El escenario de transporte

Como se mencionó en el capítulo introductorio, este trabajo se plantea para brindar soluciones a parte de los objetivos incluidos en el Proyecto COVE y tiene como principal motivación la contribución con estrategias válidas a la maniobrabilidad de vehículos autónomos circulando en formación de convoy en escenarios especiales de transporte urbano.

A modo de recordatorio, por entornos especiales urbanos entendemos aquellas áreas donde el tráfico de vehículos convencionales está restringido o prohibido, la velocidad de circulación no supera los 50 Km/h y las trayectorias a través de sus calles suelen presentar fuertes no linealidades. Como ejemplo de este tipo de escenarios se pueden mencionar los núcleos de interés histórico-cultural, parques temáticos o de ocio, entornos portuarios o aeroportuarios, núcleos residenciales, campus universitarios, etc.

En este contexto se justifica la utilización de una flota de vehículos automatizados que, una vez realizada una tarea concreta, pasan a formar parte de un convoy circulando por la periferia y dejando disponibles sus unidades para próximas tareas. A modo de ejemplo, se puede citar el reparto de carga en zonas portuarias, el transporte de personas en núcleos residenciales o de interés turístico, etc. La propuesta idónea sería una flota de vehículos eléctricos automatizados, por su tamaño, eficiencia, y consideración con el medio ambiente (mínima contaminación acústica y nula contaminación de gases y partículas).

El punto de partida de este trabajo está en disponer, en el escenario de transporte, de estos vehículos en uno o varios grupos. Cada grupo está compuesto por varias unidades móviles con autonomía de guiado. Cada unidad de manera independiente realiza las tareas encomendadas y, una vez completadas, cuenta con capacidad para retornar al grupo al que pertenece. En esta tesis se entiende por grupo un conjunto de vehículos en formación de convoy, que está en constante movimiento alrededor de la zona de trabajo, siguiendo una ruta predefinida y cíclica con la función de facilitar la disponibilidad de unidades para las tareas requeridas así como la recuperación de las mismas una vez concluida su misión. Teniendo en cuenta lo anterior, el sistema propuesto da solución al problema de una unidad móvil independiente que, una vez realizadas las tareas planificadas, se ha de enlazar con su convoy (grupo), que se encuentra circulando alrededor del escenario de transporte.

Para facilitar el análisis, se representa gráficamente un entorno genérico que ayude a entender las estrategias propuestas. Esta representación consiste en un mapa topológico que incluye toda la información vital del entorno sobre el que se aplique la estrategia de enrutamiento, como por ejemplo sus características geográficas, número de calles, longitud de las mismas, y relación entre calles adyacentes a través de intersecciones. La idea de esta representación es simplificar en lo posible la información del entorno real, de modo que el mapa represente las calles mediante líneas o arcos y las intersecciones mediante círculos o nodos, considerando que una calle es el segmento comprendido entre dos nodos adyacentes cualesquiera.

3. Enrutamiento óptimo y eficiente para maniobras de enlace

Cada calle del mapa tiene asociado un coste de tiempo estimado a invertir para recorrerla y que dependerá de la longitud de la calle y de las condiciones de tráfico. Este tiempo puede ser fijo si se consideran condiciones de recorrido estáticas, o variable si se consideran condiciones de recorrido dinámicas por las cuales una misma unidad invierte diferentes tiempos en recorrer un mismo tramo en distintas ocasiones, según el momento (día/hora) en que realice la acción. En este capítulo, y como aproximación inicial a la solución global del problema, se analiza el enrutamiento admitiendo que el tiempo de recorrido asociado a cada calle se mantiene invariante en el tiempo a lo largo de la ejecución de la ruta de enlace. Las incertidumbres propias de los tiempos de recorrido características de situaciones reales serán estudiadas en el siguiente capítulo.

En la Figura 3.2 se muestra un ejemplo de mapa topológico correspondiente a una vista parcial del Casco Histórico de la ciudad de Alcalá de Henares (Ciudad Patrimonio de la Humanidad). A la izquierda de la figura se muestra un mapa métrico de esta sección urbana y a la derecha el mapa topológico correspondiente que la simplifica en solo un conjunto de nodos y tramos.

Figura 3.2. Vista parcial del Casco Histórico de Alcalá de Henares. (izda) Mapa métrico. (dcha) Mapa topológico correspondiente al mapa métrico, con las zonas interior y exterior definidas. Los números que

aparecen en algunos de los arcos representan el tiempo requerido (en segundos) por un vehículo para atravesar las calles representadas por estos arcos, a una velocidad de recorrido de 24 Km/h.

La estrategia propuesta se basa en gran medida en el análisis de los tiempos de recorrido que tienen que invertir las unidades móviles del entorno para cubrir los distintos tramos del mismo. Estos tramos pueden ser simples, situados entre dos nodos adyacentes, o combinados, situados entre dos nodos distantes no adyacentes, por lo que un tramo combinado contendrá varios tramos simples consecutivos.

Por otro lado, como se observa en la Figura 3.2, en el problema general se considera que el entorno está dividido en dos zonas diferentes, una exterior y una interior. La zona exterior consiste en una única vía cerrada, que rodea completamente a la zona interior. Un convoy de vehículos circula constantemente por la misma, en recorrido cíclico y de sentido único. Entre las funciones del convoy puede estar la de distribuir las unidades móviles que lo componen

3. Enrutamiento óptimo y eficiente para maniobras de enlace

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en las zonas del interior del entorno donde sean demandadas. Al terminar su tarea la unidad independiente debe retornar al convoy en el menor tiempo posible de modo que pueda estar disponible para próximas aplicaciones en el entorno de trabajo. La zona interior está formada por el resto de calles del mapa, por tanto en un nodo de esta zona se inicia la maniobra de enlace al convoy.

Dicho lo anterior, antes de cada nueva ejecución de la maniobra de enrutamiento se ha de conocer:

El nodo interior en el que se encuentre la unidad independiente que desea enlazarse al convoy y que será considerado el nodo inicial de la trayectoria de enlace.

El nodo periférico en el que está el convoy en el momento de comenzar la maniobra de enlace.

Los tiempos de recorrido registrados por las diferentes unidades de transporte en los tramos simples. En general los tiempos de recorrido dependerán de la ubicación de los nodos en el escenario de transporte. A modo de ejemplo, en la Figura 3.3, la velocidad de circulación es más baja en los tramos centrales y mayor en los más cercanos a la periferia. Esto significa que la unidad independiente, durante la ruta de enlace puede desarrollar diferentes velocidades, según los tramos atravesados. Esto, además de estar en concordancia a lo que ocurre en entornos urbanos reales.

Figura 3.3. Mapa topológico de la Figura 3.2 en el que cada tramo simple tiene asociado un valor (de forma cualitativa: bajo, medio o alto) de la velocidad con que una unidad móvil lo recorrerá.

En todo el análisis de este capítulo, las condiciones iniciales se considerarán conocidas e invariantes mientras dura la maniobra de enlace, aunque cada nueva maniobra puede llevar asociados nuevos nodos iniciales y una distribución diferente de velocidades de circulación en el mapa.

3. Enrutamiento óptimo y eficiente para maniobras de enlace