1. Planteamiento del problema Teniendo en cuenta que las grandes ciudades del mundo cuentan con un ITS (Sistema Inteligente de Transporte) y en la ciudad de Bogotá DC una de las problemáticas a solucionar consiste en el manejo inteligente del tránsito en las cada una de las intersecciones que dentro de la actual red semafórica de la ciudad un ITS no es soportado por los controladores de tráfico instalados. Bogotá actualmente cuenta con tres centrales de control de tráfico que manejan seis zonas en las cuales se encuentran distribuidos 961 equipos de control de tráfico que comandan 1158 intersecciones semaforizadas. Este sistema existente presenta la necesidad de una actualización tecnológica eficiente que permita una integración de servicios para una óptima movilidad tales como centros de gestión de transito, sistemas caza infractores, reportes de movilidad, tráfico actuado, monitoreo de seguridad e integración de las entidades entre las más importantes, que permita a la cuidad evolucionar en el manejo de la movilidad y el tránsito hacia un sistema inteligente (ITS). Dadas estas condiciones el Grupo de Investigación en Tráfico Inteligente y Seguridad Ciudadana dentro de sus propósitos de investigación y desarrollo plantea un sistema de control de tráfico semaforizado que abra las puertas de una evolución hacia un ITS para la cuidad de Bogotá D. C., que se presenta como una alternativa que le permita a la cuidad y la industria colombiana presentar soluciones de alta calidad y confiabilidad. El desarrollo realizado debe ser probado en terreno y cumplir con la normatividad colombiana para intersecciones semaforizadas tanto para seguridad de señales como en confiabilidad de desempeño. La investigación realizada servirá como guía hacia la implementación de un ITS para la ciudad de Bogotá al igual que una perspectiva del mejoramiento en el desarrollo e investigación en sistemas inteligentes de tráfico en el país. Dentro de las investigaciones se han desarrollado equipos de control de semaforización, es el caso del diseño del Grupo de Investigación en Trafico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC) de la universidad Distrital Francisco José de Caldas que con su diseño LOKY ha logrado avances significativos en el tema de semaforización. De acuerdo a las anteriores consideraciones este proyecto pretende lograr las respuestas a los siguientes interrogantes: En qué medida el mejoramiento y desarrollo del equipo de control semafórico LOKY permite la integración a un ITS?, Habrá mejoras en las condiciones de manejo de tráfico en la ciudad de Bogotá D. C. en una tercera fase a nivel de hardware? 1
2. Justificación Con la elaboración de este proyecto se busca el mejoramiento y desarrollo de un sistema de control de tráfico existente que fortalezca los aspectos académicos y prácticos acerca de la semaforización electrónica. Esto puede influir de manera positiva en los siguientes aspectos: Social: Un SIT permitirá un manejo integral del trafico con lo cual se mejoraran los tiempos de desplazamiento, permitirá tener información actualizada del estado de tráfico en la ciudad y le dará la opción al ciudadano tomar la decisión de optar por las rutas menos congestionadas. Económica: El mejoramiento en los tiempos de desplazamiento por la ciudad tendrá como resultado una mayor productividad en cuanto el tiempo no se pierde en congestionamientos de tráfico y permitirá un ahorro en el consumo de combustibles, entre las más importantes. Académica: Desde el punto de vista de la academia el hecho que se desarrolle un equipo de control de tráfico permitirá generar el conocimiento necesario para que la investigación y el desarrollo tecnológico en el campo de la semaforización y el control de tráfico despierte el interés tanto de la academia como de la industria y de la posibilidad de implantar normatividad y estándares de calidad terminando con la hegemonía que han venido teniendo las multinacionales en el curso de las decisiones tecnológicas en el campo del control automático de tráfico. 2
3. Objetivos 3.1. General Actualizar y mejorar el Sistema de Control de Tráfico Loky v2 con marco en el proyecto de semaforización del Grupo de Investigación en Tráfico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC). 3.2. Específicos Reconocer las topologías de controladores de tráfico existentes, teniendo en cuenta el tipo de semáforos soportados el manejo de tiempos en ejecución de los planes de señales y de conectividad a un ITS. Reconocer las topologías industriales de control de procesos en tiempos fijos y variables con el fin de encontrar la más pertinente para el desarrollo de la investigación y posterior prototipo. Reconocer el sistema existente de control de tráfico LOKY y adaptarlo a las necesidades de la ciudad de Bogotá DC Proponer un sistema modular, de fácil mantenimiento, con acceso grafico a la información y que cumpla con la normatividad colombiana para semaforización electrónica de acuerdo al Manual de planeación y diseño para la administración del tránsito y transporte de la STT de Bogotá DC. 3
4. Alcances y limitaciones El mejoramiento y desarrollo de un sistema de control semafórico a partir de la ingeniería colombiana permitirá potenciar la investigación acerca de temas que ha sido legado a grandes empresas de control y automatización con lo cual tanto la academia como la industria colombiana encontrara en otros temas de investigación potencial de trabajo con los cuales a la fecha nos e consideraban competitivos. La investigación permitirá una mejor perspectiva en los temas relacionados con semaforización electrónica, por lo cual en un posterior proceso de actualización y mejoramiento de la red semafórica de la ciudad, el distrito estará preparado para estudiar más a fondo las necesidades tecnológicas a partir de la experiencia adquirida de acuerdo a la investigación y sus posteriores conclusiones. El desarrollo de sistemas de control electrónico usando tecnologías avanzadas, por ejemplo tecnología superficial de múltiples capas en los circuitos impresos, permitirá tener un punto de partida acerca de términos de calidad, presentación y avance tecnológico en la ingeniería colombiana en el campo de la investigación y posterior desarrollo de sistemas soportados sobre electrónica. El dispositivo de control de tráfico se construye de acuerdo con la normatividad colombiana existente en cuanto a sistemas de control semafórico, por tanto se tiene que tener en cuenta las reglas específicas que cumpla parámetros de confiabilidad, conectividad, seguridad de señales y desempeño. Una limitación importante es tener los proveedores adecuados tanto de componentes como de circuitos impresos para tener un producto final de alta calidad y competitividad, teniendo en cuenta que dentro de los alcances del mismo se encuentra la necesidad de manejar el componente de Hardware en tecnológica superficial. 4
5. Marco teórico La semaforización nace gracias a la necesidad de prestar seguridad y agilidad en el tráfico de las intersecciones, el hecho que exista un ente regulador de tráfico asegura que el manejo de la movilidad a nivel de intersecciones con un volumen significativo de trafico pueda ser controlado, al igual que se puede tener acceso a coordinaciones y manejo de corredores viales permitiendo bajar los tiempos de desplazamiento dentro de una localidad. De acuerdo al diccionario de la real academia de la lengua española la palabra "semáforo" es de origen griego. Viene de sema (señal) y phorus (llevar), es decir que un semáforo "lleva las señales. Dentro de una reseña histórica de su evolución cabe nombrar el primer controlador semafórico diseñado por el británico J.P. Knight quien en 1868 diseño un equipo mecánico basándose en los usados en los ferrocarriles el cual fue instalado el 10 de diciembre del mismo año en el Reino Unido, el primer semáforo eléctrico fue instalado en ciudad de Cleveland, Estados Unidos, el 4 de agosto de 1914. En Colombia la semaforización llego en la tercera década del siglo XX dentro de la red de las carreras decima y séptima en Bogotá, pero su verdadero avance se dio en la década del setenta. En 1972, Bogotá estaba semaforizada mediante equipos electromecánicos que se conocían como red blanca, ubicados en el centro de la intersección y los cuales se manejaban localmente. Desde 1990 la Empresa de Teléfonos asumió el manejo de la semaforización electrónica porque la red y la parte técnica eran complementarias con la red de teléfonos. Entonces se establecieron tres centros de control: en Muzú, Paloquemao y El Chicó. En 1991, mediante decreto 265, se creó la autoridad única de tránsito y le transfirió el programa a la Secretaría de Tránsito y Transporte. Luego se hizo el convenio interinstitucional entre la Alcaldía Mayor, las Secretarías de Tránsito y de Hacienda y la Empresa de Telecomunicaciones con el fin de asegurar el mantenimiento de los semáforos. Dentro de las tecnologías que convergen en la semaforización electrónica en el Distrito encontramos equipos tales como: 5.1. Equipo de Control de Tráfico Siemens GE/MP: Equipo apto para puntos de confluencia medianos y pequeños Data de mediados de la década del 70 (1975) 5
Programación por medio de una memoria matricial a ritmo de un segundo para la duración de las señales. La programación se lleva a cabo usando un impreso de diagnostico y por medio manual usando una técnica conocida como Colocación de tornillos a diodo Se interconecta con el CENTRO DE CONTROL DE TRAFICO mediante instrucciones usando el protocolo de comunicaciones BEFA8, el cual se basa en escalonamientos de corriente y de polaridades, haciendo uso de cuatro hilos de cobre, lo cual incluye identificación de fallo de conexión u obstrucción del canal. Maneja 1 programa de conexión, 1 programa de desconexión y 6 programas de señalización (como máximo). Este equipo recibe instrucciones de cambio de planes y de sincronización del CENTRO DE CONTROL DE TRAFICO pero no envía información de su estado o de fallos posibles. 5.2. Equipo de Control de Tráfico Siemens MR Es un equipo de quinta generación desarrollado especialmente para América Latina y lejano Oriente. Data de mediados de la década del 90 (1995). Este equipo ya es altamente digital, como unidad central de procesos un microcontrolador, contiene un archivo de eventos conocido como LOGBOOK, la programación se hace por medio de una terminal computarizada directamente sobre el equipo. Para interconexión con el centro de control maneja dos formas distintas de comunicación, Sistema SF el plan señalización corre dentro de una computadora central y envía pulsos de avance y sincronización a las UNIDADES DE CONTROL LOCAL MR, la UNIDADAD DE CONTROL LOCAL está alimentado por un set de instrucciones que junto con los pulsos enviados por la computadora central forman el programa ejecutado en la calle, este sistema usa los hilos de cobre necesarios de acuerdo al número de mensajes de falla tenidos en cuenta, se comunica con la central por medio de protocolo BEFA8,8X. Sistema SV este sistema requiere un procesamiento de los programas de señalización de manera local, es decir los programas de señalización se encuentran alojados dentro de la memoria de la UNIDADAD DE CONTROL LOCAL MR y su procesador está en la posibilidad de generar el programa ejecutado en 6
la calle, este tipo de funcionamiento requiere una alimentación remota a través de del protocolo de comunicaciones BEFA15. La UNIDADAD DE CONTROL LOCAL MR permite operaciones en grupo de hasta máximo 25 equipos donde un maestro controla los demás permitiendo manejo de trafico sincronizado, esta conexión se lleva a cabo por medio de pares de cobre. La conexión en grupo y la coordinación con la central de tráfico permite el manejo de olas verdes. Permite el manejo de hasta 8 planes estáticos alimentados en la memoria con un ciclo máximo de 255 seg. Gobernados por un reloj interno el cual puede ser sincronizado a través de un pulso enviado por la central. Permite el monitoreo de interconexión con la central de control, seguridad de rojos y verdes conflictivos. 5.3. Equipo de Control de Trafico Siemens Sitraffic C800V El Sitraffic C800v es un equipo adaptativo a las condiciones de cada intersección. De fácil manejo, mantenimiento y confiabilidad. Data de finales de la década del 90 (1999). Consta de una unidad central de proceso de 32 bits y la memoria puede expandirse hasta los 9 Mb, para asegurar la confiabilidad contra fallos maneja dos procesadores independientes, tiene comunicación periférica vía serial con diferentes dispositivos tales como equipos de monitoreo, equipos de programación y unidades de mando entre otros. Maneja un máximo de 48 grupos de señales por intersección semanforizada. Maneja interconexión con la central de tráfico usando protocolo BEFA 12/15/16 por medio de pares de cobre. Puede operar desde el centro de control SV, SF/EP, SF/SF; en modo local, en modo manual, en mando coordinado y en automático. Permite el monitoreo de interconexión con la central de control, seguridad de rojos, tiempo mínimo de verde y verdes conflictivos. 7
El recorrido de los planes de señalización se puede llevar a cabo con recurrencia de 1 o 2 segundos lo cual permite una optimización en el uso de la memoria de programa. La interconexión entre el CENTRO DE CONTROL DE TRAFICO y las UNIDADES DE CONTROL LOCAL se hace mediante el uso de pares telefónicos punto a punto, enlaces que tiene un estimado máximo de 10 Km. Actualmente la ciudad de Bogotá cuenta con tres centrales de control y monitoreo, 961 equipos para controlar un total de de 1158 intersecciones, los cuales son del proveedor SIEMENS distribuidos así (fuente planeamiento de tráfico Convenio interadministrativo 1438/09 entre la Secretaria Distrital de Movilidad- Universidad Distrital Francisco José de Caldas): Equipo de control de tráfico GE: 186 equipos Equipo de control de tráfico MP 8/16: 289 equipos Equipo de control de tráfico MR : 235 equipos Equipo de control de tráfico C800 V: 164 equipos Equipo de control de tráfico C800Vk: 87 equipos 6. Marco referencial SIT: SIT es la sigla de Sistema Inteligente de Transporte se trata de la integración entre las telecomunicaciones, los dispositivos de control de trafico, los sistemas de comunicación dando como dando como resultado la convergencia la información necesaria para tomar las decisiones de transito y transporte tanto a nivel gubernamental como la decisión de las rutas optimas de desplazamiento a nivel personal. En un ITS convergen tecnología e información, permitiendo desde un centro de gestión de tráfico y basado en los dispositivos de adquisición en los cuales se puede integrar estaciones meteorológicas, anemómetros, detectores de infrarrojos, análisis de imágenes y detectores vehiculares magnéticos, entre los más importantes para tomar las decisiones del manejo del tráfico. Igualmente permite llevar la información en tiempo real a los ciudadanos por medio de vallas luminosas, medios de comunicación, vía celular o por Internet. Semáforo: El semáforo es un dispositivo de señalización el cual se usa para la regulación del tránsito o circulación de automotores, peatones y cualquier tipo de vehículo en vías. Su función es asignar el derecho de paso por una intersección de manera secuencial y 8
segura. Normalmente está compuesto por tres señales luminosas de color para paso vehicular (rojo, amarillo y verde) y dos para el control peatonal (rojo y verde). Tiene alta influencia sobre el tráfico debido a que se considera una de las señales de precaución más importantes, son funciones principales son: Dar o interrumpir el paso de un flujo de transito. Regular la velocidad de un flujo. Controlar la circulación de un flujo de transito. Ordenar el transito. Evitar las colisiones. Controlador de tráfico: Es un equipo de control, normalmente electrónico, que permite el cambio secuencial y ordenado de la señalización vista en cada uno de los semáforos. Igualmente este tipo de equipos pueden coordinar el control de tráfico con otros controladores, interconectarse a una central de tráfico, recopilar información del estado de transito mediante sensores, proveer la seguridad de señalización evitando información conflictiva y reportar al centro de control las anomalías de funcionamiento. Planes de señales: Un plan de señales se contempla como la asignación de tiempos para la secuencia de señales presentadas en una intersección que sirven para regular el transito en una intersección semaforizada. El diseño de un plan de señales contempla seguridad de señales, flujos conflictivos, tiempos de espera mínimos, distribución de fases y trayectorias de tránsito entre las más importantes. 9
7. Metodología El proyecto en su elaboración requiere de las siguientes actividades para lograr los objetivos propuestos: 7.1. Reconocimiento del sistema de control de tráfico de la ciudad de Bogotá DC: Para reconocer las necesidades de la ciudad de Bogotá en el tema de control inteligente de tráfico es necesario tener una visión general del estado actual de la red semafórica. Lo anterior permitirá un panorama claro acerca de los alcances y limitaciones del mismo gracias a lo cual se puede generar un plan de trabajo de acuerdo a las necesidades del sistema. Dentro de esta etapa es necesario también reconocer los sistemas de control de tráfico de otras ciudades con el fin de tener referencia de los avances en el país en los temas de ITS aprendiendo de la experiencia de dichas ciudades y enmarcándolas dentro del contexto de un futuro ITS para la cuidad de Bogotá DC. 7.2. Recopilación de información acerca de normatividad sobre control de tráfico: La necesidad de recopilar bibliografía acerca de la normatividad existente permitirá que el sistema desarrollado cumpla con las exigencias de las autoridades reguladoras del tema de transito y transporte. Esta reglamentación se convertirá en las características básicas del sistema. 10
8. Bibliografía [1]República de Colombia, Ministerio de Transporte, Manual de Señalización Vial, Dispositivos para la regulación de tránsito en calles, carreteras y ciclorutas de Colombia, capitulo 7, Bogotá DC, mayo de 2004. [2]Alcaldía Mayor de Bogotá, D.C. Secretaría de Tránsito y Transporte, Manual de Planeación y Diseño para la Administración del Tránsito y el Transporte, Tomo I. Marco conceptual, capitulo 5, segunda edición, Bogotá DC, octubre de 2005. [3]Siemens, SITRAFFIC C800V, Guía de operación para el controlador C800V y detector LD4. [4] Siemens proyectos industriales, Bastidas Jairo, introducción a los equipos de control de tráfico, Ing. Klaus Banse, Equipo de control de tráfico MR, capacitación equipo de control MR, Bogotá DC. [4] Siemens proyectos industriales, Bastidas Jairo, introducción a los equipos de control de tráfico, Ing. Klaus Banse, Equipo de control de tráfico GE. [4] Siemens proyectos industriales, Bastidas Jairo, Equipo de control de tráfico MP, Bogotá DC. [5] Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Grupo de Investigación en Trafico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC), proyecto SCTRADA-SISC. [6] HERNÁNDEZ SAMPIERI ROBERTO, FERNÁNDEZ COLLADO CARLOS, BAPTISTA LUCIO PILAR. Metodología de la investigación. Cuarta edición, Mc-Graw Hill, México D.F., 2007. [7] www.siemensandina.com 11