Controlo Auto-Organizado de Semáforos

1. Controlo Auto-Organizado de Semáforos Jaime Machado nº 30330

2. Introdução • A optimização do controlo de tráfego através de semáforos é um problema antigo • No entanto ainda não está totalmente resolvido, apresentando algumas falhas

3. Oscilações auto-induzidas • Oscilações são padrões de organização de fluxos que conflictem entre si • Exemplo: “Pedestrian Counter Flows” • Fluxo de peões através de uma porta (p.e.) • Pode-se observar que: • existem mudanças oscilatórias de direcção de passagem • dão a ideia de que os fluxos de peões são controlados por sinais de luzes (semáforos)

4. “Pedestrian Counter Flows” • Dois fluxos de peões diferentes, através de uma intersecção • Estas oscilações são auto-organizadas ocorrendo devido a uma diferença de “pressão” entre as “multidões em espera” em cada um dos lados da intersecção

5. Objectivo • Transferência do princípio de controlo auto-organizado para o tráfego de veículos • Definição das fases “verde” e “vermelho” através do seu condicionamento pelas secções de estradas em espera para ser servidas, dependendo: • Do tempo de espera dos veículos • Das filas de espera e seus tamanhos • De outros factores • Criação de um princípio de controlo auto-organizado, autónomo e adaptável a cada situação de tráfego em cada local

6. Comportamento Colectivo em Intersecções Vizinhas • Habitualmente os semáforos servem os veículos em grupo • Em certos casos, este sistema aumenta a taxa de passagem de veículos em intersecções singulares • No entanto, no caso de uma rede de estradas, o problema é mais complexo • Intersecções vizinhas, têm que ser coordenadas • Grupos de veículos que se aproximam apanham luz verde nas intersecções subsequentes

7. Comportamento Colectivo em Intersecções Vizinhas

8. Comportamento Colectivo em Intersecções Vizinhas • Nos 4 casos os veículos chegam com iguais taxas de chegada ao semáforo 1, que opera periodicamente de uma forma constante • O semáforo subsequente é operado de diferentes modos: • (a) “Green Wave”  onde o tempo de ciclo e o tempo de offset estão adaptados ao semáforo 1 • (b) O tempo de ciclo é o mesmo, que no semáforo 1, mas a mudança de vermelho para verde não é óptima • (c) O tempo de ciclo do semáforo 2 difere do tempo de ciclo do semáforo 1 • (d) O tempo em que está verde varia bastante, sendo que o tempo médio é o mesmo

9. Exemplos • Filme 1: • Formação de ondas verdes através da coordenação de luzes de tráfego vizinhas

10. Exemplos • As intersecções vizinhas tendem a ajustar o seu ritmo • Permite que grandes áreas de uma rede de estradas se sincronizem • Uma determinada direcção é servida ao longo da rede, estabilizando uns momentos, sendo depois tomada por outra direcção

11. Exemplos • Filme 2: • Intersecções assinaladas com rectângulos verdes se a direcção servida é norte-sul ou vermelhos no caso contrário

12. Controlo Auto-Organizado de Sinais • Particularidades interessantes desta estratégia auto-organizada e descentralizada: • Veículos que cheguem sozinhos têm sempre luz verde • Se uma secção de estrada não pode ser usada, a flexibilidade do tráfego reorganiza-se por si própria • Uma avaria local de sensores ou elementos de controlo não afecta o sistema global • Harmonização dos semáforos em larga escala • Feedback entre semáforos vizinhos com base no fluxo de veículos • Sincronizar sinais para obter “Green Waves” • Basear o sistema de controlo na informação local, interacções locais e processamento local

13. Diferenças • Diferenças para o controlo de tráfego convencional: • Fases verdes são determinadas pelo tamanho das filas actuais, das esperadas e dos tempos de atraso • Se mais nenhum veículo precisa de ser servido, os tempos verdes são terminados nessa direcção • A configuração por defeito corresponde ao “vermelho” o que permite respostas rápidas ao tráfego que se aproxima • Não são usados planos de sinais pré-calculados ou pré-determinados, mas sim fases “verdes” e “vermelhas” auto-organizadas

14. Diferenças • Diferenças para o controlo de tráfego convencional: • Não existem tempos de ciclo fixos, nem ordens dadas de fases verdes • Sugere-se um controlo local e distribuído, em vez de um centro de controlo, sendo a informação recolhida por sensores, nos nodos das redes • Peões podem ser tratados como “correntes” de tráfego adicionais • Transportes públicos podem ter prioridade, sem destruir o ritmo eficiente dos fluxos de veículos

15. Conclusão • Criação de um princípio de controlo auto-organizado, autónomo e variável consoante o local numa rede de estradas • Sistema de controlo localizado • Considerar mais do que o uso de “tempos verdes” pré-determinados e sua permutação • Abordagem de controlo muito mais barata de implementar do que a tecnologia de sinais de trânsito de hoje em dia