Control dinàmic de les entrades de vehicles en una zona urbana mitjançant gestió semafòrica

Abstract

El creixement de les ciutats i l’augment constant del parc de vehicles han generat una pressió creixent sobre les infraestructures viàries urbanes i periurbanes. En aquest context, les vies d’alta capacitat com rondes, autopistes i autovies juguen un paper fonamental en la mobilitat de les grans àrees metropolitanes, facilitant la connexió entre diferents punts del territori. No obstant això, l’eficiència d’aquestes infraestructures es veu compromesa quan les zones d’accés i sortida cap a la xarxa viària urbana presenten una capacitat insuficient per absorbir el flux de vehicles, generant congestions i situacions potencialment perilloses. La congestió viària en les sortides de vies d’alta capacitat no només afecta la seguretat dels usuaris, sinó que també provoca una disminució de la qualitat del servei de la infraestructura, retards en els desplaçaments i un augment de les emissions contaminants. Aquesta problemàtica es fa especialment evident quan la via principal es troba en un nivell de servei òptim, però les sortides no són capaces d’absorbir el flux necessari, donant lloc a cues que es propaguen aigües amunt i comprometen el funcionament global de la xarxa. La gestió eficient d’aquestes situacions requereix l’aplicació de solucions innovadores que permetin optimitzar la capacitat d’absorció de la xarxa urbana en aquests punts crítics. Una de les estratègies amb major potencial és la regulació dinàmica del règim semafòric, adaptant-lo a les condicions reals de circulació per tal de millorar la permeabilitat de la xarxa i facilitar el flux d’entrada a la ciutat. Aquest treball de final de grau sorgeix de la necessitat de donar resposta a aquesta problemàtica, amb l’objectiu de desenvolupar una metodologia que permeti optimitzar el règim semafòric en funció de la congestió present a les sortides de vies d’alta capacitat. El projecte planteja el disseny i la implementació d’un algoritme capaç de detectar la presència de cues en aquestes sortides i modificar de manera automàtica els temps semafòrics per tal de millorar la fluïdesa del trànsit. A més, aquest treball també pretén analitzar l’impacte que aquesta modificació del règim semafòric pot tenir en el conjunt del trànsit urbà, avaluant els beneficis i possibles inconvenients que es puguin derivar d’aquesta regulació dinàmica. Per tal d’assolir aquests objectius, es realitzarà una simulació que permetrà comparar les velocitats de propagació de cues obtingudes amb les formulacions teòriques existents, proposant ajustos en aquestes formulacions per adaptar-les a la casuística analitzada. Aquest projecte no només busca aportar una solució aplicable al cas concret de l’entorn de la ronda de Dalt, sinó que també pretén esdevenir una metodologia transferible a altres entorns urbans o periurbans amb problemàtiques similars, contribuint així a la millora de la mobilitat urbana i a la seguretat viària.

El crecimiento de las ciudades y el aumento constante del parque de vehículos han generado una presión creciente sobre las infraestructuras viarias urbanas y periurbanas. En este contexto, las vías de alta capacidad como rondas, autopistas y autovías juegan un papel fundamental en la movilidad de las grandes áreas metropolitanas, facilitando la conexión entre diferentes puntos del territorio. Sin embargo, la eficiencia de estas infraestructuras se ve comprometida cuando las zonas de acceso y salida hacia la red viaria urbana presentan una capacidad insuficiente para absorber el flujo de vehículos, generando congestiones y situaciones potencialmente peligrosas. La congestión viaria en las salidas de vías de alta capacidad no solo afecta la seguridad de los usuarios, sino que también provoca una disminución de la calidad del servicio de la infraestructura, retrasos en los desplazamientos y un aumento de las emisiones contaminantes. Esta problemática se hace especialmente evidente cuando la vía principal se encuentra en un nivel de servicio óptimo, pero las salidas no son capaces de absorber el flujo necesario, dando lugar a colas que se propagan aguas arriba y comprometen el funcionamiento global de la red. La gestión eficiente de estas situaciones requiere la aplicación de soluciones innovadoras que permitan optimizar la capacidad de absorción de la red urbana en estos puntos críticos. Una de las estrategias con mayor potencial es la regulación dinámica del régimen semafórico, adaptándolo a las condiciones reales de circulación para mejorar la permeabilidad de la red y facilitar el flujo de entrada a la ciudad. Este trabajo de fin de grado surge de la necesidad de dar respuesta a esta problemática, con el objetivo de desarrollar una metodología que permita optimizar el régimen semafórico en función de la congestión presente en las salidas de vías de alta capacidad. El proyecto plantea el diseño y la implementación de un algoritmo capaz de detectar la presencia de colas en estas salidas y modificar de manera automática los tiempos semafóricos para mejorar la fluidez del tráfico. Además, este trabajo también pretende analizar el impacto que esta modificación del régimen semafórico puede tener en el conjunto del tráfico urbano, evaluando los beneficios y posibles inconvenientes que puedan derivarse de esta regulación dinámica. Para alcanzar estos objetivos, se realizará una simulación que permitirá comparar las velocidades de propagación de colas obtenidas con las formulaciones teóricas existentes, proponiendo ajustes en estas formulaciones para adaptarlas a la casuística analizada. Este proyecto no solo busca aportar una solución aplicable al caso concreto del entorno de la Ronda de Dalt, sino que también pretende convertirse en una metodología transferible a otros entornos urbanos o periurbanos con problemáticas similares, contribuyendo así a la mejora de la movilidad urbana y a la seguridad vial.

The growth of cities and the constant increase in the number of vehicles have generated mounting pressure on urban and peri-urban road infrastructures. In this context, high-capacity roads such as ring roads, highways, and expressways play a fundamental role in the mobility of large metropolitan areas, facilitating connections between different points of the territory. However, the efficiency of these infrastructures is compromised when the access and exit zones to the urban road network have insufficient capacity to absorb the flow of vehicles, resulting in congestion and potentially dangerous situations. Traffic congestion at the exits of high-capacity roads not only affects user safety but also leads to a decrease in the quality of infrastructure service, travel delays, and an increase in pollutant emissions. This issue becomes especially evident when the main road operates at an optimal service level, but the exits are unable to absorb the necessary flow, leading to queues that propagate upstream and compromise the overall functioning of the network. Efficient management of these situations requires the application of innovative solutions that optimize the absorption capacity of the urban network at these critical points. One of the most promising strategies is the dynamic regulation of traffic light timing, adapting it to real traffic conditions to improve network permeability and facilitate the flow of vehicles entering the city. This final degree project arises from the need to address this issue, aiming to develop a methodology that optimizes traffic light timing based on the congestion present at the exits of high-capacity roads. The project proposes the design and implementation of an algorithm capable of detecting the presence of queues at these exits and automatically adjusting traffic light timings to improve traffic flow. Additionally, this work seeks to analyze the impact that modifying traffic light timing may have on overall urban traffic, evaluating the benefits and potential drawbacks that may result from this dynamic regulation. To achieve these objectives, a simulation will be conducted to compare the propagation speeds of queues obtained with existing theoretical formulations, proposing adjustments to these formulations to adapt them to the analyzed scenarios. This project not only aims to provide a solution applicable to the specific case of the Ronda de Dalt area but also seeks to become a methodology transferable to other urban or peri-urban environments with similar issues, thus contributing to the improvement of urban mobility and road safety.