Las matemáticas ofrecen una solución al tráfico de vehículos
¿Pueden las herramientas matemáticas avanzadas optimizar el tráfico de vehículos? El control por realimentación del flujo de tráfico, posibilitado mediante el desarrollo de algoritmos avanzados y aplicado en tiempo real, podría proporcionar una respuesta afirmativa. El proyecto PADECOT, financiado con el apoyo del programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie, desarrolló un conjunto de algoritmos de control basados en ecuaciones diferenciales parciales (EDP) que abordan los principales retos para optimizar el flujo de tráfico, a la vez que proporcionan una perspectiva sobre los mecanismos de ciertos fenómenos de tráfico indeseables, como las retenciones.
Un planteamiento matemático del tráfico
A pesar de la existencia de medidas de control del tráfico diseñadas adecuadamente, en la actualidad la saturación vial puede ser inevitable. Sin embargo, sus ramificaciones pueden aliviarse si se recurre, además de a las medidas convencionales de control del tráfico (por ejemplo, alterar la duración de los semáforos y los límites de velocidad), a las capacidades de los vehículos conectados y automatizados. «Todo el mundo ha experimentado los efectos de las retenciones, responsables de las consecuencias negativas de la saturación del tráfico sobre el consumo de combustible, las emisiones y la comodidad y seguridad de los conductores», afirma Nikolaos Bekiaris-Liberis, investigador principal del proyecto. «Ver el flujo de tráfico como algo "fluido" y registrar los fenómenos esenciales del tráfico, da lugar de forma natural a EDP, es decir, a sistemas que describen las grandes cantidades de tráfico (por ejemplo, la velocidad) en el espacio-tiempo», explica.
Control a través de la proactividad
Una meta importante de un algoritmo de control para el flujo de tráfico es maximizar el rendimiento en los puntos de embotellamiento, como los túneles, donde es posible que los vehículos se desplacen a menor velocidad. «La circulación en las zonas de embotellamiento puede controlarse mediante manipulación en una zona muy anterior. Sin embargo, la demora en la repercusión sobre la circulación en la zona de embotellamiento, que puede incluso variar según las condiciones del tráfico, puede dar lugar a una conducta totalmente distinta de la esperada en la zona del embotellamiento. La clave para compensar este efecto de demora dependiente del tráfico es emplear una estrategia que prediga las condiciones del tráfico en las zonas de embotellamiento y que tome las medidas adecuadas sobre la base de esta predicción», señala Bekiaris-Liberis. En PADECOT se han desarrollado algoritmos de realimentación predictores, que en simulación demostraron mejorar significativamente la eficiencia del tráfico, a pesar de la presencia de efectos de demora. «Imaginemos una autopista que se puede controlar variando los límites de velocidad en los dos extremos. En una estrategia de control robusta, se utilizarían debidamente ambos accionadores para garantizar un funcionamiento adecuado cuando uno de los dos falle», explica Bekiaris-Liberis. En PADECOT también se desarrollaron algoritmos para coordinar con eficiencia diferentes accionadores/sensores y lograr un control del flujo de tráfico robusto y tolerante a fallos. Tanto los sistemas de control de crucero adaptativo (ACC) como los sistemas de ACC cooperativo tienen grandes posibilidades. Sin embargo, para aprovechar por completo el potencial de los vehículos conectados y automatizados, el usuario no debe recurrir a simplificaciones o aproximaciones de su dinámica, que podrían poner en peligro su seguridad y eficiencia. «Por ejemplo, ignorar posibles efectos de demora (debidos a la comunicación inalámbrica entre vehículos, entre otros motivos) puede dar lugar a oscilaciones del tráfico con graves consecuencias en cuanto a las emisiones y la seguridad», explica Bekiaris-Liberis.
Progreso y aprovechamiento de la investigación
En la investigación en curso se están desarrollando algoritmos de control para trenes de vehículos con ACC cooperativo, los cuales tienen en cuenta todos los fenómenos dinámicos esenciales para conseguir un sistema de tráfico «verde» y eficiente. La aplicación y la validación experimental con trenes de vehículos son uno de los próximos objetivos. El equipo de investigación está estudiando actualmente la posibilidad de colaborar con empresas de automoción a través de un proyecto común para aplicar en la vida real los diseños desarrollados.
Palabras clave
PADECOT, tráfico, vehículo, embotellamiento, seguridad, tráfico de vehículos, emisiones, efecto de demora, retenciones, autopista
