CAPITULO 3.

Modelacin de Trfico Urbano Mediante Aplicaciones

Informticas y Agentes Inteligentes

3.1.Introduccin

A continuacin se describe de manera concisa, la base matemtica necesaria para

entender la simulacin de trfico urbano, de tal manera que sea sencillo para una persona

poder comprender los parmetros importantes para realizar un estudio de trfico

vehicular, as como tambin conocer e interpretar los resultados que arrojan los modelos

matemticos. Tambin se realiza una revisin del funcionamiento del Software libre

SUMO, el mismo, que nos permite realizar simulaciones precisas del comportamiento

del trfico urbano en una zona especfica. Los resultados de las simulaciones nos

permiten desarrollar sistemas integrados de control de trfico o simplemente realizar una

correcta sincronizacin de semforos en una zona. Tomando en cuenta la cantidad de

software existente para este fin, el software SUMO presenta la ventaja de ser libre.

Antes de nada es importante puntualizar el concepto, as como la importancia de la

modelacin de un sistema de trfico mediante software. La modelacin no es ms que la

obtencin de resultados, fruto de un proceso, previamente definido con parmetros,

restricciones y condiciones, que responden de forma aproximada a resultados reales, con

las ventajas y desventajas propias de un mtodo terico.

As mismo, se puede destacar que la principal ventaja de la modelacin es la de entregar

un resultado bastante aproximado al real, esto permite optimizar recursos y tiempo,

adems de servir como herramienta fundamental en la planificacin de cualquier

proyecto.

Pero la modelacin que va a ser analizada, no responde a sistemas predefinidos con

arreglos matemticos, como suele suceder en la mayora de casos, la modelacin

propuesta busca responder a un comportamiento humano, basado en la utilizacin de

agentes inteligentes, que interpretaran y responden a las seales y problemas en el

trnsito, de manera muy similar a como un humano respondera, incluyendo velocidad

mxima, habilidad de conduccin y otros factores que manejan el accionar comn de las

personas frente a un volante de un vehculo.

3.2.Agentes inteligentes para simulacin de trnsito

Considerando a un agente inteligente como un ente virtual, que esta sujeto a leyes y

condiciones que l deber reconocer y respetar, teniendo en cuenta reglas que deben ser

respetadas y otras que bien pueden ser rotas, enmarcado en estos condicionantes el

agente inteligente deber comportarse como lo hara un conductor manejando un cierto

tipo de vehculo.

A continuacin se presentar la aplicacin de un agente inteligente para la simulacin de

trnsito, en si el agente representar un conductor que conduce un vehculo, para ello

hay que tomar en cuenta restricciones, condiciones internas y condiciones externas

descritas a continuacin.

3.2.1. Restricciones fsicas

Como restricciones fsicas se pueden generalizar, todas las restricciones que el mundo

real tiene, tal como largo y ancho del vehculo, imposibilidad de que dos vehculos

ocupen el mismo espacio, capacidad de desplazamiento en un solo plano, circulacin

nica por calles, avenidas y lugares destinados para ello, etc. Las restricciones fsicas no

pueden ser rotas bajo ninguna condicin.

3.2.2. Restricciones internas

Como restricciones internas se pueden definir, a todas aquellas condiciones que regulan

el comportamiento del conductor, tal como habilidad de conduccin, velocidad mxima

de manejo, respeto a los otros conductores, respeto a las seales de trnsito, etc.

3.2.3. Restricciones externas

En este caso se pueden tomar a todas las condiciones de circulacin que rigen el sistema

vial en estudio, tal como lo son; la distancia mnima de acercamiento entre vehculos, la

restriccin de viajar nicamente por carriles asignados, o cualquier condicin que el

sistema en s imponga.

Para clarificar esto a continuacin se muestra un grfico que engloba las condiciones y

restricciones del agente inteligente para simulacin vehicular en forma general.

Imagen 3.1. (a) Restricciones fsicas.

Imagen 3.1. (b) Restricciones internas y externas.

3.3. Aplicaciones para la modelacin de trfico Urbano

3.3.1. TransModeler

TransModeler es un potente y verstil paquete de simulacin, aplicable a una amplia

gama de tareas de planeamiento y modelamiento de trfico, desarrollado por la empresa

CORSIM, lder mundial en desarrollo de software de modelacin. TransModeler puede

simular toda clase de redes de viales, desde autopistas hasta calles de los centros de las

ciudades, y puede analizar redes multimodales de reas extensas con gran detalle y

fidelidad.

TransModeler incorpora ruteo dinmico de viajes basado en tiempos de viajes histricos

o simulados. Igualmente esta en capacidad de incorporar viajes pre especificados o

movimientos de giro en intersecciones. Simula transporte pblico as como trfico de

automviles y camiones y maneja un amplio espectro de ITS (Sistemas de transporte

inteligente) como por ejemplo, recoleccin electrnica de peajes, guiado en ruta, y

detectores de trfico. TransModeler trabaja con software de pronstico de demanda de

viajes para suministrar una capacidad integrada para ejecutar anlisis operacional de

proyectos y planes de transporte. Estos resultados de las simulaciones de trfico pueden

ser empleados para retroalimentar pronsticos de demanda de viajes.

Se puede destacar la incorporacin de imgenes satelitales, que permiten mostrar

resultados fciles de entender para personas no familiarizadas con un sistema de

modelacin, como suele suceder en mandos altos.

Como caractersticas principales de TransModeler se pueden destacar

Importar datos de simulacin de Corsim y TrafficWare.

Manejar una variedad de archivos de entrada para escenarios mltiples.

Compartir bases de datos de proyectos, planes semafricos y otros datos de

entrada entre mltiples proyectos.

Exportar sub-reas de redes extensas para simular la operacin de trfico a una

escala menor.

Comparar los resultados de corridas de simulacin mltiples

Generar reportes bien presentados, as como mapas y grficos para se incluidos

en reportes y presentaciones.

Imagen 3.2. Software TransModeler

3.3.2. SimTraffic

La empresa TrafficWare desarrolla uno de los mejores sistemas de simulacin en cuanto

a facilidad de uso hace referencia, este software cuenta con una completa suite de trabajo

que incluyen herramientas independientes que buscan dar solucin sencilla a un

problema complejo, dividiendo el proceso en mltiples etapas.

Synchro, es la primera herramienta, que permite construir el sistema fsico sobre el cual

se realizar la modelacin, es decir, en este se definen las calles, su ubicacin, ancho,

sealizacin y semforos, as como prioridad de calles y pasos peatonales, esto facilita

de gran manera el proceso de construccin del modelo, ya que se basa en un modelo de

arrastrar y soltar.

SimTraffic es el simulador en s, una vez que se ha obtenido el mapa en donde se

desarrollar la modelacin desde Synchro, se procede a la modelacin, desde aqu se

puede definir volumen de trnsito, flujo y habilidades de manejo de los conductores.

Imagen 3.3. Herramienta SimTraffic

Warrants es un complemento de resultados estadsticos, que entrega de forma detallada

la mayora de parmetros que son sujetos de anlisis estadsticos.

3D viewer, es un complemento que permite revisar la modelacin desde cualquier

ngulo inclusive desde un vehculo dentro de la modelacin.

Como caractersticas principales de TransModeler se pueden destacar

Pantalla de detector de colocacin

Un click para la visualizacin 3D

Definicin de ancho de calles

Astucia de conduccin

Sealizacin adicional

Estimacin de consumo de combustible

Facilidad de navegacin en la simulacin

Generar informes de un solo cruce o una zona

Estadsticas de flujo

Porcentaje de volumen simulado

Densidad y ocupacin de informe

Informe detallado de carril o de movimiento

Imagen 3.4. Herramienta 3D viewer

3.4. Proyecto SUMO

El software a utilizar basa su funcionamiento en un simulador microscpico de trfico

vehicular, por el momento nicamente ejecuta simulacin microscpica, es decir analiza

el comportamiento vehicular en su interaccin con vehculos que inmediatamente le

suceden o le preceden, sin embargo con los datos obtenidos se puede hacer un anlisis

macro que involucra los resultados de un grupo de vehculos y su comportamiento como

bloque dentro de las calles y ciudades.

Como fuentes de datos en este software se utiliza archivos XML que contienen

informacin especfica de nodos calles o simulaciones y que son en si la base de la

simulacin.

3.4.1. Nodos (archivos Nod)

El primer archivo fuente es aquel en donde se definen los nodos o intersecciones, este

archivo contendr todas las uniones de calles que sean necesarias al momento de la

simulacin. El archivo lleva la siguiente sintaxis:

id: esta propiedad requiere de una cadena nica que identificara al nodo en el

programa

x: define la posicin exacta en un plano cartesiano con origen en x=0

y: define la posicin exacta en un plano cartesiano con origen en y=0

type: nos determina el tipo de interseccin pudiendo ser priority o traffic_light

priority: Es una interseccin en la que el vehiculo con mas derecho a circular es el

que venga por la calle de mayor prioridad (revisar Archivos Edge)

traffic_light: Se define como una interseccin con semforos.

Estos archivos necesariamente deben contener la extensin .nod.xml

3.4.2. Calles (archivos Edge)

En este archivo se definen en si las calles en base a uniones de los nodos y otros

parmetros que en la sintaxis se analiza.

Una caracterstica importante es que en SUMO las calles pueden ser nicamente

unidireccionales, por lo que si se desea simular una calle de doble va habr que definir

dos calles una en un sentido y otra en sentido contrario

id: Esta propiedad requiere de una cadena nica que identificara a la calle en el

programa

fromnode: Define el nodo inicial

tonode: Define el nodo de destino

priority: Especifica la importancia de la calle en un rango de 1 a 255 donde 255 es

lo mas importante

nolanes: Define el numero de carriles que tiene la calle

speed: Determina la velocidad mxima de circulacin vehicular para la

simulacin en m/s

Estos archivos necesariamente deben contener la extensin .edg.xml

3.4.3. Mapa (archivos Net)

Una vez que tenemos definidas calles y nodos el siguiente paso es la construccin de la

red para ello se acude a los archivos de compilacin de red de SUMO, especficamente

se debe utilizar el netconverter.exe, esto se debe ejecutar en la lnea de comando (DOS)

con la siguiente instruccin:

netconvert --xml-node-files=archivo.nod.xml --xml-edge-files=archivo.edg.xml -

-output-file=archivo.net.xml

Como resultado de esto se tendr un archivo XML que contendr informacin acerca del

escenario sobre el cual se va a simular

3.4.4. Rutas (archivos Rou)

La definicin de rutas se las hace una a una, si bien esto es muy largo de realizar, se

pueden hacer puntualizaciones ms exactas y tener mejores resultados en la simulacin.

Para la realizacin a mano de este archivo se sigue la siguiente sintaxis:

beg middle end rend

La definicin de archivo se lo hace con la cadena . El primer paso es definir el

tipo de vehiculo para lo cual tenemos:

id: Esta propiedad requiere de una cadena nica que identificara al tipo de

vehiculo en el programa

accel: Define la aceleracin de arranque del vehiculo en

decel: Define la desaceleracin de frenado del vehculo en

sigma: Especifica la habilidad del conductor 0 la mxima y 1 la mnima

length: Define la longitud del vehiculo en metros

maxspeed: Determina la velocidad mxima que alcanza el vehiculo en m/s

color: opcional, Define el color del vehiculo en un formato RGB

El siguiente paso es definir todas y cada una de las rutas que se deseen manejar

nodo1_a_nodo2 nodo2_a_nodo3

id: Esta propiedad requiere de una cadena nica que identificara a la ruta en el

programa

color: opcional, Define el color del vehiculo en un formato RGB, que circulara por esta

ruta

2/ sm

2/ sm

nodo1_a_nodo2 nodo2_a_nodo3

La anterior cadena nos determina los nodos por los que los vehculos debern ir pasando

a lo largo de la ruta

Finalmente hay que definir a los vehculos que circularan por las rutas anteriormente

establecidas.

id: Esta propiedad requiere de una cadena nica que identificara al vehiculo

en el programa

type: Define el tipo de vehiculo, hay que ingresar el id del vtype que deseemos

route: Define la ruta que seguir en la simulacin.

depart: Especifica si debe esperar un tiempo antes de salir a la simulacin.

period: opcional Define cada cuantas interacciones sale un nuevo vehiculo

repno: opcional Nmero de vehculos que salen por simulacin

color: opcional, Define el color del vehiculo en un formato RGB

3.4.5. Configuracin (archivos Sumo)

En este archivo hay que localizar tres tipos de archivo con la siguiente sintaxis

archivo.net.xml

archivo.rou.xml

archivo.add.xml

0

10000

3.4.6. Simulacin

El primer paso es abrir el GUISIM y en el men superior escoger la opcin de Open

Simulation, desde aqu deberemos buscar el archivo de configuracin y cargarlo, e

inmediatamente aparecer en nuestra pantalla el mapa en donde ser realizada la

simulacin.

Imagen 3.5. Software SUMO

El siguiente paso es ejecutar la simulacin, solo hay que dar clic en el botn play del

programa y obtendremos los resultados de rutas y vehculos

.

Imagen 3.6. Software SUMO trabajando

En donde se puede observar grficamente el movimiento vehicular y los resultados de

nuestra simulacin.Para analizar datos especficos sobre un vehiculo es necesario dar

clic derecho sobre el vehiculo que se desea estudiar y dar clic en show parameters para

poder observar los parmetros bajo los cuales se desenvuelve el vehiculo.

Imagen 3.7. Tabla de resultados SUMO

Aqu se pueden observar los parmetros que el vehiculo maneja, incluso podemos

visualizar en una lnea de tiempo resultados, para ello hay que dar clic derecho sobre

cualquier parmetro y seleccionar open in new tracker, como resultado tendremos:

Imagen 3.8. Ventana de curva de resultados SUMO

En donde se puede observar caractersticas como el tiempo de espera, y sus variaciones a

lo largo del tiempo

3.4.7. Caractersticas Adicionales:

Cambio de tiempo en semforos

Cuando definimos en el archivo node, alguno punto de tipo traffic_ligth, en el archivo

net se crea una secuencia de comandos que nos indica el tiempo de cada una de las luces

del semforo, pudiendo ser modificadas a nuestro antojo.

Para ello debemos buscar en el archivo net lo siguiente

0

0

8

0

El cambio de los tiempos de semforo estn determinador por la sentencia , en donde la clave duration es la que lleva el nmero de iteraciones en

las que estar cada luz del demforo encendido.

3.5. Restricciones del uso de aplicaciones informticas

El propsito de este documento es mostrar las ventajas del uso de una modelacin a

travs de un software en un computador, sin embargo al ser una modelacin esta est

sujeta a algunas restricciones de uso, que limitarn los resultados por ser fruto de un

modelo idealizado, as mismo se realiza un anlisis comparativo de software con licencia

comercial, frente a la aplicacin libre analizada SUMO

3.5.1. Restricciones tcnicas

Se definen como restricciones tcnicas a todos aquellos factores que influyen en datos de

entrada, procesamiento o salida, para desviar los datos entregados por el modelo de

resultados reales.

Como primera restriccin se puede considerar, el muestreo de datos del caso a ser

evaluado, este puede deberse a errores de tipeo y concentracin en el momento del

conteo vehicular, esto en el caso de mediciones manuales, es decir a todos los errores

propios de un muestreo realizado por un ser humano, tanto en consideracin de tiempos

as como contrastacin entre algunos observadores, en el caso de manejar un sistema de

medicin automtico, los errores pueden presentarse por casualidades propias de

cualquier sistema dinmico como lo es el trnsito vehicular, esto se puede observar

claramente en situaciones anormales, como ejemplo se puede enunciar la formacin de

un tercer carril en calles cuya capacidad esta definida para nicamente dos carriles, o en

el caso de un paso de caravanas ocasionales que pueden desviar los resultados de forma

considerable, y que el sistema automtico considerar como un muestreo regular, para

disminuir el impacto de este tipo de errores es recomendable manejar los dos sistemas de

medicin tanto manual como automtico, para despus realizar una contrastacin de

resultados y as obtener una aproximacin mas real.

Otra restriccin importante es el nmero de comportamientos que la modelacin

utilizar, en general el mejor sistema de modelacin actual, considera en promedio 50

tipos de comportamiento, con las respectivos cambios aleatorios de comportamiento que

pueden alcanzar un valor de diez veces los modelos de reaccin definidos, esto resulta

en un valor poco real del conjunto de reacciones propias del ser humano, al considerar

que nunca dos personas van a responder de manera similar en un tiempo consecutivo,

esto debido a diversos factores imposibles de modelar, tales como estrs, miedo o

ansiedad, problemas muy comunes soportados por los actores de un sistema vehicular, y

que determinan que en un ambiente totalmente real, cada conductor responda de manera

totalmente distinta frente a un mismo desafo.

Considerando al sistema de trnsito como un fenmeno continuo, al realizar el muestreo

de datos, se est convirtiendo al sistema continuo en discreto, razn por la cual,

depender de forma inversamente proporcional el error a la frecuencia de muestreo, y

nuevamente llevando a la exactitud de los resultados a ser producto de la eficiencia de

las mediciones, tanto manuales como automticas.

Siempre ser un modelo terico, mismo que nunca podr ser de igual exactitud que el

resultado real, por todas las razones anteriormente descritas.

3.5.2. Restricciones del software

SUMO es una herramienta libre, y presenta cierta cantidad de restricciones frente a

aplicaciones comerciales, que superponen la facilidad de manejo frente a la eficiencia de

trabajo.

Como primer punto de referencia es la construccin propia del modelo, en SUMO la

construccin de todo el modelo se lo realiza de forma manual, es decir, todos los datos,

configuraciones y restricciones de la simulacin son ingresadas va palabras de

configuracin, esto puede limitar la facilidad y el tiempo de anlisis.

Las aplicaciones comerciales, disponen de un sinnmero de asistencias que facilitan la

construccin del modelo, esto limita la capacidad de concentrarse en el modelo, debido a

que adicionalmente al requerimiento de atencin de la construccin del modelo, se debe

prestar atencin a todos los factores que SUMO no corrige de forma automtica, tales

como construccin de intersecciones, determinacin autnoma de tiempos de semforos

entre otros, acciones que un sistema de evaluacin comercial lo realiza de forma

habitual, sin necesidad de acciones adicionales.

Una de las restricciones ms notorias es la presentacin grfica de los resultados,

sistemas comerciales, entregarn los resultados de forma bastante amigable, con la

inclusin inclusive de fotografas satelitales que permiten ver exactamente el resultado

sobre el modelo en el que se trabaja. Algunas soluciones comerciales actuales incluyen

presentaciones de resultados en tercera dimensin. Sin embargo cabe recalcar, que

SUMO se limita en la presentacin, mas no en los resultados, ya que la salida de la

modelacin es muy similar, y depender de la correcta configuracin del modelo.

Herramientas adicionales de optimizacin del modelo incluyen los mejores sistemas de

simulacin, mismas que son basadas en redes neuronales que buscan una serie de

alternativas al modelo, buscando dar la mejor solucin de forma directa, sin embargo

esta opcin es poco utilizada, ya que estas soluciones se basan en comportamientos

bastante ordenados, situacin poco comn en un punto de anlisis conflictivo.

Los resultados estadsticos presentados por SUMO deben ser interpretados por el

modelador, cargando de ms trabajo al equipo de anlisis, los sistemas comerciales,

generalmente realizan este trabajo por si solos, facilitando la tarea del equipo de anlisis.

A continuacin se muestra un cuadro comparativo de las caractersticas de algunos

sistemas de evaluacin vehicular frente a SUMO

Caracterstica SUMO TransModeler TrafficWare

Facilidad de uso baja alta alta

Presentacin 2D regular buena excelente

Presentacin 3D no no si

Microsimulacin si si si

Macrosimulacin manual automtica manual

Inclusion de fotografas satelitales no si si

Datos estadsticos simples complejos complejos

Comportamientos ilimitados 50 30

Prioridad de calles si si si

Intersecciones semaforizadas si si si

Definicin de tiempos automtico regular buena excelente

Definicin de rutas de transporte si si no

Exportacin a otros sistemas no si si

Importacin de otros sistemas no si si

Eficiencia de trabajo alta alta baja

Inclusin de peatones no no si

Simulacin de accidentes si si no

Soporte tcnico regular excelente excelente

Flexibilidad de adecuacin del

software

alta nula nula

Tabla 3.1. Cuadro comparativo