Soluciones para mejorar el flujo vehicular en una ciudad inteligente: Modelo de flujo, métrica de sinuosidad y plataforma de ruteo vehicular

Abstract

Una Ciudad Inteligente es un modelo de planificación y gestión, enfocado en mejorar la sustentabilidad, seguridad y eficiencia de una ciudad, con el objetivo de mejorar la calidad de vida de sus habitantes. Para ello, integra diferentes sistemas, tales como: energía, transporte, infraestructura, servicios, etc. en un gran ecosistema, gracias a los desarrollos tecnológicos actuales. Particularmente, en áreas de transporte, los esfuerzos se enfocan en la descongestión de la ciudad, el aumento del acceso, la optimización de costos y consumo de combustible y los impactos ambientales y sociales. Las telecomunicaciones son parte de las tecnologías claves para el desarrollo de Ciudades Inteligentes, ya que proporcionan una capa de interconexión fundamental para el proceso de integración. Sus aportes tendrán un impacto sustancial en el diseño de nueva infraestructura, sistemas de control de congestión y protocolos de enrutamiento inteligente, sistemas de seguridad activos y pasivos, además de la conducción autónoma. Estos nuevos mecanismos requieren de un modelo detallado subyacente, para estudiar y mejorar las técnicas de gestión del flujo vehicular implementadas en la actualidad, en el cual la dinámica del vehículo tiene un impacto significativo en el proceso de toma de decisiones de los mismos. Este trabajo aborda tres estudios, con el fin de brindar soluciones al mejoramiento del flujo vehicular en una ciudad. En primer lugar, se desarrolla un modelo de flujo vehicular microscópico, compuesto por dos mecanismos básicos: el encargado de la dinámica individual de un vehículo y el seguimiento entre los mismos, bajo criterios de seguridad. Luego, en una segunda parte, se realiza un estudio sobre las propiedades geométricas de diferentes rutas, con el objetivo de diseñar una métrica de sinuosidad de las calles y determinar cómo esta puede afectar al flujo. Finalmente, se programa una plataforma de ruteo vehicular simulando sectores de una ciudad con plano urbanístico ortogonal, cuyo sistema de ruteo se compone de un grafo y el algoritmo Dijkstra. Dicha plataforma, escalable y modular, integra el modelo microscópico junto a un nuevo sistema de aceleración, haciendo el comportamiento vehicular mucho más real, y adicionando el uso de semáforos como mecanismos de control. Los resultados confirman que el modelo microscópico satisface las condiciones de conducción humana en un ambiente urbano, contribuyendo al diseño de futuros sistemas de gestión de tráfico, lo que permite obtener modelos más precisos de simulación. Por otro lado, la velocidad depende de varios aspectos de la vía, como la distancia entre las curvas, los radios de las mismas y la circunferencia del arco agregado, derivando en una métrica de sinuosidad proporcional al inverso de la velocidad promedio de los vehículos simulados. Finalmente, utilizando un grafo, cuyos segmentos estén caracterizados por pesos, en conjunto con Dijkstra, es posible determinar la mejor ruta, bajo cierto criterio de optimización, dado el punto de origen y destino de un vehículo. Esta plataforma de ruteo vehicular es, por tanto, una herramienta útil para diseñar, simular y estudiar nuevos modelos sobre la dinámica, control y ruteo de los vehículos, en ciudades inteligentes.