“CRUCES DE
SEMÁFOROS INTELIGENTES” ÍNDICE
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA 1
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA 1
DEFINICIÓN Y ANÁLISIS 2
Descripción funcional y propuesta de alternativas 3
PLANIFICACIÓN
División en Tareas 11
Decisiones adoptadas para la optimización del proyecto 15
BIBLIOGRAFÍA 17 ANEXOS
“Sobre el funcionamiento del sistema” “Sobre subsistemas críticos”
“Planificaciones” “Ruta crítica”
“Diagrama de PERT simplificado” “Tabla general”
“Uso de recursos”
“Costes salariales de los recursos” “Informe presupuestario”
“Flujo de caja mensual” ANEXOS
“Sobre el funcionamiento del sistema” Y
“Sobre subsistemas críticos” ANEXO
“Planificaciones” ANEXO
“Ruta crítica” ANEXO
“Diagrama de PERT simplificado” ANEXO “Tabla general” ANEXO “Uso de recursos” ANEXO
“Costes salariales de los recursos” ANEXO
“Informe presupuestario” ANEXO
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.
Se pretende desarrollar un prototipo para conseguir un tráfico vial más fluido y una mayor seguridad para los peatones mediante la gobernación de las
intersecciones viales.
El sistema propuesto que debe cumplir con estos requisito es: “Cruces de semáforos inteligentes”.
El presente documento se centrará en el estudio de los siguientes puntos: Especificaciones del sistema.
Definición y análisis de éste.
Planificación de su desarrollo y de su diseño.
ESPECIFICACIONES DEL SISTEMA.
Dicho sistema deberá cumplir con las siguientes especificaciones: Referente a los vehículos:
Control del número de vehículos que esperan en un carril con semáforo en rojo y del número de vehículos que circulan por un carril con semáforo en verde.
Acción sobre los semáforos para la adecuada circulación de los vehículos en función del número de vehículos, tiempos de espera de vehículos y peatones, funcionalidad escogida, hora del día...
Transmisor - receptor “forzar semáforos” para condiciones especiales (como el paso de policía, ambulancias, bomberos, muchos coches esperando...)
Aviso a los conductores en caso de tráfico lento para que tomen rutas alternativas.
Referente a los peatones:
Posibilidad de petición de semáforo en verde. Ayuda a personas invidentes.
Como sistema:
Verificación de funcionalidad.
Control y programación de la funcionalidad “on-line”.
A partir de estas especificaciones y de la descripción del sistema pasamos a analizar con mas detalle una de las posibles soluciones.
DEFINICIÓN Y ANÁLISIS.
En este apartado se propondrá una posible solución al sistema y se considerarán las alternativas que esta pueda presentar.
Inicialmente se detalla en la siguiente figura la interfaz que presentara el sistema:
A partir de este diagrama de entrada-salida y un posible funcionamiento del sistema que se puede consultar en el anexo “Sobre el FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA” pasamos a plantear un diagrama de bloques inicial:
Descripción funcional y propuesta de posibles alternativas. Bloque de Alimentación:
Este bloque es el encargado de suministrar la corriente eléctrica que necesita el sistema para su funcionamiento. Las alternativas propuestas son las siguientes:
Fuente de alimentación formada por transformador, puente rectificador,
regulador, filtro, etc. alimentada directamente desde la red eléctrica (220V / 50Hz) con distintas salidas..
Fuente de alimentación de características similares a la anterior pero,
además, con baterías recargables de hasta 2 horas de autonomía de los sistemas críticos (ver anexo “Sobre SUBSISTEMAS CRÍTICOS”).
La opción elegida es la (b) debido a:
Son diseños sobradamente conocidos, de una gran robustez y fiabilidad,
además de ser fácilmente adquiribles gracias a la existencia de numerosos fabricantes. Por ello, no se ha considerado otra alternativa que no sea fuente de alimentación.
Debido al lugar de funcionamiento del sistema (cruces de semáforos) en los
cuales hay red eléctrica parece absurdo considerar otro sistema que no se alimente de esta.
La inclusión de baterías hace que el sistema pueda permanecer funcionando
parcialmente ante la falta del suministro eléctrico durante un periodo de 2 horas (los sistemas críticos son: unidad de control, bloque de verificación y detección de errores, detector de estado crítico, la respuesta lumínica y el bloque de comunicación con el exterior).
Bloque detección de vehículos:
Este bloque es el encargado de detectar los vehículos que circulan por uno y otro carril. Las opciones son:
Lazo inductivo magnético (230 VAC / 50Hz) colocado en la calzada.
Sistema basado en dos columnas verticales situadas a ambos lados de la
calzada dotadas de infrarrojos (230VAC / 50Hz).
Sistema basado en detectores de presión colocados en la calzada (12VDC).
La opción elegida es la (a) debido a:
Numerosos fabricantes y fiabilidad demostrada en otros proyectos llevados a
cabo.
Aunque la opción (b) ofrece la posibilidad del control del sentido de
circulación, velocidad, etc., solo hemos encontrado un fabricante. Además, se trata de un sistema delicado y considerando el entorno de trabajo se ha desechado (cualquier golpe puede destruir el dispositivo).
La opción (c) es viable pero la elegida está más extendida y no requiere de
un diseño específico.
Bloque detector de peatones:
Este bloque se encarga de detectar a los peatones. Las alternativas consideradas son las siguientes:
Pulsadores en los mismos semáforos que se comuniquen con el sistema.
Pulsadores idénticos a la opción (a) (uno por cada semáforo al que los
usuarios tengan acceso a un paso de peatones) y pedal pulsador de espere verde para perros lazarillos desarrollado por la empresa TECSA.
La opción escogida y sus motivos es la opción (b) debido a:
Aunque el pulsador para perros lazarillos solo lo fabrica actualmente la
La garantía de 5 años, la no-necesidad de infraestructura para su colocación y
la falta de complejidad del pedal citado junto a la consolidación de la empresa suministradora nos asegura la viabilidad de la inversión.
Cumplimos con la premisa de un sistema amoldado a los discapacitados y
adecuado a las leyes vigentes en materia de seguridad vial con lo que se consigue un producto competitivo en el mercado.
Controles para programación:
Este bloque programará a todo el sistema para su funcionamiento en función de los criterios que se estimen oportunos como hora del día, cantidad de tráfico, condiciones medioambientales... Las alternativas son:
Control mediante PC remoto bajo aplicación específicamente desarrollada en
entorno Windows y uso de puerto paralelo para posible comunicación con PC portátil.
Control mediante PC remoto con las mismas características que la opción
anterior pero la comunicación in situ se hace mediante consola dedicada.
Control mediante PC remoto con las mismas características que la opción (a)
pero la comunicación in situ no es posible. La opción elegida es la (a) debido a:
El entorno Windows es conocido globalmente y la preparación del personal de
control será mínima (solo en el ámbito de la aplicación de control).
La posibilidad de una entrada por el puerto paralelo hace que el coste del
sistema se abarate debido a que una consola en cada intersección seria inviable económicamente.
La falta de comunicación in situ haría que no se pudiese reprogramar el
sistema en caso de que existiese algún problema y un fallo de comunicación con la central de control.
Bloque emisor - detector de estado crítico:
Este bloque trata de transmitir desde un vehículo que hay un estado crítico y se deben forzar los semáforos y el sistema debe de recibir tal estado. Las
consideraciones son:
Sistema codificado que incluye transmisor - receptor FM con activación por
voz en transmisor con alcance 100m.
Sistema codificado de transmisión - recepción de señal crítica especialmente
diseñado.
La opción elegida es la opción (a) debido
Aunque un diseño a medida resulta más conveniente, las prestaciones que
nos ofrecen los productos en el mercado son económicas y suficientes para nuestros requisitos.
Existe gran número de distribuidores de esta clase de productos y en caso de
Bloque de verificación y detección de errores:
Este módulo es el encargado de velar por el correcto funcionamiento del sistema global y monitorizar el estado en el que se encuentra el sistema.
Programa almacenado en memoria no volátil para ejecución en caso de
corrupción de datos y verificación de la conexión eléctrica con salida de emergencia en caso de fallo.
FPGA conectada a batería para verificación interna completo del hardware y
del software con indicadores de fallos y aviso mediante el bloque de comunicación con el exterior.
Igual que (b) pero posibilidad de verificación.
La opción elegida es la (c) debido a:
Aunque la opción (a) es muy interesante es incompleta en cuanto al análisis
de todo el sistema.
La opción (b) no contempla el caso en el que el verificador falle.
La opción elegida, a pesar de ser la mas cara, es la más completa al
contemplar todo los casos posibles y posibilitar que externamente sea posible también la verificación evitando los problemas comentados anteriormente.
Unidad de control:
La unidad de control gobierna todo, dialoga con memoria, ofrece respuestas..., por lo que debe ser robusto y no tolerante a fallos. Las alternativas presentadas son:
Uso de un microprocesador DSP.
Diseño a medida bajo FPGA's para control y adquisición de datos.
Uso de un microcontrolador Motorola.
La opción elegida es la opción (b) debido a:
Facilidad, robustez y alta funcionalidad del diseño.
Aunque los microprocesadores DSP son específicos para aplicaciones de
tiempo real y se suelen usar microcontroladores para el desarrollo de proyectos similares, apostamos por los diseños a medida con FPGA´s debido a sus altas prestaciones y elevada funcionalidad que unidos a su fácil desarrollo las hacen óptimas para nuestros requisitos.
Bloque de memoria (almacenamiento): RAM para almacenamiento volátil de programas.
RAM para almacenamiento y ROM para almacenamiento de rutina específica
para la verificación del sistema.
RAM y EPROM con la misma utilidad que la opción (b). Esta opción requerirá
de una entrada-salida específica para la programación de la EPROM. La opción elegida es la opción (c) debido a:
Posibilidad de almacenamiento de programas distintos de verificación en
función de los requerimientos del entorno del sistema.
Se cumple así la especificación de que el sistema pueda ser fácilmente
expandible.
El bloque de verificación se ayudará de esta EPROM.
Bloque de comunicación con el exterior:
Es el bloque se encarga de la comunicación entre el sistema y el exterior (tanto con el control como con los periféricos o subsistemas (lumínicos, textuales...). Las alternativas son:
Línea de cobre para comunicación con bloques exterior y fibra óptica para
transmisión con la central.
Línea de cobre para transmisión con bloques exteriores y transmisión con
central mediante ADSL.
Línea de fibra óptica para transmisión con bloques exteriores y para
transmisión con central.
La opción elegida (b) debido a:
Se utiliza el cobre para los bloques exteriores porque aunque es un sistema
crítico, y por tanto, la fibra óptica es muy recomendable, la corta distancia (menos de 20 metros) con estos sistemas exteriores hace que este material sea rápido y fiable adaptado a nuestras necesidades.
La comunicación telefónica ADSL nos suministra suficiente rapidez y fiabilidad
para que el sistema sea programado y verificado “on-line”. Aunque se requiera un MODEM ADSL y uso de protocolos específicos.
Bloque de respuesta lumínica:
No se considera un bloque específico debido a que se usan los propios
semáforos. Aquí solo se ofrece la salida para el gobierno de las luces de estos. Bloque de respuesta sonora:
Este bloque de respuesta sonora es el encargado de mostrar a los invidentes que pueden atravesar la calzada porque tienen prioridad. Las opciones son:
Altavoz de suficiente potencia. (0 - 80 ºC).
Sirena de dos frecuencias encapsulada en plástico (-5 a +45 ºC).
Sirena de dos frecuencias encapsulada en metal (-15 a +70 ºC),
La opción elegida es la opción (c) debido a que:
Son sistemas integrados muy económicos y de gran solidez que pueden
acoplarse al semáforo mediante soportes metálicos otorgándoles una gran fijación.
Se escoge el metal frente al plástico porque ofrece un mayor rango de trabajo
en función de la temperatura. Como el sistema estará expuesto a condiciones medioambientales adversas lo hace idóneo.
No se escoge el altavoz debido a la necesidad de un diseño de carcasa que
no hacemos con el dispositivo elegido al comprarlo ya con esta. Bloque de respuesta textual:
Paneles modulares de grandes dimensiones de tipo texto fabricado con tecnología programable a distancia:
Displays de leds emisores de luz.
Displays ferromagnéticos.
Displays ferromagnéticos + leds.
La opción elegida es la (b) debido a:
Gran visibilidad con luz solar frontal. Mantenimiento del mensaje sin gasto
adicional de energía.
Aunque la opción (c) ofrece displays de última generación, muy versátiles,
que combinan las ventajas de las dos tecnologías su precio es excesivo. Varios:
Se decide, a la vista del boceto del producto y la carcasa:
Protector para el lazo inductivo magnético que irá en la calzada. Soportes para pulsadores y para pedal del bloque de detección de
peatones.
Sistemas de LED's para monitorización del estado del sistema conectados a red eléctrica y un subsistema conectado a batería para indicar fallo de energía externa.
Módem ADSL para comunicación con central.
Soportes metálicos para la instalación de las sirenas en los semáforos. Carcasa para Hardware interno en plástico auto-extinguible.
Caseta metálica para sistema global en metal con sistema de refrigeración.
Embalaje en cartón con protección en espuma de poliuretano.
Manuales para embalaje, montaje, manipulación y transporte, instalación, verificación y reparación.
Módulos EPROM extras para programación de FPGA´s.
Por tanto, a partir de las consideraciones anteriores se obtiene una posible solución para el diseño del sistema que se presenta en la siguiente figura: (Véase página siguiente)
PLANIFICACIÓN.
División en tareas.
Se pretende realizar el estudio de la planificación de las fases de desarrollo y diseño del sistema. La base de partida de este estudio es la optimización de la duración y el coste del proyecto. Para ello se ha divido el desarrollo y el diseño del sistema en una serie tareas especificas. A continuación se presentan las tareas más significativa:
Especificación clara de los criterios de aceptación con el cliente. Recursos: Ingenieros.
Diseño del hardware interno y programación de las FPGA's (adquisición, control y verificación).
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Diseño de los componentes que el sistema va a tener internamente y programación en VHDL de los bloques de adquisición de datos, de verificación del sistema y de control. Además se elabora unas especificaciones del espacio máximo que estos ocuparan.
Programación de la aplicación de control bajo entorno Windows. Recursos: Informáticos.
Objetivos: Diseño de una aplicación específica en entorno Windows para programar y controlar desde un PC todo el funcionamiento.
Diseño y adquisición de la PCI donde van insertados los componentes hardware.
Recursos: Substratos SL
Objetivos: A la empresa Substratos SL se le envía las especificaciones de las dimensiones de la PCI con algunas especificaciones (tipo de substrato, rangos de temperatura, montaje en superficie o inserción de componentes...) y la diseña y entrega con calidad concertada.
Diseño y adquisición de la carcasa de los componentes hardware interno.
Recursos: Carcasas y Protecciones SA.
Objetivos: La empresa Carcasas y Protecciones SA diseñará y suministrará una carcasa con las características que se les indique (medidas máximas, rangos de temperatura, tipo de material...)
Diseño del armario que contiene el sistema y estudio de su colocación.
Recursos: Delineantes.
Objetivos: Diseñarán el armario con sus sistemas de refrigeración y hará el estudio arquitectónico del emplazamiento físico de éste.
Adquisición de componentes electrónicos (FA, RAM, EPROM, MODEM...).
Recursos: Administrativos.
Objetivo: Atendiendo a la calidad y el precio, comprará los componentes electrónicos con calidad concertada.
Adquisición de pulsadores y pedal de “petición verde”. Recursos: TECSA
Objetivos: La empresa TECSA será la suministradora de estos componentes mecánicos.
Adquisición del armario y su sistema de refrigeración. Recursos: Suministros Semáforos SA
Objetivos: Enviarán la documentación de la tarea 6 a la empresa que oferte una mejor relación calidad-precio.
Elaboración de manuales de montaje de los componentes hardware y de la programación de las FPGA's (volcado a EPROM).
Recursos: Ingenieros.
Elaboración de manuales de pruebas funcionales del sistema y de pruebas de estrés (temperatura, humedad...).
Recursos: Ingenieros.
Prueba del correcto funcionamiento de las FPGA´s. Recursos: Técnicos.
Objetivos: A partir de los manuales programarán las FPGA´s y verificarán su correcto funcionamiento.
Adquisición de los lazos de inducción magnética y paneles textuales. Recursos: Suministros Semáforos SA
Objetivos: A partir de unas especificaciones mínimas, buscarán la mejor relación calidad-precio de distintos suministradores para adquirir estos elementos.
Presentación al cliente de la aplicación bajo Windows y prueba con sistema simulado.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Quienes acordaron con el cliente las especificaciones iniciales presentarán a éste una versión del producto no más tarde de la fecha máxima para verificar dichas especificaciones y hacer las modificaciones pertinentes.
Reestructuración de la programación de FPGA´s con nuevos criterios de aceptación.
Recursos: Ingenieros.
Reestructuración de la aplicación bajo Windows con nuevos criterios de aceptación.
Recursos: Informáticos.
Elaboración del manual de funcionamiento de la aplicación. Recursos: Informáticos.
Objetivos: Elaborarán una guía de uso de la aplicación de control bajo Windows.
Impartir curso de aprendizaje de uso de la aplicación bajo Windows al cliente.
Recursos: Informáticos.
Objetivos: Impartirán al cliente o a un grupo de sus empleados un curso intensivo del funcionamiento de la aplicación.
Ensamblado, programación y montaje del sistema completo (no en destino).
Recursos: Técnicos.
Objetivos: Montarán el sistema y programarán las FPGA´s para futuras pruebas. Esto no se refiere al montaje en destino.
Prueba funcional del sistema. Recursos: Operarios.
Objetivos: A partir del juego de manuales pertinentes los operarios evaluarán funcionalmente el sistema.
Sometimiento a pruebas de estrés (temperatura, humedad...) Recursos: Operarios.
Objetivos: A partir del manual de pruebas de estrés procederá a las mismas con prototipos del sistema.
Elaboración de la documentación de la fiabilidad y calidad del sistema.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Tras las pruebas de estrés realizadas en la tarea 21 procederán a elaborar la documentación de la fiabilidad del sistema.
Diseño de embalaje y adquisición de éste. Recursos: Cartones SL
Objetivos: La empresa arriba citada diseñará y suministrará el embalaje del sistema y sus protecciones (por ejemplo en espuma de poliuretano) a partir de unas mínimas especificaciones de forma.
Tramitación de la homologación y del registro del producto (a través del COITT).
Recursos: Administrativos.
Objetivos: Se pondrá en contacto con el Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos de Telecomunicación para la homologación y registro del producto a partir de la documentación suministrada por los ingenieros.
Elaboración de los manuales de instalación, calibración y reparaciones.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Elaborarán los manuales de instalación, calibración (ajuste de
elementos hardware, verificación del transmisor y receptor...) y de reparaciones del sistema para entregarle al cliente los que procedan.
Elaboración de plataforma sobre la que irá el armario y preparar la calzada (obra).
Recursos: Albañilería SL
Objetivos: Los objetivos de esta tarea son la elaboración de la plataforma sobre la que irá el armario que contendrá al sistema y la preparación de la calzada para contener a los lazos de inducción magnética.
Expedición del producto final. Recursos: Transportinsa
Objetivos: Se embalará el producto y llevará a su lugar de instalación.
Montaje de los lazos de inducción magnética, de la bocina, de los paneles textuales, del armario, del sistema en éste y las
interconexiones de todos éstos. Recursos: Técnicos.
Objetivos: A partir de los manuales de instalación los técnicos y operarios instalarán el sistema.
Calibración y verificación del correcto funcionamiento. Recursos: Técnicos.
Objetivos: Documentarán la evolución del funcionamiento del sistema y de las averías si las hubiere.
Seguimiento del sistema para fabricación en serie. Recursos: Ingenieros.
Objetivos: A partir de la documentación de la tarea 29 se estudiará la viabilidad de una producción en serie.
Decisiones adoptadas para la optimización del proyecto.
En el “anexo de planificaciones” se han presentado tres alternativas atendiendo a temporización y coste.
Podemos identificar las diferencias fundamentales en la siguiente tabla: Planificació n Inicio Fin Núm. Días Presupuesto (Ptas.) Características Primera 11/01/20 02 29/03/20 02 77 3.272.000 ELEGIDA Segunda 01/03/20 02 49 3.722.000 Rápid a Precio eleva do Tercera 22/04/20 101 3.177.000 Lenta.
02
Como puede observarse en la Tabla 1 se ha tratado de escoger una opción que no tenga ni coste excesivo ni un plazo de entrega muy elevado.
Para la optimización se ha recurrido a los métodos que aparecen en la siguiente tabla: Planificaci ón Objetiv o Método de optimización Número días (%) Coste fijo (%) Coste mano de obra (%) Coste total (%) Primera Entreg a del product o con una cierta rapidez y un precio no muy alto. Contactar con suministrado res para que entreguen los productos con una cierta rapidez (ni muy elevada ni muy baja aún suponiendo sobrecostes) No incluir horas extras en la planificación para ningún recurso. 100% 100% 100% 100% Segunda Entreg a del product o con rapidez . Contactar con suministrado res para que entreguen antes los productos aún siendo estos más caros (estos tendrán sobrecostes elevados por ser productos 67.60% 169.76 % 107'24% (No se ha considerado las tareas totalmente dependient e de los recursos. Ej. Lo que hace 1 Ingeniero en 5 días 2 Ing. lo hacen en 3d 121.37 %
urgentes). Personal trabajará horas extras en periodo laborable. en lugar de en 2.5d) Tercera Entreg a de un product o con coste reducid o. Contactar con suministrado res para que entreguen los productos “cuando puedan” dentro de un periodo razonable (estos no tendrán sobrecostes por productos urgentes). No incluir horas extraordinari as. Tratar de utilizar el menor número de recursos posibles y, a poder ser, menor que los disponibles. 131.16 % 85.27 % 100% 97.09 % Como puede observarse en la tabla anterior (tabla 2) a partir de tres
planificaciones hemos elegido una solución de compromiso entre temporización y coste. Tomando como referencia la elegida (planificación 1) se muestran una comparación en tantos porcentuales de cada campo . Para mas información acerca de la planificación elegida puede consultarse los anexos de tablas y planificaciones.
Apuntes de la asignatura Proyectos de Sistemas Electrónicos. http://www.maps.es http://www.semavenca.com http://www.econolite.com http://www.cdei.com http://www.tecsa.com http://www.ucse.edu.ar/fma/electronica/proy.htm http://support.tandy.com/support_electronics/doc9/9359.htm Sobre el FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA.
El sistema persigue gobernar intersecciones viales con un cierto grado de inteligencia. Pretende la asignación dinámica de la preferencia en los carriles dependiendo del tipo de plan (programación) que el usuario escoja y ayudado de los subsistemas que en los siguientes párrafos se mencionan.
Deberá contar con un bloque de comunicación con el exterior para que se controle al sistema y una memoria interna para el almacenamiento del tipo de plan a ejecutar.
A partir de un subsistema de control del número de vehículos que circulan por todos y cada uno de los carriles de la intersección, otro subsistema de petición de verde por parte de los peatones y un subsistema de transmisión - recepción de estado crítico (ambulancias, bomberos, policía...) que posibilite la interrupción del programa en ejecución y fuerce una rutina específica.
El plan que se ejecute será el elegido por el usuario mediante un subsistema de controles para programación. Ante estos planes el sistema deberá ofrecer una respuesta rápida y segura con lo que necesitará de un subsistema de verificación y detección de errores.
La respuesta que ofrecerá en la ejecución del plan será tanto sonora (útil para personas invidentes en el caso de verde para peatones) como lumínica (posición de las luces de los semáforos) como textual (sugerir coger rutas alternativas por exceso de tráfico).
Aparte, contará con sus propios dispositivos visuales y sonoros que indiquen en el estado que se encuentran en cada momento y con un bloque que posibilite la salida de los datos internos para su posterior utilización.
Por último, al sistema se le podrán añadir más subsistemas posteriormente. Sobre SUBSISTEMAS CRÍTICOS.
Se considera sistema crítico aquel subsistema que debe contar con energía eléctrica de forma permanente como son:
o Módulo de verificación de errores y monitorización de fallo. o Módulo de comunicación con el exterior.
o Módulo de control.
o Respuesta lumínica: esta solo mostrará semáforos en ámbar.
PLANIFICACIÓN.
División en tareas.
Se pretende realizar el estudio de la planificación de las fases de desarrollo y diseño del sistema. La base de partida de este estudio es la optimización de la duración y el coste del proyecto. Para ello se ha divido el desarrollo y el diseño del sistema en una serie tareas especificas. A continuación se presentan las tareas más significativa:
Especificación clara de los criterios de aceptación con el cliente. Recursos: Ingenieros.
Diseño del hardware interno y programación de las FPGA's (adquisición, control y verificación).
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Diseño de los componentes que el sistema va a tener internamente y programación en VHDL de los bloques de adquisición de datos, de verificación del sistema y de control. Además se elabora unas especificaciones del espacio máximo que estos ocuparan.
Programación de la aplicación de control bajo entorno Windows. Recursos: Informáticos.
Objetivos: Diseño de una aplicación específica en entorno Windows para programar y controlar desde un PC todo el funcionamiento.
Diseño y adquisición de la PCI donde van insertados los componentes hardware.
Recursos: Substratos SL
Objetivos: A la empresa Substratos SL se le envía las especificaciones de las dimensiones de la PCI con algunas especificaciones (tipo de substrato, rangos de temperatura, montaje en superficie o inserción de componentes...) y la diseña y entrega con calidad concertada.
Diseño y adquisición de la carcasa de los componentes hardware interno.
Recursos: Carcasas y Protecciones SA.
Objetivos: La empresa Carcasas y Protecciones SA diseñará y suministrará una carcasa con las características que se les indique (medidas máximas, rangos de temperatura, tipo de material...)
Diseño del armario que contiene el sistema y estudio de su colocación.
Objetivos: Diseñarán el armario con sus sistemas de refrigeración y hará el estudio arquitectónico del emplazamiento físico de éste.
Adquisición de componentes electrónicos (FA, RAM, EPROM, MODEM...).
Recursos: Administrativos.
Objetivo: Atendiendo a la calidad y el precio, comprará los componentes electrónicos con calidad concertada.
Adquisición de pulsadores y pedal de “petición verde”. Recursos: TECSA
Objetivos: La empresa TECSA será la suministradora de estos componentes mecánicos.
Adquisición del armario y su sistema de refrigeración. Recursos: Administrativos.
Objetivos: Enviarán la documentación de la tarea 6 a la empresa que oferte una mejor relación calidad-precio.
Elaboración de manuales de montaje de los componentes
hardware y de la programación de las FPGA's (volcado a EPROM). Recursos: Ingenieros.
Elaboración de manuales de pruebas funcionales del sistema y de pruebas de estrés (temperatura, humedad...).
Recursos: Ingenieros.
Prueba del correcto funcionamiento de las FPGA´s. Recursos: Técnicos.
Objetivos: A partir de los manuales programarán las FPGA´s y verificarán su correcto funcionamiento.
Adquisición de los lazos de inducción magnética y paneles textuales.
Recursos: Administrativos.
Objetivos: A partir de unas especificaciones mínimas, buscarán la mejor relación calidad-precio de distintos suministradores para adquirir estos elementos.
Presentación al cliente de la aplicación bajo Windows y prueba con sistema simulado.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Quienes acordaron con el cliente las especificaciones iniciales presentarán a éste una versión del producto no más tarde de la fecha máxima para verificar dichas especificaciones y hacer las modificaciones pertinentes.
Reestructuración de la programación de FPGA´s con nuevos criterios de aceptación.
Recursos: Ingenieros.
Reestructuración de la aplicación bajo Windows con nuevos criterios de aceptación.
Recursos: Informáticos.
Elaboración del manual de funcionamiento de la aplicación. Recursos: Informáticos.
Objetivos: Elaborarán una guía de uso de la aplicación de control bajo Windows. Impartir curso de aprendizaje de uso de la aplicación bajo
Windows al cliente. Recursos: Informáticos.
Objetivos: Impartirán al cliente o a un grupo de sus empleados un curso intensivo del funcionamiento de la aplicación.
Ensamblado, programación y montaje del sistema completo (no en destino).
Recursos: Técnicos.
Objetivos: Montarán el sistema y programarán las FPGA´s para futuras pruebas. Esto no se refiere al montaje en destino.
Prueba funcional del sistema. Recursos: Operarios.
Objetivos: A partir del juego de manuales pertinentes los operarios evaluarán funcionalmente el sistema.
Sometimiento a pruebas de estrés (temperatura, humedad...) Recursos: Operarios.
Objetivos: A partir del manual de pruebas de estrés procederá a las mismas con prototipos del sistema.
Elaboración de la documentación de la fiabilidad y calidad del sistema.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Tras las pruebas de estrés realizadas en la tarea 21 procederán a elaborar la documentación de la fiabilidad del sistema.
Diseño de embalaje y adquisición de éste. Recursos: Cartones SL
Objetivos: La empresa arriba citada diseñará y suministrará el embalaje del sistema y sus protecciones (por ejemplo en espuma de poliuretano) a partir de unas mínimas especificaciones de forma.
Tramitación de la homologación y del registro del producto (a través del COITT).
Recursos: Administrativos.
Objetivos: Se pondrá en contacto con el Colegio Oficial de Ingenieros Técnicos de Telecomunicación para la homologación y registro del producto a partir de la documentación suministrada por los ingenieros.
Elaboración de los manuales de instalación, calibración y reparaciones.
Recursos: Ingenieros.
Objetivos: Elaborarán los manuales de instalación, calibración (ajuste de
elementos hardware, verificación del transmisor y receptor...) y de reparaciones del sistema para entregarle al cliente los que procedan.
Elaboración de plataforma sobre la que irá el armario y preparar la calzada (obra).
Recursos: Albañilería SL
Objetivos: Los objetivos de esta tarea son la elaboración de la plataforma sobre la que irá el armario que contendrá al sistema y la preparación de la calzada para contener a los lazos de inducción magnética.
Expedición del producto final. Recursos: Transportinsa
Objetivos: Se embalará el producto y llevará a su lugar de instalación.
Montaje de los lazos de inducción magnética, de la bocina, de los paneles textuales, del armario, del sistema en éste y las
interconexiones de todos éstos. Recursos: Técnicos y OperariosOpOpO.
Objetivos: A partir de los manuales de instalación los técnicos y operarios instalarán el sistema.
Calibración y verificación del correcto funcionamiento. Recursos: Técnicos.
Objetivos: Documentarán la evolución del funcionamiento del sistema y de las averías si las hubiere.
Seguimiento del sistema para fabricación en serie. Recursos: Ingenieros.
Objetivos: A partir de la documentación de la tarea 29 se estudiará la viabilidad de una producción en serie.
Decisiones adoptadas para la optimización del proyecto.
En el “anexo de planificaciones” se han presentado tres alternativas atendiendo a temporización y coste.
Podemos identificar las diferencias fundamentales en la siguiente tabla: Planificació
n Inicio Fin Nº Días
Presupuesto (Ptas) Características Primera 11/01/20 02 29/03/20 02 77 3.272.000 ELEGIDA Segunda 01/03/20 02 49 3.722.000 Rápid a Precio eleva do Tercera 22/04/20 02 101 3.177.000 Lenta.
Como puede observarse en la Tabla 1 se ha tratado de escoger una opción que no tenga ni coste excesivo ni un plazo de entrega muy elevado. Para la
optimización se ha recurrido a los métodos que aparecen en la siguiente tabla:
Planificac ión Objetiv o Método de optimización Númer o días (%) Coste fijo (%) Coste mano de obra (%) Coste total (%) Primera Entreg a del produc to con una cierta rapide z y un precio no muy alto. o Contactar con suministrad ores para que entreguen los productos con una cierta rapidez (ni muy elevada ni muy baja aún suponiendo sobrecostes ) o No incluir 100% 100% 100% 100%
horas extras en la planificació n para ningún recurso. Segunda Entreg a del produc to con rapide z. o Contactar con suministrad ores para que entreguen antes los productos aún siendo estos más caros (estos tendrán sobrecostes elevados por ser productos urgentes). o Personal trabajará horas extras en periodo laborable. 67.60 % 169.7 6% 107'24% (no se ha considera do las tareas totalment e dependie nte de los recursos. Ej. Lo que hace 1 Ingeniero en 5 días 2 Ing. lo hacen en 3d en lugar de en 2.5d) 121.3 7% Tercera Entreg a de un produc to con coste reduci do. o Contactar con suministrad ores para que entreguen los productos “cuando puedan” dentro de un periodo razonable (estos no tendrán sobrecostes por 131.1 6% 85.27 % 100% 97.09 %
productos urgentes). o No incluir horas extraordina rias. o Tratar de utilizar el menor número de recursos posibles y, a poder ser, menor que los disponibles. Sobre el FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA.
El sistema persigue gobernar intersecciones viales con un cierto grado de inteligencia. Pretende la asignación dinámica de la preferencia en los carriles dependiendo del tipo de plan (programación) que el usuario escoja y ayudado de los subsistemas que en los siguientes párrafos se mencionan.
Deberá contar con un bloque de comunicación con el exterior para que se controle al sistema y una memoria interna para el almacenamiento del tipo de plan a ejecutar.
A partir de un subsistema de control del número de vehículos que circulan por todos y cada uno de los carriles de la intersección, otro subsistema de petición de verde por parte de los peatones y un subsistema de transmisión - recepción de estado crítico (ambulancias, bomberos, policía...) que posibilite la interrupción del programa en ejecución y fuerce una rutina específica.
El plan que se ejecute será el elegido por el usuario mediante un subsistema de controles para programación. Ante estos planes el sistema deberá ofrecer una respuesta rápida y segura con lo que necesitará de un subsistema de verificación y detección de errores.
La respuesta que ofrecerá en la ejecución del plan será tanto sonora (útil para personas invidentes en el caso de verde para peatones) como lumínica (posición de las luces de los semáforos) como textual (sugerir coger rutas alternativas por exceso de tráfico).
Aparte, contará con sus propios dispositivos visuales y sonoros que indiquen en el estado que se encuentran en cada momento y con un bloque que posibilite la salida de los datos internos para su posterior utilización.
Por último, al sistema se le podrán añadir más subsistemas posteriormente. Sobre SUBSISTEMAS CRÍTICOS.
Se considera sistema crítico aquel subsistema que debe contar con energía eléctrica de forma permanente como son:
o Módulo de verificación de errores y monitorización de fallo. o Módulo de comunicación con el exterior.
o Módulo de control.
o Respuesta lumínica: esta solo mostrará semáforos en ámbar. Figura 1. Diagrama de entrada - salida.
En este figura se presenta la funcionalidad del sistema. Figura 2. Diagrama de bloques aproximado del sistema.
En esta figura se representa con detalle aquellos bloques con los que el sistema debe contar para su correcto funcionamiento de acuerdo con las especificaciones propuestas.
Figura 3. Diagrama de bloques final del sistema.
En este diagrama de bloques se presentan las alternativas consideradas
anteriormente. Observar como la alimentación se comunica con FPGA3 pero solo para que esta verifique y detecte errores. La alimentación sigue el criterio de alimentar de la red a todos los componentes y en caso de fallo solo a los elementos críticos (ver anexo “Sobre subsistemas críticos”).
Tabla 1 - Diferencias fundamentales entre planificaciones. Tabla 2 - Diferencias fundamentales entre planificaciones.
Consideramos los tantos porcentuales en función de la planificación elegida. Para más detalle se puede consultar el
“anexo de tablas”.
Tabla 1 - Diferencias fundamentales entre planificaciones. Tabla 2 - Diferencias fundamentales entre planificaciones.
Consideramos los tantos porcentuales en función de la planificación elegida. Para más detalle se puede consultar el
Semáforo para peatones
Fecha de Inicio: 12/01/2002
Ultima Modificación: 13/01/2002
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Mi estado es:
Definición del Problema: En un paso de cebra se encuentra un semáforo para peatones. Mediante la
actuación del pulsador se deberá desarrollar la conocida secuencia de "rojo" para vehículos y "verde"
para peatones y viceversa.
Los tiempos deben ser seleccionados de manera que a los conductores de vehículos les corresponda
una fase amarilla de cinco segundos y a la fase roja una duración de quince segundos. la fase verde
para los peatones debe, sin embargo, durar solamente doce segundos.
A continuación podemos encontrar el desarrollo del Circuito de mando eléctrico que es una base para
pasar a la resolución con algún lenguaje de P.L.C.
El Problema se Resuelve en 3 Etapas:
Circuito de mando
Diagrama de contactos
Programa
Si desea bajar este plano en formato Autocad 14 haga click
aquí
.
Los tiempos de los temporizadores son los siguientes:
Temp Seg. Observaciones
K2
5
mantiene la luz amarilla encendida por 5 seg., luego la apaga y activa el rojo de la
carretera junto con K3 y el verde para el peatón.
K3
12 Después de los 12 desconecta el verde del peatón y conecta a K4 y rojo para peatón
K4
3
Después de 3 seg. conecta amarillo y K5
K5
5
Mantiene el Amarillo durante 5 seg. y luego vuelve a la normalidad el sistema, o sea
Verde para carretera y rojo para peatones.
Diagrama de contactos
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ S1 K5 K1 ¦ +--] [--+--]/[--+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K1 ¦ ¦ +--] [--+ + ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K1 H1 ¦ +--]/[--+---+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K1 K2 ¦+--] [--+---+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K2 H2 ¦ + +--]/[--+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K4 ¦ ¦ + +--]/[--+ + ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K2 H3 ¦ + +--] [--+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K3 ¦ + + + +--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K3 H4 ¦ + + +--]/[--+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K3 K4 ¦ + +--] [--+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K2 H5 ¦ + +--]/[--+---+---+---+--( )--+ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K3 ¦ ¦ + +--] [--+ + ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K1 ¦ ¦ +--]/[--+---+ + ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ K1 K4 K5 ¦ +--] [--+---+--] [--+---+---+--( )--+
Programa
Solución desarrollada con simulador de Zelio Soft de Telemecanique, se encuentro en el
archivo semaforo.zip.
Contenido de semaforo.zip:
Semaforo.dwg
Plano del Proyecto realizado con Autocad 14
Semaforo_Peatones.zel
Programa realizado con Zelio
Sistema de control de tránsito mediante semaforización
inteligente con videocámaras
Enviado por Gerard Moisés García
1. Resumen
2. Introducción
3. Proceso de control inteligente
4. Diseño del controlador lógico difuso
Resumen
Todos los días observamos en Lima como crece el caos vehicular, convirtiéndola en una cuidad insoportable y estresante, esto principalmente se debe al mal diseño de las calles, a la
poca cultura vial y sobre todo a un sistema de semaforización ineficiente; todos estos factores causan caos y congestión en la ciudad.
Para solucionar un poco este tránsito caótico en esta ciudad, se plantea la implementación de un sistema eficiente de control vehicular, comenzando con una semaforización inteligente que permita el paso según el flujo vehicular de la zona por medio de sensores de medición de flujo, además de la instalación de cámaras que permitan detectar factores que influyen un mayor transito como accidentes o autos estacionados en zonas rígidas.
Esto sería un paso para solucionar un poco el caos vehicular, lo que también se tiene que hacer es concientizar al ciudadano para que la utilización de los vehículos sea solo cuando es necesario para así evitar tanto flujo vehicular.
Introducción
El sistema de transporte público masivo de la ciudad y el transporte público y privado en general sufren grandes atrasos en sus tiempos de recorrido debido a la movilidad de la ciudad que es traumática. Esto se debe a un atraso de más de cincuenta años en la malla vehicular que causa diversosproblemas que afectan el tráfico. Uno de ellos es el funcionamiento del sistema de semaforización, el cual es dinámico porque no se adapta de manera satisfactoria a las necesidades de la población y no tiene en cuenta el alto volumen de vehículos. Como una propuesta para disminuir los tiempos, se planteó implementar un sistema que implique el desarrollo de inteligencia artificial en el sistema de semaforización. De manera que se creó un algoritmointeligente capaz de controlar la duración del tiempo de cada ciclo (rojo, amarillo y verde) de los semáforos en forma autónoma, controlando así el flujo vehicular y dando prioridad a las vías con mayor congestión. Dicho algoritmo aprende continuamente de los cambios
efectuados en los ciclos de los semáforos respecto al tráfico y de esta manera busca obtener los tiempos óptimos para cada uno.El prototipo creado cuenta con un simulador de un sistema de semaforización y un sistema de tráfico para poder experimentar y determinar en qué medida mejora la movilidad al implementar algoritmosgenéticos en el sistema de semaforización. Este sistema inteligente captura la longitud de cola vehicular en cada semáforo, y da prioridad a las
intersecciones con mayor afluencia vehicular. Luego selecciona los ciclos más óptimos adaptados al tráfico, con el fin de realizar nuevas generaciones a partir del proceso de aprendizaje de los algoritmos genéticos. Al momento de finalizar el análisis de ciclos, son realizadas actualizaciones en cada semáforo para volver a ejecutar el proceso.
Además permite el monitoreo a partir de videocámaras que puedan identificar accidentes o infracciones de transito pudiendo así planear solucionesinmediatas como auxilios, desvíos, etc. Objetivos
Objetivo general
El objetivo general es lograr hacer más fluido y eficiente el tránsito en las principales intersecciones de la ciudad.
Objetivos específicos
Identificar y controlar infracciones de tránsito que dificulten la fluidez del mismo. Identificar posibles averías de los autos para actuar rápidamente en el remolque. Evitar que la Policía de tránsito se encargue de la conducción de tránsito.
Permitir olas verdes cuando el tránsito resulta abundante. Permitir desvíos cuando el tránsito sea muy caótico. Definición de Objetivos
Objetivo principal:
Fluidez vehicular: Facilidad de tránsito de vehículos en las calles.
Transporte terrestre: El transporte terrestre es el transporte que se realiza sobre la superficie
terrestre. La gran mayoría de transportes terrestres se realizan sobre ruedas. Es el transporte primitivo del ser humano, aparte del nado en agua. Posteriormente, los humanos construyeron vehículos para navegar por agua y aire, lo cual llevó al desarrollo del transporte acuático y transporte aéreo respectivamente.
Objetivos específicos
Infracciones de transito: Una infracción de tráfico es un incumplimiento de la normativa de
circulación de vehículos que acarrea una sanción.
Averías de autos: Por avería se entiende cualquier inconveniente (rotura parcial o total de un
componente del automóvil) que tenga como consecuencia el funcionamiento anómalo de alguna parte o dispositivo del vehículo o, incluso, que impida su utilización.
Como sea que la avería puede presentarse en cualquier parte del vehículo, a veces no se advierte inmediatamente y llega a originar otras avenas, con daños mayores.
Una avería no siempre proviene de la misma causa; según sea ésta, variarán la naturaleza y el coste de su reparación.
Además, a un efecto determinado pueden corresponder averías distintas.
La principal dificultad para el mecánico consiste precisamente en la determinación correcta de la avería. Además hay que tener presente que en general para cada modelo de automóvil al
fabricante y los establecimientos de su red de asistencia les basta con la apreciación de un
síntoma para reconocer la causa del defecto y el tipo de intervención que se ha de efectuar, puesto que, contrariamente a lo que muchos creen, una avería nunca se presenta esporádicamente, sino de modo más bien regular, e incluso con frecuencia en el caso de que sea debida a un error de proyecto o a defectos de los materiales.
Olas verdes: Una ola verde u onda verde es un fenómeno inducido intencionalmente, en el cual
una serie de semáforos se coordinan para permitir el flujo continuo del tráfico sobre varias intersecciones en una misma dirección.
Cualquier vehículo que se mueva a lo largo de la ola verde, aproximadamente a
una velocidad establecida por los controladores de tráfico, verá una cascada progresiva de luces verdes, y no tendrá que detenerse en las intersecciones. Esto permite mayores volúmenes de trafico y reduce el ruido yconsumo de energía debido a que se requiere menor uso de los frenos y del acelerador. En la práctica, solo un porcentaje de los autos puede usar la ola verde antes de que la banda de tiempo concluya para dar vía a otros flujos de tráfico.
La coordinación de las señales se puede hacer dinámicamente, usando sensores para monitorear los flujos de trafico. De otra manera, se puede hacer estadísticamente mediante el uso de
temporizadores. Bajo ciertas circunstancias, las olas verdes pueden intercalarse con las de tráficos en otras direcciones, pero esto aumenta la complejidad y reduce la usabilidad, por lo tanto sólo las vías que llevan los volúmenes más importantes de trafico se les da este trato preferencial.
Una de las desventajas de la ola verde es que los motoristas cuando los motoristas más lentos que el promedio llegan al semáforo y encuentran una luzroja, han acumulado una cola de vehículos detrás de ellos, anulando el propósito de la ola verde. Los motoristas más veloces también afectan la ola, porque en cierto momento ellos van a encontrar una luz roja y tendrán que esperar a que la siguiente ola llegue.
Desviación: Camino provisional que sustituye a una parte de otro principal que está paralizada
siendo así una alternativa para el transito.
Cámara: El punto de generación de vídeo de cualquier sistema de CCTV es la cámara, existen
cámaras que incluyen un micrófono para poder tener grabación de audio además de la grabación de vídeo, así como diversos tipos de cámara, cada una para diferentes aplicaciones y con
diferentes especificaciones y características,
Proceso de control inteligente
Se describe a continuación el proceso que controla la duración del tiempo del ciclo (rojo, amarillo y verde) de los semáforos.Capturar longitud de cola vehicular
Se captura la longitud de cola vehicular, es decir, la cantidad de vehículos que tiene un semáforo en cola. Esto se realiza por medio de un sensor ubicado en cada semáforo. Actualmente se han implementado en Bogotá dos tipos de sensores: uno de presión, que es ubicado debajo del asfalto, y uno de cámara, que es ubicado en la parte superior del semáforo (figura 1). Se propone utilizar en una futura implementación el sensor de cámara, no solo por ser el más económico, sino también porque tiene un rango de visión más amplio. El prototipo retorna por cada semáforo la cantidad real de vehículos que se encuentran en la carretera, de manera parecida a como si contara con un sensor real. Luego de recorrer todas las intersecciones y de capturar la cantidad de vehículos por cada semáforo, se organizan de mayor a menor, siendo las
intersecciones prioritarias las que mayor cantidad de vehículos tengan.De esta manera, se crea la primera generación de tiempos de los ciclos verde y rojo, y el tiempo de ciclo amarillo se ha determinado como una constante con un valor de un segundo. Esta primera generación creada se realiza a partir de la demanda de vehículos; se establecen unos límites para esta evitar que un punto del sistema sea sobrecargado.
Función de adaptaciónCon los tiempos de los ciclos que se crearon en la primera generación se calcula el impacto en el sistema, es decir, se evalúa cuáles de los tiempos generados se adaptaron al sistema de tráfico de manera positiva, cuáles ayudaron a minimizar el tráfico y cuáles contaron
con el menor tiempo del ciclo. Esto se hace comparando el flujo vehicular y los tiempos de ciclo, y el resultado es guardado para las siguientes generaciones de ese semáforo.
Fig. a. Sensor semafórico
Aprendizaje de máquinaLos algoritmos genéticos proveen un método de aprendizaje que simula un proceso evolutivo que es sometido a cruces y a la mutación de los individuos --en este caso los tiempos de ciclo rojo y verde de los semáforos—, además de una selección de los tiempos que mejor se adaptan al sistema de tráfico. Se toman las dos mejores opciones adaptadas de un semáforo y son cruzadas, de manera que el tiempo resultante del cruce, a su vez, es mutado; luego es actualizado en el sistema de semaforización y posteriormente es pasado por
la función de adaptación para determinar si se acomoda positivamente en el
sistema.Los métodos de selección y adaptación para cada tiempo de ciclo aplicado en un
semáforo determinan si continúa en el algoritmo y es cruzado o si es desechado.De esta forma se crean nuevos individuos (tiempos de ciclo) a partir de los operadores genéticos dentro de una población y por eso el cruce y la mutación son tan importantes en el algoritmo.El cruce toma los dos individuos que mejor se adaptaron y los cruza mediante el intercambio de material genético, en este caso los bits de la cantidad de tiempo de ciclo para cada semáforo. La mutación voltea bits aleatorios dentro de la población con una pequeña probabilidad, así se genera diversidad en la población, y el sistema aprende de los tiempos de ciclo que son mejores y busca constantemente un resultado óptimo.Se utilizó el estándar de un punto de cruce en cadenas de longitud fija para realizar el cruce, el cual está dado de manera aleatoria en la cadena de bits. Por ejemplo, cada tiempo de ciclo está representado con una cadena de ocho bits que corresponden a su material genético, de esta manera en el cruce se toma una parte de este material de uno de los padres, y otra parte del material del otro padre. Su combinación da el resultante de una nueva cadena de ocho bits; luego, en la mutación, es tomado un bit aleatorio denominado gen y este es mutado, cambiando el bit a su inverso.
Fig. b. Algoritmos Genéticos
Ola verdeSi en determinada iteración el algoritmo evalúa que el sistema se encuentra en una carga de vehículos alta, es decir, en un flujo vehicular alto de tráfico o congestión alta, es
ejecutado un método denominado ola verde, que consiste en dar vía completa a los semáforos en verde mientras que se da espera a las vías que lo cruzan. Se determinan los tiempos de ciclo con niveles de desfase adecuados para que por lo menos la mitad de los vehículos que se encuentran en el primer semáforo puedan avanzar lo suficiente para reducir el tráfico. Las pruebas que se realizaron con el algoritmo en el simulador de tráfico determinaron que cuando el sistema se encuentra en un estado de alto tráfico y es utilizada la ola verde para minimizarlo, en promedio el 36 % de vehículos es liberado del sistema de tráfico. En la ola verde los tiempos de ciclo rojo y verde cuentan con un tiempo adicional debido al desfase, es decir, al tiempo de recorrido en que gasta un vehículo en ir de un semáforo a otro. Este tiempo está dado por la función f (5, 10, 15, 20). El tiempo de desfase depende de la distancia entre los semáforos, aunque en el prototipo la distancia entre un semáforo y otro es constante en la troncal.
Diagrama del proceso de negocio del sistema inteligenteEl proceso de negocio describe todo el sistema: la recolección de la información, la implementación de los algoritmos genéticos,
la evaluación en el sistema, el recorrido de todos los semáforos y, de nuevo, la implementación de este proceso.
Fig. c. Desfase en ola verde
En necesario tener en cuenta que este proceso se llevará a cabo para cada semáforo y depende del servidor desde donde sea ejecutado que el tiempo de respuesta sea mínimo, ya que la cantidad de semáforos en la vida real exige un equipo con buenas características físicas para poder soportar este tipo deoperaciones que generan un alto consumo de hardware.Para
solucionar esto es recomendable realizar el diseño y la implementación de forma paralela, ya que de esta manera el consumo de la máquina es mucho menor.
El proceso de negocio pasa por varias etapas: unas que van por la capa de presentación del simulador y luego por la capa de negocio, donde se encuentra el algoritmo inteligente. La mayoría de los procesos que se pueden ver ya fueron descritos anteriormente en el artículo, de manera que, resumiendo, el proceso comienza en la recolección de información de la cantidad de vehículos por cada semáforo; luego organiza estos tiempos de manera que los semáforos que tengan mayor congestión se encuentren primero; si ya se crearon las primeras generaciones de los tiempos por demanda entonces revisa la función de adaptación para cada tiempo y así determina el impacto en el sistema; luego de cruzar y mutar los tiempos, y de aprender de aquellos que mejor se adaptaron, toma los resultantes y los actualiza en el simulador; y, por último, comienza a iterar de nuevo el proceso de manera que siempre está en busca del resultado óptimo. La mayoría de los algoritmos genéticos cuenta con una función de parada, es decir, donde el algoritmo determina que debe dejar de iterar. Para este problema de cambio constante no se puede determinar un estado de parada; por ello el proceso de negocio y el algoritmo genético no cuentan con esta condición.
Fig. d. diagrama de bloques
Simulador de tráficoComo desarrollo final de este proyecto se realizó un simulador de tráfico para probar que el algoritmo inteligente que controlará el sistema de semaforización cumple con su cometido de minimizar los tiempos de recorrido. Así, se deja un marco de estudio en el que se puede pensar más adelante para implementar en la ciudad y con esto disfrutar de los resultados de esta investigación o de futuras investigaciones que pueden tomar como punto de partida la presente.El simulador construido se hizo a partir del simulador de Martin Treiber (Germ, Kesting, Budden y Treiber, 2000), el cual utiliza un modelo inteligente de conducción (idm, Inteligent- Driver-Model). Este modelo cuenta con un sistema inteligente que implementa autómatas celulares para cada vehículo que actúa como un ente independiente y, por lo tanto, decide su aceleración o desaceleración dependiendo de los factores del ambiente que lo rodean, que es muy parecido al ambiente real. Este modelo es explicado en detalle más adelante.Interfaz de usuarioSemuestra el simulador que detalla el mapa de las calles y los semáforos de las
intersecciones. Se puede observar que cada semáforo tiene un id único que lo identifica y lo ubica en el mapa de semáforos.La interfaz del usuario se puede ver que las calles y la troncal están diferenciadas por sus nombres, que a su vez están conformados por el nombre de la calle y el sentido de orientación para que de esta manera sea fácil ubicarse en el plano real de la ciudad de Lima.
Fig. e. esquema inicial de la interfaz del sistema inteligente de semaforización Modelo de tráfico longitudinal: el IDM
El IDM es un "auto siguiendo el modelo" (Treiber, 2011); es decir, el estado del tráfico en un momento dado se caracteriza por las posiciones, las velocidades y el índice de carril de los vehículos. La decisión de cualquier conductor para acelerar o frenar depende solo de su propia velocidad, de la del vehículo del frente y de la del inmediatamente atrás de él. Las decisiones de cambio de carril, sin embargo, dependen de todos los vehículos vecinos. Enconcreto, la
aceleración dv/dt de un conductor determinado depende de su velocidad v, s en la distancia con el vehículo delantero, y de la velocidad v Delta diferencia (positiva al acercarse),
El término de frenado se basa en una comparación entre la "distancia deseada dinámica" y la real diferencia con el vehículo precedente. Si la brecha real es aproximadamente igual a la, entonces la desaceleración rompe tan esencialmente que compensa la parte de aceleración en vacío, así que la aceleración resultante es casi cero. Esto significa que, corresponde a la brecha al seguir a otros vehículos en constante flujo de tráfico. Además, aumenta dinámicamente cuando se aproxima a los vehículos más rápidos y disminuye cuando el vehículo delantero es más lento. Como consecuencia de ello la desaceleración del impulso se incrementa con la disminución de la distancia al vehículo delantero (se quiere mantener una cierta "distancia deseguridad"), se incrementa la velocidad propia (que aumenta la distancia de seguridad), y aumenta la diferencia de velocidad en el vehículo delantero (cuándo se aproxima el vehículo frente a una tasa muy alta puede ocurrir una situación peligrosa)
Diseño del controlador lógico difuso
Para el controlador lógico difuso que se utilizó en el proyecto, se decidió la utilización de dos tipos de señales; a saber se utilizó la cantidad de carros existentes en cada una de las
intersecciones en las cuales se trabajo, lo cual está dado en tiempo real por el número de sensores de presencia activados. A su vez, para una mejor respuesta en estado transitorio del controlador se decidió el uso de la derivada de la cantidad de carros como una segunda señal de entrada, esta señal se mide gracias a la diferencia de la cantidad de carros acumulados en las intersecciones entre mediciones. A su vez se debe tomar en cuenta en este momento que el tipo de controlador que se plantea en este apartado es un controlador en tiempo discreto, ya que las mediciones no se hacen de forma continua, sino cuando el semáforo decide el tiempo de activación del mismo; es
decir se mide la cantidad de vehículos acumulados en la intersección a lo largo de un tiempo determinado en el que el semáforo ha impedido el paso de los vehículos, esto es que el semáforo se ha encontrado encolor rojo.Los valores medidos por los sensores son leídos una vez por ciclo por el controlador de cada una de las intersecciones y el controlador toma la decisión del tiempo de encendido del semáforo de acuerdo con ello. A su vez, puesto que el mecanismo de control lógico difuso que se plantea en la intersección es un mecanismo adaptivo, se tiene que los centros de las funciones de membresía se actualizan una vez en cada uno de los ciclos.Esto se muestra en la parte superior del controlador, el cual se describe con mayor detalle en las secciones siguientes.
Fig. 1.- Tabla difusa que relaciona las variables en entrada con las funciones de membresía de salida en el sistema de control
De acuerdo a esto la propuesta de controlador difuso que se plantea es una con once valores de entrada en cada una de las dos variables propuestas; a partir de ello, la lógica empleada se muestra en la tabla de la figura 1; aquí puede verse como se relacionan las funciones de membresía de entrada con las funciones de membresía de salida. Debe decirse que no se
muestran las funciones de membresía de salida ya que el controlador difuso es del tipo adaptivo, es decir los centros de las funciones de membresía cambian con el transcurso del programa. Para la variable de error de número de carros se utilizo la función de membresía de la figura 2 y para el error las funciones de la figura 3 En estos casos las unidades de los centros son metros, en general podemos tener una estimación de que cada uno de los vehículos mide aproximadamente 5 metros, de donde se puede sacar el error en número de vehículos que están estacionados en la intersección.
Fig. 3.- Funciones de membresía entrada salida para la derivada del error de planta Los valores finales de las funciones de membresía son los siguientes:
Fig. 4.- Tabla difusa de valores para las funciones de membresía del modelo
Debe tenerse en cuenta que puesto que el control es de tipo adaptivo los centros de las funciones de membresía de salida varían de acuerdo a lo que ocurre con el controlador, por ello no se muestran gráficas de dichas funciones sino que se limita a presentar los centros obtenidos luego de las simulaciones.Con ello se puede tener una idea de los tiempos máximos y mínimos del controlador.
Modelado del controlador difuso usando MATLAB.El controlador anterior se modelo en
MATLAB para una intersección, en la cual existe un solo cruce. De forma general el controlador que se presento tiene una planta a cada lado, la cual representa un set de semáforos, cuya salida es la cantidad de carros que han pasado en un intervalo determinado durante el cual este se encuentra encendido, es decir en color verde. De aquí, se tiene que la salida del controlador difuso no es sino un pulso de activación, es decir un pulso binario en donde 1 significa que el semáforo de la intersección está en color verde, mientras que un 0 significa que el semáforo está en color rojo. Para que esta salida pueda darse de forma adecuada, el controlador se encarga de hacer los cálculos de acuerdo al número de vehículo que han sido detectado en la intersección en la cual este trabaja y a partir de los centros de las funciones de membresía que se actualizan en cada uno de los momentos en los que se realizan los cálculos.
En la figura 5 se muestra el esquema general del archivo de simulación utilizado. Para este caso, la planta, que puede identificarse por medio del nombre semáforos, al igual que los controladores difusos y sus mecanismos de adaptación son bloques programados como funciones en c, dentro de la interface para MATLAB simulink.
Fig. 5.- Implementación del modelo difuso utilizando la herramienta Simulink
Debe decirse que en este modelo, cada una de los controladores se comunica entre sí por medio de una señal de sincronización y una señal en la que se envía el tiempo de salida del controlador anterior. Este tiempo de salida tiene una doble función, indica al controlador de la otra parte de la intersección que el semáforo debe alagarse, es decir que el color rojo debe ser encendido, y a su vez da una idea de la cantidad de tráfico en la otra parte de la intersección. Hay que tomar en cuenta que durante este proceso el tiempo indicado debe ser comparado con las funciones de membresía del otro controlador, ya que por ser funciones adaptivas, los centros de los cuales se dispone no necesariamente son los mismos y puede usarse un proceso de defusificación por medio de ellos.Con respecto de las memoria utilizadas para la simulación, debe decirse que estas almacenan datos y condiciones iniciales en los estados del programa de simulación, sin embargo debe tomarse en cuenta que este tipo de elementos producen un cierto retraso en toda la red y el proceso, los cuales se trata de eliminar mediando software y mediante la programación de las plantas en cada una de las dos intersecciones.A continuación se presenta el código de la planta en lenguaje c. Debe decirse que la planta se programa por medio de
las ecuaciones de movimientorectilíneo uniformemente acelerado. Con respecto de la aceleración utilizada en este caso se tomo.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% #define S_FUNCTION_NAME semaforos
#include "simstruc.h" #include
#define XINIT ssGetArg(S,0) #define PARAM ssGetArg(S,1)
#define MAX (A,B) ((A) > (B) ? (A) : (B)) /*
* mdlInitializeSizes - initialize the sizes array */
