BR102013012303B1 - Sistema e método de controle de semáforos - Google Patents

Abstract

SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE SEMÁFOROS. A presente invenção se insere no campo de controle de semáforos urbanos, permitindo uma rápida simulação de valores de tempos de abertura ou fechamento dos semáforos, com a modificação dos tempos de abertura e fechamento de semáforos reais utilizando os dados da melhor simulação, consequentemente melhorando o desempenho e minimizando os congestionamentos. Para isto, o sistema e o método da presente invenção simulam um fluxo de veículos simulados em uma malha viária simulada, calculam um crescimento e uma propagação de filas de veículos para as diferentes temporizações dos semáforos, classificam as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais do grupo de temporizações em função do crescimento e da propagação de filas de veículos, selecionam as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais em função da classificação, e modificam a temporização de abertura e fechamento dos semáforos de acordo com a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais. Adicionalmente, o sistema se vale de algoritmos genéticos para classificar e modificar as temporizações dos semáforos, de modo a selecionar a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se insere no campo de controle de semáforos urbanos, permitindo uma rápida simulação de valores de tempos de abertura ou fechamento dos semáforos, com a modificação dos tempos de abertura e fechamento de semáforos reais utilizando os dados da melhor simulação, consequentemente melhorando o desempenho e minimizando os congestionamentos.

Estado da Técnica

[002] O controle atual de semáforos urbanos geralmente é realizado manualmente, onde a atuação sobre os semáforos é realizada por agentes de trânsito, que modificam manualmente os semáforos em áreas de congestionamento, visando maximizar o fluxo de carros sem, no entanto, efetuar nenhum cálculo ou estratégia para tal controle.

[003] Existem, também, alguns sistemas e métodos de controle automatizados de semáforos urbanos, que podem ser classificados em sistemas online, que fazem uso de informações atuais para realizar o controle, ou off-line, que fazem uso de regras ou tabelas sobre dados estatísticos para realizar um controle, sem a utilização de dados do tráfego atual.

[004] Entretanto, os dois tipos de sistemas apresentam restrições quanto ao controle de semáforos, sempre sendo limitados a áreas pequenas e sem conexão com outros semáforos.

[005] Deste modo, a otimização do trânsito é realizada somente para áreas específicas e restritas, e não de maneira global, o que acarreta em uma possível análise errônea de temporização dos semáforos e, assim, um aumento ou manutenção do trânsito ao contrário da diminuição do mesmo.

[006] Além disso, os procedimentos mais usuais não permitem um bom ajuste global de um cenário metropolitano, pelo fato da análise da diversidade combinatória dos tempos dos diversos semáforos crescer exponencialmente. Desta forma o uso de algoritmos genéticos para procurar uma combinação adequada para as cartas de tempo dos semáforos, juntamente com um modelo de filas de veículos, que permite simular adequadamente as condições de trânsito, compõe uma ferramenta de apoio ao planejamento de tráfego (através do ajuste de tempos de semáforos) de alta qualidade.

[007] Um exemplo dos sistemas atuais de controle de semáforos é o pedido de patente Norte-Americano US 2002/0116181 A1, que descreve um método para controle de sinais adaptativo e centralizado.

[008] Entretanto, este sistema se baseia num conjunto de regras pré-estabelecidas para, com base em dados obtidos em tempo real, estimar os tamanhos das filas e assim reajustar sinais de controle de tráfego. Deste modo, embora a observação e controle de sinais sejam feitos em tempo real, são realizados usando regras previamente estabelecidas para diferentes situações de fluxo de tráfego, sem considerar aspectos globais.

[009] Um modelo de sistemas atuais de controle de semáforos com maior grau de automatização é o pedido de patente Japonês JPH 08171694 A, que descreve um sistema de controle de semáforos utilizando simulações similares e um sistema evolutivo de seleção da melhor temporização.

[0010] Entretanto, as medidas feitas por sensores realizam um ajuste direto dos controladores, sem haver um replanejamento de ordem global. Deste modo, o sistema descrito otimiza as condições de tráfego para as rotas dos veículos, e não para diminuir o atraso de toda a rede de tráfego. Como já explanado, esta otimização acarreta em uma possível análise errônea de temporização dos semáforos e, assim, um aumento ou manutenção do trânsito ao contrário da diminuição do mesmo.

[0011] Outro documento que pode ser citado como estado da técnica é o pedido de patente Japonês JP 2003 331386 A, que descreve um sistema similar ao documento JPH 08171694 A, e descreve um sistema de controle de semáforos que permite a movimentação suave de veículos, por meio de um sistema computacional que seleciona tempos adequados para temporização dos sinais de trânsito.

[0012] Embora trate da observação e controle de sinais, e haja nesse processo algum tipo de otimização, este documento realiza ajustes para acomodar variações observadas no tráfego em cada semáforo, sem haver, portanto, um replanejamento de ordem global, o que, novamente, acarreta em uma possível análise errônea de temporização dos semáforos e, assim, um aumento ou manutenção do trânsito ao contrário da diminuição do mesmo.

[0013] Outros tipos de sistema buscam uma comunicação online dos veículos que trafegam nas vias. Um exemplo destes sistemas é o pedido de PCT WO 2010 040649, que descreve um controle de semáforos com otimização em tempo real dos parâmetros de controle de sinais.

[0014] Contudo, a técnica descrita neste documento necessita que os veículos sejam equipados com dispositivos de comunicação, gerando informações usadas pelo sistema de controle, que são dispositivos caros e não estão presentes em todos os veículos, acarretando em falhas na rede.

[0015] Ainda, um último tipo de sistema é focado no planejamento urbano, para o aumento ou decréscimo de sinais em certas regiões. Um exemplo desta configuração é o pedido de patente Chinês CN 102750427 A, que descreve um sistema de simulação usado para planejamento urbano, baseado em um sistema multi-agentes.

[0016] Todavia, este sistema tem o propósito somente de auxiliar etapas de planejamento urbano, e não da otimização de sua operação, sendo, portanto, um sistema que trabalha off-line, atuando com as tendências do comportamento de tráfego.

[0017] Em vista do acima exposto, o sistema e método proposto pela presente invenção tem um enfoque distinto dos documentos do estado da técnica. O foco principal da presente invenção é a simulação de dados de tráfegos em grandes áreas, adaptando o controle da temporização dos semáforos ao melhor dado simulado.

[0018] Para isto, a presente invenção utiliza algoritmos genéticos para a seleção do melhor caso, e não estratégias enrijecidas e pré-definidas, aplicando tal algoritmo a um grande número de semáforos e suas conexões. Assim, a otimização das temporizações dos semáforos é realizada em escala global, e não restrita a regiões, utilizando a conexão com outros semáforos como um dado relevante, não desprezível.

[0019] Deste modo, a possível análise de temporização dos semáforos possibilita uma redução muito maior do congestionamento de uma maneira geral, diferentemente das técnicas anteriormente citadas.

[0020] Em vias de tráfego congestionado, esta técnica minimiza atrasos e paradas de forma mais eficiente, pois o algoritmo genético otimiza o problema de forma sistêmica e integrada. Quanto maior for o congestionamento maior é a vantagem da presente solução. Além disso, o simulador é simples e rápido o suficiente para permitir otimização online, e a rapidez da simulação, aliada ao algoritmo genético, permite a proposição rápida de planos semafóricos otimizados para períodos de pico em redes congestionadas, além de permitir o controle off-line para permitir o planejamento urbano com base em dados estatísticos, e consequente melhoria da estrutura da malha viária.

[0021] Outro aspecto importante desta inovação está no modelo de filas de veículos desenvolvido para o simulador, que por ser eficiente computacionalmente, permite uma rápida estimativa dos congestionamentos, elemento de medida da qualidade de cada temporização ajustada para todo o conjunto de semáforos.

[0022] Ainda, os parâmetros topológicos usados para se construir a rede virtual de simulação são agregados e obtidos diretamente por observação e coleta de dados, o que diminui consideravelmente a necessidade de calibragem do comportamento das filas e aumenta a confiabilidade no modelo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0023] A presente invenção refere-se a um sistema de controle de semáforos, que compreende semáforos em vias de trânsito de veículos, um elemento de controle e um elemento de simulação. Este elemento de simulação simula o fluxo de veículos nas vias de trânsito em função de diferentes temporizações dos semáforos, e adicionalmente em função de um cálculo de crescimento e propagação de filas de veículos para as diferentes temporizações dos semáforos. Após a simulação, o elemento de simulação seleciona uma melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos por meio de um algoritmo genético, e envia a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos ao elemento de controle. O elemento de controle, por sua vez, modifica a temporização de abertura e fechamento dos semáforos utilizando a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pelo elemento de simulação.

[0024] A presente invenção descreve ainda um método de controle de semáforos, que compreende as etapas de: i) ) Adquirir dados relativos a um fluxo de veículos em vias de trânsito que formam uma malha viária real compreendendo semáforos e veículos; (B) Preparar uma malha viária simulada de acordo com a malha viária real, a malha simulada compreendendo vias de trânsito virtuais, semáforos virtuais e veículos simulados; (C) Criar um grupo de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais; (D) Simular um fluxo de veículos simulados na malha viária simulada; (E) Calcular um crescimento e uma propagação de filas de veículos para as diferentes temporizações dos semáforos; (F) Classificar as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais do grupo de temporizações em função da etapa E; (G) Selecionar as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais em função da etapa F; (H) Modificar a temporização de abertura e fechamento dos semáforos de acordo com a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais. As etapas F e G do presente método são realizadas por algoritmos genéticos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A figura 1 é um diagrama em blocos que representa uma primeira configuração do sistema de controle de semáforos de acordo com a presente invenção.

[0026] A Figura 2 é um diagrama em blocos que representa uma segunda configuração do sistema de controle de semáforos de acordo com a presente invenção.

[0027] A Figura 3 é uma representação de uma esquina e do fluxo de veículos de acordo com a presente invenção.

[0028] A Figura 4 é uma representação de uma esquina e dos sistemas de obtenção de dados de acordo com a presente invenção.

[0029] A Figura 5 é uma representação de uma imagem de uma área urbana e suas vias, ilustrando as áreas de controle de acordo com a presente invenção.

[0030] A Figura 6 é uma representação de uma imagem de uma área urbana e suas vias, ilustrando as áreas de controle de acordo com a presente invenção.

[0031] A Figura 7 é uma representação de uma área de tráfego simulada no construtor de acordo com a presente invenção.

[0032] A Figura 8 é uma representação de parte de uma área de tráfego simulada de acordo com a presente invenção, incluindo os elementos de simulação.

[0033] A Figura 9 é uma representação do sistema de filas de acordo com a presente invenção.

[0034] A Figura 10 é uma representação dos sistemas de seleção de fluxo de veículos de acordo com a presente invenção.

[0035] A Figura 11 é uma representação dos sistemas de seleção de fluxo de veículos de acordo com a presente invenção.

[0036] A Figura 12 é uma representação dos cálculos do sistema de filas de acordo com a presente invenção.

[0037] A Figura 13 é uma representação dos cálculos do sistema de filas de acordo com a presente invenção.

[0038] A Figura 14 é uma representação dos cálculos do sistema de filas de acordo com a presente invenção no simulador, incluindo os diagramas de vias simulados do construtor.

[0039] A Figura 15 é um gráfico da distribuição de veículos no tempo, para a alimentação da simulação de acordo com a presente invenção.

[0040] A Figura 16 é um exemplo de três cromossomos da simulação de um algoritmo genético, e a técnica de cruzamento aplicada de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0041] As figuras 1 e 2 ilustram sistemas de acordo com a presente invenção. Como pode ser visto nas figuras, uma primeira concretização do sistema de controle de semáforos compreende um elemento de controle (1, 1’) e um elemento de simulação (2).

[0042] O elemento de controle (1, 1’) é responsável por analisar os dados reais de tráfego e congestionamento, transformar esses dados em instruções que o elemento de simulação (2) é capaz de compreender, inserir estas instruções no elemento de simulação (2) e, por fim, receber um melhor modo de temporização de semáforos do elemento de simulação (2) e modificar a temporização dos semáforos reais em função desta temporização recebida.

[0043] Para isto, o elemento de controle (1, 1’) compreende um elemento de leitura de tráfego (11, 11’) que é o elemento responsável por aferir o fluxo de veículos e as porcentagens de conversão (por exemplo, quantos veículos seguem em frente, fazem conversões à esquerda ou direita, realizam retorno, entre outros).

[0044] Deste modo, o elemento de leitura de tráfego (11, 11’) obtém os dados de congestionamento e análise do tráfego, e insere estes dados no elemento de simulação (2). Este elemento de leitura de tráfego (11, 11’) pode ser um elemento de leitura de tráfego manual (11) como, por exemplo, um engenheiro de tráfego, ou um elemento de leitura de tráfego automático (11’), compreendendo, por exemplo, laços indutivos e câmeras.

[0045] Adicionalmente, o elemento de controle (1, 1’) compreende um módulo de controle semafórico (12, 12’), ou seja, um atuador responsável por trocar os planos semafóricos da rede monitorada ao longo do dia, modificando a temporização dos semáforos de acordo com as simulações do elemento de simulação (2).

[0046] Novamente, este módulo de controle semafórico (12, 12’) pode ser um módulo de controle semafórico manual (12), em que um engenheiro de tráfego manualmente modifica a temporização dos semáforos, ou um módulo de controle semafórico automático (12’), que recebe os dados de simulação e automaticamente modifica a temporização dos semáforos, sem a necessidade da intervenção manual de um engenheiro de tráfego.

[0047] O elemento de controle automático (1’) pode compreender, ainda, um módulo preditor (14), ou seja, um software embarcado que correlaciona os dados obtidos com histórico de leituras já feitas, para determinar qual o comportamento futuro do tráfego na próxima janela de análise. Obviamente, o engenheiro de tráfego também pode efetuar esta análise, porém uma análise automática considerando a rede bem calibrada e uma boa base histórica de dados é mais eficiente e menos onerosa.

[0048] Deste modo, a presente invenção possibilita a implementação de um sistema automático de ajuste semafórico, que afere o fluxo veicular em cruzamentos a partir da contagem do fluxo de veículos, e também determina qual a porcentagem dos veículos passantes que realiza cada movimento (por exemplo, seguir em frente, conversões à direita/esquerda e retornos).

[0049] Para isto, o sistema compreende um elemento de contagem (composto por laços indutivos e câmeras), que é o elemento de leitura de tráfego automático (11’), que captura a passagem de cada veículo pela linha de retenção do segmento de rua à montante e a entrada de cada veículo em cada segmento de rua à jusante. Esta leitura é sincronizada com a temporização semafórica, de modo que o sistema é configurado para identificar de qual segmento de rua cada veículo saiu e para qual segmento de rua cada veículo se dirige.

[0050] O sistema faz uso de laços indutivos em conjunto com câmeras para contar a passagem de veículos, e de câmeras providas de sistema especializado de reconhecimento de imagem para determinar o tamanho de cada veículo passante (de modo a determinar, para efeito de simulação, quantos veículos equivalentes a cada veículo passante representa).

[0051] As figuras 3 e 4 apresentam um exemplo da arquitetura configurada para realizar essa medição em um cruzamento simples, com dois segmentos de aproximações à montante (31, 32) e dois segmentos de rua à jusante (33, 34) para onde cada veículo pode seguir.

[0052] Durante a operação, nos momentos em que o semáforo está aberto para uma via, os veículos contados em passagem pela linha de retenção (por exemplo, laços indutivos de aproximação (37, 37’, 37’’, 37’’’) e câmeras de aproximação (38, 38’) nos segmentos de aproximações à montante (31, 32) irão compor o volume do fluxo veicular da aproximação). Ao mesmo tempo, o sistema determinará a participação dos movimentos veiculares neste fluxo a partir da proporção que segue para cada segmento de rua à jusante (33, 34) (laços indutivos de saída (37’’’’, 37’’’’’, 37’’’’’’, 37’’’’’’’) e câmeras de saída (38’’, 38’’’)).

[0053] As câmeras (38, 38’, 38’’, 38’’’) também se encarregarão de determinar se há veículos parados no cruzamento ao longo do sinal verde, comprometendo o livre fluxo devido a quebras ou simplesmente devido a congestionamentos. Nesses momentos de represamento não se pode dimensionar a temporização semafórica pelo fluxo que de fato atravessa o cruzamento.

[0054] Logo, a leitura dos laços indutivos é mantida, mas o sistema estima uma leitura de fluxo e porcentagens de conversão (que seria a demanda do cruzamento que deve ser considerada no cálculo) a partir de uma tendência traçada com leituras realizadas nos últimos ciclos de operação dos semáforos, em conjunto com um histórico de leituras realizadas ao longo dos dias em que o sistema esteve em operação (o número de ciclos usados nessa estimativa pode variar de cruzamento para cruzamento, mas pode, preferencialmente, envolver aqueles contidos nos últimos 15 minutos até aqueles contidos nas últimas duas horas, enquanto a correlação com a base histórica pode usar, preferencialmente, leituras realizadas em até seis meses antes).

[0055] O elemento de simulação (2), por sua vez, compreende preferencialmente um simulador de trânsito (21) e um sistema de seleção (22). O simulador de trânsito (21) é configurado para o cálculo de crescimento e propagação de filas de veículos, baseado na capacidade máxima de vazão das vias de tráfego e nos tempos de percurso livres das vias simuladas.

[0056] Deste modo, o simulador de trânsito (21) é o elemento configurado para simular qual será o fluxo de veículos em função de diferentes temporizações de semáforos, e enviar estes dados para o sistema de seleção (22) efetuar a pontuação das diferentes temporizações de semáforos, e propor novas temporizações de semáforos ao simulador de trânsito (21).

[0057] Após atingir uma temporização de semáforos adequada, dados os critérios de convergência para o caso, o elemento de simulação (2) envia ao elemento de controle (1) a melhor temporização de semáforos (25), para que a temporização real dos semáforos possa ser modificada.

[0058] O sistema de seleção (22) é, preferencialmente, um algoritmo genético, ou seja, um otimizador que mimetiza a evolução natural, responsável por, sucessivamente: 1) criar e inserir diversos planos de temporização semafórica ao simulador de trânsito (21), 2) classificar os respectivos resultados das simulações (23), 3) selecionar os melhores planos, 4) misturar/cruzar os parâmetros dos melhores planos, aplicar pequenas variações (mutações) e gerar um novo conjunto de planos (24) para o simulador de trânsito (21). Deste modo, o uso de um algoritmo genético facilita a proposição e análise das diferentes temporizações de semáforos, porém não limita o sistema de controle de semáforos da presente invenção.

[0059] Em uma configuração preferencial da presente invenção o elemento de simulação (2), também denominado de sistema repropositor de planos semafóricos sincronizados, pode ser um elemento embarcado no elemento de controle (1, 1’), em computadores pessoais, tablets ou celulares de engenheiros de trânsito, em uma central de controle, ou mesmo em um computador isolado, alimentado pelo elemento de controle (1, 1’) ou manualmente, e responsável por encontrar planos semafóricos sincronizados/integrados que eliminem ou reduzam o congestionamento da sub-rede de vias de trânsito monitorada/estudada, em vias sinalizadas e suas travessas.

[0060] Como pode ser visto nas figuras 5 e 6, em um exemplo de tal configuração, o elemento de controle (1, 1’) pode estar incluso em uma central de controle semafórica (5), que é um sistema concentrador e integrador dos elementos de simulação (2) de diversas sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’).

[0061] Dotado de maior poder computacional, este elemento compreende seu próprio elemento de simulação (2), para propor reajustes semafóricos agregados que integram o funcionamento das várias sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) monitoradas. Seu sistema de seleção (22) é uma versão alternativa para realizar pequenas modificações (mutações) no plano semafórico de cada elemento de simulação (2), e convergir para a melhor combinação de planos modificados de todos os elementos de simulação (2). O uso mais indicado seria o de cada central de controle semafórica (5) controlar bairros inteiros ou subdistritos.

[0062] Adicionalmente, o elemento de controle (1, 1’) pode estar incluso em uma central de controle (6), ou seja, um elemento concentrador de maior hierarquia, também dotado de seu próprio elemento de simulação (2), com um elemento de seleção (22) modificado, para ajustar e integrar melhor os planos semafóricos consolidados em cada central de controle semafórica (5). A central de controle (6) é um elemento configurado para controle de grandes zonas municipais, ou mesmo cidades inteiras.

[0063] A seguir, será detalhado o modo de funcionamento do simulador de trânsito (21) em uma configuração preferencial da presente invenção. Nesta configuração, o simulador é mesoscópico, e projetado para simular rapidamente malhas complexas de vias concorrentes e semaforizadas que possuam segmentos curtos. Nele, toda a rede é simulada simultaneamente em passos equivalentes a um segundo real. Deste modo, a cada ciclo de cálculos da rede toda (que pode ser denominado de um passo), o simulador apresenta uma foto virtual do estado da rede estudada. O sistema possui, ainda, um construtor preliminar responsável por preparar a malha viária de acordo com as malhas viárias reais.

[0064] O ambiente de simulação é composto basicamente de três entidades: 1) segmento de rua, ou link, que se assemelha a uma esteira, movimentando todos os veículos com igual velocidade, 2) cruzamento, ou nó, que pode conter um semáforo ou não, e é responsável por distribuir os veículos dos segmentos à montante (31, 32) para os segmentos conectados à jusante (33, 34), e veículos, que são as partículas básicas de carga do simulador de trânsito (21).

[0065] De acordo com a presente configuração, o simulador é configurado para descrever uma relação microscópica, onde os veículos são descritos de forma unitária, e uma relação mesoscópica predominante, em que o comportamento dos veículos é regido por determinações agregadas de velocidade fixa (em função do tempo de percurso medido), que não permite ultrapassagens, e as conversões são baseadas em probabilidade.

[0066] Logo os fluxos das malhas virtuais serão compostos de forma estatística e consolidada, sem se preocupar em atribuir qualquer tipo de identidade a cada um dos veículos que percorre a malha viária.

[0067] O simulador de trânsito (21) compreende, assim, um sistema construtor. Neste sistema, a malha é editada e, após editada, se encontra na forma de uma lista de segmentos com identificações numéricas. Essa lista é lida pelo sistema construtor, como pode ser visto na figura 7, e contém, preferencialmente, uma tabela com os parâmetros de cada segmento provenientes das leituras de campo, como, por exemplo, o fluxo, fluxo de saturação, tempo de percurso e número de faixas.

[0068] Dessa forma esse programa transforma a lista de segmentos e a tabela de parâmetros em um modelo de malha viária conexo onde estão representados os segmentos e um grafo, provido de conexões entre segmentos e os consequentes nós.

[0069] Todos esses dados podem ser verificados visualmente e então, salvos e traduzidos para uma tabela que deverá ser lida pelo sistema construtor interno do simulador de trânsito (21).

[0070] O simulador de trânsito (21) compreende, ainda, um elemento de simulação interno, em que cada execução do construtor cria um arquivo de texto com o grafo e todos os parâmetros pertinentes à malha viária a ser simulada. Caso seja necessário esse arquivo é manipulado e tratado para ser aberto e lido pelo simulador interno, que recria o grafo na memória do computador e prepara a simulação.

[0071] Em cada simulação, o simulador interno é responsável por transformar os dados binários de um cromossomo recebidos do sistema de seleção (22) em um plano semafórico fixo para a rede executada. Isso também pode ser feito diretamente por meio de um arquivo de texto, por exemplo, l onde o tempo de ciclo e os tempos de abertura e fechamento dos sinais são descritos explicitamente. Após esses cálculos, o simulador interno é carregado seguindo um ritmo inicial fixo, até que se atinja certa estabilidade, para dar início à avaliação e à simulação efetiva. A estabilidade pode ser definida por diversos modos, porém, preferencialmente, pode ser determinada pela variação no número de veículos a cada dois ciclos semafóricos simulados, quando esta é menor do que uma porcentagem, que pode variar de 1% a 5%, dependendo da rede simulada.

[0072] Durante a execução do algoritmo genético do sistema de seleção (22), o simulador interno é executado sem qualquer tipo de visualização. Porém, é prevista uma interface simples para que o usuário possa checar visualmente o funcionamento e comportamento da rede, enquanto ao lado o console passa informações consolidadas de funcionamento e do estado de congestionamento da rede, como observado na figura 8.

[0073] Como pode ser visto na figura 8, os círculos (81) são veículos em circulação, as barras (82) são as filas e as cruzes (83) são os pontos em que o fim da fila calculado se encontra na extremidade montante do segmento (ou seja, um segmento de bloqueio), impedindo a entrada de mais veículos neste segmento.

[0074] Em uma camada superior de controle, é executado o algoritmo genético, que passa sequencialmente ao simulador cada um dos cromossomos gerados ao longo da evolução, para interpretação e criação dos planos de sincronização semafórica a serem testados.

[0075] Ao final de cada simulação, o sistema de seleção (22) registra o índice de mérito conferido aos cromossomos, para posterior classificação, seleção, cruzamento e mutação, que serão realizados para constituição da geração seguinte de planos candidatos.

[0076] Na configuração preferencial da presente invenção a velocidade de deslocamento dos veículos é dada em função do tempo de percurso medido para cada segmento, ou seja, a velocidade de deslocamento dos veículos é feita pela equação:

[0077] Deste modo, como pode ser visto na figura 9, o elemento de simulação (2) considera uma velocidade constante e inalterável para cada link (ou segmento) na simulação, durante todo o percurso e independente da condição de congestionamento em que se encontra o segmento. Dessa forma, todos os veículos (91, 91’, 91’’, 91’’’) seguem da entrada do segmento para a linha de retenção ininterruptamente e, uma vez que chegam nesse ponto, caso exista um sinal vermelho, eles são empilhados como em uma fila vertical.

[0078] Deste modo, quando um veículo (91, 91’, 91’’, 91’’’) termina de percorrer o segmento, no ponto de saída do segmento ele incrementa a pilha de veículos (92), que podem ser transferidos para os segmentos à jusante.

[0079] Esta distribuição pode ser realizada por dois métodos distintos, como pode ser visto nas figuras 10 e 11. O primeiro método é o roteamento por porcentagem de conversões do segmento, em que os veículos (91, 91’, 91’’, 91’’’) que são passados adiante dessa forma são sorteados de acordo com as porcentagens de veículos (91, 91’, 91’’, 91’’’) que seguem em frente, e a porcentagem de veículos (91, 91’, 91’’, 91’’’) que fazem cada uma das conversões possíveis, como em uma roleta em que aos movimentos com maiores probabilidades é destinada uma fatia maior.

[0080] Este tipo de roteamento é aplicado aos segmentos mais relevantes da rede, sendo normalmente os que possuem semáforos na linha de retenção (segmentos de aproximação) e aqueles cujos movimentos possuem relevância direta para outros segmentos que sejam aproximações de semáforos.

[0081] O segundo método de distribuição é o roteamento por fluxo dos segmentos à jusante, em que os veículos (91, 91’, 91’’, 91’’’) que são passados adiante são sorteados de acordo com os fluxos medidos dos segmentos candidatos (jusantes), também como em uma roleta em que aos segmentos com maiores fluxos é destinada uma fatia maior. Este tipo de roteamento é aplicado aos segmentos da rede que não possuem semáforos e não se encontram no meio do caminho entre dois semáforos próximos, ou seja, o perfil de envio de veículos não é importante, só sendo necessário que os segmentos à jusante sejam carregados ao longo da simulação com quantidades de veículo condizentes com as leituras de campo.

[0082] A cada ciclo de simulação, se o segmento possui um ou mais veículos para serem transferidos, é incrementado em um contador de transmissões do segmento um valor igual ao fluxo de saturação, mas que agora é convertido em veículos equivalentes por segundo. Nos ciclos em que este contador possui valor maior do que um, o segmento entra em um ciclo de decremento seguido de passagem de veículo até o contador voltar a ter um valor menor do que um, e nos momentos em que não há veículos para serem transferidos, a esse contador é atribuído valor nulo.

[0083] Quando um veículo é passado para outro segmento, ele vira o veículo apontado como o veículo do fundo pelo segmento receptor, e o veículo apontado por ele como o veículo de trás é designado como o veículo à frente da fila do segmento transmissor.

[0084] Deste modo, o tamanho da fila e a posição do final da fila devem ser calculados. Adicionalmente, a ocorrência de bloqueio do segmento caso essa posição seja o ponto de entrada deste.

[0085] Como pode ser visto na figura 12, os veículos são empilhados no ponto de saída do segmento enquanto o atravessam por inteiro. Deste modo, em todo passo de simulação e para cada segmento, os veículos empilhados são contados (121) e o correspondente comprimento horizontal dessa primeira parcela da fila é calculado, tendo-se por consequência uma medida preliminar da posição do fim da fila (122). Em um momento seguinte, ao cálculo é executado um ciclo que se inicia por observar se o veículo que está em movimento e com posição mais avançada (123) já se encontra em uma posição mais adiantada do que a posição preliminar do fim da fila (122). Em caso positivo, o programa acrescenta o comprimento desse veículo à posição do fim da fila (124) e repete essa rotina para os outros veículos em movimento e mais avançados até não haver mais veículos a serem checados ou até um veículo ser checado como em posição mais atrasada em relação ao fim calculado da fila (125).

[0086] Em uma analogia, estes veículos em movimento que são capturados nessa rotina são aqueles que, na realidade já estariam parados na fila caso o cenário fosse o de uma simulação microscópica, com a implementação de uma fila horizontal.

[0087] Para uma melhor análise da simulação, cada veículo simulado ocupa um espaço proporcional ao seu tamanho real, dividido pelo número de faixas. Ou seja, se um carro ocupa seis metros de sua faixa de rolagem, em uma via simulada de uma faixa ele ocupa esses mesmos seis metros, mas em uma via simulada de duas faixas ocupa três metros e em uma via simulada de três faixas, ocupa dois metros. Este cálculo simplifica a simulação e a análise, sem restringir os dados ou diminuir a precisão e eficácia do sistema.

[0088] Assim, em uma fila, os veículos se movimentam para frente, do final ao início dela. Quando o veículo da frente da fila se movimenta para a próxima via simulada, ele libera um espaço, que será propagado para trás na medida em que o veículo que estava logo atrás se movimentar a frente, para ocupar o espaço vago, seguido pelo veículo que está atrás dele, e assim sucessivamente, até o fim da fila.

[0089] Deste modo, o simulador compreende o uso de propagadores de espaço que andam para trás no segmento, funcionando como uma memória que continua considerando, durante um tempo posterior à saída dos veículos, os espaços previamente ocupados por eles, mas que não estão mais no segmento considerado.

[0090] Em todo passo de simulação, para cada via simulada é criado um propagador, que possui os dados relativos a contagem de veículos que foram liberados, o segundo em que ele foi criado, e se o segmento pode liberar mais veículos. Dessa forma, qualquer via simulada onde houver fila formada possuirá não só veículos como também uma sequência de propagadores de espaço em movimento contrário, com informações relevantes para o decréscimo ou aumento da fila.

[0091] Um exemplo de simulação de acordo com esta configuração pode ser visto na figura 13. Como pode ser visto na figura, em um primeiro momento, um propagador é criado, como semáforo móvel vermelho se o semáforo do nó está vermelho para o segmento, ou como um semáforo verde se o semáforo do nó está verde para o segmento.

[0092] Se o semáforo do nó está verde, o segmento pode liberar veículos, porém isso não significa que os veículos serão liberados. Supondo que o segmento transmissor só possa liberar um único veículo neste ciclo e que o segmento sorteado para o qual esse veículo será transmitido seja um que se encontra lotado, ou bloqueado, o segmento não liberará este veículo e o propagador será criado como um semáforo móvel vermelho no lugar de um verde. Ou seja, o semáforo móvel também é vermelho se o segmento tenta liberar veículos sem sucesso, apesar do semáforo do nó estar verde a sua frente.

[0093] Como pode ser visto na figura 13, o semáforo (131) está vermelho em um instante t0, e há uma fila de veículos simulados (1321 a 1325) parada à espera da abertura do semáforo (131), enquanto há o deslocamento de dois veículos simulados (1326, 1327) já adicionados à fila, e dois veículos simulados (1328, 1329) se dirigindo ao semáforo (131), ainda não inclusos na fila. Deste modo, a posição do fim da fila (132) inclui sete dos nove veículos simulados.

[0094] Em um instante t0+1 o semáforo fica verde, e o primeiro veículo simulado (1321) e o segundo veículo simulado (1322) são liberados, criando um primeiro propagador (1321’) e um segundo propagador (1322’) relativos aos espaços desses veículos. Nos instantes t0+1 e t0+2 os dois últimos veículos simulados (1328, 1329) são inseridos na fila, e em um instante t0+3 o semáforo é fechado.

[0095] Não obstante, o espaço ocupado pelos veículos liberados continua contribuindo para o tamanho da fila enquanto os dois últimos veículos simulados (1328, 1329) são inseridos na fila. Com isso a posição do fim da fila (132) fica mais longe da linha de retenção apesar do segmento possuir menos veículos dentro dele, bem como acontece no mundo real.

[0096] Após algum tempo, em um instante t1 em que um décimo veículo simulado (1330) é direcionado à via simulada em questão, com o semáforo (131) ainda fechado e os propagadores (1321’, 1322’) ainda estão percorrendo a fila, o resultado é o segmento ficar bloqueado nos instantes t1+1 e t1+2, até os propagadores (1321’, 1322’) cheguem à posição do fim da fila (132), finalmente liberando espaço para mais veículos entrarem.

[0097] Essa intermitência dependente da possibilidade de um veículo se movimentar ou não a cada instante, principalmente ao longo do tempo em que o veículo está em uma fila congestionada, sendo feita no intuito de que se possa calcular precisamente a propagação de uma ou mais ondas de choque pela fila principal do segmento e, assim, simular a existência de diversas sub-filas, como podemos observar na figura 14.

[0098] A velocidade de propagação destes sinais é fixa e refere-se ao tempo necessário, quando o segmento está lotado, para um espaço se propagar do começo (primeiro veículo (1321)) ao fim da fila (último veículo (1330)).

[0099] Essa velocidade é calculada a partir do tempo (preferencialmente, em segundos) de esvaziamento da via simulada (também denominada de link), que por sua vez é calculado diretamente a partir do número de veículos que ele pode represar, ncarMax, dividido pelo seu fluxo de saturação, Fsat, em veículos por segundo.

[00100] Entretanto, o tempo de esvaziamento da fila envolve o escoamento do primeiro ao último veículo de um segmento lotado para o segmento seguinte, e somente usar esse fator criaria o erro de que o final da fila só seria liberado quando todos os veículos já tivessem saído do segmento.

[00101] Dessa forma, deve ser subtraído do resultado obtido anteriormente o tempo que o último veículo leva para atravessar o segmento inteiro, que é dependente do tamanho do link e da velocidade de movimento dos veículos.

[00102] Assim, é obtido o intervalo de tempo entre o primeiro veículo ser liberado e o último veículo começar a andar, a partir do ponto de entrada do segmento ou do ponto de final da fila.

[00103] A cada passo de simulação um propagador é criado e ele e todos os outros propagadores existentes são deslocados à velocidade de propagação na mesma rotina em que os veículos são deslocados, ou seja, antes da rotina de cálculo do fim da fila.

[00104] Com essa modelagem, é possível respeitar explicitamente os fluxos de saturação reais medidos, bem como os tempos de dissipação de fila, que são os dados que vão impactar no comportamento da posição do fim da fila, variável essencial para a determinação da disponibilidade que cada segmento tem de receber veículos ou não a cada passo de simulação.

[00105] Assim, a população de elementos móveis (veículos) contida no segmento pode ser dividida em três grupos distintos, um primeiro compreendendo os veículos que estão na pilha esperando pela sua liberação, um segundo compreendendo os veículos que estão percorrendo a via simulada, e um terceiro compreendo os propagadores de espaço. Cada conjunto terá uma parcela de responsabilidade no cálculo do ponto em que se encontra o fim da fila a cada passo de simulação.

[00106] Após todos os veículos terem sido calculados, contabilizados e empilhados, o fim da fila F é calculado da seguinte maneira:

[00107] Com npistas sendo o número de pistas do segmento, ou seja, o número de vias que os carros possuem naquele segmento. Esta divisão é feita pois o link, independente do número de pistas que a contraparte real possui, constitui um único canal homogêneo de passagem de veículos onde não há diferenciação de pistas.

[00108] Em seguida, todos os contadores armazenados nos propagadores são somados e multiplicados pela relação tamcarro/npistas e, por fim, é executada a rotina de adição dos veículos ainda em movimento, que ainda não foram adicionados à pilha.

[00109] Deste modo, pode se afirmar que a cada passo de simulação, o trem de propagadores tem sua extensão controlada seguindo duas regras: ii) Após a movimentação dos propagadores, o propagador que estiver localizado após o fim da fila atual é eliminado; e iii) Quando um propagador verde é o propagador eliminado, o programa entra em um ciclo de eliminação de propagadores até encontrar um propagador vermelho.

[00110] A primeira regra se deve ao fato de que não há necessidade de se haver um semáforo móvel em propagação após o fim da fila, se o sentido de sua existência é a própria fila.

[00111] Já a segunda regra é análoga, visto que uma sequência de semáforos móveis verdes que chega ao fim da fila representa que o novo fim da fila está mais à frente, pois o espaço referente a eles é um espaço vago.

[00112] Como pode ser visto na figura 14, uma análise de um segmento sendo simulado apresenta um segmento bloqueado (141), que só irá ser desbloqueado após os veículos em movimento (143) e seus propagadores (142, 146) chegarem à posição de fim da última fila do segmento (144). Neste sentido, após a propagação, são criadas uma primeira sub- fila (147) e uma segunda sub-fila (145), para controle da simulação. (A) De maneira a simular uma situação de trânsito real, é necessário que seja atribuída ao simulador uma demanda dinâmica, que permita simular os efeitos de carregamento e descarregamento da rede. Neste sentido, a inserção de veículos deve ser realizada de modo que represente não somente o momento de pico de tráfego, mas sim todo o período em que se dá o aumento e a diminuição da demanda, fazendo com que o perfil de entrada de veículos na malha virtual lembre situações reais.

[00113] Assim, a situação típica a ser simulada é aquela cuja curva de inserção (em número de veículos por segundo) se assemelha a uma gaussiana, sendo que esse processo de inserção faz uso de técnica de truncamento semelhante àquela relativa à liberação de veículos por meio dos links. Em outras palavras, se de acordo com a curva, em um ciclo de simulação devem ser inseridos 2,5 veículos, e no próximo ciclo, 2,7, no primeiro ciclo serão adicionados 2 veículos e no próximo 3, restando 0,2 para futuros truncamentos.

[00114] Tal cálculo é representado no gráfico da figura 15, que apresenta um gráfico de carros a serem inseridos na simulação (eixo Y), pelos segundos de simulação (eixo X), em que o gráfico contínuo apresenta os valores reais que devem ser inseridos, e os retângulos os valores inteiros que são inseridos na simulação, de acordo com os valores reais no instante e as sobras de instantes anteriores.

[00115] O processo de cálculo da inserção no simulador consiste primeiramente em, ainda no construtor, somar todos os fluxos (em veículos por hora) dos links de entrada, que é então multiplicado pelo número de horas reais que a simulação vai representar para termos então o número total de veículos a serem simulados.

[00116] Há dois métodos distintos de inserção dos veículos na simulação. Um primeiro é realizado pelos próprios links de entrada, que constituem a soma e que representam os veículos que compõem o fluxo de passagem, e um segundo é realizado pelos links internos, sendo esse método a representação de veículos que saem de polos geradores de tráfego como estacionamentos, shoppings, escritórios e vagas de rua.

[00117] Para ambas as possibilidades de entrada, ignora- se o fato do segmento estar bloqueado ou lotado, e trata-se a inserção como um represamento que, no caso dos links de entrada, representa os veículos que estão esperando para entrar nas vias externas à malha simulada e, no caso dos links internos, a situação é semelhante à tentativa de saída de um estacionamento quando à sua frente o trânsito está congestionado.

[00118] Para um início de simulação, pode-se incluir dados manualmente, realizar uma distribuição aleatória ou, preferencialmente, deixar que a malha virtual crie as condições iniciais, que recriem a situação do sistema viário simulado no instante em que a simulação de fato é iniciada, ou seja, é dado um tempo para o sistema entrar em regime, quando de fato é iniciada a simulação.

[00119] Deste modo, a rede compreende uma capacidade de auto regulação de sua população, na medida em que, ao mesmo tempo em que determinada quantidade de veículos entra na rede, outra quantidade de veículos sai dela, gerando um equilíbrio real antes da simulação.

[00120] Para evitar transitórios abruptos, o valor inicial da curva escolhida é usado como o ritmo de entrada padrão para cada segundo simulado e, ao longo dessa simulação prévia, após determinados períodos são feitas leituras do número de veículos (normalmente dois minutos) e comparadas com as leituras dos períodos anteriores.

[00121] Quando a diferença percentual de contagem entre as últimas duas leituras é tal que não supera pequenos valores definidos (1% a 5%) previamente à simulação, o sistema tem naquele momento a sua condição inicial satisfeita e a simulação pretendida é iniciada, com o relógio de inserção percorrendo a gaussiana de fato.

[00122] Porém, mesmo com dados confiáveis que remontam uma situação real, não há garantia de que a malha virtual alimentada por esses dados ficará estável. Ou seja, pode ocorrer o quase completo esvaziamento da rede durante a simulação, ou o estabelecimento de um congestionamento total da rede. Obviamente, tanto uma situação quanto outra não corresponde à realidade no momento da coleta de dados.

[00123] Nesse caso específico, para regular o sistema haverá um parâmetro que definirá uma proporção de reinserção ou de retirada de veículos, e que servirá assim para ajustar a simulação ao comportamento da rede real. No primeiro caso, esse parâmetro desafogaria a rede, enquanto no segundo caso este parâmetro inseriria mais veículos aleatoriamente, para manter a simulação com uma população de veículos mais próxima àquela observada na realidade.

[00124] O processo preferencialmente utilizado para determinação do funcionamento dos semáforos é o método dos graus de saturação, que se baseia nos níveis de ocupação e uso das capacidades das vias para determinar tempos ótimos de ciclo e de verdes para cada movimento, fazendo uso de índices experimentais de ajuste para permitir ao sistema mais ou menos flexibilidade no que diz respeito às flutuações comportamentais da rede viária.

[00125] Por exemplo, em um cruzamento com dois movimentos transversais, temos alguns períodos de tempo a serem considerados que vão além de simplesmente discretizar todo o ciclo como verde ou vermelho.

[00126] Partindo de um sinal vermelho em um segmento com um número considerável de veículos, quando este passa para verde existe um período de transitório em que o fluxo de veículos passa de nulo até o nível de saturação. Como o fluxo de saturação é a máxima vazão que um segmento pode dar aos veículos no seu ponto de saída (linha de retenção), é obtido um perfil inicial de fluxo, que se assemelha a uma rampa que parte do nível nulo e sobe até um patamar grampeado no valor do fluxo de saturação.

[00127] Para fins de simplificação de cálculo de tempos de verde e de simulação, este período de transitório pode ser dividido em duas partes, sendo a primeira um tempo perdido do movimento com fluxo virtual zero e a segunda metade, o tempo aproveitado com fluxo virtual igual ao de saturação.

[00128] Ao fim do movimento, no momento em que o sinal troca de verde para amarelo, existe um tempo de acomodação em que é esperado que alguns veículos ainda cruzem a linha de retenção apesar do sinal de bloqueio iminente. Dessa forma, neste momento do ciclo se observa uma rampa contrária à anteriormente descrita, onde se aplicam as mesmas simplificações relativas a tempo perdido e aproveitado. Assim, a simplificação leva a um perfil de fluxo que se assemelha a um pulso de duração igual ao tempo de verde dimensionado, diminuído dos tempos perdidos no início e no fim do movimento.

[00129] Além dos perfis de fluxo, ao serem considerados os dois movimentos concorrentes, para fins de segurança é necessário dimensionar um tempo de vermelho comum às duas vias para tentar fazer com que nenhum dos veículos que atravessam o cruzamento no transitório final do ciclo colidam com veículos do outro movimento que estarão no início do seu ciclo, ou seja, é necessário um período denominado de vermelho de limpeza.

[00130] Assim, ao final temos que é intrínseco a todo sistema de vias concorrentes certa quantidade de tempo sem movimentação efetiva, chamado de tempo morto, que é retratado por dois períodos (podendo ser mais do que dois no caso de cruzamentos com mais movimentos concorrentes) compostos cada um pela soma do tempo perdido no fim de um movimento, o tempo de vermelho de limpeza e finalmente, o tempo perdido do início do outro movimento.

[00131] Para maior clareza, a Figura 9 consolida toda a descrição da carta de tempos de uma forma ilustrativa, valendo citar que na realidade as transições são mais abruptas e estão representadas desta forma para facilitar a visualização da carta.

[00132] O método utilizado para os cálculos de temporização de semáforos é o método dos graus de saturação, que varia de 0 a 100%, ou seja, o quanto da capacidade da via deverá ser utilizado para a passagem efetiva de veículos. Assim, quanto mais próximo de 100% esse índice, menor é a janela de tempo que sobra para os veículos que passarem acima do nível esperado e, desse modo, menor é o tempo de verde alocado. Consequentemente menor é o tempo de ciclo calculado.

[00133] Por outro lado, quanto menor o grau de saturação, mais tempo de verde do que o necessário será destinado à via, de forma que maior será o verde ocioso do sistema quando o fluxo de veículos estiver no nível esperado. Entretanto, este tempo de verde ocioso servirá para acomodar eventuais fluxos adicionais não contabilizados nas observações.

[00134] Para uma cidade de grande porte, de acordo com análises de especialistas, os graus de saturação recomendados encontram-se na faixa de 80% a 90%. Supondo então, flutuações de fluxo que variam dos 11% aos 25% acima das medidas.

[00135] Para definir o tempo de ciclo de uma rede inteira, deve-se determinar qual a intersecção crítica desta. Em outras palavras, aquela que possuir os links críticos com o maior fluxo de veículos no sistema. Uma vez encontrada essa intersecção, deve-se definir o nível de saturação para seus links montantes, em seguida, calcula-se a taxa de ocupação de cada um deles.

[00136] Essas taxas são divididas pelos respectivos graus de saturação.

[00137] Os resultados são, então, somados para a obtenção da porcentagem total de verde demandada a cada ciclo de operação do semáforo.

[00138] Deste modo, há três períodos a considerar, sendo o primeiro o tempo de verde do primeiro movimento, o segundo o tempo morto e o terceiro o tempo de verde do outro movimento.

[00139] Assim, após calcular a porcentagem de verdes necessária para cada movimento e somar as porcentagens, é necessário verificar se as porcentagens atingem os 100%. O tempo morto é destinado à porcentagem restante para se atingir os 100%, caso exista.

[00140] De acordo com o tempo morto e as porcentagens de tempo de ciclo, é possível efetuar o cálculo do tempo de ciclo desejado para os graus de saturação selecionados e, aplicando as porcentagens ao tempo de ciclo desejado, é obtido o tempo de verde efetivo para cada movimento do cruzamento e, consequentemente, a carta de tempos simplificada.

[00141] Por fim, utilizando os tempos perdidos e aproveitados do início e fim de cada movimento, é possível traçar a carta de tempos real incluída dos tempos de amarelo.

[00142] Para o caso da soma das porcentagens de verde ser maior que 100%, o cruzamento encontra-se saturado e, o sistema seleciona o maior tempo de ciclo, permitido subtrair o tempo morto, atribuindo os tempos de verde ao tempo que restar de acordo com as porcentagens Pvd[ obtidas.

[00143] Obviamente, independente do que os cálculos forneçam como os tempos de verde para quaisquer cruzamentos, estes tempos possuem um limite mínimo, necessário para impedir situações em que motoristas que saibam do tempo curto de verde tentem chegar ao cruzamento e atravessá-lo de forma arriscada, no intuito de evitarem ficar parados por mais um ciclo inteiro esperando o próximo semáforo verde curto. Assim, convenciona-se o período mínimo possível de qualquer sinal verde em teoria como sendo o de 12 segundos.

[00144] Ademais, tempos de ciclo demasiadamente grandes podem ser arriscados na medida em que confundem e desconfortam motoristas e pedestres que esperam em um farol vermelho muito longo. Dessa maneira, recomenda-se adotar um tempo máximo de ciclo da ordem de 120 segundos, não podendo este ultrapassar os 180 segundos.

[00145] Para a escolha dos tempos, é necessário estabelecer limites e cálculos no elemento de seleção (22), ou seja, é necessário aplicar corretamente o algoritmo genético para o caso.

[00146] Neste sentido, o simulador compreende um conjunto de valores, que constitui o código genético de uma solução. Este elemento é, preferencialmente, uma linha de código binário, salva em arquivos que reunirão várias destas linhas. O código é composto por dois parâmetros, o primeiro sendo os graus de saturação de cada segmento que for aproximação de semáforo, e o segundo as defasagens para cada nó da rede.

[00147] Como os graus de saturação recomendados situam- se entre 80% e 90%, a simulação é realizada preferencialmente com 16 níveis de discretização (4 bits), ou seja, um grau de saturação entre 76% e 91%.

[00148] Da mesma forma, como o tempo de ciclo máximo que preferencialmente deve ser adotado para ajustes semafórico é de 120 segundos, optou-se trabalhar com 128 níveis de discretização de defasagem (7 bits).

[00149] Deste modo, um cromossomo simulado para uma rede com seis semáforos e treze aproximações compreende 42 bits para as defasagens (6 semáforos x 7 bits/semáforo) e 52 bits para os graus de saturação (13 aproximações x 4 bits/aproximação). Ou seja, um cromossomo exemplificativo para estas condições possuiria um valor de 100010100100110001100000010000100000011111 para as defasagens, e 0100011000001000001010001110101010101100011001111100 para os graus de saturação.

[00150] Deste modo, cada solução parametrizada por um cromossomo no simulador, ou seja, cada configuração da rede semafórica que é simulada compreenderá um espécime, um indivíduo, que será avaliado, selecionado e, dependendo do seu desempenho, poderá participar de um cruzamento e mutação. No sistema de simulação e controle de semáforos de acordo com a presente invenção os indivíduos usados para representar uma mesma malha viária virtual simulada constituirão a espécie, que, em outras palavras, será o objeto da simulação a ser aperfeiçoado para o melhor desempenho da rede.

[00151] Deste modo, o processo de seleção pode ser efetuado de diversos modos, porém preferencialmente foi baseado em janelamento, em que os cromossomos mais fortes serão mais favorecidos, para que assim aumente a pressão evolutiva e ocorram rápidas convergências necessárias para as alterações das temporizações dos semáforos reais.

[00152] Assim, em uma simulação adequada, há uma grande diferenciação entre as alternativas da população inicial, de modo que aquelas que apresentarem desempenhos extremamente ruins são eliminadas nas primeiras seleções.

[00153] Outra característica da configuração preferencial da presente invenção é determinada pela técnica de cruzamento, que é preferencialmente realizada pelo método do corte duplo circular, ilustrado na figura 16.

[00154] Neste método, uma metade do cromossomo de cada pai é atribuída ao filho, sendo que o ponto de corte será definido aleatoriamente para cada cruzamento, existindo a possibilidade de mutação.

[00155] Deste modo, cada novo indivíduo da nova geração poderá sofrer alterações simples e aleatórias em cada um dos pedaços do seu código. Então, cada bit do cromossomo terá uma probabilidade padronizada (normalmente definida entre 1% e 4%) de trocar de valor, efeito também representado na figura 16.

[00156] Como pode ser visto na figura 16, os dois primeiros casos há um cruzamento aleatório simples, em que uma metade do cromossomo de cada pai é atribuída ao filho. Já no terceiro caso, além do cruzamento aleatório simples há uma mutação no bit do cromossomo destacado.

[00157] Para os critérios de seleção, são atribuídos índices de mérito pelo simulador, que permitirá aferir os melhores cromossomos para o cruzamento, e um possível melhor cromossomo final. Preferencialmente, são atribuídos três índices de mérito (ou seja, três critérios de seleção).

[00158] O primeiro índice de mérito é a soma total dos atrasos de percurso, em que cada segmento possuirá um tempo de percurso livre que dependerá da velocidade máxima permitida nele e seu de comprimento. Deste modo, qualquer veículo que demorar mais do que este tempo para cruzá-lo de ponta a ponta estará somando um atraso que penalizará a simulação do cromossomo analisado.

[00159] A cada ciclo (segundo) de simulação, a quantidade de veículos atrasados (empilhados) é somada a um contador, até que a simulação acabe. Este valor será a consolidação do atraso de todos os veículos da simulação, e servirá para classificar os cromossomos. Essa é a medida de desempenho é a mais importante e mais comumente utilizada, visto que seu desempenho está diretamente atrelado ao tempo dos condutores dos veículos em congestionamentos.

[00160] Um segundo índice de mérito é o número de paradas. Este critério deve ser considerado como o custo psicológico pago pelo motorista, principalmente por aquele que se encontra em redes congestionadas, ao se realizar movimentos intermitentes de aceleração e frenagem.

[00161] Além disso, essa movimentação incorre também no aumento da emissão de poluentes e, portanto, pode ser considerada como medida complementar ao atraso. Geralmente, este índice é considerado com um fator de até 30 vezes menor que a soma total dos atrasos de percurso.

[00162] Neste sentido, durante a simulação, o número de paradas de cada veículo é incrementado uma vez em que este entra na fila, e sucessivas vezes para cada vez em que passar um tempo de ciclo inteiro e ele ainda estiver localizado no mesmo segmento, independente da posição.

[00163] O terceiro e último índice de mérito preferencialmente utilizado é a penalização por bloqueio de transmissão. Assim como o contador de vias congestionadas, as penalidades aplicadas a este índice podem ser conferidas aos indivíduos a cada segundo, dependendo da extensão dos segmentos que se encontram bloqueados. Ou seja, o cromossomo é penalizado a cada bloqueio encontrado.

[00164] Em vista do acima exposto, o controle semafórico pode ser realizado de duas formas distintas, de maneira offline ou on-line.

[00165] Em aplicações online o monitoramento do tráfego e a atuação do sistema sobre os semáforos é feita diariamente em fatias de tempo que compreendem horas ou partes de horas (janelas de 15, 30 ou 45 minutos). Nesse caso, é possível que o sistema de controle semafórico compreenda três arquiteturas distintas.

[00166] A primeira arquitetura é de um sistema pulverizado, em que cada sub-rede sincronizada de semáforos compreende um elemento de controle (1, 1’) acoplado a um elemento de simulação (2), e ao menos um par de sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) monitoradas. Assim, o sistema de controle de semáforos atua de forma independente em cada sub-rede, sem a necessidade de um controle centralizado ou qualquer integração entre os planos otimizados.

[00167] Uma segunda arquitetura é de um sistema centralizado, que compreende uma central de controle semafórica (5, 5’, 5’’, 5’’’) para diversos pares de elementos de controle (1, 1’) e elementos de simulação (2), fazendo-os funcionar de forma integrada.

[00168] Por fim, uma terceira arquitetura da presente invenção é de um sistema super centralizado, que compreende uma central de controle (6), que centraliza o controle de diversas centrais de controle semafóricas (5, 5’, 5’’, 5’’’).

[00169] Outra forma de controle é o controle off-line, realizado para sub-redes de tempo fixo, geralmente realizado para o uso sazonal (de 6 meses a 2 anos) de um elemento de simulação (2). Nesse caso o sistema é alimentado por dados coletados manualmente, de forma a parametrizar planos otimizados para janelas temporais de 1 a 4 horas e que serão executados invariável e diariamente, sendo essa planificação diferenciada apenas entre dias de semana e sábados/domingos. Os sistemas off-line também compreendem duas possíveis arquiteturas preferenciais.

[00170] A primeira arquitetura compreende um elemento de simulação (2) acoplado diretamente a um módulo de controle semafórico (12, 12’), para viabilizar a entrada in loco dos dados obtidos manualmente e agilizar o reajuste das redes de tempo fixo. Dessa forma é eliminada a necessidade do ajuste direto dos parâmetros de temporização, pois estes seriam feitos pelos elementos de simulação (2) uma vez que terminasse a otimização, cabendo ao engenheiro de tráfego responsável pelo reajuste apenas inserir dados de contagem e porcentagens de conversão no sistema.

[00171] Uma segunda arquitetura compreende um elemento de simulação (2) rodando em um computador pessoal independente, em que os dados de tráfego também são inseridos manualmente, para daí os planos otimizados serem levados à rua e inseridos manualmente nos controladores.

[00172] Vale ressaltar que qualquer malha viária onde o sistema for aplicado pode ser monitorada por diversos sistemas independentes, sejam eles elemento de simulação (2) acoplados a quaisquer módulos de controle semafóricos (12, 12’), que seriam atualizados periodicamente por engenheiros de tráfego, sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) isoladas, centrais de controle semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) independentes ou uma central de controle (6), todos coexistindo na mesma rede semafórica metropolitana.

[00173] Deste modo, a configuração preferencial da presente invenção apresenta um sistema de controle de semáforos que compreende semáforos em vias de trânsito de veículos, um elemento de controle (1, 1’) e um elemento de simulação (2), em que o elemento de simulação (2) simula o fluxo de veículos nas vias de trânsito em função de diferentes temporizações dos semáforos e de um cálculo de crescimento e propagação de filas de veículos para as diferentes temporizações dos semáforos, que preferencialmente é realizado em função de uma capacidade máxima de vazão e de tempos de percurso livres das vias de trânsito.

[00174] Após a simulação, o elemento de simulação (2) seleciona uma melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos por meio de um algoritmo genético e envia a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos ao elemento de controle (1, 1’).

[00175] Este elemento de controle (1, 1’), por sua vez, modifica a temporização de abertura e fechamento dos semáforos utilizando a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pelo elemento de simulação (2).

[00176] O elemento de simulação (2) pode compreender, ainda, um sistema de seleção (22) e um simulador de trânsito (21), que efetua a seleção da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos, cria as diferentes temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, insere as diferentes temporizações de abertura e fechamento dos semáforos no simulador de trânsito (21) que simula o fluxo de veículos nas vias de trânsito em função de diferentes temporizações dos semáforos.

[00177] Após a simulação, o sistema de seleção (22) recebe resultados das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos do simulador de trânsito (21), classifica os resultados das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, seleciona as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, mistura e cruza os parâmetros das melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, aplica pequenas variações nas temporizações de abertura e fechamento dos semáforos e gera um novo conjunto de planos para o simulador de trânsito (21) utilizando estas misturas e variações, para realizar uma nova simulação.

[00178] Obviamente, o sistema de controle de semáforos, mais especificamente o elemento de controle (1, 1’), pode analisar dados reais de tráfego e congestionamento, transformar os reais de tráfego e congestionamento em instruções e inserir estas instruções no elemento de simulação (2). Deste modo, o elemento de controle (1, 1’) pode compreender um elemento de leitura de tráfego (11, 11’) para aferir dados sobre o fluxo de veículos e as porcentagens de conversão dos veículos para diferentes vias de tráfego, e inserir os dados sobre o fluxo de veículos e as porcentagens de conversão dos veículos para diferentes vias de tráfego no elemento de simulação (2).

[00179] Após a simulação e a escolha da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos, o elemento de controle (1, 1’) pode compreender um módulo de controle semafórico (12, 12’) configurado para efetuar a modificação da temporização de abertura e fechamento dos semáforos utilizando esta melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pelo elemento de simulação (2).

[00180] Como já exemplificado, sistemas de controle de semáforos mais amplos, podem compreender, ainda, sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’), em que cada sub-rede semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) compreende ao menos um par de vias de trânsito de veículos e um elemento de controle (1, 1’) acoplado a um elemento de simulação (2), e o sistema de controle de semáforos monitora ao menos um par de sub- redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) e controla cada uma das sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) independentemente, realizando a escolha da melhor temporização de abertura e fechamento para cada uma das sub- rede semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’), ou mesmo a escolha da melhor temporização de abertura e fechamento para ambas as sub-rede semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’), mesmo que não seja a melhor temporização de abertura e fechamento para as sub-rede semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) separadamente. Ou seja, tal escolha pode ser feita de maneira integrada.

[00181] Obviamente, uma central de controle semafórica (5, 5’, 5’’, 5’’’) pode controlar ao menos um par de sub- redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’), compreendendo um elemento de simulação (2) adicional, para simular o fluxo de veículos nas sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) e escolher a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos para as sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’), de maneira individual ou integrada.

[00182] Do mesmo modo, uma central de controle (6) pode controlar ao menos um par de centrais de controle semafóricas (5, 5’, 5’’, 5’’’), compreendendo também um elemento de simulação (2) adicional, para simular o fluxo de veículos nas sub-redes semafóricas (51, 51’, 51’’, 51’’’) das centrais de controle semafóricas (5, 5’, 5’’, 5’’’) e escolher a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos para as centrais de controle semafóricas (5, 5’, 5’’, 5’’’), de maneira individual ou integrada.

[00183] A simulação realizada pelo elemento de simulação (2), por sua vez, compreende segmentos de rua virtuais, nós em conexões entre os segmentos de rua virtuais e veículos simulados. Os segmentos de rua virtuais compreendem uma entrada, uma saída, e um comprimento definido pela distância entre a entrada e a saída, em que a saída de um primeiro segmento está ligada à entrada de um segundo segmento, ou mais de um segmento. Deste modo, pode ser definido um tempo de percurso para que os veículos simulados percorram o comprimento do segmento, em que os veículos simulados possuem uma velocidade de deslocamento calculada como o comprimento do segmento dividido pelo tempo de percurso de cada segmento. Os segmentos possuem um fluxo de saturação calculado como uma vazão máxima de veículos liberada na saída do segmento.

[00184] Adicionalmente, os nós são configurados como conexões entre entradas e saídas de segmentos distintos, e compreendem semáforos virtuais. Estes semáforos virtuais podem ser temporizados em aberto ou fechado, de modo a simular o fluxo de veículos, em que os veículos simulados que percorrem os segmentos e incrementarem a fila de veículos, caso os semáforos virtuais na saída dos segmentos estejam em temporização fechada.

[00185] Cada segmento pode, ainda, compreender um propagador de espaços, que possui dados relativos a contagem de veículos simulados localizados no segmento e a capacidade do segmento de liberar veículos simulados, e se movimentam em sentido contrário à fila de veículos. Assim, a fila de veículos é decrementada quando um propagador alcançar o final da fila de veículos.

[00186] Diante do exposto, a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos é selecionada de diferentes modos, pela soma total dos atrasos de percurso dos veículos simulados, por meio do número de paradas dos veículos simulados ou por meio da quantidade de bloqueios para os veículos simulados.

[00187] Ainda, como a simulação das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos pode ser realizada em ciclos equivalentes a um segundo real, cada segmento pode compreender um contador de transmissões, configurado de modo a ser incrementado em um valor igual ao fluxo de saturação a cada ciclo, definindo os parâmetros para a seleção da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos.

[00188] As vias simuladas compreendem, ainda, graus de saturação calculados como a capacidade das vias simuladas utilizada para a passagem dos veículos simulados. Em uma configuração preferencial, as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos são selecionadas de acordo com os graus de saturação.

[00189] Por este motivo, as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais podem ser descritas por um código composto por dois parâmetros, sendo um primeiro parâmetro definido como os graus de saturação de cada segmento e o segundo parâmetro definido como defasagens na temporização dos semáforos virtuais.

[00190] Por fim, a presente invenção compreende um método de controle de semáforos, que compreende as etapas de: (A) Adquirir dados relativos um fluxo de veículos em vias de trânsito que formam uma malha viária real compreendendo semáforos e veículos; (B) Preparar uma malha viária simulada de acordo com a malha viária real, a malha simulada compreendendo vias de trânsito virtuais, semáforos virtuais e veículos simulados; (C) Criar um grupo de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais; (D) Simular um fluxo de veículos simulados na malha viária simulada; (E) Calcular um crescimento e uma propagação de filas de veículos para as diferentes temporizações dos semáforos; (F) Classificar as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais do grupo de temporizações em função da etapa E; (G) Selecionar as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais em função da etapa F; e (H) Modificar a temporização de abertura e fechamento dos semáforos de acordo com a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais.

[00191] Neste método, as etapas F e G são realizadas por algoritmos genéticos.

[00192] A etapa A pode ser realizada de modo manual por engenheiros de tráfego, ou de modo automático por sistemas indutivos e câmeras. A etapa H também pode ser realizada de modo manual por engenheiros de tráfego, ou de modo automático por um elemento de controle automático (1’).

[00193] Preferencialmente, a etapa H é realizada após uma etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais selecionada da etapa G, em que a etapa H é realizada somente após a etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais atingir um índice de mérito pré-definido.

[00194] Ainda, diante do acima exposto, a etapa C pode compreender também fases de misturar e cruzar parâmetros das melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais selecionadas na etapa G. Obviamente, esta etapa é realizada caso a etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais não atingir um índice de mérito pré-definido, que é a soma total dos atrasos de percursos dos veículos simulados, o número de paradas dos veículos simulados ou a quantidade de bloqueios para os veículos simulados.

[00195] Assim, a etapa D é realizada por meio da alteração dos valores de temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais de acordo com cada elemento do grupo de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais, em que, durante a etapa D, os veículos simulados que atingirem um semáforo virtual com temporização fechada irão incrementar o valor da fila de veículos virtuais no ponto da malha virtual que se localiza o semáforo virtual.

[00196] De maneira similar ao sistema exemplificado, os semáforos virtuais que forem modificados de uma situação de temporização fechada para uma situação de temporização aberta criaram propagadores de espaços, que se deslocam em sentido contrário aos veículos virtuais. No instante em que os propagadores de espaço atingirem o final de uma fila de veículos virtuais, o valor da fila de veículos virtuais será decrementado.

[00197] As vias de trânsito virtuais do método de controle de semáforos compreendem, também, graus de saturação calculados como a capacidade das vias de trânsito virtuais serem utilizadas para a passagem dos veículos simulados. A etapa D é realizada, preferencialmente, com graus de saturação entre 76% e 91%.

[00198] Deste modo, a presente invenção descreve um sistema de planejamento e/ou controle de tráfego urbano baseado num método que utiliza algoritmos genéticos para a escolha de um plano de temporização ótimo para o conjunto de semáforos da malha urbana considerada. Este sistema procura uma solução ótima do ponto de vista global, objetivando minimizar o congestionamento acumulado em toda esta malha, não apenas em trechos específicos e curtos da malha, como nas técnicas anteriores.

[00199] Deste modo, o modelo de fila de veículos utilizado propicia uma boa estimativa do fluxo, sendo computacionalmente eficiente. Esta característica viabiliza um grande número de ensaios, cada qual referente a uma proposta de temporização do conjunto de semáforos em análise.

[00200] Como sucessivos cenários (ensaios) podem ser avaliados, o sistema e método de controle de semáforos proposto permite paulatinamente e progressivamente a descoberta de melhores ajustes para os planos de temporização semafóricos, levando ao encontro da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos para os casos em análise, de acordo com índices de méritos escolhidos.

[00201] Em vias de tráfego congestionado, esta técnica minimiza atrasos e paradas de forma mais eficiente, pois o algoritmo genético otimiza o problema de forma sistêmica e integrada. Quanto maior for o congestionamento maior é a vantagem da presente solução.

[00202] Além disso, o simulador é simples e rápido o suficiente para permitir otimização online, e a rapidez da simulação, aliada ao algoritmo genético, permite a proposição rápida de planos semafóricos otimizados para períodos de pico em redes congestionadas, além de permitir o controle off-line para permitir o planejamento urbano com base em dados estatísticos, e consequente melhoria da estrutura da malha viária.

[00203] Embora a invenção tenha sido amplamente descrita, é óbvio para aqueles versados na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que as referidas alterações não estejam cobertas pelo escopo da invenção.

Claims (59)

1. Sistema de controle de semáforos, CARACTERIZADO pelo fato de compreender semáforos em vias de trânsito de veiculos, um elemento de controle (1, 1') e um elemento de 5 simulação (2), em que o elemento de simulação (2) é configurado para simular o fluxo de veiculos nas vias de trânsito em função de diferentes temporizações dos semáforos e de um cálculo de crescimento e propagação de filas de veiculos para as diferentes temporizações dos 10 -semáforos, -selecionar uma melhor temporização de abertura .e . fechamento dos semáforos por meio de um algoritmo genético e enviar a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos ao elemento de controle (1, 1' ) , que é configurado para modificar a temporização de abertura e 15 fechamento dos semáforos utilizando a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pelo elemento de simulação (2).

2. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento 20 de simulação (2) compreende um sistema de seleção (22), configurado para efetuar a seleção da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos.

3. Sistema de controle de semáforos, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o 25 elemento de simulação (2) compreende um simulador de trânsito (21), configurado para efetuar a simulação do fluxo dos veiculos.

4. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema 30 de seleção (22) é configurado para criar as diferentes temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, inserir as diferentes temporizações de abertura e fechamento dos semáforos no simulador de trânsito (21), receber resultados das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos do simulador de trânsito (21) , classificar os resultados das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, selecionar as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, 5 misturar e cruzar os parâmetros das melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos, aplicar pequenas variações nas temporizações de abertura e fechamento dos semáforos e gerar um novo conjunto de planos para o simulador de trânsito (21) para sucessivas configurações de 10 temporizações de abertura e fechamento dos semáforos até que um índice de mérito seja atingido.

5. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o cálculo de crescimento e propagação de 15 filas de veículos é realizado em função de uma capacidade máxima de vazão e de tempos de percurso livres das vias de trânsito.

6. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO 20 pelo fato de que o elemento de simulação (2) é um elemento embarcado no elemento de controle (1, 1') , em computadores pessoais, tablets ou celulares de engenheiros de trânsito.

7. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERI ZADO 25 pelo fato de que o elemento de controle (1, 1') é configurado para analisar dados reais de tráfego e congestionamento, transformar os reais de tráfego e congestionamento em instruções e inserir estas instruções no elemento de simulação (2).

8. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERI ZADO pelo fato de que o elemento de controle (1, 1' ) compreende um elemento de leitura de tráfego (11, 11') configurado para aferir dados sobre o fluxo de veículos e as porcentagens de conversão dos veículos para diferentes vias de tráfego.

9. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADQ 5 pelo fato de que o elemento de leitura de tráfego (11, 11') é configurado para inserir os dados sobre o fluxo de veículos e as porcentagens de conversão dos veículos para diferentes vias de tráfego no elemento de simulação (2).

10. Sistema de controle de semáforos, de acordo com 10 qualquer__uma das _reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADQ pelo fato de que o elemento de controle (1, 1') compreende um módulo de controle semafórico (12, 12') configurado para efetuar a modificação da temporização de abertura e fechamento dos semáforos utilizando a melhor temporização 15 de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pelo elemento de simulação (2).

11. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERI ZADQ pelo fato de compreender sub-redes semafóricas (51, 51', 20 51'', 51'''), em que cada sub-rede semafóricas (51, 51', 51'', 51''') compreende ao menos um par de vias de trânsito de veículos e um elemento de controle (1, 1') acoplado a um elemento de simulação (2) .

12. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 25 reivindicação 11, CARACTERIZADQ pelo fato de monitorar ao menos um par de sub-redes semafóricas (51, 51' , 51' ' , 51''') e controlar cada uma das sub-redes semafóricas (51, 51', 51'', 51''') independentemente.

13. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 30 reivindicação 12, CARACTERIZADQ pelo fato de compreender ao menos uma central de controle semafórica (5, 5', 5'', 5''') configurada para controlar ao menos um par de sub-redes semafóricas (51, 51', 51'', 51''').

14. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que cada central de controle semafórica (5, 5', 5' ' , 5' ' ’ ) compreende um elemento de simulação (2) , configurado de 5 modo a simular o fluxo de veículos nas sub-redes semafóricas (51, 51', 51'', 51''') e escolher a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos para as sub-redes semafóricas (51, 51', 51'', 51''') de maneira integrada.

15. Sistema- de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender uma central de controle (6) configurada para controlar ao menos um par de centrais de controle semafóricas (5, 5' , 5" , 5" ' ) .

16. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a central de controle (6) compreende um elemento de simulação (2), configurado de modo a simular o fluxo de veiculos nas sub- redes semafóricas (51, 51', 51'', 51''') das centrais de 20 controle semafóricas (5, 5', 5'', 5''') e escolher a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos para as centrais de controle semafóricas (5, 5', 5'', 5'") de maneira integrada.

17. Sistema de controle de semáforos, de acordo com 25 qualquer uma das reivindicações de 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de o controle ser realizado de forma online ou óff-line.

18. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 17, CARACTERIZADO 30 pelo fato de a simulação realizada pelo elemento de simulação (2) compreender segmentos de rua virtuais, nós em conexões entre os segmentos de rua virtuais e veiculos simulados.

19. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de os segmentos de rua virtuais compreenderem uma entrada, uma saída, e um comprimento definido pela distância entre a entrada e a 5 saída.

20. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de os veículos simulados compreenderem um tempo de percurso para percorrer o comprimento do segmento, em que os veículos simulados 10- possuem uma velocidade de deslocamento __calculada como o comprimento do segmento dividido pelo tempo de percurso de cada segmento.

21. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de a saída de um 15 primeiro segmento estar ligada à entrada de um segundo segmento.

22. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de os nós serem configurados como conexões entre entradas e saídas de 20 segmentos distintos.

23. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERI ZADO pelo fato de os nós compreenderem semáforos virtuais.

24. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 25 reivindicação 23, CARACTERIZADO pelo fato de os semáforos virtuais serem temporizados em aberto ou fechado de modo a simular o fluxo de veículos.

25. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de os veículos 30 simulados que percorrerem os segmentos e incrementarem a fila de veículos caso os semáforos virtuais na saída dos segmentos estejam em temporização fechada.

26. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de ser a melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos selecionada pela soma total dos atrasos de percurso dos veículos simulados, por meio do número de paradas dos veículos simulados ou por meio da quantidade de 5 bloqueios para os veículos simulados.

27. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 26, CARACTERIZADQ pelo fato de cada segmento compreender um propagador de espaços.

28. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 10 reivindicação. 27, CARACTERI ZADQ pelo fato de os propagadores de espaços compreenderem dados relativos a contagem de veículos simulados localizados no segmento e a capacidade do segmento de liberar veículos simulados.

29. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 15 reivindicação 28, CARACTERIZADQ pelo fato de os segmentos possuírem um fluxo de saturação calculado como uma vazão máxima de veículos liberada na saída do segmento.

30. Sistema de controle de semáforos, de acordo com as reinvindicações 27, 28 ou 29, CARACTERIZADQ pelo fato de 20 os propagadores se movimentarem em sentido contrário à fila de veículos.

31. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 27 a 30, CARACTERIZADQ pelo fato de a fila de veículos ser decrementada quando um 25 propagador alcançar o final da fila de veículos.

32. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, CARACTERIZADQ pelo fato de a simulação das temporizações de abertura e fechamento dos semáforos ser realizada em ciclos 30 equivalentes a um segundo real.

33. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 32, CARACTERIZADQ pelo fato de que cada segmento compreende um contador de transmissões, configurado de modo a ser incrementado em um valor igual ao fluxo de saturação a cada ciclo.

34. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 33, CARACTERIZADO 5 pelo fato de as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos serem selecionadas por graus de saturação calculados como a capacidade das vias simuladas utilizadas para a passagem dos veículos simulados.

35. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a 10 reivindicação 34, CARACTERIZADO pelo fato de a simulação ser realizada em graus de saturação entre 76% e 91%.

36. Sistema de controle de semáforos, de acordo com as reivindicações 23 e 34, CARACTERIZADO pelo fato de as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos ' ' j virtuais serem descritas por um código composto por dois I parâmetros, sendo um primeiro parâmetro definido como os graus de saturação de cada segmento e o segundo parâmetro definido como defasagens na temporização dos semáforos virtuais.

37. Sistema de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato de a simulação ser realizada com 16 níveis de discretização dos graus de saturação.

38. Sistema de controle de semáforos, de acordo a reivindicação 36, CARACTERIZADO pelo fato de a simulação ser realizada com 128 níveis de discretização para a defasagem.

39. Sistema de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 38, CARACTERI ZADO 30 pelo fato de as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos compreender um período mínimo de abertura dos semáforos de 12 segundos e um período máximo de fechamento dos semáforos de 180 segundos.

40. Sistema de controle de semáforos, de acordo a reivindicação 39, CARACTERI ZADO pelo fato de o periodo máximo de fechamento dos semáforos ser de 120 segundos.

41. Sistema de controle de semáforos, de acordo com 5 qualquer uma das reivindicações de 1 a 40, CARACTERI ZADO pelo fato de compreender um construtor preliminar configurado para preparar vias de trânsito simuladas de acordo com as vias de trânsito reais.

42. Método de controle de semáforos, CARACTERIZADO 10 pelo fato-de compreender as etapas de:.. - (A) Adquirir dados relativos a um fluxo de veiculos em vias de trânsito que formam uma malha viária real compreendendo semáforos e veiculos; (B) Preparar uma malha viária simulada de acordo com a 15 malha viária real, a malha simulada compreendendo vias de trânsito virtuais, semáforos virtuais e veiculos simulados; (C) Criar um grupo de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais; (D) Simular um fluxo de veiculos simulados na malha 20 viária simulada; (E) Calcular um crescimento e uma propagação de filas de veiculos para as diferentes temporizações dos semáforos; (F) Classificar as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais do grupo de temporizações 25 em função da etapa E; (G) Selecionar as melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais em função da etapa F; (H) Modificar a temporização de abertura e fechamento dos semáforos de acordo com a melhor temporização de 30 abertura e fechamento dos semáforos virtuais; sendo as etapas F e G são realizadas por algoritmos genéticos.

43. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa A é realizada de modo manual por engenheiros de tráfego.

44. Método de controle de semáforos, de acordo com as 5 reivindicações 42 ou 43, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa H é realizada de modo manual por engenheiros de tráfego.

45. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 42, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa A 10 é realizada de modo automático por sistemas indutivos e câmeras.

46. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 42 ou 45, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa H é realizada de modo automático por um elemento de 15 controle automático (1/) .

47. Método de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 42 a 46, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa H é realizada após uma etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento 20 dos semáforos virtuais selecionada da etapa G.

48. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 47, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa H é realizada para sucessivas configurações de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos distintas até que a 25 etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais atinja um indice de mérito pré-definido.

49. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 48, CARACTERIZADQ pelo fato de que a etapa C 30 compreende misturar e cruzar parâmetros das melhores temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais selecionadas na etapa G caso a etapa de avaliação da melhor temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais não atingir um indice de mérito pré- definido .

50. Método de controle de semáforos, de acordo com as reivindicações 48 ou 49, CARACTERIZADO pelo fato de que o 5 indice de mérito é a soma total dos atrasos de percursos dos veiculos simulados, o número de paradas dos veiculos simulados ou a quantidade de bloqueios para os veiculos simulados.

51. Método de controle de semáforos, de acordo com 10 qualquer uma das reivindicações 42 a 50,. CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa D é realizada por meio da alteração dos valores de temporização de abertura e fechamento dos semáforos virtuais de acordo com cada elemento do grupo de temporizações de abertura e fechamento dos semáforos 15 virtuais.

52. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 51, CARACTERI ZADO pelo fato de que os veiculos simulados na etapa D que atingirem um semáforo virtual com temporização fechada irão incrementar o valor 20 de a fila de veiculos virtuais no ponto da malha virtual que se localiza o semáforo virtual.

53. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 52, CARACTERI ZADO pelo fato de que os semáforos virtuais que forem modificados de uma situação de 25 temporização fechada para uma situação de temporização aberta criarão propagadores de espaços.

54. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 53, CARACTERI ZADO pelo fato de que os propagadores de espaço se deslocam em sentido contrário aos 30 veiculos virtuais.

55. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 54, CARACTERI ZADO pelo fato de que os propagadores de espaço que atingirem o final de uma fila de veículos virtuais irá decrementar o valor da fila de veículos virtuais.

56. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 55, CARACTERIZADO pelo fato de que as vias de 5 trânsito virtuais compreenderem graus de saturação calculados como a capacidade das vias de trânsito virtuais ser utilizada para a passagem dos veículos simulados.

57. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 56, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa D 10 é realizada com graus _de saturação entre 7 6% e__91%.

58. Método de controle de semáforos, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 42 a 57, CARACTERIZADO pelo fato de que as temporizações de abertura e fechamento dos semáforos virtuais compreendem um período mínimo de 15 abertura dos semáforos virtuais de 12 segundos e um período máximo de fechamento dos semáforos virtuais de 180 segundos.

59. Método de controle de semáforos, de acordo com a reivindicação 58, CARACTERIZADO pelo fato de que o período 20 máximo de fechamento dos semáforos virtuais é de 120 segundos.

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