Modelos matemáticos para evitar atascos

El grupo de la ETSI ‘Automática y Robótica industrial’, liderado por el catedrático de ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Sevilla Eduardo Fernández Camacho, propone soluciones a los problemas de tráfico denso mediante el uso de control predictivo y modelos dinámicos complejos.

Estos modelos, que son útiles no sólo para mejorar la gestión de infraestructuras, sino también para su utilización en aplicaciones biomédicas o de la industria petroquímica, se basan en ecuaciones diferenciales parciales que en el caso del tráfico describen la relación que hay entre el flujo y la densidad o la velocidad.

“Un sistema complejo está compuesto por diferentes subsistemas difíciles de tratar ya que dependen de numerosas variables”, explica el catedrático de la Universidad de Sevilla. “El tráfico es un ejemplo de este tipo de sistemas debido a que su dinámica depende de muchos factores: desde la meteorología a los días festivos, pasando por la personalidad de los propios conductores”, añade.

Según explica Eduardo Fernández Camacho, tradicionalmente existen dos formas de controlar el tráfico: mediante límites de velocidad variables y mediante el control de acceso de entrada a las autopistas/autovías. En el caso del puente del V Centenario se tiene también en cuenta una tercera variable: la utilización del carril reversible.

El caso de Grenoble

Los investigadores han estudiado estas estructuras de control predictivo distribuido y han desarrollado un modelo de control de tráfico para la circunvalación de la localidad francesa de Grenoble, donde existían serios problemas de circulación: “Nuestra idea es implantar esquemas de control para sistemas complejos que tengan acceso a múltiples sensores distribuidos por diferentes tramos de la carretera en cuestión. Estos sensores describen la situación del tráfico y permiten al sistema decidir automáticamente la mejor opción posible en función de las necesidades del tráfico usando un programa de optimización dinámico”, expone Fernández Camacho. Así, el sistema sería capaz de recomendar la velocidad máxima óptima en cada momento, la frecuencia de acceso en las autopistas o un correcto uso del carril reversible para evitar o aliviar los atascos.

Los controladores automáticos propuestos suelen ser usados en pequeños tramos de carretera, por lo que su aplicación a gran escala depende de la creación de estructuras de control distribuido, ya que actualmente las estructuras de control de tráfico se encuentran centralizadas en un solo computador al que se dirige toda la información.  “La idea de control distribuido es que haya varios controladores de subsistemas, pero que todos estén coordinados entre sí” incide el investigador.

En Grenoble, el investigador del grupo, José Ramón Domínguez Frejo (junto con investigadores de varios países europeos) aplicó estos conceptos modelando dinámicamente el tráfico en la circunvalación, dividiéndola en diferentes tramos, y, posteriormente, aumentando el número de sensores y de dispositivos para regular la entrada en la autopista aprovechando la inteligencia de los sistemas de control. Esto permitió adaptar los ciclos de los semáforos y límites de velocidad que se lanzan por los paneles luminosos en función de tráfico medido en cada instante.

El grupo de Automática y Robótica industrial de la ETSI ha formado parte durante los últimos cuatro años de HYCON2, una red de excelencia internacional financiada por la Comisión Europea para potenciar la cooperación en la investigación de control de sistemas dinámicos complejos. “HYCON2 ha permitido crear una estructura semipermanente de investigación en Europa con los grupos más potentes dentro de este campo de estudio”, explica Eduardo Fernández Camacho. Así, desde principios de 2010 hasta finales de 2014 la red, que ha contado con 25 socios y tres campos principales de aplicación: transporte, sistemas eléctricos de potencia y sistemas biomédicos, ha realizado en torno a 900 publicaciones en revistas de alto impacto tanto en el campo de control de sistemas como en el de energía solar o sistemas de transportes.

Los investigadores Carlos Bordons, Miguel A. Ridao, José M. Maestre, Ascensión Zafra y Amparo Núñez han formado parte de esta red por parte de la Universidad de Sevilla.

Ref. bibliográfica:

Domínguez Frejo, Jose Ramon, Nuñez Vicencio, Alfredo, De Schutter, Bart, Fernández Camacho, Eduardo:
Hybrid model predictive control for freeway traffic using discrete speed limit signals. Transportation Research Part C, vol. 46, pp. 309-325, Sept. 2014