambio de fase, SCOOT utiliza un modelo de flujo para determinar si el cambio de fase se debería adelantar en 4 segundos, permanecer inalterado o retardarse en 4 segundos. Una vez cada ciclo, SCOOT determina asimismo si el desfase se debería adelantar en 4 segundos, permanecer inalterado o retardar en 4 segundos. Una vez cada pocos minutos, SCOOT determina si la duración del ciclo común de todas las intersecciones agrupadas en un subsistema se debería aumentar, mantener o reducir en unos pocos segundos. De este modo, SCOOT modifica sus parámetros de temporización a incrementos predeterminados fijos, para optimizar un objetivo explícito de rendimiento.

Debido que los sistemas anteriores de señales de tráfico que dependen de un control informático centralizado o regional no responden bien a cambios imprevistos en la demanda de tráfico y serán ineficaces cuando el ordenador central o regional falle, existe la necesidad de un sistema de control de señales de tráfico auto-organizado, tolerante a fallos, que esté basado en datos del tráfico local y en un control informático localizado.

La patente de U.S.A. número US 5.357.436 da a conocer una red de señales de tráfico controlada por un sistema de microprocesadores distribuido, adaptativo, basado en lógica difusa. Sin embargo, el problema con este sistema es que es de implementación compleja y funciona en un proceso por etapas. Un inconveniente del sistema de Rockwell es que dicho sistema funciona en etapas fijas en una arquitectura de agente único. Esto tiene como resultado un sistema rígido que no proporciona ninguna flexibilidad para monitorización dinámica del tráfico en cruces de tráfico individuales. Otra bibliografía de patentes publicadas que acusa los mismos problemas incluye NL 1018875C, WO97/34274 y US6.317.058.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es dar a conocer un sistema y un procedimiento de gestión del tráfico que superen los inconvenientes mencionados anteriormente.

Compendio de la invención La invención está definida en las reivindicaciones independientes adjuntas.

Según la presente invención se da a conocer,... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de control de señales de tráfico que comprende múltiples agentes para controlar una serie de cruces con señales, comprendiendo un agente una o varias señales de tráfico en cada cruce con señales para proporcionar control local en cada cruce en que está situado un semáforo; comprendiendo el sistema:

un sistema de control multi-agente orientado a grupos de señales, estando cada agente adaptado para funcionar independientemente y representando una o varias señales de tráfico en un cruce con señales;

medios para que cada agente determine condiciones de tráfico en su cruce con señales y condiciones de tráfico de agentes vecinos; y medios para aplicar lógica difusa en operaciones de control de señales, donde la operación de control de señales está basada en condiciones de tráfico en cada agente y en uno o varios agentes vecinos, de manera que la operación de control se distribuye a cada agente para controlar cada uno de dicha serie de cruces con señales; y caracterizado por que la lógica difusa está basada en un modelo en tiempo real de la situación del tráfico en cada uno de dicha serie de cruces con señales, donde la modelización representa el estado actual del tráfico en cada cruce; y donde los datos de modelización en tiempo real comprenden datos visuales y datos numéricos en cada cruce, que se transmiten a un servidor remoto, donde el servidor remoto comprende además medios para convertir los datos visuales y los datos numéricos a un modelo en tiempo real 2D ó 3D del tráfico en el cruce.

2. El sistema de control de señales de tráfico según la reivindicación 1, en el que cada agente comprende medios para calcular colas y vehículos en aproximación relevantes en una dirección particular, en base a temporizaciones para agentes situados más abajo, donde el agente situado más abajo suma con una ponderación dada los vehículos situados más arriba, de manera que cuando se alcanza un umbral que indica grandes volúmenes de tráfico dicho agente proporciona acceso prioritario a dichos vehículos.

3. El sistema de control de señales de tráfico según la reivindicación 1 ó 2, en el que la información de señalización en dicho sistema se envía utilizando información de paquetes del protocolo de datagramas de usuario, UDP.

4. El sistema de control de señales de tráfico según la reivindicación 1, en el que los datos numéricos comprenden datos del comportamiento de tráfico de tiempos de desplazamiento, retrasos, colas y paradas.

5. El sistema de control de señales de tráfico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los datos se transmiten en modo en bruto y/o en modo agregado, en el que el modo agregado reúne números promedio para cada cruce con señales durante un periodo de tiempo dado, y el modo en bruto envía un mensaje por cada trayecto de vehículo.

6. El sistema de control de señales de tráfico según cualquier reivindicación anterior, el que cada agente comprende acceso remoto adaptado para permitir el mantenimiento y la actualización de cada agente desde un emplazamiento remoto, y/o en el que cada agente de grupo de señales controla las señales de tráfico en un cruce individual y/o en el que cada agente comprende medios para proporcionar gestión de cruce a efectos de proporcionar un cruce activo que pueda tener fases continuamente diferentes sobre las que puede decidir en base al flujo del tráfico y a las prioridades, y/o comprende medios tales que cada grupo de señales está al corriente de cada situación del tráfico para cada ruta de acceso controlada por un agente.

7. El sistema de control de señales de tráfico según cualquier reivindicación anterior, que comprende un PC estándar conectado a un controlador de señales existente, tal que el controlador que comprende medios para detectar datos en un cruce se pone en funcionamiento en modo "esclavo".

8. El sistema de control de señales de tráfico según cualquier reivindicación anterior, que comprende medios para proporcionar prioridad a vehículos de transporte público seleccionados en cruces señalados.

9. Un sistema de control de señales de tráfico según cualquier reivindicación anterior, en el que dichas señales de control comprenden instrucciones XML.

10. Un procedimiento de control de un sistema de control de señales de tráfico que comprende múltiples agentes para controlar una serie de cruces con señales, comprendiendo un agente una o varias señales de tráfico en cada cruce con señales para proporcionar control local en cada cruce en que está situado un semáforo; comprendiendo el procedimiento:

proporcionar un sistema de control multi-agente orientado a grupos de señales, cada agente funcionando independientemente y representando una o varias señales de tráfico en un cruce con señales;

determinar condiciones de tráfico en su cruce con señales y condiciones de tráfico en agentes vecinos; y 11

aplicar lógica difusa en operaciones de control de señales, en el que una operación de control de señales está basada en condiciones de tráfico en cada agente y en uno o varios agentes vecinos, de manera que la operación de control se distribuye a cada agente para controlar cada uno de dicha serie de cruces con señales; estando el procedimiento caracterizado por que la lógica difusa está basada en un modelo en tiempo real de la situación del tráfico en cada uno de dicha serie de cruces con señales, en el que la modelización representa el estado actual del tráfico de cada cruce; y en el que los datos de la modelización en tiempo real comprenden datos visuales y datos numéricos en cada cruce que se transmiten a un servidor remoto, donde el servidor comprende además medios para convertir los datos visuales y los datos numéricos en un modelo en tiempo real 2D ó 3D del tráfico en el cruce.

11. Un programa informático que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador lleve a cabo el 10 procedimiento según la reivindicación 10.