ES2350551A1 - Sistema y procedimiento de gestion de trafico. - Google Patents
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Abstract
Sistema y procedimiento de gestión de tráfico. El sistema objeto de la presente invención estima la densidad del tráfico de forma distribuida en diferentes puntos de una vía y proporciona información con antelación al conductor para evitar situaciones de riesgo. Dicho sistema permite una fácil integración en los elementos de protección y señalización vial existentes, constituyendo una alternativa más sencilla, de menor coste y mayor eficiencia que otras soluciones actuales conocidas basadas en cámaras operadores humanos o paneles de mensaje variable. Para ello, fundamentalmente se emplea una pluralidad de nodos distribuidos a lo largo de la vía, obteniendo cada uno de ellos una densidad local de tráfico correspondiente al área de la vía situada frente a dicho nodo. Además, el sistema es tolerante ante estimaciones locales poco fiables. Otro objeto de la invención es un procedimiento para estimar la densidad del tráfico a partir de una pluralidad de medidas locales.
Description
Sistema y procedimiento de gestión de
tráfico.
Un objeto de la presente invención es un sistema
que estima la densidad del tráfico de forma distribuida en
diferentes puntos de una vía y proporciona información con
antelación al conductor para evitar situaciones de riesgo.
Otro objeto de la invención es un procedimiento
para estimar la densidad del tráfico a partir de una pluralidad de
medidas locales.
En la actualidad son conocidos múltiples
sistemas para la gestión inteligente del tráfico. Un primer tipo de
sistemas requiere la instalación de dispositivos en los propios
vehículos. Por ejemplo, la solicitud europea EP 1489578 propone un
sistema de información aplicado al tráfico basado en una red de
sensores que integra elementos tanto en las carreteras como en los
vehículos, y que comprende además un centro de información que
recibe los datos, los procesa y los envía a los vehículos. La
solicitud JP 2008084003 describe un sistema de detección y
seguimiento de la densidad del tráfico basándose en el intercambio
de información entre vehículos.
Otro tipo de sistemas se apoyan exclusivamente
en sensores complejos situados en los márgenes de la vía. Se trata,
por ejemplo, de la solicitud US20040059503, que describe un sistema
para estimar la densidad del tráfico mediante sensores de
ultrasonidos ubicados en la parte superior de la entrada en un
túnel, y que tiene la finalidad de regular las señales que informan
de situaciones de tráfico excepcionales en el interior. También
JP2001155292 describe un sistema donde unos algoritmos de análisis
de imagen permiten que la información recogida por unas cámaras
sirva para evaluar unos parámetros que describen el estado del
tráfico.
Los inventores de la presente solicitud han
desarrollado un sistema autónomo, eficiente y robusto que permite
una fácil integración en los elementos de protección y señalización
vial existentes, constituyendo una alternativa más sencilla, de
menor coste y mayor eficiencia que otras soluciones actuales
conocidas basadas en cámaras, operadores humanos o paneles de
mensaje variable.
Para ello, fundamentalmente se emplea una
pluralidad de nodos distribuidos a lo largo de la vía, obteniendo
cada uno de ellos una densidad local de tráfico correspondiente al
área de la vía situada frente a dicho nodo. Además, el sistema es
tolerante ante estimaciones locales poco fiables, ya que la densidad
del tráfico en cada nodo es promediada espacialmente, como se
describirá con detalle más adelante en el presente documento. A
continuación, las densidades promedio obtenidas se propagan nodo a
nodo en el sentido opuesto a la marcha de los vehículos, de modo que
en un nodo cualquiera se recibe periódicamente información acerca de
la densidad promedio en al menos un nodo posterior según el sentido
de la marcha, lo cual permite emitir señales de aviso a los
conductores acerca del estado de la vía en tramos a los que aún no
han llegado. Adicionalmente, se pueden asignar estados a cada nodo
en función del valor de su densidad promedio, emitiéndose en ese
caso las señales de aviso en función del estado de al menos un nodo
posterior según el sentido de la marcha.
Una de las ventajas principales de este sistema
es que es muy robusto ante fallos técnicos: una avería en un nodo no
provoca la inutilización del sistema completo, ya que en ese caso el
nodo posterior al averiado pasaría enviar información directamente
al nodo anterior al averiado, como si el nodo averiado no
existiese.
En el presente documento, se denominarán
"nodos anteriores" con relación a un nodo dado a nodos situados
en el sentido opuesto de la marcha de los vehículos a lo largo de la
vía, mientras que "nodos posteriores" a uno dado serán nodos
situados en el sentido de la marcha de los vehículos a lo largo de
la vía.
Por tanto, un primer aspecto de la invención
describe un sistema de gestión de tráfico que comprende una
pluralidad de nodos dispuestos a lo largo de una vía, y donde cada
nodo a su vez comprende:
a) Un módulo sensorial, que comprende medios
para estimar el grado de ocupación de un área de la vía.
Los medios para estimar el grado de ocupación de
la vía, o densidad local, comprenden un sensor de presencia que
estima el grado de ocupación en el área de la vía situada frente a
dicho nodo. Existen diversas tecnologías para realizar esta medida
de manera activa, como sensores basados en ultrasonidos o en
infrarrojos, que analizan la interferencia de los vehículos con una
señal emitida por el sensor. También es posible utilizar
realizaciones basadas en sensores pasivos, como sensores que miden
las vibraciones de la vía al paso de los vehículos o micrófonos que
procesan él sonido de rodadura y motores de los vehículos, así como
cámaras o lazos de inducción. En cualquier caso, la densidad local
adoptará un valor entre un valor mínimo y un valor máximo, donde el
valor mínimo indica que la vía frente al nodo en cuestión no está
ocupada en absoluto y el valor máximo indica que la vía está
completamente ocupada. Normalizando los valores, el rango podría ser
entre 0 y 1.
\vskip1.000000\baselineskip
b) Un módulo de comunicaciones, que comprende
medios para enviar información a algunos nodos contiguos
anteriores.
El módulo de comunicaciones permite el envío de
información unidireccional con un alcance de algunos nodos en
sentido opuesto al de la marcha de los vehículos, ya sea mediante
cable o con tecnología inalámbrica. Dicho de otro modo, cada nodo
recibe información de los nodos posteriores, y a su vez envía
información a los nodos anteriores, produciéndose una propagación de
la información en el sentido opuesto de la marcha de los vehículos.
Esto permite promediar espacialmente las medidas obtenidas por los
sensores de un nodo concreto teniendo en cuenta las medidas de nodos
posteriores cercanos, y además propagar de un nodo a otro, en el
sentido contrario a la marcha de los vehículos, el estado de cada
nodo para anticipar la información en ruta al conductor. En este
documento, el término "algunos nodos" pretende hacer referencia
a un número limitado de nodos, preferentemente dos nodos, con el
objeto de que el sistema sea robusto a fallos en nodos concretos, ya
que la propagación de la información puede realizarse sin la
participación del nodo averiado y seguir funcionando normalmente, al
mismo tiempo que se mantiene un consumo de energía moderado.
Por ejemplo, el módulo de comunicación podría
implementar las normativas 802.11 (Wi-Fi), 802.3
(Ethernet, compatible con 802.11) o 802.15.4 (WPAN). Dentro de esta
última, Zigbee (Green Zigbee) es una tecnología de bajo consumo que
permitiría distancias entre nodos de hasta 75 m. En caso de una
distancia mayor puede realizarse con Wi-Fi. También
es posible utilizar Bluetooth 4.0 o protocolos propietarios.
\vskip1.000000\baselineskip
c) Un módulo procesador conectado al módulo
sensorial y al módulo de comunicaciones, configurado para obtener la
densidad promedio del tráfico en dicho nodo.
Este módulo puede ser de tipo SBC (Single Board
Computer), de tipo COM (Computer On Module) o bien SOM (System On
Module). Entre estos últimos se encuentran los SOC (System on Chip)
para sistemas integrados (en inglés embedded). Una realización de
tipo SOM podría estar basada en ARM (Advanced RISC Machine), una
plataforma para computación genérica de bajo consumo, o bien en
plataformas de tipo integrado, por ejemplo micros con tecnología AVR
enhanced RISO architecture programados con sistema operativo
TinyOS.
\vskip1.000000\baselineskip
d) Un módulo efector conectado al módulo
procesador, que comprende medios para señalizar situaciones de
riesgo a los usuarios de la vía.
El módulo efector genera la salida del sistema,
es decir, la señalización de situaciones de riesgo para el
conductor, principalmente el tráfico denso y las retenciones. Esta
información en-ruta puede transmitirse al conductor
de diversas maneras, principalmente mediante señales de tráfico
variables y al equipamiento de comunicaciones del vehículo. Según
una realización preferida de la invención, el módulo efector podría
ser un emisor de señales luminosas o acústicas. Por ejemplo, podría
tratarse de un LED que emita señales luminosas fijas o
intermitentes. También podría tratarse de un panel de mensaje
variable.
El sistema de gestión de tráfico puede estar
conectado a la red eléctrica y disponer de un sistema de
alimentación ininterrumpida (SAI) para asegurar un funcionamiento
robusto. Otra opción para conseguir la mayor autonomía posible
comprende el uso de al menos un módulo de alimentación. Por ejemplo,
podría utilizarse una placa solar con batería recargable para
alimentar un conjunto de nodos, o bien dotar a cada nodo de un
módulo de alimentación independiente. Por último, también se podrían
emplear baterías o pilas: una realización de muy bajo consumo podría
funcionar durante varios años con una pila tipo D.
Según un segundo aspecto de la invención, se
describe un procedimiento de gestión de tráfico mediante un sistema
que comprende una pluralidad de nodos dispuestos a lo largo de una
vía, comprendiendo el procedimiento las siguientes operaciones:
1) Estimar periódicamente en cada nodo el grado
de ocupación de la vía por medio de un sensor. Se denominará
"densidad local" al grado de ocupación de la vía en cada
nodo.
2) Promediar espacialmente la densidad local de
cada nodo teniendo en cuenta las densidades locales recibidas de
nodos posteriores, obteniéndose la densidad promedio de cada
nodo.
Esto se hace con el objeto de que si, debido a
una avería, un sensor genera densidades locales desproporcionadas
con relación al resto, esos valores se compensen. De acuerdo con una
realización preferida de la invención, el promedio espacial está
basado en una media móvil exponencial, dando así mayor relevancia a
las densidades locales de los nodos más cercanos, aunque a la vez
teniendo en cuenta densidades locales de los nodos lejanos.
Concretamente, la densidad promedio de un nodo se calcula según la
fórmula:
donde:
- d_{i+1}
- es la densidad local en el nodo i+1
- d_{i}
- es la densidad local en el nodo i posterior
- s_{i}
- es el grado de ocupación de la vía estimado por el sensor del nodo i
- \alpha
- es una constante entre 0 y 1 que determina el período de integración temporal de la medida
\vskip1.000000\baselineskip
Se utiliza el índice i para hacer
referencia a la secuencia espacial de nodos a lo largo de la vía.
Esta ecuación en diferencias realiza una media móvil exponencial de
los grados de ocupación de la vía estimados por el sensor de cada
nodo, y por su formulación da más importancia a las medidas
correspondientes a nodos posteriores más cerca-
nos.
nos.
\vskip1.000000\baselineskip
3) Propagar hacia atrás nodo a nodo las
densidades promedio de cada nodo.
A continuación, las densidades promedio
obtenidas en cada nodo se envían nodo a nodo en el sentido de la vía
opuesto al tráfico. De este modo, en cada nodo se obtiene
información relativa a la densidad de la vía en al menos un nodo
posterior Como ejemplo, suponiendo que la distancia entre nodos
fuese de 75 metros, la densidad promedio de cada nodo se podría
transmitir 20 nodos hacia atrás, de modo que cada nodo obtuviese
información acerca del estado de la vía en un nodo posterior situado
1500 metros más adelante. Como se ha mencionado, en caso de avería
en un nodo, la comunicación tendría la capacidad de saltarse ese
nodo y pasar al siguiente.
\vskip1.000000\baselineskip
4) Emitir en al menos un nodo señales de aviso
basadas en la densidad promedio recibida de al menos un nodo
posterior.
Estas señales de aviso pueden ser de tipo
luminoso, acústico, o bien paneles de mensaje variable, y avisan con
antelación a los conductores de problemas de circulación situados
más adelante según el sentido de la marcha.
Además, de acuerdo con otra realización
preferente, el procedimiento comprende asignar a cada nodo un estado
en función de su densidad promedio. Por ejemplo, los estados podrían
ser: "tráfico fluido", "tráfico denso" y
"retención". Así, la señal de aviso que emita cada nodo
será función del estado de al menos un nodo posterior. Un ejemplo
simple podría ser el caso en que cada nodo está dotado de un LED,
que se mantiene apagado siempre que el estado de nodos posteriores
sea de "tráfico fluido", está encendido de forma
intermitente cuando el estado de nodos posteriores es de
"tráfico denso", y está encendido de manera fija cuando
el estado de nodos posteriores es de "retención". Según
una realización preferente de la invención, los estados de cada nodo
se definen por umbralización, es decir, definiendo unas bandas
dentro del rango [0, 1] de la densidad promedio de cada nodo.
Además, aunque la invención descrita está
dirigida a un procedimiento, se entiende que dicho procedimiento es
susceptible de ser codificado como un programa de ordenador. El
programa puede tener la forma de código fuente, código objeto, una
fuente intermedia de código y código objeto (por ejemplo, en forma
parcialmente compilada), o en cualquier otra forma adecuada para la
puesta en práctica del procedimiento según la invención.
Además, dicho programa de ordenador puede estar
situado sobre o dentro de una portadora, siendo una portadora
cualquier entidad o dispositivo capaz de soportar el programa. La
portadora puede ser un medio de almacenamiento como una memoria ROM,
una memoria CD ROM o una memoria ROM de semiconductor, un soporte de
grabación magnética, por ejemplo, un disco flexible o un disco duro,
o un circuito electrónico. La portadora puede ser también una
portadora transmisible, por ejemplo, una señal eléctrica u óptica
que podría transportarse a través de cable eléctrico u óptico, por
radio o por cualesquiera otros medios. Cuando el programa está
incorporado en una señal que puede ser transportada directamente por
un cable u otro dispositivo o medio, la portadora puede estar
constituida por dicho cable u otro dispositivo o medio. La portadora
podría ser también un circuito integrado en el que está incluido el
programa, estando el circuito integrado adaptado para ejecutar, o
para ser utilizado en la ejecución de, los procesos
correspondientes.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 muestra un detalle de un tramo de una
vía dotado de varios nodos según la presente invención.
La Fig. 2 muestra gráficamente de un modo
esquemático el modo de funcionamiento del sistema de la
invención.
\newpage
Se describe a continuación un ejemplo de la
invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. En este
ejemplo, por simplicidad, cada nodo está configurado para enviar
información únicamente al nodo anterior, aunque según se ha descrito
anteriormente sería posible implementar el sistema para que el envío
de información tenga un alcance de dos o más nodos anteriores.
La Fig. 1 muestra tres nodos
(N^{k-1}, N^{k}, N^{k+1}) consecutivos
de un tramo de la vía Aunque no se muestra en las figuras, cada uno
de los nodos está formado por un módulo sensorial, un módulo de
comunicaciones, un módulo procesador y un módulo efector. El módulo
sensorial de cada uno de los nodos estima periódicamente el grado de
ocupación de la zona de vía situada frente a él, que se ha
representado en las figuras mediante un sombreado en forma de haz,
realizando el módulo de procesamiento los cálculos necesarios para
promediar en el espacio los valores obtenidos por el módulo
sensorial Se consigue así minimizar el impacto de posibles errores
causados por mal funcionamiento de sensores particulares.
A continuación, se calcula el estado de cada
nodo. En este ejemplo se considera que una densidad promedio de
entre [0-0,6) corresponde a "Tráfico
fluido", una densidad promedio de entre
[0,6-0,9) corresponde a "Tráfico denso",
y una densidad promedio de entre [0,9-1,0]
corresponde a "Retención". Nótese que el cálculo del
estado se puede llevar a cabo localmente en cada nodo, propagándose
a continuación hacia atrás únicamente los estados de los nodos, o
bien se puede propagar directamente la densidad promedio de los
nodos, determinándose el estado correspondiente a cada nodo en el
nodo de destino.
La Fig. 2, suponiendo que la distancia entre
nodos es de 75 m, muestra dos tramos de vía separados 1,5 km, siendo
el estado de los dos nodos N^{M} y
N^{M-1} de "Retención". Según
el procedimiento de este ejemplo, el estado del nodo N^{M}
se propaga hacia atrás 20 nodos, de modo que el nodo
N^{M-20} recibe la información de que el
nodo N^{M} tiene un estado de "Retención". El
nodo N^{M-20} puede entonces señalizar la
retención en el nodo N^{M} mediante un LED o un panel de
mensaje variable.
Claims (17)
1. Sistema de gestión de tráfico
caracterizado porque comprende una pluralidad de nodos
dispuestos a lo largo de una vía, donde cada nodo comprende:
- -
- un módulo sensorial, que comprende medios para estimar el grado de ocupación de un área de la vía;
- -
- un módulo de comunicaciones, que comprende medios para enviar información a algunos nodos contiguos anteriores;
- -
- un módulo procesador conectado al módulo sensorial y al módulo del comunicaciones, configurado para obtener la densidad promedio del tráfico en dicho nodo; y
- -
- un módulo efector conectado al módulo procesador, que comprende medios para señalizar situaciones de riesgo a los usuarios de la vía.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de gestión de tráfico según la
reivindicación 1, donde los medios para determinar el grado de
ocupación de un área de la vía se eligen de la siguiente lista
sensores basados en ultrasonidos, sensores basados en infrarrojos,
sensores de vibraciones, micrófonos, cámaras de vídeo y lazos de
inducción.
3. Sistema de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios para
intercambiar información se eligen de la siguiente lista:
Wi-Fi, Ethernet, WPAN, Zigbee, Green ZigBee,
Bluetooth 4.0 y protocolos propietarios.
4. Sistema de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el módulo
procesador se elige de la siguiente lista: un SBC de tipo COM o un
SBC de tipo SOM.
5. Sistema de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el módulo
efector comprende un emisor de señales luminosas o acústicas.
6. Sistema de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además
un módulo de alimentación.
7. Sistema de gestión de tráfico según la
reivindicación 6, donde el módulo de alimentación comprende una
placa solar.
8. Procedimiento de gestión de tráfico mediante
un sistema que comprende una pluralidad de nodos dispuestos a lo
largo de una vía, que comprende las siguientes, operaciones:
- -
- estimar periódicamente en cada nodo el grado de ocupación de la vía por medio de un sensor, obteniéndose la densidad local de cada nodo;
- -
- promediar espacialmente la densidad local de cada nodo teniendo en cuenta las densidades locales de nodos posteriores, obteniéndose la densidad promedio de cada nodo;
- -
- propagar hacia atrás nodo a nodo las densidades promedio de cada nodo; y
- -
- emitir en al menos un nodo señales de aviso basándose en la densidad promedio recibida de al menos un nodo posterior.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Procedimiento de gestión de tráfico según la
reivindicación 8, donde el promediado espacial comprende realizar
una media móvil exponencial de la densidad local de cada nodo
teniendo en cuenta las de nodos posteriores.
10. Procedimiento de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones 8-9, donde las
señales de aviso se eligen entre luminosas, sonoras o mediante un
panel de mensaje variable.
11. Procedimiento de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones 8- 10, que además comprende
asignar a cada nodo un estado en función de su densidad
promedio.
12. Procedimiento de gestión de tráfico según la
reivindicación 11, que además comprende emitir desde un nodo señales
de aviso en función del estado de al menos un nodo posterior.
13. Procedimiento de gestión de tráfico según
cualquiera de las reivindicaciones 11-12, donde los
estados posibles son: tráfico fluido, tráfico denso y retención.
14. Procedimiento de gestión de tráfico según la
reivindicación 13, donde una señal luminosa apagada corresponde a
tráfico fluido en al menos un nodo posterior intermitente a tráfico
denso en al menos un nodo posterior y fija a retención en al menos
un nodo posterior.
15. Programa de ordenador que comprende
instrucciones del programa para hacer que un ordenador lleve a la
práctica el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8
a 14.
16. Programa de ordenador según la
reivindicación 15, incorporado en medios de almacenamiento.
17. Programa de ordenador según la
reivindicación 15, soportado en una señal portadora.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES201001045A ES2350551B2 (es) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Sistema y procedimiento de gestion de trafico. |
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| ES2350551A1 true ES2350551A1 (es) | 2011-01-25 |
| ES2350551B2 ES2350551B2 (es) | 2012-06-22 |
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| ES201001045A Active ES2350551B2 (es) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Sistema y procedimiento de gestion de trafico. |
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