Controlo Auto-Organizado de Semáforos Jaime Machado nº 30330

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

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.) Fluxo de peões através de uma porta (p.e.) Pode-se observar que: Pode-se observar que: existem mudanças oscilatórias de direcção de passagem existem mudanças oscilatórias de direcção de passagem dão a ideia de que os fluxos de peões são controlados por sinais de luzes (semáforos) dão a ideia de que os fluxos de peões são controlados por sinais de luzes (semáforos)

“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

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 Do tempo de espera dos veículos Das filas de espera e seus tamanhos Das filas de espera e seus tamanhos De outros factores De outros factores Criação de um princípio de controlo auto-organizado, autónomo e adaptável a cada situação de tráfego em cada local

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 Intersecções vizinhas, têm que ser coordenadas Grupos de veículos que se aproximam apanham luz verde nas intersecções subsequentes Grupos de veículos que se aproximam apanham luz verde nas intersecções subsequentes

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 (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 (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 (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 (d) O tempo em que está verde varia bastante, sendo que o tempo médio é o mesmo

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

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

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

Controlo Auto-Organizado de Sinais Particularidades interessantes desta estratégia auto- organizada e descentralizada: Veículos que cheguem sozinhos têm sempre luz verde 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 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 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 Feedback entre semáforos vizinhos com base no fluxo de veículos Sincronizar sinais para obter “Green Waves” Sincronizar sinais para obter “Green Waves” Basear o sistema de controlo na informação local, interacções locais e processamento local Basear o sistema de controlo na informação local, interacções locais e processamento local

Diferenças Diferenças para o controlo de tráfego convencional: Fases verdes são determinadas pelo tamanho das filas actuais, das esperadas e dos tempos de atraso 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 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 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 Não são usados planos de sinais pré-calculados ou pré- determinados, mas sim fases “verdes” e “vermelhas” auto- organizadas

Diferenças Diferenças para o controlo de tráfego convencional: Não existem tempos de ciclo fixos, nem ordens dadas de fases verdes 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 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 Peões podem ser tratados como “correntes” de tráfego adicionais Transportes públicos podem ter prioridade, sem destruir o ritmo eficiente dos fluxos de veículos Transportes públicos podem ter prioridade, sem destruir o ritmo eficiente dos fluxos de veículos

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