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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?
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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.
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3. Objetivos
3.1.
General
Actualizar y mejorar el Sistema de Control de Tráfico 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.
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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.
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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)
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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
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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.
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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
5.4. El equipo de control de tráfico LOKY V2
El equipo de control de tráfico LOKY V2 fue desarrollado por el Grupo de
Investigación en Trafico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC) de la
universidad Distrital Francisco José de Caldas. Presenta las siguientes
características:
El diseño del equipo de control es totalmente modular y cumple con la
funcionalidad NEMA TS2.
La etapa de potencia está equipada para el manejo de dos grupos
vehiculares o peatonales con seis salidas que soportan de 50w a 240V,
posee microcontrolador y sensores de consumo que se encargan de el
conteo de lámparas a cargo por cada salida y la verificación de las mismas,
su firmware está elaborado de tal manera que evita conflictos de acuerdo
con la estructura dada en la intersección a controlar, poderosa interfaz de
comunicación bajo el protocolo RS485 programable y parametrizable.
La interfaz de comunicación entre la computadora y las tarjetas de
potencia, administra el tráfico de datos haciendo esta tarea segura frente a
las pérdidas de información.
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La CPU o computadora principal ofrece la posibilidad de conexión a través
de tres puertos USB, dos puertos seriales RS232, Ethernet base 10/100 T,
reloj en tiempo real cristal de 300 mhz, poderosa entrada para cuatro
puertos seriales adicionales o el tipo de puerto que se desee configurar
desde software, Slot para inserción Memoria flash 4 Gb, disco duro estado
sólido de 512 Mb, memoria RAM de 128Mb, apto para ambientes rudos en
cuanto a polución , vibración y condiciones climáticas de frio o calor.
Tiene capacidad para manejar 1000 fases por grupo en un mismo plan de
señales, y cada intersección pude tener hasta 100 planes de señales
programables con 100 días especiales.
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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
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:
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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.
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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.
7.3. Reconocimiento del controlador de tráfico LOKY:
En esta etapa es necesario llevar a cabo un estudio del sistema existente LOKY con el
fin de conocer sus fortalezas y analizar frente a las necesidades de la ciudad de Bogotá
DC los desarrollos y las mejoras que necesita. Esta etapa es la base principal de la
investigación ya que el sistema de control de tráfico inteligente LOKY es el sistema que
será mejorado y adaptado de acuerdo a la normatividad de la Secretaria Distrital de
Movilidad en semaforización.
7.4. Diseño de las mejoras equipo de control de tráfico:
Se mejorara el equipo de control de tráfico que contara con dos grandes elementos
tecnológicos, un componente de Software el cual tendrá como tarea la coordinación y
ejecución de los planes de señales, el control y monitoreo de todas las variables del
equipo, igualmente tendrá como tarea la interconexión con central y el manejo de la
información en general. Un segundo elemento de Hardware el cual se encargara de
ejecutar las órdenes de control y la toma de variables del sistema, igualmente
manejara la primera línea de seguridad de señales.
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7.5. Implementación de las mejoras equipo de control de tráfico:
En esta etapa se implementara el sistema tanto a nivel de Hardware como de Software
usando tecnología de montaje superficial para el componente de Hardware,
igualmente se le realizaran las pruebas preliminares al sistema teniendo en cuenta
variables como confiabilidad, manejo de corriente, calibración de sensores y bus de
comunicaciones interno.
7.6. Pruebas de laboratorio
El equipo será sometido a pruebas de funcionamiento en condiciones de laboratorio
entre las cuales se encuentre carga del plan de señales, planes de conexión y
desconexión, seguridad de señales y comportamiento con diferentes tecnologías de
luminarias. Para esta etapa se montara en laboratorio una intersección vehicular de
mínimo cuatro grupos y se monitoreara su comportamiento.
7.7. Presentación del equipo de control de tráfico ante la Secretaria Distrital de
Movilidad:
En esta etapa el equipo ya probado será presentado ante las entidades relacionadas
con el control de tráfico para su análisis y aprobación con el fin de poderlo instalar en
una intersección de pruebas en la ciudad de Bogotá DC, entre las pruebas que tiene
que ser presentadas están:
Manejo del planeamiento de tráfico.
Planes de conexión y desconexión.
Seguimiento de tiempos de ejecución del planeamiento y sincronismos.
Seguridad de señales por ausencia de rojos.
Seguridad de señales por verdes conflictivos.
Presentación de la información (planes de señales, estado de las luminarias,
tipo de luminarias, matriz de conflictos).
7.8. Instalación y pruebas del equipo de control de tráfico:
Una vez el equipo sea aprobado se instalara en una intersección que defina la
Secretaría Distrital de Movilidad durante un mes monitoreando el desempeño del
mismo.
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8. Cronograma
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9. 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
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