UNIVERSITATEA ALEXANDRU IOAN CUZA IAIFACULTATEA DE INFORMATIC

LUCRARE DE LICEN

Simularea traficului semaforizat inteligent

propus de

Bogdan GrdinariuSesiunea: iunie 2011Coordonator tiinific

Asist. univ. doctorand Vrlan Cosmin

UNIVERSITATEA ALEXANDRU IOAN CUZA IAI

FACULTATEA DE INFORMATIC

Simularea traficului semaforizat inteligent

Bogdan GrdinariuSesiunea: iunie 2011Coordonator tiinific

Asist. univ. doctorand Vrlan Cosmin

DECLARAIE PRIVIND ORIGINALITATE I RESPECTAREA

DREPTURILOR DE AUTOR

Prin prezenta declar c Lucrarea de licen cu titlul Titlul complet al lucrrii este scris de mine i nu a mai fost prezentat niciodat la o alt facultate sau instituie de nvmnt superior din ar sau strintate. De asemenea, declar c toate sursele utilizate, inclusiv cele preluate de pe Internet, sunt indicate n lucrare, cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului:

toate fragmentele de text reproduse exact, chiar i n traducere proprie din alt limb, sunt scrise ntre ghilimele i dein referina precis a sursei;

reformularea n cuvinte proprii a textelor scrise de ctre ali autori deine referina precis;

codul surs, imagini etc. preluate din proiecte open-source sau alte surse sunt utilizate cu respectarea drepturilor de autor i dein referine precise;

rezumarea ideilor altor autori precizeaz referina precis la textul original.

Iai, 27.06.2011

Absolvent Bogdan Grdinariu _________________________

DECLARAIE DE CONSIMMNT

Prin prezenta declar c sunt de acord ca Lucrarea de licen cu titlul Simularea traficului semaforizat inteligent, codul surs al programelor i celelalte coninuturi (grafice, multimedia, date de test etc.) care nsoesc aceast lucrare s fie utilizate n cadrul Facultii de Informatic.

De asemenea, sunt de acord ca Facultatea de Informatic de la Universitatea Alexandru Ioan Cuza Iai s utilizeze, modifice, reproduc i s distribuie n scopuri necomerciale programele-calculator, format executabil i surs, realizate de mine n cadrul prezentei lucrri de licen

Iai, 27.06.2011

Absolvent Bogdan Grdinariu _________________________

CUPRINS

6INTRODUCERE

8Contribuii

9Capitolul 1. Semaforizarea

91.1 Semaforizarea - Descriere

101.2 Semaforizare - Utilitate

111.3 Semaforizarea - Scurt istoric

121.4. Design

131.5 Semaforizarea - Semaforizarea eficienta

161.6 Semaforizarea - Semaforizarea inteligent

18Capitolul 2. Arhitectura aplicaiei

182.1 Premise i direcii de dezvoltare

192.2 Tehnologii i servicii

202.3 Elemente notabile de implementare

202.3.1 Elemente notabile de implementare. Harta

212.3.2 Elemente notabile de implementare. Waypoint

222.3.3 Elemente notabile de implementare. Car

25Capitolul 3. Avantajele i dezavantajele unei semaforizari inteligente

27Capitolul 4. Viitorul semafoarelor

INTRODUCERE

Traficul auto din orae este foarte afectat de sistemele curente de semaforizare. n momentul n care se ateapt la un semafor, oferul pierde timp i maina consum combustibil. Prin urmare, reducerea intervalului de timp de ateptare la semafor ar reduce semnificativ cantitatea inutil de dioxid de carbon emis n atmosfer i ar ajuta societatea s economiseasc milioane de Euro anual.

Pentru ca aceast idee s poat fi pus n practic, trebuie introdus un nou concept, acela de Semaforizare inteligent. Sistemele clasice de semaforizare se bazeaz doar pe microcontrolere i microprocesoare, fapt care implic anumite limitri.Datorit intervalelor predefinite fixe de timp n care semafoarele i modific strile( rou/galben/verde ) semaforizarea devine ineficient datorit lipsei flexibilitii( n sensul c indiferent de condiii, semafoarele vor aciona ntotdeauna la fel ). Pentru a eficientiza controlul traficului prin semafoare, la implementarea logicii semafoarelor trebuie s se pun accentul pe dinamism i pe algoritmi inteligeni de analiz a traficului. O astfel de semaforizare ar putea analiza n timp real numrul de maini care ateapt la semafor i s ia decizii ce ar favoriza fluidizarea traficului.

Ideea de Semaforizare inteligent nu este una nou. nc de cnd a fost conceput semaforul, se dorea ca acesta sa poat rezolva problematica traficului ntr-un mod ct mai eficient, ns, din motive tehnologice, pn nu demult timp, acest lucru nu a fost n totalitate posibil. La ora actual exist numeroase sisteme care implementeaz un management inteligent al traficului auto, ns nici unul nu este standardizat. Acestea sunt rspndite n toate colurile lumii ( se presupune c n Statele Unite toate semafoarele sunt coordonate de un sistem inteligent ). Mai nou, i n Romnia s-a artat un interes fa de acest nou tip de dirijare al traficului.

Din 2010, prin proiectul Civitas din cadrul proiectului Archimedes, i n Iai exist o astfel de semaforizare concentrat pe ruta Rond Agronomie - Campus studenesc Tudor Vladimerescu. Aplicaia prezentat n aceast lucrare a fost conceput iniial pentru a participa la licitaia organizat de Primaria Iai pentru a stabili un sistem de management real-time al semafoarelor din Iai.

Aplicaia n cauz este o aplicaie web care simuleaz traficul ieean pe bulevardul Carol i dirijeaz acest trafic printr-un sistem de semaforizare inteligent. Scopul acesteia este demonstrarea practic a faptului c semaforizarea inteligent poate mbunti fluxul traficului i poate reduce numrul de accidente rutiere.

Aceast lucrare familiarizeaz cititorului conceptul de semafor i prezint succint un scurt istoric al evoluiei acestui concept n domeniul transporturilor auto. n cel de-al doilea capitol este prezentat aplicaia de semaforizare inteligent n sine, de la general la particular. Capitolul trei surprinde principalele avantaje i dezavantaje ale unui sistem de management inteligent al traficului, pe cnd ultimul capitol prezint o viziune asupra viitorului prin prisma semafoarelor inteligente.

Contribuii

Am implementat o aplicaie care permite att gestionarea unor puncte cheie a unui sistem rutier( intersecii semaforizate ), ct i simularea traficului i a semaforizrii pe acest sistem rutier.

n afar de serviciul online de hri oferit de google maps, nu exist alte contribuii externe n elaborarea acestei lucrri de licen. Principalele contribuii aduse la elaborarea acestei lucrri de licen sunt:

elaborarea unui algoritm de calculare al costurilor mainilor aflate n trafic

implementarea simulrii traficului

implementarea sistemului de management al semafoarelor

Capitolul 1. Semaforizarea

1.1 Semaforizarea - Descriere

Conceptul de semafor este adesea asociat cu un dispozitiv ce are rolul de a decide prioritile unui sistem. n viaa de zi cu zi, semafoarele sunt folosite n multe domenii, dintre care amintim :

informatic

domeniull nautic

domeniul feroviar

domeniul rutier

Indiferent de domeniul n care este folosit, la un nivel abstract, semaforul are acelai rol : sincronizarea accesului unei resurse de ctre mai multe entiti.

n informatic, un semafor reprezint un algoritm care realizeaz managementul accesului la resurse partajate. Cteva exemple unde este nevoie de un astfel de mecanism:

accesul mai multor procese la o zon de memorie

accesul a dou thread-uri din acelai proces la zone de memorie a acestui proces

accesul procesoarelor( din sisteme multi-core ) la memoria RAM

S presupunem un scenariu n care utilizatorul deschide acelai fisier text n dou ferestre separate. n momentul n care acesta face o modificare ntr-una din cele dou ferestre, procesul asociat acesteia acceseaz i modifica datele fiierului nregistrate ntr-o zon de memorie care este simultan accesat i de cealalt fereastr. Efectul acestei modificri este dezastruos: acelai fiier text deschis n dou ferestre diferite are reprezentri diferite.

Utilitatea mecanismului de sincronizare este imediat evident. Dac n cazul precedent ar fi existat un semafor care s decid care proces are dreptul de a accesa i modifica zona de memorie ce coninea datele fiierului respectiv, rezultatul ar fi fost diferit.

Dac n informatic se dorete sincronizarea accesului mai multor procese la aceeasi zon de memorie, in domeniul transporturilor, fie feroviar, nautic sau auto, se dorete sincronizarea vehiculelor care folosesc aceleai rute. Prin analogie cu domeniul informatic, putem considera vehiculele drept procese i rutele drept zone de memorie.

S presupunem c dou vehicule vor s traverseze acelai punct cheie dintr-o anumita rut n acelai timp. Ca i n exemplul precedent, lipsa unui sistem de semaforizare poate conduce la rezultate dezastruase. n acest caz, fara un semafor care s ofere prioritate unui vehicul la traversarea punctului cheie, exist posibilitatea ca ambele vehicule s traverseze n acelai timp, astfel nct s intre n coliziune.

1.2 Semaforizare - Utilitate

n mod ideal, orice dou entiti ce folosesc simultan aceeai resursa, au nevoie de un mecanism de acordare a prioritii, un mecanism care, pe baza anumitor factori, este capabil s decid care dintre cele dou entiti are dreptul de a folosi acea resurs la un moment dat. Fr aceast sincronizare pot aprea conflicte la nivelul accesului resursei.

Pentru ca dou trenuri s nu se ciocneasc este nevoie de un semafor, pentru ca un proces sa nu corupa datele altui proces este nevoie de un semafor, pentru a nu se produce un accident ntr-o intersecie este nevoie de un semafor. Indiferent de domeniul de utilizare, conceptul i utilitatea semaforului rmn neschimbate.

1.3 Semaforizarea - Scurt istoric

nc din secolul XVIII s-a simit nevoia unui sistem de prioretizare a circulaiei, pentru a reduce att numrul coliziunilor autovehiculelor, ct i a blocrilor de trafic.

Primele semafoare pentru traficul auto au fost proiectate de ctre inginerul feroviar J.P.Knight i fost folosite n Londra, la data de 10 decembrie 1868. Acestea semanau cu semafoarele feroviare din acel timp : aveau dou brae colorate cu verde i cu rou( braul verde indica prioritatea ). Pe timp de noapte semafoarele aveau ataate cte o lampa pe baza de gaz, colorat pe o jumtate verde i pe cealalt rou care era rotit manual prin intermediul unei manete, astfel nct jumtatea verde s fie orientat spre vehiculele care aveau prioritate.

Aceste semafoare au fost un eec, nu datorita faptului c ar fi fost ineficiente, ci pentru c la data de 2 ianuarie 1869, la mai puin de o lun de la inaugurare, o lampa a explodat, omornd un poliist.

n 1912, un poliist american, Lester Wire, a abordat problema semaforului dintr-o perspectiva modern. Acesta a inventat i montat n Salt Lake City primul semafor auto electric.

Dup doar doi ani, tnra companie americana American Traffic Signal Company, pe baza design-ului lui James Hoge, a instalat un sistem de semaforizare n Ohio, care avea, n plus, fa de cel precedent un sistem auditiv( buzzer ) care era declanat nainte de schimbarea culorii semaforului pentru a ateniona autovehiculele. Acest model creat de James permitea poliiei i pompierilor s controleze semafoarele n caz de urgen.

Primul semafor cu trei culori pentru patru direcii a fost inventat de ofierul de poliie William Potts, n Detroi, Michigan, n 1920. n 1922 T.E. Hayes a brevetat "Combination traffic guide and traffic regulating signal" .Ashville, Ohio pretind c la ei s-a folosit ultimul semafor de acest gen, pn n 1982 cnd a fost dus la un muzeu local.

Primele semafoare interconectate au fost instalate n Salt Lake City n 1917, cu ase intersecii controlate simultan de un ntreruptor manual. Controlul automat a fost introdus n martie 1922, n Houston, Texas. Primul semafor automatizat a fost lansat n Wolverhampton n 1927. n 1923 Garrett Morgan a brevetat versiunea lui. Modelul acestuia era un stlp sub forma unui "T". Unicul avantaj al acestui tip de semafor era faptul c putea fi controlat de la distan printr-un sistem mecanic.

Culorile semaforului, care reprezint stop i mergi, se presupune c au fost derivate de la sistemul maritim, de identificare a bordului (rou) i tribordului (verde), unde vasul din stnga se oprete c s treac cel din dreapta.

Semafoarele cronometrate au aprut n 1999, n Taiwan i au fost aduse n America dup ce un inginer le-a nteles scopul. Aceste semafoare nc se mai folosesc, fiind utile pietonilor pentru a-i cronometra timpul pe care l au pentru a traversa.

1.4. Design

n mod traditional sunt folosite becuri incandescente si cu halogen. Din cauza eficientei scazute a productie de becuri si a singurului punct de esec (arderea filamentului) municipalitatile au hotart sa se foloseasca o multime de LED-urile. Acestea sunt mai ieftine, au capacitate de iluminat mai mare, si n cazul n care un LED se arde mai ramn celelalte sa lumineze.

Semnale luminoase customizabile - 3M High Visibility Signal - folosesc optica difuza a luminii si lentile pentru a crea semnalul luminos. Lumina trece prin doua lentile de sticla din spatele semnalului luminos. Prima lentila este mata transforma lumina ntr-o minge uniforma de lumina,cu diametrul de 125 mm. Apoi lumina trece prin a doua lentila, cunoscuta sub denumirea de lentila limitatoare. Folosind o folie speciala de aluminiu, aceste semnale erau mascate astfel sa fie vazute doar de pe anumite benzi. Lentilele fresnel concentreaza lumina si creaza o uniformizare a luminii pentru banda respectiva.

n Statele Unite, semafoarele au becuri cu diametru de 300 mm. nainte becurile trebuiau s aib diametru de 200 mm, dar au fost scoase n favoarea becurilor cu dimensiuni mai mari. n Marea Britanie au fost introduse becurile de 300 mm, dar dup folosirea acestora s-au gndit c nu este necesar folosirea lor i au revenit la becurile de 200 mm.

1.5 Semaforizarea - Semaforizarea eficienta

Principalele motive pentru care a fost simit nevoia introducerii sistemelor de semaforizare pe strzi sunt numrul mare de accidente rutiere n jurul intersectiilor i de blocajele de trafic.

Dac scopul semaforului este acela de diminua numarul accidentelor i de a fluidiza traficul, atunci se pune n discuie problema eficientei semaforizrii. Chiar dac n mod teoretic semaforizarea ar trebui sa fie benefic, n practic, nu orice intersecie trebuie semaforizat.

Potrivit inginerilor de trafic, semafoarele pot avea deopotriv att efecte pozitive ct i efecte negative. Este adevrat c n timp pot diminua numarul accidentelor din lateral, dar excesul de semafoare i semaforizrile ineficiente cresc frecvena accidentelor din spate i defavorizeaz pietonii i ciclitii. Semafoarele pot creste capacitatea traficului la intersecii, ns, de asemenea, pot fi cauza ntrzierilor excesive n trafic.

n acest sens, Hans Monderman - inginer de trafic danez, un adevrat pionier in domeniul resurselor partajate - declara : Ne dorim semafoare doar acolo unde sunt utile i eu nu am gasit nca un astfel de loc.

Pentru a nlatura efectele negative ale semafoarelor, de-a lungul anilor au fost propuse numeroase metode de eficientizare a semaforizrilor. Puine ns i-au atins scopul, unele fiind aplicabile doar n cazuri izolate.

O prima mare mbuntire a fost introducerea semafoarelor pietonale, care faciliteaz trecerea n sigurana a pietonilor de pe o parte pe alta strzii n cauz. n cazul unei intersectii a dou strzi, semafoarele pietonale nu ngreuneaz traficul, deoarece acestea se pot sincroniza cu cele auto de pe planul paralel( cealalta strad ). Astfel semafoarele pietonale sunt verzi doar cnd semafoarele auto de pe aceeai strad sunt roii, fapt care fluidizeaz traficul ( mainile nu trebuie s opreasc special pentru trecerea pietonilor ).

n unele locuri, semafoarelor pietonale le sunt ataate dispozitive sonore ce au ca rol ghidarea pietonilor orbi sau cu probleme de vedere. n Iai, aceste dispozitive sunt declanate doar n momentul n care semaforul pietonal indic verde, pe cnd n Australia, dispozitivul emite efecte sonore slabe ct timp semaforul este rou i efecte sonore mai puternice ct timp este verde.n unele locuri, semafoarele pietonale au ataat un dispozitiv cu buton i sunt tot timpul roii. Acestea se fac verzi doar la cerere : n momentul n care pietonul apas pe acel buton, semaforul pietonal se schimb din rou n verde i cele auto corespunztoare se schimb din verde n rou. n acest fel, nu se ntrerupe fluxul de maini la un interval regulat de timp, ca la semafoarele normale, ci doar n momentul n care exist o cerere pietonala de traversare, fapt care marete capacitatea traficului n acea intersectie.

n aceiai ordine de idei, o mbuntire a constituit-o introducerea semafoarelor pentru cicliti, care uureaz traficul acolo unde sunt piste de cicliti.

nc de la cel de-al treilea sistem de semaforizare oficial ( 1914 ), s-a pus problema controlrii semaforizrii n cazuri de urgen. Acest lucru se refer la modificarea fazelor semafoarelor unei intersecii astfel nct s faciliteze trecerea mai rapid a vehiculelor de urgena ( maini de poliie, ambulane, maini de pompieri etc. ). n majoritatea cazurilor, acest lucru nu se mai realizeaz ca n 1914, unde centralista care primea apelul de urgena construia ruta mainii i modifica manual starea semafoarelor de pe acea rut, ci se folosesc transmitoare instalate pe aceste maini care emit unde radio sau unde infraroii ce pot fi captate de semafoare. n momentul n care un semafor primeste semnalul transmis de maina, acesta i schimb culoarea n rou, indiferent de starea anterioara. Astfel, n momentul producerii unei urgene( accident, incendiu etc. )se blocheaz toata intersecia, facilitnd circulaia mainilor de urgen fr perturbaii. Dupa trecerea mainii ce a declanat ciclul de urgen, semafoarele i reiau activitatea n regim normal.

Mai nou, acest tip de control al semaforizrii n caz de urgen se realizeaz automat prin intermediul semnalului gps: mainile cu prioritate sunt monitorizate constant, iar cand se apropie de o intersecie, aceasta intr n ciclul de urgen, i revine la normal dup ce maina a depait intersecia.

Odat implementat un astfel de sistem, mainile de urgen se pot extinde, n sensul n care i alte maini pot beneficia de o prioritizare n trafic. Acest lucru s-a ncercat i la Iai prin proiectul Civitas din cadrul proiectului Archimedes, prin intermediul cruia toate vehiculele de transport n comun ar fi trebuit s beneficieze de aceast prioritizare n trafic.O alt inovaie este constituita din cronometrarea fazelor semafoarelor. Astfel, semafoare arat nu numai starea ( verde/galben/rou ) ci i durata de timp a acestora. Adevrata utilitate a acestora este pus la ndoial, deoarece, chiar dac ofera att pietonilor ct i oferilor un plus de informaie care poate fi util pentru planificarea traversrii interseciei, limiteaz modul de schimbare al fazelor semafoarelor care implementeaz o soluie dinamic( ex: semaforizarea n caz de urgen ).

Pentru anumite tipuri speciale de vehicule s-au creat semafoare speciale. Un exemplu n acest sens este semaforul pentru tramvai. Acesta are patru becuri de aceeai culoare( n general alb ) care sunt poziionate sub forma unui T. Modul in care sunt aprinse indic grafic direcia de mers:

Alt mbuntire o constituie instalarea unor senzori n intersectii, senzori care detecteaz prezena mainilor. Cu ajutorul senzorului folosit ca un declanator, se aplic cazul semaforizrii la cerere de la semafoarele pietonale cu buton: n momentul n care se apropie o main de intersecie, senzorul o detecteaz i semaforul ncearc s i schimbe starea( din rou n verde ). Dac nu este declanat senzorul, semaforul ramane rou. n realitate, n multe cazuri, senzorul nu putea detecta biciclete sau maini mici, acest sistem dovedindu-se ineficient.

O soluie a fost renunarea la senzori i dotarea semafoarelor cu camere infraroii. Acestea i-au gasit o nou utilitate: monitorizarea traficului i raportarea oricarei nclcri a legislaiei traficului. n acest sens, n momentul n care semaforul intr n faza roie, camera este programat s fotografieze orice vehicul care nu respect culoarea semaforului i trece pe rou.

Cu tot cu aceste inovaii care tind s creasc eficiena semmaforizrilor, n viaa real nu are loc ntotdeauna fluidizarea traficului. Acest rezultat parial nesatisfctor a condus la crearea unui nou concept, acel de Semaforizare inteligent.

1.6 Semaforizarea - Semaforizarea inteligent

Sistemele de semaforizare au evoluat n timp de la o simpla automatizare la un management al traficului din ce n ce mai inteligent. Cele mai simple semafoare se bazeaz pe un ceas intern, pe baza cruia aloc fiecarei stare( rou/galben/verde ) o anumita perioad de timp predefinit. Acest model de semaforizare este des ntlnit n orae, unde fluxul de maini este previzibil, dac nu chiar constant. n acest sens, semaforizarea simpl poate face fa unor scenarii predefinite( ore de vrf, zile de srbtoare, etc. ), dar poate fi depit ntr-o situaie ieit din comun( ex: trafic atipic ntr-o duminic dupa-amiaz ). Pentru a putea face fa oricarui scenariu de trafic, trebuie s existe o legtur, un mod de comunicare ntre main i semafoare. S-au mai ncercat comunicri prin intermediul senzorilor de proximitate sau de presiune, ns, pentru ca semaforul s poat lua decizia cea mai bun, trebuie s existe o legatur mult mai strns ntre acesta i maini.

Una din cele mai realiste i des ntlnite soluii pentru o semaforizare inteligent este aceea ca fiecare vehicul s raporteze semaforului poziia sa i destinaia. Pe baza acestor date, semaforul ar trebui s fie capabil s ia cea mai bun decizie( ex: care band s fie verde )care s minimizeze durata de ateptare medie a mainilor pn ajung la destinaie. Semaforul inteligent rezolv aceast problem calculnd un scor pentru fiecare main. Acest scor reprezint

diferena dintre durata estimat de timp n care fiecare vehicul ar ajunge la destinaie dac semaforul ar fi verde i durata estimat de timp n care fiecare vehicul ar ajunge la destinaie dac semaforul ar fi rou. Urmtorul pas este ca semaforul s determine care aciune maximizeaz scorul mediu al fiecarui vehicul.

Datorit faptului c semafoarele sunt interconectate, exist posibilitatea ca acestea s dirijeze traficul pe alte rute n cazul n care o rut este prea aglomerat sau n cazul producerii unui accident sau blocaj.

Exist i alte abordri ale unei semaforizri inteligente, ns principiul de baz nu difer: folosirea de sisteme multi-agent n care comunicarea i coordonarea joac un rol foarte important.

Cu toate c exist multe implementri ale acestui tip de sistem( conform Primariei exist i n Iai nc din 2010 ), nu s-a gasit o soluie optima general.

Capitolul 2. Arhitectura aplicaiei2.1 Premise i direcii de dezvoltare

Aceast aplicaie are ca scop implementarea unui sistem inteligent de semaforizare i monitorizare al traficului, n vederea fluidizrii traficului. Altfel spus, aplicaia ncearc s minimizeze timpul mediu petrecut n trafic al unui vehicul. Acest lucru se realizeaz prin asocierea fiecrui vehicul aflat n circulaie a unui punctaj care poate fi tradus ntr-un fel de grad de prioritate al vehiculului. Aplicaia ncearc minimizarea timpului de ateptare( la interseciile semaforizate )a vehiculelor cu prioritate mai mare.

Aplicaia ofer posibilitatea managementului manual al intersecilor i semafoarelor, punnd la dispoziia utilizatorului o interfa grafic prin care se pot aduga/modifica/terge interseciile i semafoarele folosite.

Iniial, semafoarele au presetate cteva cicluri care pot fi activate manual sau automat. Pe parcursul rulrii aplicaiei, n msura n care semafoarele nva, acestea tind sa nu respecte aceste reguli de funcionare presetate i s prefere modificarea dinamic a ciclurilor.

Pentru monitorizarea traficului, o unealt des ntlnit este simulatorul de trafic. Aplicaia implementeaz, de asemenea, i un simulator de trafic, care are att rolul de a genera date pentru sistemul inteligent de semaforizare, ct i rolul de a prezenta aplicaia ntr-un mod ct mai user-friendly, acesta genernd o interfa grafic intuitiv i uor accesibil.

2.2 Tehnologii i servicii

Dintre o multitudine de posibiliti i moduri de implementare a acestui software, am ales s construiesc aplicaia sub forma unei aplicaii web. Sub aceast form, aplicaia ofer mai multe avantaje dect o aplicaie desktop, i anume:

independena fa de platform ( nu conteaz de pe ce sistem - pc/laptop/tablet/mobil - sau de pe ce sistem de operare rulezi aplicaia - windows/linux/mac os/android - deoarece aplicaia este rulat ntr-un browser ) nivel ridicat de utilizabilitate ( pentru a rula aplicaia, nu este nevoie dect de accesarea URL-ului acesteia ntr-un browser; nu este nevoie de vreo instalare vreo-unui software auxiliar ) accesibilitate uoar ( aplicaia poate fi rulat din orice col al lumii ) integrarea serviciilor web ( posibilitatea de a utiliza un serviciu web - ex: google maps, google calendar etc. ) centralizarea datelor

Tehnologiile folosite sunt cele tipice pentru o aplicaie web, i anume:

PHP pentru partea backend. Prin acest limbaj de programare sunt generate paginile HTML, se seteaz sesiunile i se realizeaz schimbul de informaii cu baza de date. MySql pentru stocarea datelor. Prin intermediul acestui sistem de management relaional al bazelor de date sunt stocate detaliile referitoare la intersecii, semafoare( nume, localizare ) i cicluri de baz. JavaScript pentru partea frontend. Acest limbaj reprezint punctul cheie al aplicaiei, deoarece prin intermediul acestuia se ofera dinamismul de care are nevoie aplicaia. Toate calculele i toi algoritmii sunt scrii n acest limbaj de programare. Tot prin javascript se realizeaz conexiunea cu serviciul google maps, care ofer ( prin intermediul unui api scris in javascript ) baza interfeei grafice a aplicaiei.

Pentru a simula un sistem real de semaforizare, am preferat ca interfaa grafic s reflecte ct mai mult realitatea. Astfel, n loc s creez propriul sistem de strzi pe care s ruleze simularea, am ales s folosesc serviciul de cartografie i localizare oferit de google, i anume, google maps.2.3 Elemente notabile de implementare

Ca i structur, aplicaia este constituit din dou pari majore:

1. Managementul semafoarelor

2. Simularea traficului

Prima parte se refer efectiv la construirea i editarea zonelor de semaforizare din simulare. Aceasta conine un meniu care se modific dinamic n funcie de aciunile interprinse de utilizator i o interfa grafic ( hart google maps ), unde utilizatorul poate selecta punctele exacte pe hart ale interseciilor cu semafoarele corespunztoare.

Cea de a doua parte se ocup strict de simulare, n sensul c utilizatorul are la dispoziie harta cu semafoarele setate n prima parte a aplicaiei, unde poate s observe simularea sau s participe activ la aceasta. Utilizatorul are control asupra demersului esimulrii ( start/stop ) i asupra ctorva parametri ce modific viteza vehiculelor i densitatea vehiculelor aflate n trafic.

La deschiderea simulrii, utilizatorul are posibilitatea s i aleag un vehicul cu care s participe la simulare. Controlat prin intermediul sgeilor de la tastatur, maina condus de utilizator se comport ca celelalte maini, n sensul c poate atepta sau nu la semafoare sau poate avea accident.

2.3.1 Elemente notabile de implementare. Harta

Google maps este un serviciu furnizat de Google prin intermediul cruia utilizatorul are posibilitatea de a vizualiza orice ar, localitate sau punct de interes geografic ( i nu numai ) online. Acest serviciu este gratuit, ceea ce nseamn c oricine are o conexiune la internet poate beneficia de el. Este cel mai mare serviciu de hri la nivel mondial i n acelai timp cel mai mare motor de cutare n funcie de localizare.

Pentru ca acest serviciu s poat fi integrat n alte aplicaii, google a lansat un API (Application Programming Interface) care ofer utilizatorilor posibilitatea de a comunica cu acesta i la nivel programatic.

Aplicaia de semaforizare se folosete de versiunea a doua a api-ului google maps pentru limbajul de programare javascript.

2.3.2 Elemente notabile de implementare. Waypoint

Problema simulrii traficului a adus nevoia de a ghida mainile dupa anumite puncte cheie numite waypoints. Conceptul de waypoint este adesea asociat cu un set de coordonate care determin un punct fizic pe hart. Acestea sunt folosite n lumea real n navigarea naval i aerian.

n cazul aplicaiei, waypoint-ul este un obiect javascript care menine o referin la un anume punct pe hart. Acesta poate fi privit ca o structur de tip Nod n cazul unui graf. La fel ca i nodul unui graf, waypoint-ul menine referine la alte obiecte de acelai tip, construindu-se astfel un drum reprezentat printr-un graf neorientat.

Constructorul acestuia este suprancrcat, astfel inct waypoint-u poate fi complet configurat nc de la iniializare: poate fi instaniat

fr parametri

cu un punct de tip GLatLng ( care face parte din api-ul google maps )

cu un punct i o list de alte obiecte de tip waypoint ( care vor fi noduri adiacente cu acesta n graful rezultat )

cu un punct, o list de waypoint-uri i un identificator unic ( de tip string )

cu un punct, o list de waypoint-uri, un id i un obiect de tip semafor

( a se vedea anexa X )

Pentru a pstra un design ct mai modularizat, comunicare dintre semafor i vehicule se realizeaz prin intermediul waypoint-urilor. Astfel, waypoint-urile pot avea asociate cte un semafor, cu care pot comunica. Acestea sunt contiente de starea curent a semaforului i prin apelul metodei okToPass, waypoint-ul comunic vehicului dac poate trece mai departe ( dac semaforul asociat este verde ).

Acest obiect este important pentru navigarea automat a mainilor, deoarece, pe lng drumul oferit, acesta poate calcula distana dintre sine i orice alt waypoint de pe hart prin intermediul metodei getDistanceFrom, poate calcula diferena gradului de nclinaie ( grade sau radiani ) dintre sine i orice alt waypoint de pe hart prin metoda getAngleDiff i poate returna n mod aleator urmtorul waypoint din drum n cazul n care acesta are mai muli vecini( scutete oferul de luarea unor decizii de drum, lsndu-l s se concentreze asupra ofatului ) prin intermediul metodei getNextWayPoint.

2.3.3 Elemente notabile de implementare. Car

Pentru ca simularea traficului s fie ct mai realist, este nevoie de un sistem inteligent care s furnizeze datele de care au nevoie semafoarele. Obiectul de tip Car reprezint entitatea ce furnizeaz aceste seturi de date. Acesta este reprezentat pe hart printr-o imagine sugestiv( imaginea unui vehicul privit de sus ) i poate parcurge trasee predefinite.

Din punct de vedere al modului de interaciunii cu simularea, mainile ( de tip Car ) pot fi dirijate prin dou moduri :

automat

manual

n modul automat, mainile pargurg un drum predefinit format din obiecte de tip WayPoint. Graful descris de aceste puncte reprezint traseul pe care maina are voie s l parcurg. Astfel, mainile merg din waypoint n waypoint, genernd datele pentru sistemul de semaforizare. n momentul n care waypoint-ul curent al unui vehicul este asociat cu un semafor ( adic maina este n apropierea unui semafor ), waypoint-ul comunic att cu vehiculul, fuurnizndu-i informaii despre starea semaforului ( vehicul are voie s treac doar dac apelul metodei okToPass a waypoint-ului returneaz un mesaj corespunztor ).

n cel de-al doilea mod - cel manual - utilizatorul controleaz maina. Astfel, spre deosebire de modul automat de dirijare, maina nu mai este contient de vreun drum predefinit deoarece utilizatorul are control total asupra vehicului. Acesta dirijeaz vehiculul prin intermediul tastelor direcionale( sgei ) sau prin tastele W, S, A, D i l frneaz prin intermediul tastei SPACE. Astfel, pentru a

accelera, utilizatorul apas una din tastele sgeat nainte sau W decelera, utilizatorul apas una din tastele sgeat napoi sau S vira la stnga, utilizatorul apas una din tastele sgeat stnga sau A vira la dreapta, utilizatorul apas una din tastele sgeat dreapta sau D frna brusc, utilizatorul apas tasta SPACE porni/opri girofarul( unde este cazul ), utilizatoorul apas tasta Gn starea manual, vehiculul nu este contient nici de prezena( implicit nici de starea ) semafoarelor, deoarece posibilitatea lurii unei decizii ( de oprire la semafor ) este lsat doar pe seama utilizatorului.

Din punct de vedere al gradului de prioritate, vehiculele sunt mprite n dou categorii:

maini fr prioritate

maini cu prioritate

Aceast prioretizare se refer la modul n care interacioneaz sistemul de semaforizare cu vehiculele. n cazul mainilor cu prioritate, n momentul apropierii de o intersecie semaforizat, sistemul blocheaz toat intersecia - schimb culoarea tuturor semafoarelor n rou - pentru a furniza vehicului cu prioritate un drum fr perturbaii. Acest comportament simuleaz cazul real n care o main de urgen( main de poliie / ambulan / main de pomieri ) traverseaz o intersecie.

Pe lng modul diferit n care semafoarele percep vehiculele cu prioritate, nc o diferen ntre cele dou tipuri de vehicule const din modul de afiare pe hart: vehiculele fr prioritate sunt reprezentate ca nite maini normale, pe cnd cele cu prioritate iau forma unor maini de poliie, sugernd astfel cazul de urgen.

n cazul n care utilizatorul alege dirijarea unui vehicul cu prioritate, acesta mai are o extraopiune, i anume pornirea/nchiderea girofarului( declanat prin apsarea tastei G ). Acesta nu este dect un mod grafic de a reprezenta starea de urgen a vehicului. Prin urmare, o main de poliie cu girofarul oprit va fi tratat ca orice alt vehicul fr prioritate. n momentul n care aceasta are girofarul pornit, sistemul de semaforizare i va fluidiza traseul.

Obiectul de tip Car paote fi, ca i n cazul obiectelor de tip WazPoint, configurat complet doar din instaniere, acesta avnd constructori suprancrcai pentru:

niciun parametru

o colecie ( javascript literal object ) de optiuni de configurare

un string ce indic tipul vehicului (normal sau police)

tipul vehicului i un string ce determin numele mainii

tipul, numele i o colecie ( javascript literal object ) de opiuni de configurare

Opiunile de configurare de baz constau n:

vitez

nclinaie

fps( frames per second - numrul de cadre pe secund )

waypoint ( n cazul n care maina este ghidat automat )

Viteza este calculat ca fiind raportul dintre pasul curent de incrementare al distanei ( calculat n metri ) - memorat n proprietatea speed - i durata de timp de incrementare a distanei( fps-ul ).

Pentru o simulare ct mai fidel, reprezentarea vehiculelor nu se face doar printr-o imagine static. Imaginea se rotete n funcie de gradul de nclinaie al mainii exprimat n grade. De rotirea imaginilor se ocupa scriptul php rotateImg.php, care primete ca parametri adresa imaginii (adres relativ ) i numrul de grade i returneaz imaginea primit ca parametru rotit la gradul de nclinaie specificat.

Capitolul 3. Avantajele i dezavantajele unei semaforizari inteligente

Un astfel de sistem prezinta in mod clar o serie de avantaje:

1. Fluidizarea traficului printr-o mbuntire a condiiilor de trafic cu aproximativ 15-35%

2. Imbuntirea serviciilor RATP sau a celor transport in comun prin respectarea unei programri a sosirii n i plecrii vehiculelor din staii

3. Semnalizarea instantanee a echipamentelor defecte din intersecii i posibilitatea interveniei operative pentru remedierea defectelor

4. Imbuntirea serviciilor vehiculelor de intervenie - Poliie, Ambulan, Pompieri

prin crearea unei faze de blocare a intersectiei

5. Eliminarea factorului de decizie uman in dirijarea traficului in intersectii si economisirea de resurse umane (agenti de politie) cu posibilitatea redestribuirii acestora in alte arii

6. Imbunatatirea gradului de confort atat pentru conducatorii auto, cat si pentru pietonii

7. Eliminarea blocajelor la orele de varf

8. O mai buna supraveghere a traficului/conditiilor de trafic prin intermediul unui centru de control

9. Detectarea ilegalitatilor prin intermediul dispozitivelor instalate in intersectii: trecere pe rosu, incalcarea limitelor legale de viteza, convorbiri mobile etc.

10. O analiza statistica riguroasa a conditiilor de trafic in functie de intervale orare, sezon, conditii meteorologice, diverse evenimente sau manifestatii

11. Distribuirea datelor in timp real soferilor in trafic petru o redirijare preemptiva a traficului si o mai buna incarcare/echilibrare a diferitelor trasee

12. Limitarea numarului de accidente rutiere si victime

13. Un prim pas catre crearea unui CCTV(Closed Circuit Television) local

14. O infrastructura moderna de dirijare a circulatiei auto/pietonale la standarde occidentale

Principalele dezavantaje ale folosirii unui sistem inteligent de semaforizare:

1. n primul rand un mare dezavantaj este costul unui astfel de proiect (pentru municipiul Bucuresti a ajuns la un pret de 18 milioane de euro - http

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"://

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"www

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html".

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"financiarul

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html".

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"com

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"/

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"articol

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"_3099/

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"controlul

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"-

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"inteligent

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"-

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"al

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"-

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"traficului

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"--18-

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"mil

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"--

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"euro

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html".

HYPERLINK "http://www.financiarul.com/articol_3099/controlul-inteligent-al-traficului--18-mil--euro.html"html). Pornind de la echipamentele necesare (camere de supraveghere, servere,terminale), respectiv costul deployment-ului pe infrastructura existenta si cumpararea efectiva a software-ului necesar(algortmii de fluidizare a traficului), totalul de plata poate fi descurajant

2. Necesitatea unei administrari/supravegheri periodice a unui astfel de sistem complex

3. Necesitatea unei securizari ridicate a unui astfel de sistem, ceea ce implica alte costuri suplimentare

4. Nu exista garantia unei colaborari cu firmele de transport in comun

5. Cresterea frecventeo accidentelor rear-end

6. Complicarea situatiei pentru un oras/municipiu cu tramvaie care nu introduce decat un alt factor in analiza acestei probleme complexe

Capitolul 4. Viitorul semafoarelor

Deja nu mai putem numi folosirea de led-uri (Light-Emitting Diode) ca fiind o inovaie, deja peste 50% din fostele elemente de semaforizare au fost nlocuite cu versiuni ecologice, ce consum mai puin i au o durat de via mai mare.

Partea de inovaie n acest domeniu se ocup pe ct posibil de mbuntirea elementelor active ce particip la acest proces. Este vorba de dou direcii importante: mbuntirea design-ului semafoarelor i concentrarea ateniei asupra acestora.

Semafoarele nu i-au schimbat aproape deloc design-ul de aprope 90 de ani, de la inventarea acestora n anii 20. Acest fapt este un clar indicator al reuitei conceptului de semafor, ns, datorit numrului tot mai mare de autoturisme care apar pe zi, circa 150.000 (conform statisticii Organizaiei Internaionale a Productorilor de Autoturisme din 2007), nevoia de mbuntiri devine evident.Sistemul de semaforizare automat implementat de Ford

Un pas spre viitor este fcut ce compania american Ford, care dup ce deja a uimit publicul cu sistemele integrate n ultimele modele de maini lansate pe pia, de exemplu Frnarea activ inteligent (un sistem ce utilizeaz un radar pentru a detecta i frna n funcie de distan fa de autovehicolul din fa), Asisten pentru pastrarea benzii (un sistem ce ajut oferul prin atenionri n momentul n care schimb banda de mers fra a semnaliza) i chiar Recunoatere Automat a semnelor de circulaie (recunoate i se adapteaz la semnele de circulaie detectate).

Compania a lansat n martie 2011 un comunicat de pres, n era descris urmtorul proiect la care lucreaz. Este vorba de un sistem bazat pe poziionarea GPS. Dotarea fiecarui autoturism cu un astfel de dispozitiv va permite semafoarelor ( n ideea crerii de sisteme independente ) s ia decizii n funcie de trafic. Dac de exemplu un autoturism se apropie cu vitez prea mare de o intersecie (date primite prin GPS), iar culoarea semaforului este roie, sistemul va determina ca respectivul autovehicul este un pericol pentru ceilali participani la trafic, aa c i va ateniona. Aici intervine sistemul propriu al autotorismelor ce primesc semnalul, care reacioneaz i atenioneaz conductorii auto de necesitatea de a frna. Dac acesta nu decelereaz destul de rapid, se vor amplifica avertismentele sonore din interiorul mainii i ntr-un caz final, chiar va frna pentru acesta.

Compania Siemens a nceput s lucreze recent la un proiect legat de sistemul de semaforizare. Acetia au creat un sistem de microsimulare, exact ca i targetul aceastei lucrri de licen, doar c 3D. Beneficiile unui asfel de sistem: simulri ieftine i rapide pentru diverse scenarii de test, o nelegere mai bun a conceptelor aplicate n traficul de zi cu zi, etc.

Astfel de aplicaii sunt absolut vitale pentru dezvoltarea i progresul mijloacelor de semaforizare, n special n zilele noastre, deoarece fluidizarea a devenit o necesitate, nu doar ceva util.

O alt direcie n acest sens a fost propus de designerul Hanyoung Lee. Acesta a creat aa numitul Perete Virtual, care este n principiu o barier laser, care afieaz persoae ce trec strada. Laserele sunt perfect sigure, puterea lor nefiind una prea mare, dar cel mai probabil sunt destul de puternice pentru a opri o main. Imaginile vorbesc de la sine:

2