- 1 -

Sisteme de management al traficului

1. Algoritmi pentru coordonare la nivelul reelei - introducere

Sistemele de management al traficului (UTC Urban Traffic Control) reprezint modaliti de dirijare i control centralizat al traficului rutier pe arii extinse, care nglobeaz tehnologii ITS pentru detecia, prelucrarea, transmiterea i distribuia informaiilor legate de trafic. n ultima vreme se pune tot mai mult accentul pe combinarea sistemelor de management al traficului cu monitorizarea condiiilor de mediu i poluare i dirijarea transportului public urban, realizndu-se astfel un grad tot mai mare de integrare a acestor sisteme. Sistemele UTC pot oferi baza pentru un sistem de control extins, n general denumit Controlul i Managementul Traficului Urban (UTMC - Urban Traffic Management and Control). Acestea includ operarea cu vehicule pentru servicii de urgen i prioritatea transportului public cum ar fi prioritatea autobuzelor i integrarea cu sistemele de informare ca de exemplu panourile cu mesaje variabile, sisteme de informare a conductorilor auto n timp real i sisteme de ghidare de rut, precum i informarea privind locurile de parcare.

Dar sistemele de management al traficului urban nu trebuie numai s tie s funcioneze corect. Ele trebuie, de asemenea, s poat s i poarte singure de grij. De aceste sarcini se ocup sistemele auxiliare, de tip Fault Management1, care vor anuna personalul de ntreinere de apariia unui defect la un automat de trafic, la un senzor sau la sistemul de comunicaii. Fr un asemenea sistem auxiliar, funcionarea la parametrii proiectai a unui sistem mare cum este cel UTC nu ar fi posibil. De aceea, la orice implementare de sisteme de management al traficului urban trebuie s se gndeasc o nou ntreprindere. Aceste sisteme au nevoie n primul rnd de o politic n domeniul traficului rutier urban, de strategii de dezvoltare de care s in cont n viitor, pentru a nu deveni din unealt util o frn, de personal i de exploatare i ntreinere. A realiza ntr-un ora un sistem de management al traficului nu nseamn doar montarea n strad sau n centrul de management a echipamentelor. Lucrarea nu se ncheie niciodat n acest punct i implicaiile sunt foarte mari, din multe puncte de vedere. Practic, sistemele de management al traficului rutier urban sunt nite organisme vii, care au nevoie de ntreinere permanent. Senzorii unui sistem de acest tip reprezint simurile acestui organism, sistemele de calcul i comunicaii sistemul su nervos iar automatele de trafic i semafoarele, sau panourile cu mesaje variabile, membrele sale i sistemul muscular, cu care dirijeaz traficul.

Sistemul poate fi afectat de condiiile meteorologice, de aceea un sistem nou implementat ntr-o anumit zon trebuie particularizat pentru condiiile locale. De exemplu, n ara noastr iernile sunt cu mai multe alternane ger-cldur, cu mai multe tipuri de precipitaii, din care cauz copertamentele rutiere au mult de suferit i frecvent apar gropi n carosabil. Un sistem UTC bazat exclusiv pe bucle inductive ca senzori de trafic nu ar face fa mult timp acestor condiii. Este, prin urmare, de reunut faptul c sistemele UTC nu sunt universal valabile, ci numai soluiile care conduc la elaborarea acestora, tehnologiile de management al traficului. n rest, este permanent o problem de studiu, de cercetare i de adaptare la condiiile locale. Asemenea sisteme trebuie concepute, nscute i crescute n spiritul condiiilor locale, de aceea ele ntotdeauna reprezint o problem de

1 Sisteme auxiliare de monitorizare a strii de funcionare i de management al defectelor i reparaiilor

- 2 -

decizie politic nu tocmai uoar pentru o administraie a drumurilor, sau una urban, n funcie de destinaia acestora.

La nivelul celor mai avansate arhitecturi ale acestor sisteme au fost recent implementate module predictive pentru strategiile de nivel superior, capabile s estimeze aprioric efectul strategiei implementate asupra traficului i s prezinte rezultatele operatorului uman, pentru a asista procesul de luare a deciziilor n caz de situaii de excepie.

Figura 1. Diagrama conceptual a arhitecturii sistemelor avansate de management al traficului

Concepia sistemelor avansate de management al traficului trebuie s nceap n mod obligatoriu cu analiza de detaliu a condiiilor de implementare. Urmeaz apoi o etap de simulare la nivel micro i apoi macroscopic, pentru ca sistemul s nu se nasc orb, ci s fie capabil s porneasc de la o strategie iniial de trafic. Simularea microscopic este metodologia cel mai des folosit, nu numai datorit capabilitii de a surprinde modul de desfurare a fenomenelor dependente de trafic, ci i pentru c este capabil s evalueze i comportamentul conductorilor auto atunci cnd acioneaz n prezena sistemelor inteligente de transport. Simulatoarele microscopice de trafic reprezint instrumente care emuleaz n mod realist traficul de vehicule pe o reea de drumuri. n continuare vor fi prezentate tipurile de sisteme UTC existente.

Sisteme cu timp fix Multe din sistemele UTC sunt variante ale acestui tip de sistem cu timp fix. Proiectantul are control considerabil asupra obiectivelor sale i poate optimiza diferite pri ale reelei pentru a obine rezultate diferite. Sistemele cu timp fix nu pot rspunde dinamic pentru c acestea folosesc planuri de sincronizare pre-calculate. De aceea sistemele nu rspund automat la incidente, cum ar fi accidentele, care cauzeaz pierderea capacitii de operare n reea. Cel mai important aspect este faptul c aceste sisteme nu rspund la schimbrile modelului de trafic n timp. Planurile cu timp fix sunt optime la implementarea strategiilor fixe, cum ar fi limitarea capacitii de trafic la anumite ore din zi.

- 3 -

Sisteme de Selecie a Planurilor Sistemele de selecie a planurilor folosesc mai multe planuri de timp fix i l selecteaz pe acela pe care l vor folosi n funcie de informaia primit de la detectoarele de trafic plasate pe reeaua de drumuri. Acest sistem nu s-a dovedit a fi mai eficient dect implementarea n planurile de timp fix a intervalelor de orare simple. Dac este necesar, sistemul poate rula un plan specific pentru un eveniment special. Dar ntrzierea suplimentar cauzat de alegerea planului greit compenseaz ctigul datorat schimbrii la momentul potrivit cnd sistemul ia o decizie corect. n concluzie, sistemele de selecie a planurilor de semaforizare au aproape aceleai avantaje i dezavantaje ca i sistemele de timp fix.

Sisteme de Generare a Planurilor Aceste sisteme genereaz propriile planuri de semaforizare cu timp fix pe baza datelor primite de la detectoarele de trafic. Comparat cu operaiile de timp fix, sistemul este mult mai puin sub controlul inginerului de trafic pentru c nu se poate defini exact comportamentul acestuia. n principiu sistemul ar putea rspunde la incidente neateptate, cu toate c n practic nu i se permite realizarea de schimbri majore ale planulului existent pentru a oferi un rspuns corect la toate tipurile de evenimente aprute.

Adaptarea Local Unele sisteme UTC utilizeaz o metod de adaptare local a automatelor de trafic pentru a modifica planurile cu timp fix impuse de la postul central. Operaia de baz const n rularea unui plan de baz, automatele locale putnd omite sau termina mai devreme fazele de semaforizare depinznd de cererea local pentru fazele ciclului curent. Astfel, adaptarea local poate crete timpul de verde n unele cicluri, ceea ce ar trebui s conduc la o optimizare a traficului. Adaptarea local este n general combinat cu sistemele de selecie de plan sau generare de plan.

Sisteme Dinamice Centralizate de Trafic Aceste sisteme lucreaz pe baza unui calculator central care comunic cu automate de trafic locale. Avantajele acestui sistem sunt acelea c ar trebui s rspund prompt la cererile de trafic, n funcie de intervalul orar din zi sau n funcie de incidentele care apar. Un sistem centralizat are avantajul c toate informaiile relevante, de la detectoare i alte surse, sunt disponibile n acelai loc.

Sisteme de Trafic Dinamice cu Procesare Distribuit Caracteristicile i avantajele sistemelor dinamice distribuite sunt aproximativ aceleai ca i la sistemele dinamice centralizate. O diferen major const n tipul de comunicaie folosit de sistem. Automatele unui sistem dinamic centralizat sunt n legtur direct cu postul central, n timp ce la sistemul dinamic distribuit fiecare automat de trafic este conectat cu automatele nvecinate. Mesajul poate fi transferat ntre oricare dou automate, fiind ghidat pentru a ajunge acolo unde este necesar.

- 4 -

n tabelul urmtor sunt prezentate cteva tipuri de sisteme UTC folosite n lume:

Tabelul 1 - Tipuri de sisteme UTC Tipul Sistemul ara Sisteme cu timp fix TRANSYT Marea Britanie Sisteme de generare a planurilor SCATS Australia

Sisteme Dinamice Centralizate de Trafic SCOOT Marea Britanie UTMS Japonia

Sisteme de Trafic Dinamice cu Procesare Distribuit OPAC SUA PRODYN Frana UTOPIA / SPOT Italia

2. Algoritmi statici i semi-adaptivi

Aceti algoritmi se bazeaz pe pre-determinarea fluxurilor de vehicule (manual sau efectuat prin alte mijloace); pe baza informaiilor culese despre geometria interseciei/interseciilor i a datelor de trafic se calculeaz timpii cei mai buni pentru semaforizare, lundu-se sau nu n consideraie corelarea semafoarelor pentru realizarea sistemului und verde. Principalul avantaj al acestei metode este dat de implementarea facil, ieftin i uor de modificat, fr a influena circulaia (cum se ntmpl n cazul instalrii unor detectori de trafic). Dezavantajul este dat de faptul c nu se ine cont de condiiile curente de trafic i astfel algoritmul de semaforizare implementat nu are metode de a adapta semaforizarea pentru evitarea formrii de blocaje. Sistemele semi-adaptive au la baz algoritmi statici (cu timp prestabilit) care sunt n funciune pn la activarea unui anumit eveniment (plasarea unui vehicul deasupra unui detector, apsarea butonului de la semafor de ctre un pieton etc.), care determin o schimbare n planul normal de semaforizare ca rspuns la evenimentul produs (n primul caz se poate stabili temporar un timp mai mare de verde considernd c este o coad de vehicule mai mare; n al doilea caz se adapteaz planul de semaforizare pentru a permite trecerea pietonului/pietonilor). Un exemplu de ora n care a fost implemetat o combinaie de algoritmi statici i semi-adaptivi a fost Seattle. Oraul are peste 975 de intersecii semaforizate, dintre care mai mult de sunt situate pe arterele principale are oraului sau n centrul su. Sistemul implementat se bazeaz pe reevaluarea periodic a situaiei traficului i introducerea datelor ntr-un program informatic care calculeaz cei mai buni timpi de semaforizare pentru fiecare intersecie n parte i realizeaz corelarea semafoarelor pentru a obine un trafic fluent. Astfel, fiecare intersecie poate fi prevzut cu pn la 16 planuri diferite de semaforizare, n funcie de situaia traficului. Sistemul implementat se bazeaz pe urmtoarele considerente:

La interseciile cu trafic redus sunt utilizate semafoare cu control semi-adaptiv, activate n momentul n care un vehicul staioneaz deasupra detectorului sau un pieton apas butonul corespunztor de la semafor

n funcie de momentul din zi sunt implementate pn la 16 programe diferite pentru a adapta indicaiile semafoarelor la intensificrile traficului

- 5 -

n majoritatea interseciilor sunt utilizate semafoare separate pentru virajul la stnga, pentru a evita fluxurile conflictuale

Este implementat un sistem de prioritate pentru transportul public; la detectarea unor astfel de vehicule se prelungete timpul de verde pentru a permite trecerea

Vehiculele de urgen pot controla semafoarele pentru a obine culoare libere de trecere.

Figura 2. Sistemul de management al traficului din Seattle

Un sistem foarte cunoscut n cadrul sistemelor semi-adaptive este RHODES (Real Time Hierarchical Optimized Distributed Effective System Sistem efectiv n timp real, ierarhic, optimizat i distribuit). Acest sistem este unul dintre cele mai simple pentru managementul centralizat al traficului rutier, ntruct nu este un sistem adaptiv, ci el se bazeaz pe comutarea mai multor planuri de semnalizare fixe, determinate pe baza unor msurtori de trafic realizate manual. Sistemul este prin urmare orb din punctul de vedere al traficului pe care l administreaz i buna funcionare a sa depinde n mare msur de condiiile i acurateea cu care au fost determinate msurtorile de trafic. n general, determinrile informaiilor de trafic prin detecie sunt necesare pentru:

Determinarea lungimii cozilor de vehicule la semafoare Aflarea numrului de vehicule care schimb direcia de mers n intersecii Detecia incidentelor i blocajelor rutiere

- 6 -

Figura 3. Arhitectura logic RHODES

Pe baza unor dezvoltri recente, sistemul RHODES a fost mbuntit cu noi algoritmi de analiz a traficului, bazai pe informaii de trafic captate de senzori amplasai n intersecii. Principiul de funcionare este acela c detectoarele amplasate ntr-o intersecie informeaz mai nti propriul automat de trafic despre numrul de vehicule detectate, apoi acest automat transmite mai departe, la intersecia din aval informaii privind nivelul de trafic ce sosete. Principiul de baz dup care are loc schimbarea planurilor de semnalizare este ns de tip TOD2, adic depinde de ora din zi are loc modificarea duratelor de semnalizare, pe baza determinrilor apriorice ale comportamentului traficului pe reea.

Se realizeaz n prealabil o estimare a duratelelor de semnalizare innd cont de traficul pe artera principal, apoi se iau n considerare i datele de pe arterele laterale. Metoda iniial de programare se bazeaz pe volumele de trafic ateptate s solicite intersecia. Aceast metod poate ns avea unele deficiene:

planurile de semnalizare s devin neactuale prea rapid n timp; planurile de semnalizare s nu reflecte situaia real din teren; schimbrile brute de trafic nu pot fi tratate de sistem.

Pe baza introducerii sistemelor de detecie, sistemul a evoluat, permind s reacioneze la schimbrile neateptate de trafic. Acest sistem este un exemplu tipic de implementare care a evoluat prin adugarea de funcii specifice ITS unui sistem non-ITS.

2 TOD Time Of the Day

- 7 -

3. Algoritmi adaptivi

3.1. MOVA - Microprocessor Optimised Vehicle Actuation Dezvoltat n anii 80, algoritmul reprezint o strategie de control a semafoarelor pentru intersecii izolate, care nu sunt corelate cu interseciile nvecinate. Poate fi utilizat i pentru trecerile de pietoni, n aceleai condiii, n care nu este necesar coordonarea cu semafoare adiacente. Algoritmul este proiectat pentru a oferi soluii pentru toate condiiile de trafic, de la un trafic lejer i pn la congestii, fiind capabil de adaptare la situaia curent printr-o reevaluare a condiiilor de trafic la fiecare 30. Sunt utilizate dou tipuri de modelri: pentru situaia n care nu sunt congestii scopul este de a minimiza ntrzierile, iar n cazul apariiei suprasaturaiei scopul este de a maximiza capacitatea interseciei. MOVA poate fi aplicat n toate tipurile de intersecii, incluzndu-le pe cele cu mai multe faze de semaforizare i mai multe benzi pe fiecare intrare. Algoritmul se potrivete n situaiile n care:

Amplasamente n care fluxurile de trafic sunt mari i acolo unde acestea sunt sezoniere i intermitente (de exemplu traseele de vacan)

Intersecii cu congestii pe una sau mai multe intrri Este necesar asigurarea unei capaciti suplimentare pentru trecerea pietonilor

3.2. APTTCA Adaptive Predictive Traffic Timer Control Algorithm A fost implementat n oraul Chennai din India, la intersecia dintre Mount Road i

Venkatnarayana Road. Este un algoritm complet adaptiv Algoritm predictiv n ceea ce privete traficul n urmtoarea perioad (relativ scurt) de timp Folosete trei vectori: de ateptare, n rulare i completat

Figura 4. Arhitectura sistemului APTTCA

Reea de senzori

Modulul de estimare pentru timpul de verde

Baz de date

Plan de semaforizare

Controlerul de semaforizare

Semafoare i cronometre de trafic

- 8 -

Figura 5. Modul de dispunere al senzorilor n sistemul APTTCA

3.3. ACS-Lite ACS-Lite este sistemul software de control adaptiv al FHWA (Federal Highway

Administration Administraia Federal a Autostrzilor). Acesta este un sistem de control. Sistemul a fost conceput pentru a adapta diviziunea fazelor i timpul ntre dou semnale

adiacente, cu incremente mici, 2..5 secunde, pentru a ajusta semaforizarea n funcie de datele de trafic care sunt citite la fiecare 10 secunde. Aplicaia central ACS-Lite preia de la controlerele din intersecii datele de semaforizare la intervale de 10-15 minute pentru a realiza ajustri la nivel de reea. n cazul n care se ntrerupe comunicaia cu sistemul central, automatul local de semaforizare va dirija circulaia pe baza planurilor deja stocate la nivel local.

Sistemul realizeaz optimizarea prin interogarea la fiecare minut a fiecrui controler referitor la datele de trafic i compararea acestor datele referitoare la gradul de ocupare cu timpii de semaforizare utilizai de fiecare controler local n parte. n acest mod rezult dac exist timp de verde neutilizat sau este necesar un timp de verde mai mare dect cel curent. Sunt realizate analize prin care sunt ajustai cei doi parametri menionai anterior: diviziunea fazelor i timpul ntre dou semnale adiacente, pentru fiecare intersecie n parte. Deoarece modificrile rezultate nu depesc n general 5 secunde, de cele mai multe ori tranziia se realizeaz pe durata unui ciclu. Testrile iniiale ale algoritmului au avut ca rezultat o reducere de 5-25% n timpul de cltorie.

3.4. LA ATCS Este un sistem computerizat de control al traficului n timp real, dezvoltat de LADOT (Los

Angeles Department of Transportation Departamentul de Transport al oraului Los Angeles). Acesta se bazeaz pe o arhitectur distribuit client-server, cu o extensie de Windows NT i conine o baz de date pentru memorarea informaiilor de trafic i un limbaj de programare pentru interfaa cu operatorul OIL - Operator Interface Language. A fost instalat iniial n anul 1996, avnd o mbuntire major n anul 1999 cnd a aprut o nou versiune a sistemului de operare pe care se bazeaz.

- 9 -

Figura 6. LA ATCS - Harta dinamic a reelei

Figura 7. LA ATCS - Harta dinamic a interseciilor

- 10 -

Figura 8. LA ATCS - Parametrii de semaforizare, care pot fi modificai direct din interfaa grafic cu operatorul

Strategiile de control: Calcularea lungimii ciclului, diviziunii fazelor i timpului ntre dou semnale adiacente

reprezint trei funcii separate, dar inter-dependente Datele legate de volumele de trafic i gradul de ocupare sunt culese n fiecare secund, dar

sunt utilizate o dat pe ciclu Sunt aplicate funcii euristice pentru evaluarea strategiilor i determinarea rezultatelor finale Se utilizeaz valorile critice pentru intersecie / fiecare intrare n intersecie Este inclus un modul de estimare a traficului Parametrii pot fi ajustai uor pentru diferite configuraii ale strzilor Exist un sistem de prioritate pentru vehicule

3.5. OPAC Optimized Policies dor Adaptive Control (Politici Optimizate pentru Controlul Adaptiv) OPAC este un sistem de control n timp real al traficului care adapteaz continuu timpii de

semaforizare pentru a minimiza timpii totali de ntrziere n intersecie i numrul de opriri ale vehiculelor. Acesta a fost realizat ca un sistem distribuit pentru controlul semnalizrii traficului fr a fi nevoie de un ciclu de timp fix. Semnalele de sincronizare sunt calculate pentru a minimiza direct parametri considerai, cum ar fi ntrzierile vehiculelor i opririle, i sunt constrnse de lungimile strilor minime i maxime.

Sistemul poate fi implementat independent, pentru fiecare intersecie n parte sau ca parte a unui management integrat al traficului. Opririle sunt incluse n funcia de obiect, care este o combinaie liniar a numrului ntrzierilor i opririlor. La fiecare intersecie individual, planurile de stare sunt generate pentru implementri ulterioare pe baza condiiilor de trafic existente (de exemplu cozile existente i sosirile ateptate), pentru a minimiza astfel funcia obiect la un orizont de decizie. Un plan de stare reprezint o list secvenial de puncte de comutaie viitoare cu fiecare astfel de punct de comutaie reprezentnd startul unei stri la un anumit moment de timp din viitor. Condiiile de trafic sunt monitorizate continuu pe baza detectoarelor i a informaiilor de schimbare de stare i pe baza

- 11 -

acestora orizontul de decizie variaz de la valori mai mici de 30 de secunde pn la valori de peste 2 minute. Strategia OPAC calculeaz optimizri complexe n timp real i se adapteaz condiiilor de trafic variate. Deoarece OPAC nu este un controler de dirijare a traficului, acesta formeaz un bloc constructiv pentru un sistem de control al traficului distribuit, inteligent. Spre deosebire de logica convenional a controlului actualizat, sistemul OPAC poate comunica cu automatele nvecinate pentru a forma un sistem de control al traficului cu coordonare flexibil. OPAC folosete aceleai msuri de performan ca funcie de obiect pentru traficul din orele de vrf i din afara acestor ore. La nivel ridicat de trafic cozile de pe anumite apropieri se pot mprtia ctre interseciile anterioare, deoarece sistemul OPAC nu impune constrngeri cozilor de apropiere de o intersecie. Cozile neconstrnse vor reduce capacitatea interseciilor nvecinate.

3.6. SCATS - SYDNEY CO-ORDINATED ADAPTIVE TRAFFIC SYSTEM Sistemul a aprut pentru a oferi o soluie de control al traficului n Sydney, fiind dezvoltat de

Autoritatea de Drumuri i Trafic (Road and Traffic Authority - RTA) din New South Wales la nceputul anilor 1970, cnd mini-calculatoarele au devenit disponibile la un cost comparabil cu hardware-ul specializat, care a fost utilizat pn la acel moment. Utilizarea timpurie a microprocesoarelor n controlerele locale n Australia (1975) a furnizat un impuls suplimentar pentru dezvoltare, deoarece a crescut inteligena si flexibilitatea disponibile.

Dezvoltarea sistemului fost realizat de ctre RTA pentru scopurile proprii (utilizare n zona New South Wales din Australia), dar SCATS a fost implementat n multe alte orae din Australia, Noua Zeeland i de peste ocean.

SCATS este un sistem ierarhic pentru managementul traficului care este utilizat pentru corelarea a mai multor controlere de trafic n scopul reducerii timpilor de cltorie i a consumului de combustibil. Sistemul este cel mai utilizat sistem de management adaptiv al traficului din lume n momentul de fa.

Beneficiile SCATS au fost demonstrate prin operarea de peste 20 de ani n oraele din Australia, obinndu-se o scdere cu 20% a timpului de cltorie, o reducere de 40% a numrului de opriri i o diminuare cu 12% a consumului de combustibil.

Caracteristicile sistemului SCATS: Este proiectat pentru a detecta modificrile din fluxurile de trafic i de a ajusta parametrii de

semaforizare (lungimea ciclului, diviziunea fazelor, timpul ntre dou semnale adiacente). Utilizeaz o structur ierarhic de control al semafoarelor. Este inclus un sistem de control al traficului de rezerv n cazul n care apar erori de

comunicaie. Erorile care pot apare sunt monitorizate de sistem. Sistemul nu necesit o supraveghere costisitoare i furnizeaz o baz de date care poate fi

utilizat pentru alte analize. SCATS este un sistem flexibil care permite integrarea i a altor aplicaii ntr-un sistem de

management al traficului urban.

SCATS ofer ca beneficii: Reducerea numrului de accidente, att pentru vehicule ct i pentru pietoni. Reducerea consumului de combustibil. Reducerea ntrzierilor i a numrului de opriri.

- 12 -

Sporirea capacitii drumurilor. mbuntirea duratei cltoriei. Reducerea polurii i zgomotului asociat cu vehicule care opresc i pornesc n mod inutil.

n mod suplimentar pot fi furnizate i: Stabilirea de ierarhii pentru drumuri. Punerea n aplicare a msurilor de restrngere a capacitii. Protejarea zonelor sensibile din punctul de vedere al mediului prin mbuntirea reelei de

drumuri sau prin limitarea accesului n zonele protejate. Asigurarea de prioritate pentru vehiculele transportului public. Acordarea de prioritate pentru vehiculele de urgen.

ns multe din obiectivele de mai sus sunt contradictorii, iar inginerul de trafic trebuie s determine obiectivele i s stabileasc prioritile.

Controlul adaptiv n SCATS

SCATS realizeaz un control al traficului pe dou niveluri care determin mpreun cei trei parametri de semaforizare: timpul ciclului, mprirea fazelor i decalajul. Aceste dou niveluri sunt strategic i tactic. Controlul strategic determin timpii adecvai de semaforizare pentru zonele monitorizate, innd cont de condiiile de trafic n timp ce controlul tactic se refer la controlul la nivel de intersecie, n limita constrngerilor impuse de controlul strategic.

n cadrul acestui sistem de control al semafoarelor, toate semnalele care sunt coordonate trebuie s aib un timp comun de ciclu (sau submultiplii ai acestuia). Ciclul variaz de obicei ntre 40 i 180 de secunde. SCATS prevede pentru operare valori ale ciclului ntre 20 i 190 secunde, limitele efective fiind definite de utilizator.

Abordarea SCATS pentru mprirea fazelor are ca obiectiv meninerea unor grade egale de saturaie pe toate intrrile. Cu toate acestea, controlul poate favoriza micrile principale de trafic atunci cnd cererea se apropie de saturaie.

Decalajul ntr-o serie de semafoare coordonate trebuie s fie variat, adaptat la cererea de trafic pentru a minimiza opririle i ntrzierile vehiculelor. SCATS selecteaz decalajul pe baza timpului de cltorie i gradului de saturaie, ceea ce minimizeaz opririle pentru fluxurile de trafic predominante.

3.7. SCOOT - Split Cycle Offset Optimisation Technique 3.7.1. Introducere

SCOOT a fost dezvoltat de Laboratorul de Cercetri n Transporturi (TRL) n colaborare cu furnizorii de sisteme de trafic din Marea Britanie. Sistemul a fost folosit pentru prima oar n Coventry, primele variante comerciale fiind instalate n 1980 pe Maidstone, fiind n prezent implementat n peste 170 de orae din lume.

SCOOT permite reglarea adaptiv a traficului pe baza msurrii acestuia cu ajutorul unor detectoare amplasate n amonte pe legturile care intr n intersecii. Se creeaz planuri de semaforizare optimizate pentru un anumit interval de timp i la fiecare ciclu se recalculeaz durata optim de semnalizare.

- 13 -

Sistemul poate rspunde rapid la modificrile de trafic, dar acesta evit fluctuaiile mari n comportamentul controlului ca rezultat al schimbrilor temporare a tipului de trafic. n afara beneficiilor referitoare la reducerea ntrzierilor i congestiilor de trafic, se ofer i alte faciliti, cum ar fi prioritatea autobuzelor sau detecia automat a incidentelor. n comparaie cu sistemele cu timp SCOOT a dat rezultate mult mai bune dect sistemele de timp fix.

Reeaua de drumuri este mprit n mai multe regiuni, fiecare coninnd un anumit numr de noduri (intersecii semnalizate i treceri de pietoni) care au acelai timp de ciclu i permit astfel corelarea. Nodurile pot avea ciclu dublu pentru trecerile de pietoni i interseciile ne-aglomerate.

Sistemul SCOOT optimizeaz trei parametri care sunt adaptai n permanen la condiiile de trafic:

timpul de verde pentru fiecare intrare n intersecie (Split); se evalueaz efectul decalrii schimbului de faz

decalajul ntre semnale adiacente (Offset) timpul total al ciclului (Cycle time).

Modelarea acestor parametri are ca scop minimizarea timpului de verde pierdut i reducerea numrului de opriri i a ntrzierilor prin sincronizarea semafoarelor. Fiecare dintre parametri estimeaz efectul unor schimbri incrementale minore n timpii de semnalizare asupra traficului din ntreaga zon. Este folosit un indice de performan bazat pe predicia ntrzierilor vehiculelor din fiecare legatur.

3.7.2. Descrierea parametrilor modelai de SCOOT Divizarea pe faze Optimizarea divizrii pe faze este rulat pentru un nod, ntr-un punct optim, naintea fiecrei

schimbari de faze. Se ia n considerare efectul scurtrii, prelungirii sau meninerii fazei si efectul acestei modificri asupra gradului de saturaie pe braele de legatur. Gradul de saturaie este definit ca raportul dintre fluxul maxim i fluxul mediu de trafic care poate trece peste o linie de oprire.

Optimizarea divizrii pe faze va ncerca s minimizeze gradul maxim de saturaie pe arterele care se apropie de nod. Daca gradul mediu de saturaie pe o perioada de cinci minute este mai mare dect limita stabilit (de obicei 90%) atunci durata ciclului va crete, pentru a oferi o capacitate mai mare n nodul critic.

Decalajul O data pe ciclu, se calculeaz optimizarea decalajului prin predicia opririlor i ntrzierilor

din timpul ciclului, pentru toate legturile din amonte i aval ale unui anumit nod. Prin aceast metod se obine cel mai bun decalaj general pentru un anumit nod, iar momentul de start al unui nou ciclu este ajustat astfel nct s se apropie de punctul ideal. Prin algoritmul de optimizare se realizeaz aceast predicie pentru fiecare intrare ntr-un nod i apoi pentru intersecie ca ntreg. La final este stabilit alegerea pentru o valoare a decalajului, stabilindu-se ntrzierea i opririle minime. Congestia pe o artera este folosit n optimizarea decalajului, astfel nct o legatur congestionat are prioritate fa de legturile care nu sunt aglomerate.

Durata ciclului Optimizarea duratei ciclului opereaz asupra unei regiuni n care se previzioneaz un trafic

variabil. Inginerul de trafic este cel care alege aceast grupare. Optimizarea duratei ruleaz de obicei la fiecare cinci minute pentru fiecare regiune n parte, dei acest interval poate fi variat de utilizator ncepnd cu versiunea 4 de implementare a sistemului. n cadrul SCOOT exist prevederea ca aceast

- 14 -

optimizare s fie rulat la intervale njumtite n situaia n care se observ o tendin de cretere sau scdere a fluxurilor de trafic. n acest caz se calculeaz gradul de saturaie pentru toate legturile, pentru fiecare nod din regiune. Dac unul dintre acestea este mai mare sau egal cu nivelul de saturaie ideal, durata minim a ciclului este crescut n trepte mici, prestabilite. Dac toate valorile sunt sub nivelul de saturaie ideal, durata minim efectiv a ciclului este redus n trepte mici, fixate. Optimizarea ia n calcul toate duratele ciclurilor, de la durata minim efectiv n nodul critic, la durata maxim a ciclului din regiune, care este stabilit n momentul respectiv.

Prin aciunea asupra timpilor de semaforizare n funcie de situaia traficului, SCOOT poate implementa i un sistem de prioritate pentru vehiculele de urgen, prin crearea unor trasee de verde pentru acestea, precum i un sistem de prioritate pentru transportul public, care poate avea dou metode de implementare:

prioritate permanent pentru transportul public, ceea ce nseamn adaptarea timpilor de verde pentru a permite ptrunderea n intersecie a tuturor vehiculelor care aparin acestui tip de transport

prioritate selectiv: mai mult prioritate pentru unele i mai puin (sau deloc) pentru altele. De exemplu nu se ine cont de vehiculele care sunt n grafic i se acord o prioritate mare pentru vehiculele care sunt n ntrziere.

3.8. ITACA Sistemul de control adaptiv al traficului ITACA utilizeaz datele primite de la detectorii de

trafic pentru a modela traficul la fiecare semafor. Acesta ajusteaz n permanen parametrii de semaforizare (lungimea ciclului, diviziunea fazelor, timpul ntre dou semnale adiacente) pentru fiecare intersecie n parte cu scopul de a minimiza ntrzierile i numrul de opriri pentru ntreaga reea de drumuri. Sistemul de lucru al modulului adaptiv ITACA se bazeaz pe o structur ciclic n patru faze:

Analiza datelor de trafic nregistrate n fiecare automat de trafic; Simularea comportamentului traficului; Optimizarea variabilelor din planul de temporizare ITACA pentru fiecare automat de trafic

nregistrat n calculatorul central; Modificarea timpilor de semnalizare n automatele de trafic.

Sistemul produce modificri mici i frecvente n parametrii de control al traficului pentru adaptarea acestora la schimbrile n fluxurile de trafic. Prin aceast trecere lin sunt evitate perturbrile care ar putea s apar din cauza modificrii planului de semaforizare. Datele de la detectorii de trafic sunt culese la fiecare 5 secunde. Pe baza acestor valori se realizeaz o modelare a traficului cu scopul de a estima urmtoarele valori:

lungimea cozii de vehicule n fiecare secund a ciclului; ntrzierea pentru fiecare intrare n intersecie, calculat pentru fiecare secund a ciclului; numrul de opriri pentru fiecare intrare n intersecie, calculat pentru fiecare secund a

ciclului.

Parametrii cei mai importani utilizai n reglarea traficului de sistem sunt urmtorii: Diviziunea fazei - parametru care afecteaz fiecare intersecie i este calculat n toate fazele; Decalajul - parametru care afecteaz fiecare intersecie, este calculat n faza cea mai lung;

- 15 -

Ciclul interseciei - parametru care afecteaz intersecia cea mai aglomerat i totodat calculul ciclului optim al sub-zonei este determimat la nceputul ciclului n fiecare intersecie.

Modulul adaptiv al sistemului efectueaz calculele necesare n funcie de datele de trafic primite i le aplic n urmtoarele perioade:

Divizarea fazelor: ntre secunda a 12-a i a 6-a pn la finalul fiecrei faze - se aplic fiecrui controler ntre secundele a 5-a i 0 pn la finalul fiecrei faze.

Decalajul: ntre secundele a 22-a i a 16-a pn la finalul fazei celei mai lungi i se aplic fiecrui controler ntre secundele a 5-a i 0 pn la finalul fiecrei faze.

Ciclul interseciei: ntre secundele 0 i 5 de la nceputul ciclului din fiecare sub-zon i se aplic fiecrui controler.

Tabelul 2 - Procesul de optimizare ITACA Optimizri Frecven Domeniu

maxim [s] Schimbri de referin

Diviziunea fazelor O dat pentru fiecare faz a ciclului 0 5,00 0 sau de la 1 la 5 Decalajul ntre semafoarele adiacente

O dat n cadrul fiecrui ciclu 0 5,00 0, 1, 5

Lungimea ciclului Conform unor cazuri particulare* 0 5,00 0 10,00

0 sau 5 0 sau 10

* dac ciclul curent are mai puin de 70 de secunde, modificrile sunt de 5 secunde; dac valoarea este mai mare de 70 de secunde, modificrile sunt de 10 secunde.

Pentru creterea valorilor ciclului tranziia se face din dou n dou cicluri, iar pentru scderea valorilor, tranziia se realizeaz la fiecare cinci cicluri.

ITACA nu necesit planuri de semnalizare pregtite n avans, deoarece calculeaz n mod dinamic cel mai adecvat plan, optimiznd n timp real micrile vehiculelor prin reeaua de drumuri i intersecii acoperit.

3.8.1. Sistemul EXPERT (pentru minimizarea congestiilor de trafic) Controlul adaptiv trebuie s fie supravegheat de un sistem inteligent care s analizeze datele

din ntreaga reea. Cel mai flexibil instrument care are acest scop este Sistemul Expert. Acesta este capabil s prevad situaiile de congestie i pre-congestie i s implementeze n mod dinamic planuri de semaforizare. Acest sistem integreaz datele obinute n timp de real de la sistemul adaptiv (datele de trafic, modelul de simulare, estimarea cozilor de vehicule) i informaiile locale (unice pentru fiecare reea de drumuri).

Sistemul expert are patru moduri de operare: inactiv: sistemul nu este operativ; informativ: sistemul informeaz operatorul referitor la deciziile luate; consultativ: sistemul consult operatorul n privina aplicrii unor anumite decizii; executiv: sistemul execut singur deciziile pe care le consider potrivite.

ITACA poate fi completat cu multe sub-sisteme, cum ar fi: circuit CCTV (televiziune cu circuit nchis), panouri de mesaje variabile, sistem de prioritate pentru vehiculele transportului public, sistem de gestiune pentru benzile de circulaie reversibile sau sistem de diseminare a informaiilor prin Internet.

- 16 -

3.9. UTOPIA-SPOT Sistemul UTOPIA-SPOT reprezint o strategie de management al traficului rutier urban,

dezvoltat de Mizar Automazione din Italia, ce combin optimizarea la nivel local, caracterizat de vitez de rspuns ridicat la schimbrile de trafic, cu interaciunea puternic cu celelalte intersecii i optimizarea global pe arii extinse.

Optimizarea la nivel local faciliteaz adaptarea unui sistem de prioritizare a transportului public urban, datorit vitezei de rspuns, ceea ce este mai greu realizabil cu o configuraie centralizat, mai ales n mari aglomerri urbane unde transportul public este bine reprezentat i cererea de prioritate la semafoare ar putea sufoca sistemul de calcul centralizat. Optimizarea la nivel local reprezint o funcie obiectiv de analiz a costurilor, ce ncorporeaz termeni de calcul pentru ntrziere i opriri la stop de pe legturile care aduc i elibereaz trafic din intersecia n cauz, termeni legai de analiza cozilor de vehicule.

3.9.1. Modul de funcionare al sistemului UTOPIA-SPOT UTOPIA-SPOT este un sistem care permite coordonarea ntr-o zon n care interseciile nu au

nici acelai timp total al ciclului semafoarelor i nici timpi prestabilii. Sistemul este compus din trei straturi:

un computer central numit UTOPIA, utilizat pentru supraveghere i monitorizare, computere industriale, uniti SPOT, care sunt integrate n controlerele de trafic i realizeaz

optimizarea local, controlerele de trafic care execut strategia de semnalizare.

Spre deosebire de alte sisteme UTC, UTOPIA-SPOT utilizeaz date legate de traficul care se apropie n momentul respectiv de intersecie. Unitile SPOT utilizeaz bucle inductive i numrtoare video pentru a ajusta strategia de semaforizare pentru urmtoarele 2 minute. Strategia de semaforizare, bazat pe traficul vehiculelor, mijloacelor de transport public i pietonilor, este ajustat la fiecare 3 secunde. n plus, unitile SPOT realizeaz schimburi de informaii cu unitile vecine, referitoare la strategia de semaforizare i plutoanele de vehicule care urmeaz s ajung.

Figura 9. Strategia de control optimizat n bucl nchis de la sistemul UTOPIA.

Din punct de vedere general, estimarea densitii traficului necesit detectoare de trafic (de tip bucl electromagnetic sau de alte tipuri):

- 17 -

- La intrarea n intersecie, pe fiecare band, pentru msurtori de densitate - La ieirea din intersecie, pe fiecare band de circulaie, pentru estimarea parametrilor

dinamici (procente de viraje, rapoarte prsiri legtur etc.).

Atunci cnd sistemul UTOPIA controleaz mai multe intersecii pe un coridor sau o reea de intersecii adiacente, detectoarele de la ieirile fiecrei intersecii din amonte se comport ca detectoare de intrare pentru interseciile din aval. n aceast situaie, informaiile de la detectoare sunt distribuite n mod automat prin reeaua de comunicaii a sistemului i nu este nevoie de seciuni dublate pentru msurtori.

Din punct de vedere practic, nu toate micrile vehiculelor necesit monitorizare i nu toate benzile trebuie echipate cu detectoare: numai acele micri n care volumele de trafic trebuie optimizate i nu sunt neglijabile, ele variind pe durata unei zile. Acolo unde volumele de trafic sunt neglijabile (nu este afectat procesul de optimizare), sau unde acestea pot fi definite prin valori medii zilnice, nu este necesar amplasarea de detectoare de trafic.

3.9.2. Metoda de optimizare a traficului Cele mai importante elemente n realizarea optimizrii traficului sunt estimarea i predicia.

UTOPIA-SPOT utilizeaz tehnici avansate n combinaie cu configuraii flexibile de detecie, precum i date istorice ce permit dirijarea traficului i n absena funcionrii detectoarelor, utiliznd istoricul nivelurilor de trafic nregistrate la aceleai date i/sau n aceleai condiii. Realizarea optimizrii la nivel local are i un alt mare avantaj, att pentru sistemul de reglare a traficului, ct i pentru cel de management al transporturilor publice: nu ncarc reeaua cu mesaje, ntruct o bun parte din calculele de optimizare se realizeaz local, fr a mai fi nevoie s se transmit datele prin sistem. n acest mod este micorat i durata de rspuns.

Exist o funcie separat pentru monitorizarea vehiculelor destinate transportului public n reea: locatorul transportului public. Pe baza informaiilor de la diferite tipuri de detectoare i pe baza estimrii duratelor de cltorie ale acestui tip de vehicule, sunt predicionate momentele sosirii acestora la intersecii. n Bucureti, prima implementare de acest gen a fost pe linia de metrou uor 41.

Optimizarea tradiional a reelelor de drumuri i intersecii trebuie s se bazeze n primul rnd pe msurtori ale traficului n reea. Apoi se calculeaz un anumit optim la nivelul reelei, de exemplu pentru durata unui ciclu de semnalizare pentru toat zona. n zonele controlate de sistemul UTOPIA-SPOT optimizrile se fac ns mai nti la nivelul fiecrei intersecii i apoi la nivelul zonal. La nivelul interseciei optimizarea consider c interseciile nvecinate interacioneaz cu intersecia n cauz; n principiu, fiecare intersecie i calculeaz propria optimizare i ciclurile pot varia de la o intersecie la alta.

Semnificativ pentru sistemul SPOT este c acesta a fost proiectat iniial pentru a acorda prioritate vehiculelor de transport public. Ideea de la baza sistemului SPOT este s execute calculele pentru ajustarea duratelor de semnalizare (setarea semafoarelor), n timp real, cu scopul de a minimiza costul socio-economic total al sistemului de trafic. Principalele costuri sunt produse de ntrzierile i de opririle vehiculelor. Pentru a acorda prioritate pentru autobuze i tramvaie, acestor vehicule le-au fost asociate costuri mai mari.

SPOT este un program special, care opereaz pe un procesor separat, conectat la automatul de trafic al semaforului printr-o interfa special; procesorul poate fi o simpl plac sau poate fi un PC industrial complet.

- 18 -

Din punctul de vedere al controlului ntregii reele, nivelul central este cel care determin criteriul general de control. Pentru diferitele zone ale reelei, i pe baza cererii de trafic determinate prin msurare, precum i pe baza istoricului, nivelul central calculeaz un plan staionar optim, care este utilizat ca referin pentru automatele de trafic. n plus, nivelul central furnizeaz celui local criteriile de optimizare pe care trebuie s le aplice n reglarea traficului. Aceste criterii de optimizare constau n:

- Factori de ponderare care se aplic algoritmului de optimizare calculat de automatele locale de trafic;

- Profilele cozilor de vehicule ateptate n reea ce influeneaz costurile (duratele de tranzit) ale legturilor.

Nivelul central poate fi integrat, la rndul su i coordonat de un alt nivel, superior (Supervizor). Se poate lucra astfel ntr-un context cooperativ. Strategiile de mobilitate globale (debite i viteze dorite ale traficului) sunt folosite pentru a determina planurile de referin, precum i criteriile de optimizare pentru nivelul local. Toate aceste metodologii intr n categoria controlului cooperativ.

UTOPIA are un rspuns de tip adaptiv la variaiile de trafic. Prin monitorizarea continu a cererii de trafic att a traficului privat, ct i a transportului public urban, sistemul aplic tehnici de optimizare destinate minimizrii duratelor de timp de parcurgere a reelei i a numrului de opriri la semafoare. Pentru a se obine acest deziderat, sistemul aplic controlul n bucl nchis la ambele niveluri funcionale. Un bloc funcional are sarcina de a achiziiona datele de trafic i de a realiza un estimator de stare al zonei controlate. Un al doilea bloc calculeaz strategia optim de control pentru reglarea unei singure intersecii din reea, pe baza strii estimate.

Funcia de cost adoptat de automatul local de trafic const dintr-o varietate de elemente att pentru legturile de intrare, ct i pentru cele de ieire. Aceste elemente sunt:

- Durata de parcurgere a legturii de ctre traficul particular; - Numrul de opriri la semafoare pentru traficul particular; - Protecia funcie de capacitatea de stocare a legturilor; - Durata de parcurgere a legturii de ctre vehiculele transportului public; - Numrul de opriri la semafoare pentru transportul public; - Profilul dorit al cozii, funcie de lungimea ciclului. Pentru fiecare dintre aceste valori se asociaz un factor de cost, precum i profilul dorit al

cozii pentru toate legturile din intersecie, de la nivelul central, funcie de politica de control adoptat la nivelul ntregii reele. Acest mecanism st la baza aplicrii principiului coordonrii-int.

Capacitatea de a reaciona aproape imediat la schimbrile de trafic din intersecie face controlul foarte eficient, prin reacie imediat la perturbaiile locale cauzate de acordarea prioritii pentru mijloacele de transport n comun.