Controlo Auto-Organizado
de Semáforos
Jaime Machado nº 30330
Introdução
A optimização do controlo de tráfego
através de semáforos é um problema
antigo
No entanto ainda não está totalmente
resolvido, apresentando algumas falhas
Oscilações auto-induzidas
Oscilações são padrões de organização
de fluxos que conflictem entre si
Exemplo: “Pedestrian Counter Flows”


Fluxo de peões através de uma porta (p.e.)
Pode-se observar que:
existem mudanças oscilatórias de direcção de
passagem
dão a ideia de que os fluxos de peões são
controlados por sinais de luzes (semáforos)
“Pedestrian Counter Flows”
Dois fluxos de peões diferentes, através de uma
intersecção
Estas oscilações são auto-organizadas ocorrendo devido
a uma diferença de “pressão” entre as “multidões em
espera” em cada um dos lados da intersecção
Objectivo
Transferência do princípio de controlo auto-organizado para o
tráfego de veículos
Definição das fases “verde” e “vermelho” através do seu
condicionamento pelas secções de estradas em espera para ser
servidas, dependendo:

Do tempo de espera dos veículos

Das filas de espera e seus tamanhos

De outros factores
Criação de um princípio de controlo auto-organizado, autónomo e
adaptável a cada situação de tráfego em cada local
Comportamento Colectivo em
Intersecções Vizinhas
Habitualmente os semáforos servem os veículos em
grupo
Em certos casos, este sistema aumenta a taxa de
passagem de veículos em intersecções singulares
No entanto, no caso de uma rede de estradas, o
problema é mais complexo


Intersecções vizinhas, têm que ser coordenadas
Grupos de veículos que se aproximam apanham luz verde nas
intersecções subsequentes
Comportamento Colectivo em
Intersecções Vizinhas
Comportamento Colectivo em
Intersecções Vizinhas
Nos 4 casos os veículos chegam com iguais taxas de
chegada ao semáforo 1, que opera periodicamente de
uma forma constante
O semáforo subsequente é operado de diferentes
modos:




(a) “Green Wave”  onde o tempo de ciclo e o tempo de offset
estão adaptados ao semáforo 1
(b) O tempo de ciclo é o mesmo, que no semáforo 1, mas a
mudança de vermelho para verde não é óptima
(c) O tempo de ciclo do semáforo 2 difere do tempo de ciclo do
semáforo 1
(d) O tempo em que está verde varia bastante, sendo que o
tempo médio é o mesmo
Exemplos
Filme 1:

Formação de ondas verdes através da coordenação de luzes de
tráfego vizinhas
Exemplos
As intersecções vizinhas tendem a ajustar o seu
ritmo


Permite que grandes áreas de uma rede de estradas
se sincronizem
Uma determinada direcção é servida ao longo da
rede, estabilizando uns momentos, sendo depois
tomada por outra direcção
Exemplos
Filme 2:

Intersecções assinaladas com rectângulos verdes se a direcção
servida é norte-sul ou vermelhos no caso contrário
Controlo Auto-Organizado de
Sinais
Particularidades interessantes desta estratégia autoorganizada e descentralizada:



Veículos que cheguem sozinhos têm sempre luz verde
Se uma secção de estrada não pode ser usada, a flexibilidade
do tráfego reorganiza-se por si própria
Uma avaria local de sensores ou elementos de controlo não
afecta o sistema global
Harmonização dos semáforos em larga escala



Feedback entre semáforos vizinhos com base no fluxo de
veículos
Sincronizar sinais para obter “Green Waves”
Basear o sistema de controlo na informação local, interacções
locais e processamento local
Diferenças
Diferenças para o controlo de tráfego convencional:




Fases verdes são determinadas pelo tamanho das filas actuais,
das esperadas e dos tempos de atraso
Se mais nenhum veículo precisa de ser servido, os tempos
verdes são terminados nessa direcção
A configuração por defeito corresponde ao “vermelho” o que
permite respostas rápidas ao tráfego que se aproxima
Não são usados planos de sinais pré-calculados ou prédeterminados, mas sim fases “verdes” e “vermelhas” autoorganizadas
Diferenças
Diferenças para o controlo de tráfego convencional:




Não existem tempos de ciclo fixos, nem ordens dadas de fases
verdes
Sugere-se um controlo local e distribuído, em vez de um centro
de controlo, sendo a informação recolhida por sensores, nos
nodos das redes
Peões podem ser tratados como “correntes” de tráfego
adicionais
Transportes públicos podem ter prioridade, sem destruir o ritmo
eficiente dos fluxos de veículos
Conclusão
Criação de um princípio de controlo auto-organizado,
autónomo e variável consoante o local numa rede de
estradas
Sistema de controlo localizado
Considerar mais do que o uso de “tempos verdes” prédeterminados e sua permutação
Abordagem de controlo muito mais barata de
implementar do que a tecnologia de sinais de trânsito de
hoje em dia