Sensores y Software Para Semaforo Inteligentes

2013

SENSORES Y SOFTWARE PARA SEMÁFOROS INTELIGENTES EN 5 INTERSECCIONES DE LA AVENIDA LUIS GONZALES CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS - GRUPO B ALUMNOS DE LA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE SISTEMAS

UNPRG FICSA 21/09/2013

CONTROL Y AUTOMATIZACION AUTOMATIZACION DE DE PROCESOS DE TRANSITO VEHICULAR

INTRODUCCION

En esta parte del proyecto analizaremos dos tipos de sensores de los cuales elegiremos uno , el mismo que nos podrá brindar la información necesaria para realimentar nuestro sistema de lazo cerrado de control y automatización del Tránsito Vehicular. Seguidamente con respecto a nuestro diagrama de bloques analizamos la lógica que habrá en el software que interactuara con los sensores; para que de la información que estas den se pueda obtener respuestas en el cambio de luz de los semáforos. Dicha lógica se podrá implementar en cualquier lenguaje que irá en acorde a las tecnologías elegidas.

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INTRODUCCION

En esta parte del proyecto analizaremos dos tipos de sensores de los cuales elegiremos uno , el mismo que nos podrá brindar la información necesaria para realimentar nuestro sistema de lazo cerrado de control y automatización del Tránsito Vehicular. Seguidamente con respecto a nuestro diagrama de bloques analizamos la lógica que habrá en el software que interactuara con los sensores; para que de la información que estas den se pueda obtener respuestas en el cambio de luz de los semáforos. Dicha lógica se podrá implementar en cualquier lenguaje que irá en acorde a las tecnologías elegidas.

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Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 2

A. COMPARACION ENTRE DOS TIPOS DE SENSORES ............................................... 4 1.ARMM™ Car Count

- CONTADOR DE VEHICULOS ..................................................... 4

2.Cámara para Sistema de Conteo de Automóviles ........................................................... 9 B. ELECCIÓN DEL SENSOR ................................................................................................ 11 C. CÁMARA SELECCIONADA ............................................................................................. 12 Traficam X-Stream ..................................................................................................................... 12 D.

FUNCIONALIDADES BÁSICAS .................................................................................. 14

E. DISEÑO ............................................................................................................................... 18 Script (PSEUDOCODIGO): .................................................................................................................. 24 DIAGRAMA DE FLUJO ........................................................................................................................ 30

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CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS DE TRANSITO VEHICULAR

SENSORES El modelo consta de 5 intersecciones con semáforos, para eso elegiremos una de las siguientes opciones de sensores: A. COMPARACION ENTRE DOS TIPOS DE SENSORES 1.

ARMM™ Car Count

- CONTADOR DE VEHICULOS

La tecnología ARMM™ Car Count permite controlar a distancia y en tiempo real el

estado del tráfico mediante una serie de sensores, instalándolos en puntos clave de las vías de ingreso a los centros urbanos. El mismo sistema puede ser utilizado también para el análisis de la presión vehicular en grandes arterias peri-urbanas o autopistas. Los vehículos pueden ser contados mediante tubos neumáticos, cuya instalación es muy rápida y sencilla y sin necesidad de intervenir de manera permanente sobre el asfalto (pues son clavados o pegados). El sistema resulta muy conveniente en campañas transitorias pues los tubos son de fácil remoción y no atentan contra la integridad del asfalto. Los datos obtenidos son registrados en el lugar y también transmitidos a un servidor remoto, garantizando así un doble nivel de seguridad en el archivo de los datos y eliminando además la necesidad de recurrir al empleo de personal para el control de los tubos neumáticos. Los datos estadísticos obtenidos permiten: - Conocer detalladamente las condiciones del tráfico; - Calcular exactamente el tgm de cada carril; - Asociar al tráfico efectivo otros tipos de medidas (como la del ruido, de las vibraciones, de la concentración de gases y polvo); - Evaluar el nivel y las modalidades de utilización de las principales arterias facilitando así la programación de eventuales obras de mantenimiento y las modalidades de variación del flujo vehicular.

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CONTADOR DE VEH CULOS Hasta 4 sensores neumáticos Análisis del volumen del tráfico Medida de la velocidad de los vehículos Identificación de la clase de vehículo / número de ejes Panel fotovoltaico integrado para la recarga de la batería Case en metal, anti-vandalismo

ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA Tensión de alimentación 7…38 Vcc Consumo ordinario / pico 1 W / < 3 W Autonomía de desde 5 hasta 10 funcionamiento sin minutos alimentación COMUNICACI N Remote GPRS; GSM entrada / salida; SMS entrada / salida Local RS232 entrada / salida; RS485 entrada / salida, Ethernet (RJ45) ENTRADAS / SALIDAS Analógicas 2 entradas Digitales 2 entradas; 2 salidas SEÑALADORES pticos 1+4 LED, display LCD (opcional) Acústicos Buzzer

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UNIDADES INTEGRADAS Módulo GPRS/GSM Quad-band Módulo GPS 20 canales Termómetro digital Integrado Reloj interno < 1/100 s Lector de tarjetas SD / 32 Gb MMC Slot de tarjeta SIM universal Capacidad de > 100 años almacenamiento de datos

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Entre los dispositivos a instalar se encuentran los siguientes: Controlador de tránsito: Con capacidad de controlar más de dos intersecciones semaforizadas con valores de secuencias, tiempos y desfases independientes para cada intersección. Cables de registro de información: 1.- Adaptabilidad: Contabiliza la cantidad de vehículos que transitan por ese sentido. 2.-Especifico: Se encarga solamente de enviar datos específicos a una calle determinada. 3.- Cola de espera: Esta ubicado para capturar el número de autos esperando. 4.- Estratégico: Es utilizado para cualquier trabajo que se le programe hacer. Los semáforos detectan y responden al tráfico a través de un cable enterrado bajo el asfalto basado en la tecnología de espiras inductivas. Una corriente eléctrica pasa por el cable y crea un campo magnético cuando un automóvil atraviesa ese campo, la computadora de tráfico que está ubicada junto a la carretera detecta su presencia y hace cambiar el semáforo cuando no exista peligro. Los cables están protegidos contra condiciones adversas, blindados con poliéster armonizado para protección contra interferencias electromagnéticas. Es recomendable evitar el doblado de los mismos en ángulos de 90º, deben estar enterrados a 0,7 cm de la calle, cubriendo el corte realizado con resina apropiada para garantizar su durabilidad. Las cámaras cuentan con una visión diurna y nocturna, capaces de girar 180º verticalmente

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y 360º horizontalmente, Zoom de 23X (acercamiento de la imagen 23 veces su tamaño), el cual es capaz de enfocar en alta definición a 300 m de distancia.

2. Cámara para Sistema de Conteo de Automóviles a) CAMARAS DE RED PARA EXTERIORES

Entre las características que deben poseer: Función de visión diurna/nocturna Capacidad de enfoque remoto Múltiples secuencias de vídeo H.264 Alimentación a través de Ethernet Preparada para exteriores con control de temperatura Detección de movimiento Varifocal. Estabilizador

       

La cámara deberá poseer o permitir el uso de aplicaciones de análisis de video primario con estas características: b) AUTOTRACKING

Se realiza un seguimiento de la trayectoria. c) FILTRO AVANZADO

Detección en escenas donde tenemos lluvia, vegetación (árboles en movimiento) y pequeños reflejos. d) FILTRO DE DIRECCIÓN

Contaje de objetos mediante líneas virtuales y clasificación por dirección. Permite diversas líneas de contaje independientes en una misma escena y muestra resultados a tiempo real. e) CONTAJE MEDIANTE LÍNEAS VIRTUALES

Fácil herramienta de creación de líneas de contaje para mediciones estadísticas de volumen de vehículos. Posibilidad de definir direcciones en ambos sentidos de circulación o entrada/salida de personas en amplias zonas de paso.

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B. ELECCIÓN DEL SENSOR

Después de las características observadas por ambos sensores , optamos por elegir el sensor de Cámaras, ya que este nos puede mostrar el área en tiempo real que conforman los automóviles que ocupan un sector de la calle. A comparación del primer sensor que solo nos muestra el numero de automóviles mas no el área que ocupan dichos automóviles en un sector de la calles. Para el análisis del sistema hemos evaluado comparar el porcentaje de área de referencia con el porcentaje de área ocupada real y dicha información nos la brindaría las Cámaras.

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C. CÁMARA SELECCIONADA Traficam X-Stream

Principales ventajas       

Sustitución de 1 a 8 en los bucles de tierra MPEG-4 Video Streaming hasta 25 fps Resolución de vídeo VGA (640 x 480) Direccionabilidad TCP / IP Sensibilidad direccional Interfaces disponibles - Banda ancha por líneas eléctricas (BPL) o Ethernet Bajo consumo de energía (<4 W)

El Traficam X-Stream se puede configurar de la misma manera como con todos los detectores Traficam con un programa de interfaz de usuario del ordenador portátil a "superposición" zonas de detección configurables para cada carril de tráfico está supervisando pero con la ventaja añadida de ser capaz de ver la transmisión de vídeo: Trafico

TrafiCam imagen X-stream mostrando zonas de detección para cada carril de la carretera

El proceso de instalación también configura los contactos de salida a través de una tarjeta de interfaz montado en el interior del gabinete de ATC que se interconecta con la interfaz

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CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS DE TRANSITO VEHICULAR externa del módulo presente en todos SCATS ™ controladores de semáforos

compatibles.

Los contactos libres de potencial esencialmente informan de la presencia de vehículos que utiliza el controlador para crear una demanda y se suma a la cuenta del vehículo informó los SCATS ™ UTC sistema. El acceso a la programación y la interfaz de pantalla

está disponible dentro de la caja del programador - sin necesidad de levantar un brazo de mástil para conectar con el TrafiCam X-Stream con un ordenador portátil. El enlace es a través de un cable RS-485 sobre cable de par trenzado blindado que está comúnmente disponible. El TrafiCam X-Stream está disponible en un ángulo estrecho y una versión de gran angular en función de la aplicación.

Cámara de vídeo Angular

Cámara de vídeo de ángulo estrecho Voltios salidas de contacto limpias acoplados ópticamente libre de la cámara están disponibles en 1 Tim, 4Ti o 9 configuraciones de TI, donde cada zona está ligado a uno de los contactos de salida para conectar a los controladores de señales de tráfico y otros equipos de registro o activación. Cada canal también tiene un canal local LED para indicar

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el estado del módulo de interfaz. TrafiCam X-Stream también se puede utilizar para la activación de sistemas de terceros, como las luces de destello, barreras, cámaras CCD y paneles VMS cuando el flujo de tráfico supera un cierto nivel predefinido. D. FUNCIONALIDADES BÁSICAS

Los sensores TrafiCam se utilizan para hacer más dinámicas las operaciones de los controladores de semáforos (léase: más dependientes del tráfico). Los bucles virtuales TrafiCam en la superficie de la carretera detectan la presencia de vehículos. Una salida se cierra cuando un vehículo se encuentra en un determinado bucle virtual (o zona de detección), mientras que está abierta cuando no hay ningún vehículo. Se puede conectar una o más salidas al controlador de semáforos. TrafiCam solamente genera salidas, el controlador procesa las salidas. A través de un dispositivo de configuración, se pueden “dibujar” zonas de detección en la superficie de la carretera como bucles virtuales. Esto permite el posicionamiento exacto de puntos de las zonas de detección sobre diferentes carriles, y la verificación visual de las prestaciones de detección. Los bucles virtuales de presencia de vehículos se pueden colocar en la línea de parada (es decir, detección en la línea de parada) y/o a cierta distancia de la línea de parada (es decir, detección de avance).

Las dos funcionalidades básicas de TrafiCam son: 1. 2.

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Detección en la línea de parada Detección de avance


Estas 2 funcionalidades básicas ayudan a optimizar el programa del controlador de semáforos: 

"Verde contra pedido": No hay vehículo = no hay luz verde Vehículo = luz verde "Periodo de luz verde": No hay vehículo cuando finaliza el periodo de luz verde = la luz verde puede cambiar a naranja Hay vehículos cuando finaliza el periodo de luz verde = retrasar la luz naranja (hasta que no haya vehículos por algunos segundos, o hasta que se haya agotado el tiempo máximo de retraso) Combinación de "Luz verde contra pedido" y "Periodo de luz verde", por ejemplo: No hay vehículo = no hay luz verde Vehículo = luz verde por un mínimo de 5s (= periodo mínimo de luz verde), máx. 20s (=periodo máximo de luz verde) No hay vehículo durante 3s durante el intervalo de 5-20s = luz verde cambia a naranja. o

o



o

o



o

o

o



Ejemplos de aplicación

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A) Carril único, detención en la línea de parada, TrafiCam (1ª Generación) alimentación lateral desde 4m (12ft) de altura





B) Carril único, detención en la línea de parada, TrafiCam (2ª Generación) aéreo desde 8m (25ft) de altura

C) Tres carriles, detención en la línea de parada, TrafiCam (2ª Generación) aéreo desde 8m (25ft) de altura

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CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS DE TRANSITO VEHICULAR 



D) Tres carriles, detección de avance, TrafiCam (2ª Generación) aéreo desde 7m (21ft) de altura

E) Dos carriles, detección de avance, TrafiCam ( 1ª Generación) aéreo desde 8m (21ft) de altura

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E. DISEÑO Para este sistema se necesitara 6 sensores Cámara para el análisis del área ocupada en cada sector. CAMARA 1(LUIS GONZALES Y BOLOGNESI)

CÁMARA 2(LUIS GONZALES Y MARIA IZAGA)

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CÁMARA 3 (LUIS GONZALES Y ELIAS AGUIRRE)

CÁMARA 4(LUIS GONZALES Y SAN JOSÉ)

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CÁMARA 5 (LUIS GONZALES Y VICENTE DE LA VEGA)

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DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA

CAMARA 1

SEMAFORO 1 % AREA REFERENCIAL

T. MAX

+

TRANSITO

SOFTWARE

+

SEMAFORO 2

T. MIN

-

CAMARA 2

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E S O J N A S

E R R I U G A S A I L E AV. LUIS GONZALES

A G A Z I A I R A M . M

N° CARROS


E R R I U G A S A I L E

E S O J N A S

A G A Z I A I R A M . M

AV. LUIS GONZALES

MEDIDA DE CALLES 22


SOFTWARE Simulación de software de control de tráfico de semáforos inteligentes:

Variables:           

Tiempo máximo: Tmax = 50 seg. Tiempo mínimo: Tmin= 20 seg. %Área ocupada Luis Gonzales: %A LS %Área ocupada intersección: %A IN Semáforo de Luis Gonzales: S1 Semáforo de Intersección: S2 Tiempo de intervalo de conteo: 10 seg. Tiempo inicial de semáforo: 30 seg. %Área de referencia ocupada: 40%. Tiempo actual: Tac Tiempo de luz ámbar: 3seg.


SOFTWARE Simulación de software de control de tráfico de semáforos inteligentes:

Variables:           

Tiempo máximo: Tmax = 50 seg. Tiempo mínimo: Tmin= 20 seg. %Área ocupada Luis Gonzales: %A LS %Área ocupada intersección: %A IN Semáforo de Luis Gonzales: S1 Semáforo de Intersección: S2 Tiempo de intervalo de conteo: 10 seg. Tiempo inicial de semáforo: 30 seg. %Área de referencia ocupada: 40%. Tiempo actual: Tac Tiempo de luz ámbar: 3seg.

Variable de salida: 

Numero de carros que transito por dicha calle.

Variable de referencia: 

% de Área ocupada.

LOGICA DE SOFTWARE Se hizo una simulacion del software para el cambio de luces del semaforo inteligente , teniendo en cuenta las variables antes mencionadas, y tomando como base el diagrama de bloques que fue diseñado y mostrado en este informe. Los sensores escogidos darán al software el porcentaje del área ocupada en el sector que le corresponde y deacuerdo a estas áreas podremos calcular el tiempo adecuado para que el semáforo cambie de color rojo a verde y de forma viceversa. La simulación se hizo utilizando código javascrit.

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Script (PSEUDOCODIGO): <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" /> Simulación de Semaforo <script> var time=0; var c=0; var X1=''; var X2=''; function calcular(){ time = time + 10; var A1= parseFloat(document.getElementById('txtArea1').value); var A2= parseFloat(document.getElementById('txtArea2').value); var A3= parseFloat(document.getElementById('txtAreaCarril').value); var X1= document.getElementById('txtSemaforo1').value; var X2= document.getElementById('txtSemaforo2').value; S1=X1;S2=X2; var tmax=50; var tmin=20; var AR=40;

if(A3<=80){ if(time=tmin){ 24


if(A1==0 && A2==0){ S1='Verde'; S2='Rojo'; }else if(A1==0 && A2!=0){ S2='Verde'; S1='Rojo'; }else if(A1!=0 && A2==0){ S1='Verde'; S2='Rojo'; }else if(A1>A2){ if(A1>AR){ S1='Verde'; S2='Rojo'; }else{ if(time>tmin){ if(S1=='Rojo'){S1='Verde';S2='Rojo';}else{S2='Verde';S1='Rojo';} time=0; } } }else{ if(A2>AR){ S2='Verde'; S1='Rojo'; }else{ if(time>tmin){

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if(S1=='Rojo'){S1='Verde';S2='Rojo';}else{S2='Verde';S1='Rojo';} time=0; } } } }else{ if(time>tmin){ if(S1=='Verde'){ S1='Rojo'; S2='Verde'; }else{ S2='Rojo'; S1='Verde'; } time=0; } } }else{ if(S1=='Verde' && time==tmin){ S1='Rojo'; S2='Verde'; time=0; }else{ if(time>=tmax){ if(S1=='Verde'){

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document.getElementById('txtSemaforo2').style.backgroundColor = '#FF0000'; }

document.getElementById('txtTiempo').value=time; }

SIMULACION DE CAMBIO LUZ ROJA Y VERDE

Area 1:

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Area 2:

Semaforo 1: Semaforo 2:

Area Carril Siguiente:

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DIAGRAMA DE FLUJO

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Area 1: 28 CONTROL Y AUTOMATIZACION DE PROCESOS DE TRANSITO VEHICULAR	Area 2:
Semaforo 1:	Semaforo 2:
Area Carril Siguiente:

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