EL ARTE DE LA SEMAFORIZACIÓN URBANA

La intersección regulada por semáforos es “el lugar más complejo del sistema vial urbano”. El análisis de intersecciones reguladas por semáforos debe considerar una gran variedad de condiciones prevalecientes, incluida la cantidad y la distribución del tráfico rodado, la composición del mismo, las características geométricas, los detalles de la semaforización de la intersección.

En el 2015 la Transportation Research Board – TRB de los Estados Unidos editó un documento circular de 510 páginas, celebrando los 50 años de los estudios de la Teoría del Flujo Vehicular, que postulan modelos matemáticos de comportamiento y predicción que explican e intentan mitigar el fenómeno de la congestión urbana. Asimismo, en el 2020 se van a celebrar los 100 años de la puesta en operación del primer semáforo vehicular de 3 luces, tal como lo conocemos, instalado sobre intersecciones de las calles de Ditroit y la 5ta Avenida de Nueva York. Esta introducción nos deja a reflexión, el supremo atraso en el conocimiento técnico y fundamentación operacional de la ingeniería relacionada con los sistemas de tráfico urbano en nuestro país, por los 3 actores principales: funcionarios públicos (tomadores de decisión), asesores técnicos municipales (de donde se gestan los Términos de Referencia mal concebidos), y Consultores nacionales que no cuentan con la debida especialización. No hay otra explicación del por qué, después de 15 años, seguimos aceptando que el alcalde de la ciudad, siga diciendo que existen semáforos inteligentes en Lima sin que nadie desmienta esta falacia.

1. POLÍTICAS DE ACTUACION SOBRE LOS TIEMPOS DEL SEMAFORO

Definir claramente una política de semaforización es importante porque es una manera de ayudar a controlar y definir prioridades dentro del sistema de transporte. Las mejoras en la sincronización y coordinación del tiempo del semáforo han demostrado de forma consistente hasta US$ 40 de beneficio de usuarios de la vía por cada US$ 1 invertido por una Agencia de Transporte en los Estados Unidos. Se plantean los criterios de ingeniería que se debe utilizar en concordancia con el desarrollo de las políticas y sus aplicaciones en el ámbito de la actuación de los tiempos del semáforo. Cuestiones de política relacionadas con la temporización de la señal del semáforo incluyen la determinación de:

• ¿Si todos los tipos de usuarios (de transporte público, de carga, de emergencia, peatones, vehículos, bicicletas, etc.), serán tratados con equidad o existirá alguna prioridad en la intersección semaforizada?;
• ¿Con qué frecuencia serán revisados y actualizados los planes de tiempos del semáforo?;
• ¿Cómo deben ser tratadas las aproximaciones con diferente jerarquía vial?;
• ¿Si habrá tratamiento preferencial para determinados movimientos más allá de la definición de la fase coordinada (será el plan de fases preciso para limpiar todas las colas durante cada ciclo a través de movimientos de volteo a la izquierda y la calle lateral)?; y
• ¿Qué medidas se utilizarán para determinar si el plan de sincronización es efectivo (detenciones vehiculares, demoras en la red, la velocidad promedio de recorrido arterial, retraso estimado persona, consumo de combustible estimado, velocidad del transporte público, etc.) y cómo se van a obtener estos datos?

2. ANALISIS OPERACIONAL DE LAS INTERSECCIONES VIALES

Existen varias características que afectan en la naturaleza dinámica de la implementación del tiempo del semáforo en las intersecciones urbana, entre las que se destacan:

• Localización. Los ambientes urbanos se caracterizan por velocidades bajas y altos niveles de congestión.
• Características de la red de transporte. La instalación de una vía dentro de un sistema de transporte mayor, puede influir en las expectativas de los usuarios; lo que a su vez, puede influir en la forma en que la vía debe ser cronometrada. Existe un equilibrio tradicional entre la movilidad y el acceso, pero otros factores también pueden afectar la configuración del tiempo del semáforo, incluyendo:
  • Rutas para destinos de carga,
  • Senderos peatonales clave,
  • Semaforización para cruces multi-usos incluyendo vías férreas,
  • Ciclovías, y
  • Rutas para transporte público rápido o de alta capacidad.
• Geometría de la intersección. Las características geométricas y topográficas (pendientes o gradientes) de una intersección determinan su capacidad para servir a la demanda de tráfico de manera segura y eficiente. Los peatones a menudo están cruzando carriles de flujo vehicular, mientras que el transporte público, las bicicletas y los vehículos utilizan sus facilidades provistas en la intersección.
• Características de los usuarios. Las características de los usuarios influyen claramente en la eficiencia del tiempo del semáforo y deberían ser considerados al inicio del proceso de análisis y planeación. Por ejemplo, una mezcla de usuarios: ancianos, personas con sillas de ruedas y personas con discapacidades, necesitan más tiempo para cruzar una calle; los tiempos de despeje para peatones deben ser ajustados en esas circunstancias. Un amplio uso de la bicicleta podría beneficiarse con la implementación de un sensor de detección para tal modo, y asociarlo con el verde mínimo para los ciclistas.

3. ANÁLISIS DE SEGURIDAD VIAL EN INTERSECCIONES CON SEMÁFORO

En todo proyecto de semaforización, es fundamental evaluar la seguridad y el diseño de las intersecciones. El diseño geométrico de una intersección semaforizada, implica la disposición funcional de los carriles vehiculares, de las rampas de acceso a discapacitados, los cruceros peatonales, de los carriles para bicicletas, y de los paraderos de transporte público en dimensiones horizontales y verticales. La Figura 1 ilustra los límites funcionales de una intersección semaforizada.

Figura 1. Límites funcionales de una intersección semaforizada

Fuente: “Intersection Design Guidelines,” Institute of Transportation Engineers

4. DISEÑO, OPTIMIZACIÓN Y COORDINACIÓN DEL TIEMPO DEL SEMÁFORO

Optimizar el tiempo del semáforo es el proceso de calcular “el mejor tiempo del ciclo y reparto de fases posible” para la mejor operación de la intersección o grupo de intersecciones, reduciendo al mínimo las demoras promedio (segundos) de todos los usuarios y con el máximo estándar de seguridad. Desde los últimos 30 años, los científicos han desarrollado técnicas de optimización y programas que ayudan a los ingenieros de tráfico en dicho proceso. El avance de las investigaciones en este campo, permiten considerar la variabilidad estocástica cotidiana en las demoras de los usuarios durante el proceso de optimización.

Hay varios elementos que deben ser considerados al elegir qué tipo de herramienta de software aplicar para el proceso de optimización de tiempos de semáforos. Deben tenerse siempre en cuenta: los ajustes del detector, las condiciones saturadas del área, las suposiciones de prioridad del usuario, las características propias de la red (mobiliario urbano y operacional) y la calibración de campo. La Figura 2 ilustra el flujo de entradas y salidas hacia de información, desde los distintos equipos de señal, en una intersección semaforizada individualmente (conocida también como intersección aislada). Aquí, recién comienza a implementarse la “inteligencia” del semáforo, pero aún no termina.

Figura 2. Flujo de entradas y salidas entre detectores, equipos de cabina de control y displays

Fuente: NCHRP Report 812, Exhibit 4-1.

La coordinación semafórica es una herramienta para proporcionar la capacidad de sincronizar intersecciones múltiples para mejorar el funcionamiento de uno o más movimientos direccionales en un sistema de semáforos. Los ejemplos incluyen vías arteriales, redes de áreas centrales e intersecciones estrechamente espaciadas. Aquí, se continúa con la implementación de las mal llamadas “olas verdes” como veremos en las Figuras 3 y 4. Es muy importante lograr la coordinación en red, especialmente en áreas centrales de la ciudad; puesto que, se logra el beneficio de todos los usuarios del sistema.

Figura 3. Diagrama espacio-tiempo de un plan de tiempos coordinado en eje vial

Fuente: NCHRP Report 812, Exhibit 7-1.

Figura 4. Ejemplo de un sistema coordinado en malla

Fuente: NCHRP Report 812, Exhibit 7-22.

5. SISTEMAS DE CONTROL CENTRALIZADO

Los semáforos pueden operar en un sistema de intersecciones. Aquí se completa el circuito de la semaforización inteligente, que no existe en ninguna ciudad del país, porque ni la Central del Callao opera actualmente como tal. La aplicación de los planes de tiempos depende de la infraestructura disponible en el sistema de semáforos. Los componentes de hardware típicos del sistema se muestran en la Figura 5; y se describen a continuación de la misma.

Figura 5. Componentes físicos de un sistema de semaforización

Fuente: Publication Number: FHWA-HOP-08-024. Figure 4-

• Detección. Los detectores son utilizados para recoger información acerca de las “condiciones” del tráfico local, en cada momento, de cada intersección. Esta información sirve para el monitoreo, la gestión y la medición del desempeño del tránsito.
• Controlador local. Acciona los displays con el tiempo del semáforo proporcionada por la demanda de tráfico (usuario), a través de conmutadores electromecánicos. El controlador implementa estrategias específicas de operación de la intersección semaforizada, desde ingresos de tiempos en campo o directamente desde el operador del sistema centralizado (semaforización inteligente o ITS).
• Controlador maestro. El un componente opcional que facilita la comunicación entre el sistema central y los controladores locales. Sus funciones principales son seleccionar los planes de tiempos para un grupo de intersecciones, para procesar y almacenar la información del recuento de los detectores, y para monitorear el funcionamiento del equipo.
• Central de Control de Tráfico (Sistema de Semaforización). La CCT es utilizada para una variedad de funciones. Su función básica es accionar la red de controladores locales de semáforos a partir de la base de datos provista por los detectores ubicados las intersecciones, monitorear el sistema y permitir que se modifiquen los planes de tiempo de los semáforos y otros parámetros del sistema de manera remota.
• Comunicación. Existen una variedad de componentes del sistema que permiten la comunicación interna y externa de la CCT con los diferentes controladores; que permiten la implementación de las estrategias de gestión del tráfico como la coordinación de una red de semáforos.

6. CONCLUSIONES

• 6.1. Los sistemas de semáforos van mucho más allá, del simple hecho de la implementación física del equipamiento de campo de las intersecciones y las obras civiles, como se suele ver en las administraciones gubernamentales de nuestras ciudades.


• 6.2. Las gestión operacional del tráfico a partir de sistemas de semáforos, es una necesidad creciente de nuestras ciudades, dadas las condiciones de congestión que se extienden mucho más allá de los 60 minutos de máxima demanda vehicular (horas punta o pico). Esta gestión debe ser permanente porque las ciudades crecen demográfica y morfológicamente todos los días; así como, la práctica de la comercialización diaria de vehículos motorizados. No hay forma que esto se detenga; aun cuando, en muy escasas ciudades nuestras, se impulse la implementación de políticas agresivas de desarrollo de proyectos de transporte público masivo.


• 6.3. Para que se desarrollen adecuadamente las políticas y buenas prácticas de semaforización, es imprescindible el fortalecimiento técnico e institucional de las Agencias gubernamentales relacionadas. Este fortalecimiento debe estar orientado a los tomadores de decisión, profesionales de las Agencias y Consultores especializados, que desarrollen los proyectos de implementación y el mantenimiento permanente de los sistemas, por lo postulado en el punto anterior.


• 6.4. Los proyectos de semaforización deben estar orientados a la disminución del tiempo de viaje con seguridad, del usuario de las intersecciones viales. En ese sentido, el fundamento de los Términos de Referencia o Pliegos Técnicos para la puesta en marcha de estos proyectos, debe priorizar la participación como encargados del proyecto a especialistas en planeación y gestión de redes de tráfico urbano, modeladores de tráfico y gestores de sistemas integrados de ITS.


• 6.5. Hay que dejar de utilizar medidas facilistas de gestión de tráfico como “impedir los volteos a la izquierda” en las intersecciones. Esta más que probado que esta práctica es muy fácil de manejar con los criterios de ingeniería de tránsito para semaforización y rediseño geométrico vial, sin perjudicar a los usuarios del sistema vial.