DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN
BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE
TRÁFICO SIMILAR
LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA 9929524
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Maestría en Ciencias de la Información y Comunicaciones
Facultad de Ingeniería
Bogotá, Colombia
2015
DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO
VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR
LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA
Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ciencias de la Información y Comunicaciones
Director:
Msc. Oswaldo Alberto Romero Villalobos
Línea de Investigación:
Tráfico inteligente y seguridad ciudadana
Grupo de Investigación:
Grupo de Investigación en Tráfico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC)
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad de Ingeniería, Proyecto curricular de Maestría en Ciencias de la Información y
las Comunicaciones
Bogotá, Colombia
2015
“Lo importante no es el objetivo que
consigues sino la persona que te conviertes
al perseguirlo”.
VII
Agradecimientos
A todas las personas que permiten cada día hacer mis sueños realidad.
VIII DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Resumen
El presente anteproyecto realizará investigación sobre un modelo de enrutamiento de
tráfico vehicular basado en prácticas que se aplican en otras ciudades del mundo con
problemática similar, y plantea las variables relevantes que se deben tener en cuenta.
El proyecto se motiva teniendo en cuenta el grave problema de movilidad que existe en
la ciudad desde hace varios años, en donde a pesar de que las distancias no son tan
extensas los tiempos de desplazamiento si lo son, esto debido a las congestión que
presenta en las diferentes vías, adicional a la incertidumbre que tienen los ciudadanos
antes de definir la ruta que se va a tomar, se considera que proporcionando información
a los usuarios respecto al estado de las vías referente a diferentes condiciones se podría
disminuir dicha incertidumbre y colaborar a que los ciudadanos tomen mejores
decisiones de ruta para llegar a su destino, y así mismo no se agranden los trancones,
mejorando la movilidad en nuestras vías.
Contenido IX
Abstract
This preliminary research conducted on a model of vehicular traffic routing based on
practices applied in other cities with similar problems, and raises the relevant variables
that must be taken into account.
The project is motivated considering the serious problem of mobility that exists in the city
for several years, where even though the distances are not as extensive travel times if
they are, this due to the congestion that occurs in different routes, in addition to the
uncertainty of citizens before defining the route to be taken, it is considered that providing
information to users regarding the state of the roads regarding different conditions could
reduce this uncertainty and to collaborate citizens make better decisions in route to your
destination, as well as avoid the jams become enlarged, improving mobility on our roads.
Contenido XI
Contenido
Pág.
Capítulo 1. Descripción del Proyecto ............................................................................ 3 1.1 Identificación del problema ................................................................................... 3 1.2 Justificación ......................................................................................................... 4 1.2.1 Justificación teórica ........................................................................................... 5 1.2.2 Justificación Metodológica ................................................................................ 6 1.2.3 Justificación práctica ......................................................................................... 6 1.3 Objetivos .............................................................................................................. 7 1.3.1 General ............................................................................................................. 7 1.3.2 Específicos ........................................................................................................ 7 1.4 Estructura del proyecto ........................................................................................ 8
Capítulo 2. Estado del Arte: ............................................................................................ 9 2 Marco teórico .......................................................................................................... 9 2.1 Algoritmos de Enrutamiento ................................................................................. 9 2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento ............................................................ 9 2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento ............................................................................ 10 2.1.2.1 Principio de Optimización ............................................................................. 11 2.1.2.2 Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra)........................... 12 2.1.2.3 Inundación (Flooding) ................................................................................... 13 2.1.2.4 Enrutamiento por Vector de Distancia .......................................................... 14 2.1.2.5 Enrutamiento por Estado del Enlace(1) ......................................................... 16 2.1.2.6 Enrutamiento Jerárquico (1)........................................................................... 19 2.1.2.7 Enrutamiento por Difusión (Broadcast) ......................................................... 20 2.1.2.8 Enrutamiento por Multidifusión (Multicast) .................................................... 21 2.2 OSPF (2) ............................................................................................................ 22 2.2.1 Introducción .................................................................................................... 22
XII DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR
2.2.2 Antecedentes .................................................................................................. 23 2.2.3 Algoritmo del estado de enlace ....................................................................... 24 2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto ..................................................................... 25 2.2.5 Costo de OSPF ............................................................................................... 26 2.2.6 Árbol de trayecto más corto ............................................................................ 26 2.2.7 Routers de área y de borde ............................................................................. 28 2.2.8 Paquetes de estado de enlace ........................................................................ 29 2.3 CONGESTION VEHICULAR (3) .......................................................................... 31
3. Capítulo 3. Metodología ......................................................................................... 34
4. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual ..................................... 36 4.1 Situación Actual .................................................................................................... 36 4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo ................................................. 37
5. Capítulo 5. Modelo Propuesto ............................................................................... 41 5.1. COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DEL ALGORITMO EN EL MODELO ...... 42 5.2. Diseño general del sistema y enfoque del proyecto .......................................... 55 5.3. Sección de recolección de Información ............................................................. 58 5.4. Sección de transmisión de Información ............................................................. 59 5.5. Sección de procesamiento de Información ........................................................ 60 5.6. Sección de distribución de Información ............................................................. 60 5.7. Variables a monitorear ...................................................................................... 61 5.8. Transmisión de variables .................................................................................. 63 5.9. Almacenamiento de variables y definición de parámetros a manejar ................ 63 5.10. Consulta de información .................................................................................. 65 5.11. Definición de malla vial para el proyecto ......................................................... 66 5.12. Definición de Algoritmo de enrutamiento ......................................................... 72
6. ANALISIS Y VALIDACION ...................................................................................... 84 6.1. Análisis y validación .......................................................................................... 84 6.2. Validación del modelo por medio de análisis de casos estimados ..................... 86 6.3. CONSIDERACIONES PARA VALIDACION MODELO ...................................... 87 6.4. Primer escenario ............................................................................................... 88 6.5. Segundo escenario ........................................................................................... 90 6.6. Tercer escenario ................................................................................................. 93
7. CAPITULO 6 – Protocolo de pruebas .................................................................... 96 7.1. Protocolo de pruebas y resultados obtenidos .................................................... 96 7.2. Consultar información de rutas y vías específicas ............................................. 97 7.3. Modificar valores de parámetros para pruebas de simulación ........................... 98 7.4. Ejemplos ..........................................................................................................100 7.5. .........................................................................................................................100 7.5. Pruebas ...........................................................................................................101 7.6. Resultados Obtenidos ......................................................................................102 7.7. Resumen soluciones implementadas alrededor del mundo ..............................103 7.8. Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo. .................104
8. Conclusiones y Recomendaciones ..................................................................... 107 7.1 Conclusiones ....................................................................................................107
Contenido XIII
7.2 Recomendaciones ............................................................................................109
9. REFERENCIAS ...................................................................................................... 110
Contenido XIV
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 - Resumen soluciones implementadas que aplican a Bogotá .............................. 39
Tabla 2- Puntaje eventos ................................................................................................. 45
Tabla 3- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49
Tabla 4- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49
Tabla 5- valores de variables en ruta. Fuente: propia ..................................................... 51
Tabla 6- tramos de la malla vial. Fuente: propia.............................................................. 71
Tabla 7 - Puntaje definidos para eventos. Fuente: propia ................................................ 78
Tabla 8- Encabezado tabla vecinos – Fuente: propia ..................................................... 79
Tabla 9- Definición de vecinos – Fuente: propia ............................................................. 83
Tabla 10- Situación ideal – Fuente: propia ....................................................................... 88
Tabla 11- Situación estado de congestión – Fuente: propia ............................................. 89
Tabla 12- ejemplo segundo escenario velocidad vs tiempo – Fuente: propia ................... 91
Tabla 13- ejemplo segundo escenario análisis de datos – Fuente: propia ....................... 92
Tabla 14- ejemplo segundo escenario rangos de velocidad vs separación por norma –
Fuente: propia ................................................................................................................. 92
Tabla 15- ejemplo segundo escenario mejora porcentual – Fuente: propia .................... 93
Tabla 16 - ejemplo tercer escenario análisis de datos – Fuente: propia ........................... 94
Tabla 17- ejemplo tercer escenario rangos de velocidad vs separación por noma– Fuente:
propia .............................................................................................................................. 95
Tabla 18- ejemplo tercer escenario mejora porcentual– Fuente: propia ........................... 95
Tabla 19- Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables a la ciudad de
Bogotá. Fuente: propia .................................................................................................. 104
Tabla 20- Matriz soluciones por ciudad. Fuente: propia ............................................... 106
Contenido XV
LISTA DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente (1) .................................................................. 11
Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente (1) ............................................ 13
Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente (1) ................................................... 15
Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente (1) ...................................... 16
Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente (1) .................................................. 17
Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente (1) ............................................... 18
Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente (1) ................... 18
Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente (1) ...................................................... 19
Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente (1) ........................................................ 20
Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente (1) ....................................................... 21
Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1) ............................................ 22
Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente (2) ...................................... 27
Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente (2) ............................................... 28
Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2) ........................................ 30
Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3) ............................................... 33
Ilustración 16- Ejemplo dos nodos sencillos – Fuente: propia ......................................... 42
Ilustración 17- Ejemplo dos nodos sencillos con tramos – Fuente: propia ....................... 43
Ilustración 18- Malla vial – Fuente: propia ........................................................................ 43
Ilustración 19- Muestra Malla – Fuente: propia ............................................................... 47
Ilustración 20- ejemplo diagrama nodos-tramos-orientación Fuente: propia .................... 48
Ilustración 21 - Costos en tramos ejemplo. Fuente: propia .............................................. 50
Ilustración 22 - Diagrama nodos tramos ejemplo. Fuente: propia .................................... 52
Ilustración 23- Costos tramos – en ruta ejemplo. Fuente: propia .................................... 53
Ilustración 24- Costos tramos ejemplo – en ruta ejemplo ................................................. 54
Ilustración 25- Costos tramos ejemplo – Fuente: propia .................................................. 55
Ilustración 26- Diseño general del sistema – Fuente: Propia .......................................... 58
Ilustración 27- Malla vial seleccionada modelo. Fuente: propia ....................................... 67
Ilustración 28- Diagrama de flujo algoritmo de enrutamiento. Fuente: propia ................... 77
Ilustración 29- Orientación de nodos. Fuente: Propia ...................................................... 79
Ilustración 30- Ejemplo - Autopista 5 carriles – Fuente: propia ........................................ 90
XVI DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR
Ilustración 31- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19– Fuente: propia ......... 91
Ilustración 32- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19 y autopista– Fuente:
propia .............................................................................................................................. 93
Ilustración 33- Pantalla 1 ................................................................................................. 96
Ilustración 34 - Pantalla 2 ................................................................................................ 97
Ilustración 35- Pantalla 4 ................................................................................................. 98
Ilustración 36- Pantalla 5 ............................................................................................... 100
Ilustración 37- Pantalla 6 ............................................................................................... 101
Ilustración 38-Pantalla 6 ................................................................................................ 101
Ilustración 39-Pantalla 7 ................................................................................................ 102
Contenido XVII
Introducción
El control del tráfico ha sido durante muchos años alrededor del mundo un tema de difícil
manejo, ya que no es un tema fácil de arreglar en ciudades que ya se encuentran
diseñadas, con vías de escasos carriles, sin puentes, con demasiados cruces los cuales
a su vez generan la necesidad de semáforos, a todo esto sumándole una gran densidad
de población que día a día logran conseguir un vehículo el cual se une a los ya existentes
medios de transporte particulares, públicos, de trasporte de carga, motos, etc, el estado
ideal sería lograr un flujo vehicular uniforme, constate y sin congestiones, .
Una alternativa para minimizar un poco esta situación es disminuir la incertidumbre de las
personas que salen a aumentar la cantidad de flujo vehicular en las vías de la ciudad, el
presente proyecto trabaja en diseñar una estrategia para dar información a los usuarios
con el fin de que estos no se unan a los trancones diarios que se forman en la ciudad,
para esto se requiere que sea suministrado el origen y destino por la persona que
requiere realizar el desplazamiento, y teniendo en cuenta los parámetros del estado
general de las vías, se aplica un algoritmo de enrutamiento óptimo el cual como
resultado sugiere al usuario una posible ruta óptima teniendo en cuenta el estado de los
parámetros monitoreados.
En muchos países donde se presenta el mismo inconveniente, se manejan sistemas de
control de tráfico vehicular, donde se publica información de las vías, se muestran
imágenes de video cámaras ubicadas en puntos estratégicos, información de obras
civiles, vías cerradas, etc., pero en muchos casos los usuarios pueden tener toda esta
información pero no conocen vías alternas, puede que solo conozcan las vías principales
lo que disminuye las opciones de rutas. El valor agregado del presente proyecto es
evaluar varias rutas y sugerir la mejor de acuerdo al algoritmo de enrutamiento. Así como
también analizar qué soluciones han dado a esta problemática diferentes ciudades
alrededor el mundo que puedan aplicar a nuestra ciudad.
Entre más crezca la población de esta ciudad, y la propia ciudad, mas aumenta la
necesidad de que en algún momento se invierta presupuesto suficiente para mantener
2 Introducción
informada a toda la población que de una u otra forma hace parte del problema y que
también puede hacer parte de la solución.
Adicionalmente se debe comenzar a trabajar en una solución integral de transporte, ya
que esta problemática tiene muchas variables y también se debe atacar simultáneamente
desde varios frentes, lo que significa que son muchos planes en paralelo para poder
llegar a soluciones generales.
Capítulo 1. Descripción del Proyecto
1.1 Identificación del problema
La movilidad de los ciudadanos por las diferentes vías de la ciudad de Bogotá y sobre
todo por las vías principales es, en determinadas horas y días, compleja dado que
existen variables inciertas que pueden modificar el estado del tráfico, ¿Es factible
mejorar el tráfico de nuestra ciudad solo con un sistema de información que suministre a
los ciudadanos información relevante para tomar la mejor ruta de un punto origen a un
destino...?
El contribuir a los trancones y congestiones en nuestra ciudad hace que nuestros tiempos
de desplazamiento se aumenten así sean las distancias muy cortas, si poseemos
información oportuna y relevante, ¿es posible optimizar los tiempos y costos de nuestros
desplazamientos...?
Teniendo en cuenta que el cuerpo humano se desgasta cuando se expone a ciertos
ambientes de estrés e incomodidad, si un ciudadano toma una ruta que optimiza su
tiempo, podría mejorar el estado de salud al no exponerse a ambientes que pueden
afectar...?
Si un gran volumen de usuarios mejora los tiempos de desplazamiento y no contribuyen
a grandes trancones, ¿Podemos mejorar el nivel de gases tóxicos en el medio ambiente
de la ciudad...?
Si los ciudadanos toman una ruta óptima para su desplazamiento de un punto origen a
un punto destino, es posible que su velocidad promedio mejore y así mismo el
rendimiento del combustible, ¿se puede reflejar mejora en optimización de costos y
generar ahorro para los usuarios con una solución como la presentada...?
Dado que existen una gran cantidad de variables y parámetros fijos que condicionan el
estado de una vía, ¿es posible determinar un algoritmo que genere una ruta óptima para
los usuarios teniendo en cuenta el peso porcentual de cada condición y sus
variaciones...?
Para que la información sea de utilidad para los ciudadanos es necesario contar con
información verídica y oportuna, ¿es factible a través de la tecnología actual recolectar,
4 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
almacenar, y transmitir a los usuarios esta información procesada para que tomen
decisiones acertadas...?
Si se pudiera acabar o por lo menos disminuir la incertidumbre al transitar por estas
vías, podría ser posible que el tráfico de la ciudad mejorara, ya que el usuario teniendo
información acerca de determinada vía tomará una decisión que lo beneficie para llegar a
su destino, y así mismo beneficia el tráfico de la ciudad. Para que esta información sea
de gran utilidad, debe ser información verídica, actualizada, y el usuario debe recibirla en
el lugar y el momento que la necesite, es decir, la información debe ser enviada hasta un
dispositivo que el usuario tenga a su alcance.
El presente proyecto pretende plantear una posible solución a estos problemas
analizando las aplicaciones de estas tecnologías y diseñando un prototipo de sistema
que preste un servicio que se hace cada vez más necesario para los ciudadanos.
1.2 Justificación
Es de gran importancia plantear propuestas de mejora a nuestro sistema de movilidad,
dado que la problemática actual genera gran impacto sobre la ciudadanía y gasto de
tiempo, salud, dinero, adicional a la afectación de nuestro medio ambiente.
Dado que dar solución a nivel de ampliación de vías es bastante complejo, costoso y
demorado, se hace necesario plantear soluciones con los recursos actuales al alcance de
la mano basado en aplicación de diferentes tecnologías y optimización de procesos.
El contar con una ciudad cuyo tráfico es estable y se catalogue dentro de ejemplos en
ciudades capitales hace que nuestra ciudad sea una ciudad más llamativa, así como
también puede generar valorización en determinados sectores los cuales actualmente
son vetados por ciertas personas a raíz de los problemas de movilidad y diseño.
El contar con información clave en el momento que requerimos nos permite tomar
decisiones que impactan directamente el resultado, razón por la cual se resalta esta
parte en el presente proyecto.
Tomar mejores decisiones se refleja directamente en los tiempos de desplazamiento, por
lo que los ciudadanos podrían tener más tiempo para realizar actividades realmente
importantes que mejoren la calidad de vida y la sociedad como tal, por ejemplo si en el
regreso a casa normalmente me demoro 70 minutos en vehículo y tomando una ruta
óptima puedo reducir un 50%, podría dedicar a la educación de mis hijos 35 minutos más
Capítulo 1 5
al día, haciendo actividades recreativas, culturales, en resumen mejorar la calidad de
tiempo con la sociedad.
Día a día el medio ambiente se degrada a velocidad inimaginable, actualmente hay
ciudades que no ven un cielo azul debido al alto grado de contaminación, razón por la
cual es necesario y supremamente importante por salud pública y por el cuidado de las
generaciones que vienen, cuidar al máximo nuestro medio ambiente, este modelo haría
un aporte a la reducción de la contaminación diaria del medio.
El contar con información relevante y centralizada de los diferentes parámetros y
variables, permite a las entidades oficiales realizar estudios y plantear mejoras basado en
análisis de comportamiento y tendencias, y así mismo destinar recursos y generar
proyectos para mejorar la calidad de vida de la ciudad.
Es supremamente importante realizar aportes que mejoren la problemática actual de
tráfico en la ciudad de Bogotá y más aún cuando se pueden utilizar recursos al alcance.
1.2.1 Justificación teórica
Actualmente los problemas cotidianos de la sociedad pueden ser analizados bajo la
visión de diferentes frentes, para este caso se aplican los conocimientos adquiridos
durante la academia para plantear alternativas de solución a un problema tan normal en
muchas ciudades como es el tráfico vehicular. Así, la universidad puede fortalecer su
entorno, mejorar su competitividad y llegar a retribuir en mayor medida a la sociedad
donde se desenvuelve,
Las mismas universidades deben fomentar la investigación entorno a solución de
grandes problemáticas de la sociedad donde el aporte puede ser valioso desde esta
perspectiva. Igualmente no solo el aporte en la investigación, el ir un poco más allá en
caso de detectar ideas innovadoras y que aporten de manera impactante, debe
trascender.
Bajo este marco se clarifica la necesidad urgente de promover y mostrar todas esas
investigaciones en espacios donde se apliquen soluciones y se tomen decisiones,
igualmente orientar las investigaciones hacia las problemáticas más graves de nuestra
6 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
sociedad para que los aportes en investigación y desarrollo sean lo más valiosos
posibles.
1.2.2 Justificación Metodológica
El porqué del presente proyecto se puede resumir teniendo en cuenta las siguientes
necesidades:
Identificación de La grave problemática que se presenta actualmente en nuestra
sociedad, la cual desgasta en tiempo, dinero, salud.
Análisis de causas de la problemática para proponer parámetros y variables que se
deban tener en cuenta durante el análisis.
Análisis de situación en otras ciudades con problemática similar o con soluciones
innovadoras o prácticas.
Propuesta de modelo que tenga en cuenta factores que no se deben dejar de lado ya que
influyen en solución.
Propuesta de alternativa de solución sobre los factores que más impactan la
problemática.
1.2.3 Justificación práctica
El modelo propuesto muestra por medio de un modelo y de las propuestas la mejora que
se podría tener en temas de tráfico vehicular, de implementarse alguna o todas, esto está
demostrado en ciudades al alrededor del mundo, ya que esta problemática es común y
hay muchos países que ya han pasado, no hay que inventar la rueda, hay que usar la
rueda, hay que analizar cómo esta rueda encaja en nuestra solución.
El simple hecho de tener visión global o sectorizada del estado del tráfico y poder ajustar
variables remotamente o en sitio, me permite modificar el flujo o establecer alternativas
rápidas.
Capítulo 1 7
1.3 Objetivos
1.3.1 General
Diseñar un modelo de enrutamiento de tráfico vehicular basado en condición y
estado de vías, analizar soluciones implementadas en otras ciudades del mundo con
problemáticas de tráfico similar a la de nuestra ciudad y plasmar la idea general en
un modelo de simulación con software.
1.3.2 Específicos
Realizar estudio de modelos de control de tráfico en ciudades cuyo
problema de movilidad sea similar al de Bogotá, en ciudades cuya cultura
latina se considere parecida, en países donde se haya presentado
problemática de alto tráfico, y en países que posean sistemas de control
de tráfico ejemplares.
Identificar los parámetros y variables que pueden influir directamente en
un desplazamiento de un origen a un destino.
Plantear posibles alternativas que ayuden a mejorar el problema de tráfico
vehicular en la ciudad de Bogotá, basado en soluciones ya implementadas
en otras ciudades del mundo.
Plasmar la idea en una simulación con software que permita visualizar los
beneficios de contar con información clave a la hora de la toma de
decisiones.
8 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
1.4 Estructura del proyecto
La primera parte comprende la descripción del proyecto (véase Capítulo 1), la
recopilación general enfocada a la investigación en los que se fundamenta el modelo
propuesto.
La segunda parte muestra el estado del arte y la fundamentación teórica.
La tercera parte del libro presenta la metodología con la que se desarrolló el proyecto.
La cuarta parte del libro corresponde al análisis de la situación actual y las soluciones
implementadas alrededor del mundo, en algunos países
La quinta parte del libro hace presentación del modelo propuesto, y las alternativas de
solución para algunas problemáticas.
La sexta parte explica las pruebas de funcionamiento.
Finalmente se presentan las conclusiones, recomendaciones y se proponen trabajos
adicionales o futuros que se puedan desarrollar para complementar e implementar los
modelos propuestos del proyecto.
.
Capítulo 2. Estado del Arte:
2 Marco teórico
2.1 Algoritmos de Enrutamiento
Para comenzar a describir el algoritmo de enrutamiento utilizado en el desarrollo
de la aplicación, es necesario explicar algunos conceptos básicos de
enrutamiento y tipos de algoritmos de enrutamiento:
2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento
Enrutamiento: mecanismo por medio del cual se selecciona una ruta para que un
“mensaje” llegue de la fuente al destino (1).
Enrutamiento estático y enrutamiento dinámico: Básicamente en comunicaciones
existen dos maneras de enrutar a otros hosts fuera del nodo local y estos son:
utilizando enrutamiento estático o enrutamiento dinámico. Cada método tiene
ventajas e inconvenientes, pero cuando una red crece finalmente el enrutamiento
dinámico es la única manera factible de gestionar la red. Por este motivo se
plantea la necesidad de utilizar protocolos de enrutamiento dinámico en vez de
usar rutas estáticas en todos los nodos. Hay que destacar que el uso de estos
protocolos será transparente al usuario final y será exclusivamente un tema para
los gestores de nodos en caso que el nodo conecte a otros. Desde el punto de
vista del cliente el enrutamiento será resuelto mediante la configuración DHCP
automática cuando el cliente conecta al nodo.
10 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Como no es obligatorio que un nodo conecta a otros, el uso de estos protocolos y
el enrutamiento dinámico no es obligatorio. En algunos casos una ruta estática
puede ser suficiente para realizar una conexión. Para realizar la conexión entre
dos nodos se utilizan rangos de direcciones IP, este tema no se profundizará
debido a que no será aplicado en el presente proyecto.
Debido al gran número de redes que podrían existir dentro de cada grupo, el
enrutamiento entre los distintos nodos será bastante complejo. Para resolver este
problema será necesario utilizar un protocolo de enrutamiento dinámico de tipo
IGP (Interior Gateway Protocols) como RIP (Routing Information Protocol) o
OSPF (Open Shortest Path First), el último siendo un protocolo más complejo y
sofisticado. Si la red de un grupo está compuesta de un número reducido de
nodos se podría contemplar el uso de enrutamiento estático. (1)
El uso del enrutamiento dinámico evitará las modificaciones manuales y
asegurará que la conexión a nuevos nodos sea inmediata en toda la red. Por este
motivo se recomienda su uso cuando sea posible.
Por los mismos motivos elaborados anteriormente con las direcciones IP de los
clientes, el uso de las direcciones IP 172.16.0.0/12 utilizadas para interconectar
los nodos dentro de un grupo wireless NO deben coincidir con direcciones IP
utilizadas por otros grupos wireless. Si esto ocurriera no afectaría al enrutamiento
entre las direcciones IP de los clientes, pero sí imposibilitaría la depuración de
tráfico que se mueva de la red de un grupo a la red de otro, y por lo tanto no se
recomienda en absoluto.
2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento
Enrutamiento = Tomar decisión de qué rutas seguir (entrenar tablas de
enrutamiento)
Capítulo 5 11
Reenvío = Acción que se toma al llegar un paquete
El enrutador hace enrutamiento y reenvío.
El algoritmo de enrutamiento debe ser capaz de manejar cambios de
topología y tráfico en funcionamiento
Necesitamos un punto medio entre eficiencia global y equidad hacia las
conexiones individuales
Podemos optimizar: (1) Retardo medio de los paquetes, (2) máximo de
velocidad de la red, (3) nº de saltos, etc.
Algoritmos no adaptativos = Enrutamiento Estático (Decisiones por
adelantado al arrancar la red)
Algoritmos adaptativos (Decisiones en tiempo real mirando: (1)
Enrutadores adyacentes, (2) cambios de carga, (3) cambios de topología,
(4) métrica usada para optimización)
2.1.2.1 Principio de Optimización
Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente (1) (a) Una subred. (b) El árbol sumidero para el enrutador B
12 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
El árbol de descenso o sumidero es el conjunto de rutas óptimas para un
nodo (no único). La métrica usada suele ser el nº de saltos.
La meta de todos los algoritmos de enrutamiento es descubrir y utilizar los
árboles sumideros de todos los enrutadores Si B está en la ruta óptima de
A a C, entonces las rutas óptimas a A a B y de B a C forman la ruta óptima
de A a C.
2.1.2.2 Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra)
La idea es armar un grafo de la subred donde cada nodo representa un
enrutador y cada arco del grafo una línea de comunicación (enlace).
Elegimos rutas en función de la distancia más corta
Métricas: Saltos, distancia física, retardo medio de encolamiento y
transmisión, costo, etc. (1).
Capítulo 5 13
Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente (1)
Los primeros cinco pasos del cálculo de la ruta más corta de A a D. Las flechas
indican el nodo de trabajo
2.1.2.3 Inundación (Flooding)
Cada paquete de entrada se envía por cada una de las líneas de salida,
excepto aquella por la que llegó.
Genera infinitos duplicados. Soluciones:
o Contador de saltos (inicio=tamaño de la subred)
o Registro de los paquetes ya difundidos (nº sec.)
o Inundación selectiva. Sólo enviar por las líneas que van
aproximadamente en la dirección correcta
Usos
o Aplicaciones militares
o Actualizaciones concurrentes de bases de datos
o Redes inalámbricas
Como métrica. Inundación siempre escoge la ruta más corta
14 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
2.1.2.4 Enrutamiento por Vector de Distancia
Los algoritmos estáticos no tienen en cuenta la carga actual de la red
Los algoritmos dinámicos “enrutamiento por vector de distancia” (EVD) y
“enrutamiento por estado del enlace” (EEE) son los más comunes
El EVD se usó inicialmente en ARPANET y se conoce como Bellman-Ford.
En Internet tb se usó con el nombre RIP.
Cada enrutador mantiene una tabla que da la mejor distancia conocida a
cada destino y las líneas que se pueden usar. Estas tablas se actualizan
con inf de los vecinos (e.g. ping).
Cada línea contiene: La línea preferida de salida hacia ese destino y una
estimación del tiempo o distancia.
Una vez cada T mseg cada enrutador envía a todos sus vecinos una lista
de sus retardos estimados a cada destino.
Imagine que una de esas tablas acaba de llegar al vecino X, siendo Xi la
estimación de X respecto al tiempo que le toca llegar al enrutador i. Si el
enrutador sabe que el retardo de X es de m mseg también sabe que puede
llegar al enrutador i a través de X en (Xi + m) mseg
Capítulo 5 15
Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente (1)
(a) A subnet. (b) Input from A, I, H, K, and the new routing table for J.
Suponga que J ha medido el retardo de sus vecinos A, I, H y K en 8, 10, 12 y 6
mseg
El problema de la cuenta hasta infinito
16 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente (1)
En la práctica aunque llega a la respuesta correcta, podría hacerlo lentamente
El EVD reacciona con rapidez a las buenas noticias y lentamente a las
malas.
En (a) vemos cómo evolucionan las tablas después de activar el nodo A.
En (b) vemos cómo se produce el problema de la cuenta a infinito cuando
A se apaga inesperadamente.
El problema consiste en que cuando X indica a Y que tiene una ruta en
algún lugar, Y no tiene forma de saber si él mismo está en la ruta.
2.1.2.5 Enrutamiento por Estado del Enlace(1)
E.g. OSPF de Internet
Enrutamiento por Vector de Distancia se usó en ARPANET hasta 1979 y
luego se reemplazó por el estado del enlace.
Problemas del EVD:
o La métrica no tenía en cuenta el ancho de banda del canal
o El algoritmo tardaba en converger (cuenta a infinito).
Cada enrutador debe:
o Descubrir a sus vecinos y conocer sus direcciones de red
o Medir el retardo o costo para cada uno de sus vecinos
o Construir un paquete que indique todo lo que acaba de aprender
o Enviar este paquete a todos los demás enrutadores
o Calcular la ruta más corta a todos los demás enrutadores
o Todos los retardos se miden experimentalmente y se distribuyen a
cada enrutador.
Capítulo 5 17
Luego puede usarse Dijkstra para encontrar la ruta más corta a los demás
enrutadores.
Conocimiento de los Vecinos
Envía paquete HELLO a cada línea punto a punto.
Los nombres de enrutadores deben ser globalmente únicos
Cuando se conectan 2 o más enrutadores por una LAN podemos modelar
la LAN como un nodo.
Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente (1)
(a) Nueve enrutadores y una LAN. (b) Modelo de grafo de (a).
Medición del costo de la línea
Envía paquete ECHO y el receptor debe devolverlo inmediatamente. Se
usa el tiempo medio de retardo de ida y vuelta.
Podemos considerar la carga media de una línea en la métrica. Nos
interesa usar líneas con igual ancho de banda y menor carga.
Si usamos la carga en la métrica puede producir oscilaciones.
18 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente (1)
(e.g. Oscilaciones) Subred en la que la zona Este y Oeste están conectadas por 2
únicas líneas
Construcción de los paquetes del estado del enlace
El paquete tiene: (1) identidad del emisor, (2) Nº de secuencia, (3) Edad, y
(4) lista de vecinos.
Podemos construir los paquetes periódicamente, cuando se caiga o se
reactive una línea, o cuando se produzca un cambio en las propiedades de
un vecino.
Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente (1)
(a) Subred. (b) Paquetes de estado del enlace para esta subred
Distribución de los paquetes de estado del enlace
Capítulo 5 19
La distribución confiable supone evitar inconsistencias entre tablas
mientras se distribuyen los paquetes de estado.
Utilizamos inundación controlada con reconocimientos
Cada paquete lleva un campo Edad que al llegar a “0” descarta el paquete
en el enrutador actual.
En la figura el paquete de estado del enlace de A llegó directamente, por lo
que debe enviarse a C y F, y debe confirmarse la recepción a A, como
muestran los bits de bandera.
El buffer de paquetes para el enrutador B de la figura anterior
Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente (1)
2.1.2.6 Enrutamiento Jerárquico (1)
Si la red crece mucho no será factible que cada enrutador tenga una
entrada a cada uno de los otros enrutadores. Se necesita enrutamiento
jerárquico por regiones (e.g. red telefónica).
La ganancia de espacio de tabla supone longitudes de ruta mayores. Se ha
demostrado que el aumento de la longitud media efectiva de la ruta
causado por el enrutamiento jerárquico es tan pequeño que por lo general
se puede considerar aceptable.
20 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente (1)
2.1.2.7 Enrutamiento por Difusión (Broadcast)
Modos de implementarla:
Enviar un paquete para cada host (desperdicia ancho de banda y supone
conocer todos los hosts destino).
Inundación (genera demasiados paquetes y consume demasiado ancho de
banda).
Enrutamiento multidestino (lista de destinos en la cabecera)
Por árbol de expansión (copiar los paquetes por los nodos del árbol de
expansión excepto por el que llego. Ahorra ancho de banda)
Reenvío por ruta invertida (Si el paquete llega por la línea normal [e.g.
árbol de expansión] se envía por todas la salidas, sino, se descarta). Es
eficiente, fácil de implementar, no requiere conocer los árboles de
expansión
Capítulo 5 21
Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente (1)
Reenvío por ruta invertida. (a) Subred. (b) Árbol sumidero. (c) Árbol construido
mediante reenvío por ruta invertida
2.1.2.8 Enrutamiento por Multidifusión (Multicast)
Mensajes a grupos bien definidos de tamaño grande (multidifusión).
Los enrutadores aprenden qué hosts pertenecen a los grupos
Cada enrutador calcula un árbol de expansión que cubre a todos los
demás enrutadores de la subred.
Cuando un proceso envía un paquete de multidifusión a un grupo, el primer
enrutador examina su árbol de expansión y lo recorta, eliminando todas las
líneas que conduzcan a hosts que no sean miembros del grupo.
22 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1)
(a) Subred. (b) Árbol de expansión del enrutador del extremo izquierdo. (c) Árbol
de multidifusión del grupo 1. (d) Árbol de multidifusión del grupo 2.
2.2 OSPF (2)
2.2.1 Introducción
El protocolo Open Shortest Path First (OSPF) que se define en RFC 2328 es
un Protocolo de gateway interior que se usa para distribuir información de
enrutamiento dentro de un sistema autónomo único. Este artículo analiza el
funcionamiento de OSPF y la forma en que se puede usar para diseñar y
construir las complejas redes de gran tamaño de hoy en día. (2)
Capítulo 5 23
2.2.2 Antecedentes
El protocolo OSPF se desarrolló a partir de una necesidad en la comunidad de
Internet de introducir un Protocolo de gateway interior (IGP) no propietario y de
alta funcionalidad para la familia de protocolos TCP/IP. La discusión sobre la
creación de un IGP común interoperable para Internet comenzó en 1988 y no se
formalizó hasta 1991. En aquel momento, el grupo de trabajo OSPF solicitó que
OSPF se considerara un avance para el estándar de Internet de borrador.
El protocolo OSPF se basa en tecnología de estado de enlace, la cual es una
desviación del algoritmo basado en el vector Bellman-Ford que se usa en los
protocolos tradicionales de enrutamiento de Internet, como por ejemplo, RIP.
OSPF ha introducido conceptos nuevos, por ejemplo, la autenticación de
actualizaciones de enrutamiento, máscaras de subred de longitud variable
(VLSM), resumen de ruta, etc.
En los siguientes capítulos, se tratará la terminología OSPF, el algoritmo y las
ventajas y desventajas del protocolo en el diseño de las complejas redes de gran
tamaño de hoy en día. (2)
El OSPF, por otra parte, direcciona la mayoría de los problemas que se
presentaron anteriormente:
• Con OSPF, no hay limitación para el conteo de saltos.
• El uso inteligente de VLSM es de gran utilidad a la hora de realizar la
asignación de direcciones IP.
• OSPF utiliza la multidifusión IP para enviar actualizaciones de estado de
enlace. Esto garantiza un menor procesamiento en los routers que no
están a la escucha de paquetes OSPF. Además, las actualizaciones sólo
se envían en caso de cambios de enrutamiento y no de manera periódica.
Esto garantiza un mejor uso del ancho de banda.
• OSPF tiene mejor convergencia que RIP. Esto se debe a que los cambios en el
enrutamiento se propagan de forma instantánea y no periódica.
24 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
• OSPF permite un mejor balance de carga.
• OSPF permite una definición lógica de redes en las que los routers se pueden
dividir en áreas. De este modo, se limita la explosión de actualizaciones de
estado de enlace en toda la red, además de proporcionar un mecanismo
para agregar rutas y reducir la propagación innecesaria de información de
subred.
• OSPF permite la autenticación de enrutamiento a través de distintos métodos
de autenticación de contraseñas.
• OSPF permite la transferencia y el etiquetado de rutas externas inyectadas en
un sistema autónomo. De este modo, se realiza un seguimiento de las
rutas externas inyectadas por protocolos exteriores como BGP.
Esto, por supuesto, llevaría a una mayor complejidad en la configuración y en la
solución de problemas de las redes OSPF. Los administradores acostumbrados a
la simplicidad de RIP se enfrentarán a algunos desafíos con la cantidad de
información nueva que deben reconocer a fin de mantenerse actualizados con las
redes OSPF. Además, esto generará una mayor sobrecarga en la asignación de
memoria y utilización de la CPU. Es posible que sea necesario actualizar algunos
de los routers que ejecutan RIP para administrar la sobrecarga que produce
OSPF. (2)
¿Qué queremos decir con estados de enlace?
OSPF es un protocolo de estado de enlace. Un enlace se puede considerar como
una interfaz en el router. El estado del enlace ofrece una descripción de esa
interfaz y de su relación con los routers vecinos. Una descripción de la interfaz
incluiría, por ejemplo, la dirección IP de la interfaz, la máscara, el tipo de red a la
que se conecta, los routers conectados a dicha red, etc. La agrupación de todos
estos estados de enlace formaría una base de datos de estados de enlace. (2)
2.2.3 Algoritmo del estado de enlace
OSPF usa un algoritmo de estado de enlace para generar y calcular el trayecto
Capítulo 5 25
más corto a todos los destinos conocidos. El algoritmo en sí mismo es bastante
complicado. A continuación se ofrece una forma simplificada de nivel muy
elevado para analizar los diversos pasos del algoritmo:
• Durante la inicialización, o bien cuando se produce algún cambio en la
información de enrutamiento, un router generará un anuncio de estado de
enlace. Este anuncio representará la agrupación de todos estos estados de
enlace en dicho router.
• Todos los routers intercambiarán estados de enlace mediante la inundación.
Cada router que recibe una actualización de estado de enlace debe
almacenar una copia de su base de datos de estados de enlace y luego
propagar la actualización a otros routers.
• Una vez que la base de datos de cada router está completa, el router calculará
un árbol de trayecto más corto a todos los destinos. Para ello, el router
utiliza el algoritmo Dijkstra. Los destinos, el costo asociado y el siguiente
salto (next hop) para alcanzar dichos destinos formarán la tabla de IP
Routing.
• En caso de que no se produzcan cambios en la red OSPF, por ejemplo, el costo
de un enlace o bien la adición o eliminación de una red, OSPF debería
permanecer muy tranquilo. Los cambios que se produzcan se comunicarán
a través de paquetes de estado de enlace y se volverá a calcular el
algoritmo Dijkstra para encontrar el trayecto más corto.
2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto
El trayecto más corto se calcula con el algoritmo Dijkstra. El algoritmo coloca
cada router en la raíz de un árbol y calcula el trayecto más corto a cada destino
en función del costo acumulado requerido para alcanzar dicho destino. Cada
router dispondrá de su propia vista de la topología, a pesar de que todos los
routers crearán un árbol de trayecto más corto con la misma base de datos de
estados de enlace. Las secciones siguientes indican que comprende la creación
26 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
de un árbol de trayecto más corto. (2)
2.2.5 Costo de OSPF
El costo (también llamado métrica) de una interfaz en OSPF es una indicación de
la sobrecarga requerida para enviar paquetes a través de una interfaz específica.
El costo de una interfaz es inversamente proporcional al ancho de banda de dicha
interfaz. Un mayor ancho de banda indica un menor costo. El cruce de una línea
serial de 56k implica una mayor sobrecarga (costo mayor) y más retrasos de
tiempo que el cruce de una línea Ethernet de 10M. La fórmula que se usa para
calcular el costo es:
• costo = 10000 0000/banda de ancha en bps
Por ejemplo, cruzar una línea Ethernet de 10M costará 10 EXP8/10 EXP7 = 10 y
cruzar una línea T1 costará 10 EXP8/1544000 = 64.
De forma predeterminada, el costo de una interfaz se calcula en función del
ancho de banda; es posible forzar el costo de una interfaz con el comando de
modo de subconfiguración de interfaz ip ospf cost <value>.
2.2.6 Árbol de trayecto más corto
Suponga que tenemos el siguiente diagrama de red con los costos de interfaz
indicados. Para crear el árbol de trayecto más corto para RTA, se debe convertir
a RTA en la raíz del árbol y se debe calcular el menor costo para cada destino. (2)
Capítulo 5 27
Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente (2)
Arriba se muestra la vista de la red tal como se ve desde RTA. Observe la
dirección de las flechas al calcular el costo. Por ejemplo, el costo de la interfaz de
RTB para la red 128.213.0.0 no es pertinente cuando se calcula el costo para
192.213.11.0. RTA puede llegar a 192.213.11.0 a través de RTB con un costo de
15 (10+5). RTA también puede llegar a 222.211.10.0 a través de RTC con un
costo de 20 (10+10) o a través de RTB con un costo de 20 (10+5+5). En el caso
de que existan trayectos de igual costo para el mismo destino, la implementación
de Cisco de OSPF realizará un seguimiento de los siguientes seis saltos (next
hop) al mismo destino.
Después de que el router cree el árbol de trayecto más corto, comenzará a
28 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
generar la tabla de enrutamiento según corresponda. Las redes conectadas
directamente se alcanzarán por medio de una métrica (costo) 0 y otras redes se
alcanzarán según el costo calculado en el árbol.
2.2.7 Routers de área y de borde
Como se mencionó anteriormente, OSPF utiliza la inundación para intercambiar
las actualizaciones de estado de enlace entre los routers. Cualquier cambio en la
información de enrutamiento se distribuye en forma de inundación a todos los
routers en la red. Las áreas se introducen para establecer un límite en la
explosión de actualizaciones de estado de enlace. La inundación y el cálculo del
algoritmo Dijkstra en un router están limitados a los cambios dentro de un área.
Todos los routers dentro de un área disponen de exactamente la base de datos
de estados de enlace. Los routers que corresponden a varias áreas y que
conectan dichas áreas al área de estructura básica se denominan routers de
borde de área (ABR). Por lo tanto, los ABR deben conservar información que
describa las áreas de estructura básica y las otras áreas conectadas. (2)
Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente (2)
Capítulo 5 29
Un área es específica de la interfaz. Un router que tiene todas sus interfaces
dentro de la misma área se denomina router interno (IR). Un router que tiene
interfaces en varias áreas se denomina router de borde (ABR). Los routers que
actúan como gateways (redistribución) entre los protocolos OSPF y otros
protocolos de enrutamiento (IGRP, EIGRP, IS-IS, RIP, BGP, estático) u otras
instancias del proceso de enrutamiento OSPF se denominan routers del límite del
sistema autónomo (ASBR). Cualquier router puede ser un ABR o un ASBR. (2)
2.2.8 Paquetes de estado de enlace
Existen diferentes tipos de paquetes de estado de enlace, que son los que
generalmente se ven en una base de datos OSPF (Apéndice A). El siguiente
diagrama muestra los diferentes tipos:
30 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2)
Como se mencionó anteriormente, los enlaces del router son una indicación del
estado de las interfaces en un router que pertenece a un área determinada. Cada
router generará un enlace de router para todas sus interfaces. Los enlaces de
resumen se generan mediante routers ABR; es así como la información de
alcance de la red se disemina en las diferentes áreas. Por lo general, toda la
información se inyecta en la estructura básica (área 0) y ésta la pasará a otras
áreas. Los ABR se ocupan también de propagar el alcance de ASBR. Así es
como los routers saben la forma de llegar a rutas externas en otros AS. (2)
Los enlaces de redes se generan mediante un router designado (DR) en un
Capítulo 5 31
segmento (los DR serán tratados más adelante). Esta información es una
indicación de todos los routers conectados a un segmento de acceso múltiple en
particular como, por ejemplo, Ethernet, Token Ring y FDDI (también NBMA).
Los enlaces externos indican redes fuera de AS. Estas redes se inyectan en
OSPF mediante la redistribución. El ASBR está a cargo de inyectar estas rutas en
un sistema autónomo. (2)
2.3 CONGESTION VEHICULAR (3)
El uso popular y la definición según el diccionario La palabra “congestión” se
utiliza frecuentemente en el contexto del tránsito vehicular, tanto por técnicos
como por los ciudadanos en general. El diccionario de la Lengua Española (Real
Academia Española, 2001) la define como “acción y efecto de congestionar o
congestionarse”, en tanto que “congestionar” significa “obstruir o entorpecer el
paso, la circulación o el movimiento de algo”, que en nuestro caso es el tránsito
vehicular.
Habitualmente se entiende como la condición en que existen muchos vehículos
circulando y cada uno de ellos avanza lenta e irregularmente. Estas definiciones
son de carácter subjetivo y no conllevan una precisión suficiente. (3)
Explicación técnica(3)
La causa fundamental de la congestión es la fricción entre los vehículos en el flujo
de tránsito. Hasta un cierto nivel de tránsito, los vehículos pueden circular a una
velocidad relativamente libre, determinada por los límites de velocidad, la
frecuencia de las intersecciones, etc. Sin embargo, a volúmenes mayores, cada
vehículo adicional estorba el desplazamiento de los demás,es decir, comienza el
fenómeno de la congestión. Entonces, una posible definición objetiva sería: “La
congestión es la condición que prevalece si la introducción de un vehículo en un
32 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
flujo de tránsito aumenta el tiempo de circulación de los demás”. A medida que
aumenta el tránsito, se reducen cada vez más fuertemente las velocidades de
circulación. El gráfico 1 presenta, mediante la función t=f(q), el tiempo (t)
necesario para transitar por una calle, a diferentes volúmenes de tránsito (q). (3)
La otra curva, δ(qt)/δq=t+qf ’(q),se deriva de la anterior. La diferencia entre ambas
curvas representa, para cualquier volumen de tránsito (q),el aumento del tiempo de
viaje de los introducción del vehículo adicional. Puede observarse que las dos curvas
coinciden hasta el nivel de tránsito Oq0; hasta allí, el cambio en el tiempo de viaje de
todos los vehículos es simple mente el tiempo empleado por el que se incorpora,
porque los demás pueden seguir circulando a la misma velocidad que antes. Por
el contrario, de ahí en adelante, las dos funciones divergen, estando δ(qt)/δqpor
arriba de t.Eso significa que cada vehículo que ingresa experimenta su propia
demora, pero simultáneamente aumenta la demora de todos los demás que ya
están circulando. En consecuencia, el usuario individual percibe sólo parte de la
congestión que causa, recayendo el resto en los demás vehículos que forman
parte del flujo de ese momento. En el lenguaje especializado se dice que los
usuarios perciben los costos medios privados, pero no los costos marginales
sociales.
Capítulo 5 33
Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3)
En estricto rigor, los usuarios tampoco tienen una acabada noción de los costos
medios privados, puesto que, por ejemplo, pocos automovilistas tienen una idea
clara de cuánto les cuesta realizar un viaje adicional, en términos de
mantenimiento, desgaste de neumáticos, etc. Por otra parte, sí perciben los
costos cargados por el gobierno particularmente el impuesto sobre los
combustibles—, que son simples transferencias del automovilista al Estado, todo
lo cual distorsiona su forma de tomar decisiones. (3)
34 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
3. Capítulo 3. Metodología
Para llevar a cabo el objetivo del proyecto se hace necesario primero que toda analizar la
problemática que se presenta tanto en nuestra ciudad como en diferentes ciudades
alrededor del mundo, así como también que tipos de solución han dado a esta
problemática, la revisión del estado del arte en las diferentes ciudades tanto las que han
logrado mejoría, como las que tienen planes en desarrollo con la expectativa de ver
materializados los resultados, posteriormente se formula y se implementó la metodología
de solución del modelo propuesto para lo cual se estudia la teoría de tipos, técnicas,
modelos, clases de enrutamiento para finalmente estudiar el protocolo de enrutamiento
OSPF, para el objeto del presente trabajo se revisa a profundidad las principales
características para asemejar la propuesta del modelo a estas características tomando
las mejores prácticas para aplicar en el diseño del algoritmo de enrutamiento.
Con este método se propone un modelo prototipo como alternativa parcial de solución
sobre el problema de trafico que se presenta en la ciudad, seleccionando variables a
tener en cuenta que influyen directamente en el resultado de la toma de una decisión,
orientado a valorar y colocar un peso a cada una de estas variables y a través de la
propuesta formular la forma de determinar la mejor ruta en cuanto a costo, teniendo en
cuenta la distancia, el estado, la velocidad promedio, capacidad, eventos.
Para lograr este objetivo se deben realizar varias pruebas y validar la solución
encontrada con el propósito de conocer si la metodología desarrollada es adecuada y
presenta resultados de buena calidad. El desarrollo metodológico está dividido en seis
fases, las cuales describen el desarrollo del proyecto por medio de los subitems. A
continuación se mostraran las fases y su subdivisión.
FASE I: Diagnostico del Problema
Contexto del Problema.
Determinar los Objetivos a alcanzar.
FASE II: Identificación de un Modelo Matemático
Definir una estrategia matemática para solución.
Capítulo 5 35
Definir Parámetros y Variables a tener en cuenta.
Determinar la Función Objetivo.
Determinar las restricciones.
Determinar los algoritmos que faciliten la solución del problema.
FASE III: Obtención de una Solución a partir del Modelo
Diseñar un algoritmo basado en protocolos de enrutamiento de redes de datos que
solucione el problema en tiempos y costo utilizando un lenguaje de programación
apropiado, de tal manera que se pueda desarrollar un protocolo que muestre su
funcionalidad.
FASE IV: Prueba del Modelo de solución.
Adicionar diferentes restricciones al problema de enrutamiento de vehículos.
Examinar de manera exhaustiva que todas restricciones del modelo se estén cumpliendo.
FASE V: Validación de la Metodología de Solución
Proponer un análisis que muestre matemáticamente la mejora de la propuesta del
modelo, donde se observe mejoría en los resultados del modelo versus la situación
actual.
36 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
4. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual
4.1 Situación Actual
Actualmente para la toma de decisiones respecto a las rutas a tomar de un origen hasta
un destino se depende de algunas herramientas, medios de comunicación, noticias en
internet, reportes de estado de tráfico, y algunas herramientas que se consultan por el
plan de datos como es el waze, de todas estas casi que se puede decir que la única
oportuna podría ser el waze, oportuna pero no formal, se considera que trabaja casi en
línea, pero se desconoce la confiabilidad de la información allí contenida, ya que las
personas que almacenan puede que no lo realicen con la formalidad y seriedad que
corresponde, entonces tomamos rutas que conocemos basado en nuestra experiencia
diaria, y salimos a experimentar, en caso de encontrar situaciones inesperadas que
afectan la fluidez, simplemente tenemos dos opciones, tomar ruta alterna o continuar en
la misma en caso de ya haber quedado encerrados. Ocasionalmente la noticia de algún
accidente, obra, o situación particular, llega oportuna, pero es muy ocasional, por medios
de comunicación normalmente no dan este tipo de noticias en línea ni continuamente, y
no es común buscar en las páginas de internet la condición de determinada vía antes de
tomarla.
Siendo así solo salimos a la deriva a experimentar y ver cómo nos va. Si tuviéramos
más herramientas que suministraran información oportuna y confiable para tomar
decisiones más acertadas, sería de gran valor, igualmente si una herramienta me
suministra información de rutas alternas, confiables y basadas en información
actualizada.
Por otro lado poder llegar a definir un plan de gestión de movilidad integral para la ciudad
es necesario para mejorar, cada día que pasa, la congestión aumenta, al igual que los
tiempos de desplazamiento, por lo que se hace muy necesario rápidamente tomar el
Capítulo 5 37
control y dedicar tiempo para plantear propuestas de soluciones, en la secretaría de
movilidad se puede consultar el plan maestro de movilidad para Bogotá,
pero al revisarlo y compararlo con planes de desarrollo de otras ciudades se evidencia
que podemos incluir más propuestas, que complementarían y darían una solución más
integral.
Para llegar al nivel de ciudades avanzadas, nos falta dedicación, esfuerzo, cambio de
cultura, mejora en medios masivos y otras, algunas ciudades de Europa se han
concentrado en mejorar la infraestructura, vías, normas y seguridad para medios de
transporte alternos no motorizados. Lo cual motiva al uso disciplinado de la bicicleta, los
patines, y otros. Esta estrategia la combinan con reducción de espacios para parquear,
altos costos en el parqueo y estricto cumplimiento de normas, lo cual logra resultados
efectivos. Estas estrategias por ejemplo son aplicadas en varias ciudades de Holanda.
La información recopilada sobre el estado actual de nuestra problemática y las diferentes
soluciones dadas en otras ciudades alrededor del mundo, nos muestran entonces una
serie de propuestas que aplicarían en nuestra ciudad como alternativas de solución, lo
que se concluye es que la solución a la problemática del tráfico en una ciudad, sea esta o
cualquier otra, no está dada por un plan que trabaje sobre una de las propuestas,
realmente la solución debe ser integral y a largo plazo, varios años, continuidad en la
ejecución de planes entre gobierno y gobierno, la propuesta del algoritmo de ruta óptima
es solo una parte que mitiga un poco la parte de la falta de información y propone ruta
basada en del estado de los parámetros y variables.
4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo
Se recopilan y organizan las siguientes propuestas que aplican en nuestra ciudad
y que han dado resultado en otras ciudades,
38 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Tabla 20 Matriz resumen soluciones implementadas en algunas ciudades
alrededor del mundo. Fuente: Documentación consultada, la matriz se genera
como parte de las conclusiones del proyecto.
Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan integral de movilidad para la ciudad de Bogotá
No.
Solución Aplica Bogotá SI
/NO
1 Sistema de monitoreo general del tráfico (obras, huecos, accidentes, semáforos, varados, sobresaltos, etc.)
SI
2 Control de red de semaforización en línea SI
3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado) SI
4 Berma para rápido despeje ante situaciones SI
5 Patrullas de apoyo y control por sectores SI
6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción SI
7 Señales móviles SI
8 Sistemas de información en línea SI
9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente SI
10 Uso de medios alternos de transporte SI
11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías ) SI
12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles. SI
13 Estimular empresas a trabajo remoto o cerca al lugar de residencia
SI
14 Mayor control al cumplimiento de normas, y seriedad en penalizaciones.
SI
15 Mayor educación al conductor y peatón SI
16 Salida de vehículos en mal estado (deben ser limpios, eficientes, silenciosos, seguros)
SI
17 Marcación y Uso de vías alternas SI
18 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias SI
19 Planes de contingencia ante situaciones extremas para enrutamiento en vías principales
SI
20 Planes de contingencia ante situaciones extremas para rápida acción ante accidentes
SI
21 Estimular uso de medios masivos de transporte (comodidad, calidad, facilidad, seguridad, economía, tiempo)
SI
22 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable ) SI
23 Adaptación del sistema de carga de acuerdo a la necesidad por horario
SI
24 Información en línea para los conductores antes de tomar vías y reporte continuo sobre variaciones sugeridas
SI
25 Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta, bicicleta, vehículo, medios de transporte)
SI
Capítulo 5 39
(infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)
26 Promover y motivar el uso optimizado de los vehículos (redes de amigos confiables)
SI
27 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel SI
28 Y los que viven fuera de Bogotá..? (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)
SI
29 Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales
SI
30 Ampliación de vías (ya identificadas como generadoras de embotellamientos por su diseño)
SI
Tabla 1 - Resumen soluciones implementadas que aplican a Bogotá
Mas detalles ver en Anexo 1.
NUMERAL TITULO Pagina
4.1 Actualidad 2
4.2 Estado del tráfico en diferentes ciudades alrededor del mundo 2
4.3 Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo. 3
4.4 SITUACION EN MOSCU 6
4.5 RIO DE JAINERO 9
4.6 CIUDAD DE MEXICO 10
4.7 SAO PAULO 11
4.8 IRLANDA: 14
4.9 LONDRES-INGLATERRA 20
4.10 BRUSELAS-BELGICA 22
4.11 LOS ANGELES CALIFORNIA: 24
4.12 PARIS-FRANCIA: 27
4.13 PLANES INTEGRALES DE MOVILIDAD – LINEAMIENTOS PARA UNA MOVILIDAD URBANA SUSTENTABLE – MEXICO (17)
28
4.14 Curitiba, Brasil 33
4.15 Francia 35
4.16 PLAN INTEGRAL DE MOVILIDAD SANTIAGO DE CHILE 36
4.17 Que pasa en el Salvador 40
4.18 Estado del arte Tecnologías para control de tráfico 44
4.19 Soluciones en Sevilla España 47
4.20 Solución 49
40 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
4.21 Sistemas de transporte Inteligente Canadá, Estado Unidos 52
4.22 SOLUCIONES DE ENRUTAMIENTO IMPLEMENTADAS O EN ESTUDIO EN DIFERENTES CIUDADES ALREDEDOR DEL MUNDO
54
4.23 Modelos para un mejor ruteo vehicular – MEXICO 73
4.24 OTRAS PROPUESTAS EN MEXICO 80
4.25 PROPUESTA SEVILLA ESPAÑA 93
4.26 Evaluación de Protocolos de Encaminamiento Para Redes Vehiculares (VANET)
101
4.27 REDES VANET 107
4.28 MODELOS DE MOVILIDAD 120
4.29 CIUDADES INTELIGENTES 132
4.30 VEHICULOS COMPARTIDOS – CIUDAD DE MEXICO 138
Capítulo 5 41
5. Capítulo 5. Modelo Propuesto
Basado en el funcionamiento de los protocolos de enrutamiento se plantea lo
siguiente para el modelo propuesto:
Teniendo en cuenta que el modelo de tráfico es variable ya que tiene múltiples
aspectos que condicionan, se analizan los tipos de enrutamiento, encontrando
que el tipo dinámico es el más apropiado, ya que aplican al manejo de tráfico
vehicular el cual posee múltiples aspectos que hacen variar su flujo. Tipo estático
no aplica ya que necesitamos hacer comparaciones del estado de cada tramo
sobre la maya vial para determinar la mejor ruta, si y solo si hay un solo camino
entre el origen y el destino podría aplicar un enrutamiento de tipo estático.
Teniendo en cuenta que se definió una maya vial segmentada en tramos y cada
tramo tiene una medida dentro de sus múltiples características, se determina que
la Clase de protocolo que aplica para el modelo es el estado de enlace ya que
se pretende analizar el estado de diversas variables dando un costo, el cual se
calcula teniendo en cuenta el estado de dichas variables en un momento
determinado, vector distancia no aplica ya que su característica es escogerla ruta
más corta, es decir la que menos saltos tiene, y para el modelo propuesto la
métrica de distancia es tan solo una de las variables a tener en cuenta,
igualmente el hibrido tampoco aplica por la misma razón, se debe tener en cuenta
cómo influye el estado de cada una de las variables.
Para el proyecto fueron definidas las Métricas para el costo de la ruta, basado en
la teoría de enrutamiento, a continuación se muestra la relación entre la teoría y la
definición realizada en el modelo de enrutamiento propuesto
1. Ancho de banda – bandwidth - Cantidad de carriles y velocidad promedio
2. Delay – retardo –semáforos en la vía, estado de vía y obstáculos
42 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
3. Load – carga - Cantidad de vehículos, velocidad promedio
4. Reability – confiabilidad – estado de vía
5. Hop count – saltos **** Protocolos vector distancia.. – distancia del tramo
6. Cost - formula que da la métrica del tramo
Respecto a los tipos de protocolos si son classful o classless, para el modelo
propuesto no aplicaría, por el tipo de malla vial contemplada.
5.1. COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DEL ALGORITMO EN EL
MODELO
Tenemos una malla vial seleccionada para el prototipo la cual consta de algunas
carreras y algunas calles principales, las intersecciones entre estas se asemejan
a los nodos en redes de datos, entre nodo y nodo habrá un tramo con una métrica
determinada basada en la aplicación de la formula la cual toma cada una de las
variables y las convierte en números para poder calcular un valor por tramo.
Cada tramo consta de dos orientaciones; sur a norte y norte a sur,
Ilustración 16- Ejemplo dos nodos sencillos – Fuente: propia
y cada nodo será la intersección entre calles y carreras
Nodo A ej
Nodo B ej
Carrera 30 N-S
Carrera 30 S-N
Capítulo 5 43
Ilustración 17- Ejemplo dos nodos sencillos con tramos – Fuente: propia
Maya vial seleccionada para el prototipo del modelo consta de 33 nodos y 44
tramos, los cuales se detallan en el anexo 2.
Ilustración 18- Malla vial – Fuente: propia
Nodo A Calle53 –
Carrera 30
Nodo B Calle26-
Carrera30
Carrera 30 N-S
Carrera 30 S-N
Calle 53 Occ-Ori
Calle 53 Ori-Occ
Calle 26 Occ-Ori
Calle 26 Ori-Occ
44 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Tabla 12- Puntajes eventos – Fuente: propia
Las variables seleccionadas para calcular la métrica fueron seleccionadas basado
en el análisis realizado al protocolo OSPF:
1. V1 - Cantidad de carriles
2. V2 - Velocidad promedio
3. V3 - Cantidad semáforos por tramo
4. V4 - Estado de vía
5. V5 - Cantidad de vehículos,
6. V6 - Velocidad promedio
7. V7 - Distancia del tramo
En la base de datos se encontrará un valor para cada una de estas variables por
tramo, se definieron unos valores a cada estado de cada variable, siendo los de
menor valor los menos convenientes y los de mayor valor los mejores calificados,
esto para cada una de las variables, para los casos donde algunas variables
presentan condiciones que imposibilitan el uso de un tramo en particular, se
asigna un valor cero y este tramo es vetado, es decir cualquier tramo que tenga
un valor cero en cualquiera de sus variables, es un tramo no recomendado, y no
se usará.
A continuación se describen los valores de las variables, donde se verán valores
de máximo 7 y de mínimo -3, estos valores fueron asignados teniendo en cuenta
la condición de la variables, vemos que la mejor condición tendrá puntuación alta,
mientras condiciones que de alguna manera pueden generar situación difícil
tendrán un valor negativo de hasta -3, y asignación cero cuando se imposibilita el
uso de un tramo;
Tipo Evento Observación Puntaje Observaciones Puntaje
Contraflujo SI 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Capítulo 5 45
Tabla 2- Puntaje eventos
NO 2 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Estado
Excelente 4 Tiene el mejor puntaje
Bueno 3 Tiene puntaje bueno pero no es el mejor
Regular 2 Tiene puntaje bajo
Malo 1 Tiene puntaje muy bajo
Imposible 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Obstáculo
PUNTAJE 1
SI NO
Varado -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Obra Civil -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Choque -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Congestión -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Reten -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Daño semáforo -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía
vía cerrada 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Velocidad
0 a 5 -1 Tramo vetado – pero puede recomendarse ruta
5 a 15 1 Puntaje bajo por baja velocidad
15 a 30 3 Puntaje medio por velocidad media
30 a 60 5 Puntaje alto por máxima velocidad
Semáforos
0 3 Puntaje alto por no tener semáforos
1 2 Puntaje medio por pocos semáforos
2 1 Puntaje bajo por muchos semáforos
3 o mas -1 Puntaje nulo por tener demasiados semáforos
Carriles
1 1 Puntaje malo por vía de un solo carril
2 2 Puntaje medio por 2 carriles
3 3 Buen puntaje por 3 carriles
4 4 Excelente puntaje por ser autopista
5 5 Excelente puntaje por ser autopista
6 6 Excelente puntaje por ser autopista
Longitud vía
1 7 Excelente puntaje por tramo corto
2 6 Excelente puntaje por tramo corto
3 5 Excelente puntaje por tramo corto
4 4 Buen puntaje por tramo medio
5 3 Buen puntaje por tramo medio
6 2 Puntaje bajo por larga distancia
7 1 Puntaje malo por larga distancia
46 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
La fórmula para calcular la métrica de un tramo consta de la sumatoria de los
valores asignados en cada variable en el momento del cálculo,
Aplicando esta fórmula se obtiene el costo de un tramo especifico. El costo de una ruta a, corresponde a la sumatoria de los valores obtenidos en costo tramo a través de toda su ruta, desde el punto origen hasta el punto destino según la formula definida a continuación:
Quedando la formula general para determinar el costo de una ruta de la siguiente manera:
Para la ruta a se suma el costo de cada uno de los tramos que se encuentran entre el origen y el destino, dando un costo general de ruta, y cada costo de tramo consta de la sumatoria de los valores de cada variable.
Funcionalidad del algoritmo:
Capítulo 5 47
Se requiere ir desde un nodo A hasta un nodo F, siendo A la carrera 7 con calle
170 y B la autopista con calle 127.
Ilustración 19- Muestra Malla – Fuente: propia
48 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 20- ejemplo diagrama nodos-tramos-orientación Fuente: propia
Nodo A – Carrera 7 con Calle 170
Nodo B – Carrera 7 con calle 134
Nodo C – Carrera 7 con calle 127
Nodo D – Autopista con calle 170
Nodo E – Autopista con calle 134
Nodo F – Autopista con calle 127
Asignamos valores a los tramos 14 tramos del ejemplo en sus 7 variables de la
siguiente manera:
Tipo via Nombre
Via
Sentido
Circula
ción
Inicio
tramo
Fin
tramo
PARAMET
RO
CONTRAF
LUJO
PARAM
ETRO
ESTADO
VIA
PARAME
TRO
OBSTAC
ULO 1
VARADO
PARAM
ETRO
VELOCI
DAD
PARAME
TRO
SEMAFO
ROS
PARAME
TRO
CARRILE
S
PARAM
ETRO
LONGIT
UD
VIAS
Carrera 7 N-S 134 170 1 4 0 4 1 3 3
Carrera 7 N-S 127 134 1 4 3 4 2 3 3
Carrera 7 S-N 134 170 1 4 3 4 1 3 3
Carrera 7 S-N 127 134 1 4 3 4 2 3 3
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
Capítulo 5 49
Carrera Autopista N-S 134 170 1 4 3 4 6 5 3
Carrera Autopista N-S 127 134 1 4 3 4 6 5 3
Carrera Autopista S-N 134 170 1 4 3 4 6 5 3
Carrera Autopista S-N 127 134 1 4 3 4 6 5 3
Calle 170 E-O 7 AUTOPI
STA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 170 O-E 7 AUTOPI
STA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 134
E-O 7 AUTOPI
STA 1 0 3 4 5 2 2
Calle 134 O-E 7 AUTOPI
STA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 127
E-O 7 AUTOPI
STA 1 4 3 0 5 2 2
Calle 127 O-E 7 AUTOPI
STA 1 4 3 4 5 2 2
Tabla 3- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia
Valor tramo A – B
Estado tramo A – B = Valor variable 1 + Valor variable 2 + Valor variable 3 +
Valor variable 4 + Valor variable 5 + Valor variable 6 + Valor variable 7
Variable 1 Variable 2 Variable 3 Variable 4 Variable 5 Variable 6 Variable 7
PARAMETRO
CONTRAFLUJO
PARAMETRO
ESTADO VIA
PARAMETRO
OBSTACULO 1
VARADO
PARAMETRO
VELOCIDAD
PARAMETRO
SEMAFOROS
PARAMETRO
CARRILES
PARAMETR
O LONGITUD
VIAS
1 4 3 4 2 3 3
Tabla 4- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia
50 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Costo tramo A – B = 1 + 4 + 3 + 4 + 2 + 3 + 3 = 22
Aplicando la formula por tramos me darán los siguientes valores sobre la malla:
Ilustración 21 - Costos en tramos ejemplo. Fuente: propia
Sin embargo hay que tener en cuenta que los siguientes tramos presentan una
variable en cero lo cual imposibilita el uso de este:
A - B
B - E
C - F
Por lo cual solo nos queda una ruta para llegar del origen al destino:
A – D – E – F
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
22 26
32 32
27 23 23
Capítulo 5 51
A continuación variamos los valores de cero y dejamos en condiciones normales
sin imposibilitar tramos:
Tipo
via
Nombre
Via
Sentid
o
Circul
ación
Inicio
tramo
Fin
tramo
PARAME
TRO
CONTRA
FLUJO
PARAM
ETRO
ESTAD
O VIA
PARAM
ETRO
OBSTA
CULO 1
VARAD
O
PARA
METR
O
VELOC
IDAD
PARAM
ETRO
SEMAF
OROS
PARAM
ETRO
CARRIL
ES
PARA
METR
O
LONGI
TUD
VIAS
Carrer
a 7 N-S 134 170 1 4 3 4 1 3 3
Carrer
a 7 N-S 127 134 1 4 3 4 2 3 3
Carrer
a 7 S-N 134 170 1 4 3 4 1 3 3
Carrer
a 7 S-N 127 134 1 4 3 4 2 3 3
Carrer
a Autopista N-S 134 170 1 4 3 4 6 5 3
Carrer
a Autopista N-S 127 134 1 4 3 4 6 5 3
Carrer
a Autopista S-N 134 170 1 4 3 4 6 5 3
Carrer
a Autopista S-N 127 134 1 4 3 4 6 5 3
Calle 170 E-O 7 AUTO
PISTA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 170 O-E 7 AUTO
PISTA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 134
E-O 7 AUTO
PISTA 1 3 3 4 5 2 2
Calle 134 O-E 7 AUTO
PISTA 1 4 3 4 5 2 2
Calle 127
E-O 7 AUTO
PISTA 1 4 3 3 5 2 2
Calle 127 O-E 7 AUTO
PISTA 1 4 3 4 5 2 2
Tabla 5- valores de variables en ruta. Fuente: propia
Quedando los valores por tramo de la siguiente manera:
52 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 22 - Diagrama nodos tramos ejemplo. Fuente: propia
Dado que ya no hay tramos con estado de imposibilidad, entonces se procede a
evaluar las diferentes rutas posibles que nos permiten llegar desde el nodo A
hasta el nodo F
Costo Ruta 1:
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
25 26
32 32
27 26 26
Capítulo 5 53
Ilustración 23- Costos tramos – en ruta ejemplo. Fuente: propia
A – B – C – F =
25 + 26 + 26 = 77
Costo Ruta 2:
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
25 26
32 32
27 26 26
54 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 24- Costos tramos ejemplo – en ruta ejemplo
A – B – E – F = 83
25 + 26 + 32 = 83
Costo Ruta 3:
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
25 26
32 32
27 26 26
Capítulo 5 55
Ilustración 25- Costos tramos ejemplo – Fuente: propia
A – D – E – F = 91
27 + 32 + 32 = 91
Dado que el resultado de la ruta 3 es el de mayor valor de acuerdo al resultado de
la sumatoria de valores por tramo, entonces la ruta 3 es la más recomendada
para el desplazamiento desde el nodo A hasta el nodo F.
5.2. Diseño general del sistema y enfoque del proyecto
Teniendo en cuenta que el presente proyecto se va a limitar a la parte de diseño
de un algoritmo de enrutamiento vehicular, con desarrollo de un modelo para
Nodo D
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Calle 170 Occ-Ori
Calle 170 Ori-Occ
Calle 127 Occ-Ori
Calle 127 Ori-Occ
Nodo A
Nodo E
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo B
Carrera Autopista N-S
Carrera Autopista S-N
Nodo F
Carrera 7 N-S
Carrera 7 S-N
Nodo C
Calle 134 Occ-Ori
Calle 134 Ori-Occ
25 26
32 32
27 26 26
56 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
simular la aplicación de demostración, es necesario hacer una descripción de
cómo podría ser todo el sistema para así poder comprender el enfoque del
presente proyecto y dejar propuestas para futuros trabajos e investigaciones.
A continuación se muestra el diseño general que integra las secciones que se
deben tener en cuenta, la sección de recolección de información, donde el
objetivo debe ser la captura de información en sitio y la integración con las
herramientas que poseen información clave, información como el estado de la vía
en cuanto a obras, accidentes, red de semaforización, estado del tráfico,
velocidad promedio, son varios dispositivos con los cuales podemos capturar
este tipo de información en el sitio y también son varias herramientas que poseen
información que debe integrarse para tener una visión global e integral de la
situación y poder tomar decisiones contemplando las variables que más influyen
en un resultado, se debe tener en cuenta que las experiencias de las personas en
sitio deben ser documentadas y confiables, es decir debemos tener una red de
informantes de alta confiabilidad y objetividad. En la sección de transmisión de
información la idea sería que la información capturada en sitio por medio de los
dispositivos pueda ser transmitida y almacenada en la base de datos casi en línea
para poder contar con información confiable y tomar decisiones acertadas, esta
información se envía a través de las redes de datos hasta la herramienta que
almacena la información, igualmente se deben integrar las bases de datos de
otras entidades que posean información clave, por ejemplo el IDU debe contar
con sus intervenciones documentadas y almacenadas, desde la herramienta se
debe integrar parte de la herramienta del IDU ya que se alimentaria de dicha
información, igualmente para la red de semaforización, para conocer en línea el
estado de los semáforos, integrando los eventos claves que afecten o permitir
manipulación de la red de semáforos para variar el flujo en determinado momento
como parte de la solución, las patrullas de monitoreo en sitio poseen también
información clave que debe ser transmitida en línea a través de algún módulo de
la herramienta o a través de operadores en el centro de monitoreo. En la sección
de procesamiento de la información, se considera que esta será la parte
Capítulo 5 57
inteligente, la parte donde se toman las decisiones que solucionaran el problema
que se presente, esta sección debe tener en cuenta toda la información
almacenada, debe procesarla y mostrar las alternativas de solución. Finalmente la
sección de distribución de información es donde se lleva la información hasta el
usuario final, la cual debería ser a través de diferentes medios para poder llegar a
la mayor cantidad de población, por ejemplo no solo una aplicación que se tenga
al alcance a través de un navegador en un Smartphone, si no también aplicación
web a través de PC, acceso vía telefónica si no tengo un móvil moderno, esta
herramienta sería apoyo para la transmisión de noticias en emisoras, noticieros,
periódico, lo ideal es que todos contemos con información confiable y oportuna
para tomar la mejor decisión a la hora de realizar un desplazamiento por la
ciudad.
58 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 26- Diseño general del sistema – Fuente: Propia
5.3. Sección de recolección de Información
Como se muestra en la figura lo ideal sería que se instalaran diferentes
dispositivos sensores y video cámaras en múltiples puntos estratégicos de las
ciudad, que nos permitan recolectar información para suministrar a los usuarios,
estos dispositivos nos pueden suministrar diferente información como por
ejemplo: los detectores de velocidad nos pueden indicar la velocidad promedio
del tráfico a determinada hora, los dispositivos contadores de vehículos nos
Dispositivos captura de informacion
Sensores
Radares
Camaras
Sobrevuelos
Medios de transmision de informacion
Acceso
Movil
Acceso WEB
BD
Servidor / Algritmo
Aplicativo
Operadores
Sección de recolección
Sección de transmisión
Sección de procesamiento
Sección de distribución Sección de distribución
Capítulo 5 59
indican la cantidad de tráfico, las video cámaras nos suministran más información
ya que como todos sabemos una imagen dice más que mil palabras, con una
imagen podemos saber si hay trancón, accidentes, obstáculos, obras civiles,
vehículos varados, etc.. en fin este es el mejor de los dispositivos que se pueden
instalar para monitoreo de vías, adicionalmente pueden suministrar información
en caso que ocurra algún accidente y se requiere evidencia o para controles de
seguridad por los entes de vigilancia y control
5.4. Sección de transmisión de Información
Los datos son captados por los dispositivos descritos en la sección de recolección
de información, pero se requiere hacer llegar estos datos hasta el servidor central,
para esto también hay varias formas por ejemplo los datos recolectados de los
dispositivos sensores como detectores de velocidad y contadores de vehículos,
se deben conectar a dispositivos multipuertos recolectores y que procesen
información y a su vez la almacenen en la base de datos, para las video cámaras
se puede calcular velocidad promedio por medio de algoritmos de telemetría, pero
para almacenar otro tipo de información se requiere obligatoriamente de
operadores que interpreten la información y la almacenen en el sistema.
estos datos recolectados son enviados hasta nuestro servidor central a través de
dispositivos multipuertos recolectores de datos, toda esta información debe ser
almacenada todo el tiempo con actualizaciones periódicas, para así contar con un
sistema con información real. Por otro lado teniendo toda la información que
60 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
necesitamos almacenada, viene la parte de cómo la vamos a transmitir a los
usuarios, habría varias formas, puede ser hasta a través del PC o a través de
sus dispositivos móviles ya sea enviando la información en modo texto o con un
operador que lo vaya guiando durante el recorrido.
5.5. Sección de procesamiento de Información
En esta sección se encuentra toda la parte de almacenamiento y procesamiento
de información, es el punto central, aquí llega la información y de aquí se
distribuye a los múltiples usuarios, consta de los servidores de bases de datos,
servidores web, el aplicativo que contiene el algoritmo de enrutamiento, el cual
revisa cada una de las variables y los receptores multipuertos de datos, este es
el cerebro del sistema el que procesa, almacena , evalúa y define las rutas.
5.6. Sección de distribución de Información
En esta sección se define la forma como vamos a hacer llegar la información a los
usuarios del aplicativo, para el caso particular del proyecto, esta actividad se va a
realizar a través de un aplicativo Web de simulación, pero hay varias formas de
hacer llegar la información a los usuarios, estas son: a través de aplicativo web, a
través de un aplicativo para usuarios móviles ya sea en forma de texto o grafica
dependiendo de la tecnología que posea el usuario, puede ser con soporte de
operadores haciendo una llamada, pueden también distribuir información
relevante los diferentes medios de información, emisoras, tv, mensajería a
móviles por sectores, etc.,
Teniendo en cuenta la complejidad para de todo el sistema, el presente proyecto
se limitará al diseño y creación del aplicativo de ruta óptima, incluyendo diseño
Capítulo 5 61
del algoritmo de enrutamiento, la parte de recolección de datos será simulada
permitiendo cambio de valores a través de un módulo especial en el aplicativo, el
acceso al aplicativo se realizara a través de una estación configurada como
cliente que esté conectada al servidor web.
5.7. Variables a monitorear
Las variables que podemos monitorear son todos aquellos parámetros que nos
dan información del estado del tráfico en una determinada vía y que por
consiguiente nos ayudarán a determinar de acuerdo a su condición y estado que
vías o rutas podemos o no tomar, por ejemplo:
Velocidad promedio en un determinado tramo de vía: este parámetro lo
podemos obtener a través de varios de los dispositivos descritos en el
capítulo 3, estos dispositivos a través de los medios de transmisión de
información, harán llegar los datos en forma periódica hasta el sistema de
almacenamiento. Este parámetro es importante ya que teniendo la
velocidad promedio en un tramo podemos saber cuánto tiempo
aproximadamente nos vamos a tardar cruzando ese tramo de la vía, de la
misma forma si la velocidad promedio es cero, podemos deducir que este
tramo está bloqueado por alguna razón que posiblemente la podremos
averiguar con información suministrada por los operadores de las cámaras
IP o por la información suministrada por los sobrevuelos.
Cantidad de vehículo en un determinado periodo de tiempo: igual que el
parámetro anterior, este también se puede obtener por medio de algunos
de los dispositivos descritos en el capítulo 3, con esta información, en un
determinado periodo de tiempo podemos calcular la densidad de tráfico
vehicular, teniendo en cuenta la información fija de las vías que se
encuentra en nuestra base de datos de vías.
62 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Contraflujos: Este parámetro estará predefinido para algunas vías de las
cuales ya tenemos información de contraflujos fijos en horarios y días
determinados. Para contraflujos que se generen en una vía por X o Y
razón, esto lo determinará el operador de las video cámaras IP al
visualizarlo en pantalla, igualmente también nos pueden retroalimentar de
estos eventos especiales funcionarios de tránsito y transporte
estableciendo una comunicación.
Estado de vías: Para muchos casos este parámetro también estará
predefinido en la base de datos, pero para otras vías cuyo deterioro sea
con el paso del tiempo, se debe recibir la información de tránsito y
trasporte o a través de las video cámaras IP o se puede diseñar un
módulo especial donde los usuarios del sistema también nos
retroalimenten con este tipo de información y reclamos.
Obstáculos en vías: Para el presente proyecto se considera un obstáculo
en vía, un vehículo varado, una obra civil, un choque, una congestión, un
retén, daño de semáforo, una vía cerrada, la mayoría de estos las
visualizarán los operadores a través de las cámaras IP, pero también se
pueden obtener de los resultados de los sobrevuelos, de usuarios del
sistema o de funcionarios de tránsito y transporte, para los casos de las
obras civiles y vías cerradas, lo mejor sería establecer un procedimiento
con las entidades que se dedican a estas labores, para que haya una
retroalimentación constante y así el sistema siempre se encuentre
actualizado.
Cantidad de vehículos en cola de semáforo: Por medio de los dispositivos
descritos en el capítulo 3 es posible determinar el tamaño de la cola de un
semáforo, y así con el tiempo que dura en cambiar el semáforo y con el
dato del tamaño de la cola podemos calcular un tiempo estimado en pasar
este cruce (este parámetro no será tenido en cuenta para el algoritmo de
enrutamiento)
Cantidad de semáforos: Indica la cantidad de semáforos en un tramo
determinado.
Capítulo 5 63
Cantidad de carriles: indica la cantidad de carriles que posee una calle o
carrera.
Longitud de la vía: Indica en modo numérico la longitud de la vía.
5.8. Transmisión de variables
En este ítem no vamos a entrar en mayores detalles, solo vamos a recordar que
la mayoría de los dispositivos descritos en el capítulo 3 se manejan a través de
redes IP, de la misma manera se pueden adaptar para transmisión inalámbrica.
Toda esta información debe salir codificada de los dispositivos y llegar hasta el
decodificador para luego ser almacenada directamente en la base de datos,
entrando a los sistemas a través de dispositivos especiales multi-puertos, para el
caso de la información que debe ser previamente analizada por los operadores,
estos deben visualizar en los monitores constantemente el estados de las vías e
ingresar periódicamente los eventos especiales al sistema a través de un módulo
especial para captura de eventos y almacenamiento de parámetros de vías.
5.9. Almacenamiento de variables y definición de parámetros a manejar
Para el desarrollo del algoritmo de ruta óptima en el prototipo de simulación se
van a tener en cuenta los siguientes parámetros fijos y variables:
Parámetros fijos
Tipo de vía: Calle, carrera, diagonal, transversal, autopista
Nombre de la vía: Ej. Autopista Norte
Sentido de circulación: este campo se refiere a si la vía va de Sur a Norte,
Norte a Sur, Oriente a Occidente, Occidente a Oriente, etc
Tramo: todas las vías que hacen parte de la malla vial del prototipo de
simulación, han sido fraccionadas en tramos para su manejo y aplicación
del algoritmo de enrutamiento.
64 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Descripción tramo: Se refiere al punto de inicio y fin del tramo
Tamaño de la vía: se refiere a la cantidad de carriles que tiene una vía
Cantidad de semáforos: se refiere a la cantidad de semáforos que tiene
una vía en el tramo seleccionado.
Contra flujo: algunas vías seleccionadas tienen definido fijo un contra flujo
en determinados horarios y días de la semana.
Longitud de la vía: se refiere a los kilómetros que se deben recorrer para
atravesar el tramo.
Parámetros variables
Contra flujos: a diferencia del contraflujo en parámetros fijos, este se
refiere a los que se generan en las vías en momentos no especificados con
anticipación, con el fin de descongestionar alguna vía en particular, la
mayoría de las veces es supervisado y autorizado por personal de tránsito
y transporte.
Velocidad promedio: se refiere a la velocidad promedio en un tramo de vía
determinado, para efectos de funcionamiento del prototipo este parámetro
se manejará con datos no reales.
Estado de vía: Se refiere a la situación en la que se encuentra un tramo de
vía, este parámetro tiene 4 opciones, bueno, regular, malo e imposible.
Obstáculos en vía: En este parámetro se almacenarán los eventos que hay
sobre determinado tramo de vía, las opciones son; vehículo varado, obra
civil, choque o accidente, congestión, reten, daño semáforo, vía cerrada.
Estos parámetros pueden ser actualizados y modificados a través de una interfaz
especial donde se le pregunta al usuario el tramo de vía y el evento que desea
actualizar, esto para efectos de simulación ya que no se implementará la parte de
captura de información directamente desde los dispositivos.
Capítulo 5 65
5.10. Consulta de información
Envió de solicitud del usuario al sistema
La información que el sistema le solicita al usuario es muy básica, únicamente se
debe dar el punto origen y punto de destino, se debe tener en cuenta que para
una aplicación real y completa se puede incluir la opción de obtener el origen por
medio de la ubicación si el dispositivo cuenta con opción de gps, o seleccionando
un punto origen de manera grafica en un mapa, con esta información y con la
información que el sistema tiene almacenado en la base de datos, (parámetros
fijos y variables de vías) se ejecuta el algoritmo de ruta óptima y genera un
resultado.
Hay varias formas en las que el usuario podría acceder al sistema para hacer la
solicitud, la principal y la que se va a implementar en el prototipo es a través de
navegadores de Internet, (configuración intranet para la simulación), el usuario
tendrá que ingresar a la página, seleccionar un origen y un destino,
posteriormente esperar para visualizar los resultados de ruta óptima.
Otra forma podría ser desde los dispositivos móviles tanto de última tecnología
como los no tan avanzados pero que tengan acceso WAP, para esos últimos
debido a que no pueden visualizar la ruta en pantalla, se podría hacer una
traducción de ruta a texto, otra opción sería a través de un operador especial que
reciba la solicitud genere la ruta y se la retransmita al usuario.
Para el presente proyecto, el usuario podrá visualizar la ruta óptima sobre el
plano cartográfico de la malla vial seleccionada para el prototipo, esta ruta estará
señalada con un color especial.
66 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
5.11. Definición de malla vial para el proyecto
Para el prototipo de simulación se seleccionaron lo siguientes tramos de vías
principales, se considera que esta malla vial es suficiente para demostrar el
funcionamiento del algoritmo de enrutamiento
Carrera 7 – Entre calle 26 y calle 170
Autopista Norte – Entre calle 26 y calle 170
Carrera 30 – Entre calle 26 y calle 93
Carrera 68 – Entre calle 26 y calle 100
Avenida Boyacá – Entre calle 26 y calle 170
Avenida ciudad de Cali – Entre calle 26 y calle 170
Calle 26 – Entre carrera 7 y Cali
Calle 53 – Entre carrera 7 y Carrera 68
Calle 80 – Entre carrera 7 y Cali
Calle 93 – Entre carrera 7 y autopista norte
Calle 100 – Entre carrera 7 y autopista norte
Calle 116 – Entre carrera 7 y autopista norte
Calle 127 – Entre carrera 7 y Boyacá
Calle 134 – Entre carrera 7 y Boyacá
Calle 170 – entre carrera 7 y Cali
Capítulo 5 67
Malla seleccionada para el prototipo
Ilustración 27- Malla vial seleccionada modelo. Fuente: propia
División de vías en tramos
Para efectos de aplicación del algoritmo, las diferentes vías que hacen parte de la
malla vial seleccionada para el proyecto, se dividieron en tramos los cuales se
relacionan a continuación
Tabla 1.7. Tramos de vías del modelo propuesto. Fuente: Elaboración proyecto
de investigación.
Tipo vía Nombre Vía Sentido
Circulación Inicio tramo Fin tramo
68 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Carrera 7 N-S 134 170
Carrera 7 N-S 127 134
Carrera 7 N-S 116 127
Carrera 7 N-S 100 116
Carrera 7 N-S 93 100
Carrera 7 N-S 80 93
Carrera 7 N-S 53 80
Carrera 7 N-S 26 53
Carrera 7 S-N 134 170
Carrera 7 S-N 127 134
Carrera 7 S-N 116 127
Carrera 7 S-N 100 116
Carrera 7 S-N 93 100
Carrera 7 S-N 80 93
Carrera 7 S-N 53 80
Carrera 7 S-N 26 53
Carrera Autopista N-S 134 170
Carrera Autopista N-S 127 134
Carrera Autopista N-S 116 127
Carrera Autopista N-S 100 116
Carrera Autopista N-S 93 100
Carrera Autopista N-S 80 93
Carrera Autopista N-S 53 80
Carrera Autopista N-S 26 53
Carrera Autopista S-N 134 170
Carrera Autopista S-N 127 134
Carrera Autopista S-N 116 127
Carrera Autopista S-N 100 116
Carrera Autopista S-N 93 100
Carrera Autopista S-N 80 93
Carrera Autopista S-N 53 80
Carrera Autopista S-N 26 53
Carrera 30 N-S 80 93
Carrera 30 N-S 53 80
Capítulo 5 69
Carrera 30 N-S 26 53
Carrera 30 N-S 80 93
Carrera 30 N-S 53 80
Carrera 30 N-S 26 53
Carrera 68 N-S 80 100
Carrera 68 N-S 53 80
Carrera 68 N-S 26 53
Carrera 68 S-N 80 100
Carrera 68 S-N 53 80
Carrera 68 S-N 26 53
Carrera Boyacá N-S 134 170
Carrera Boyacá N-S 127 134
Carrera Boyacá N-S 80 127
Carrera Boyacá N-S 26 80
Carrera Boyacá S-N 134 170
Carrera Boyacá S-N 127 134
Carrera Boyacá S-N 80 127
Carrera Boyacá S-N 26 80
Carrera Cali N-S 80 170
Carrera Cali N-S 26 80
Carrera Cali S-N 80 170
Carrera Cali S-N 26 80
Calle 170 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 170 E-O AUTOPISTA BOYACA
Calle 170 E-O BOYACA CALI
Calle 170 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 170 O-E AUTOPISTA BOYACA
Calle 170 O-E BOYACA CALI
Calle 134 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 134 E-O AUTOPISTA BOYACA
Calle 134 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 134 O-E AUTOPISTA BOYACA
Calle 127 E-O 7 AUTOPISTA
70 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Calle 127 E-O AUTOPISTA BOYACA
Calle 127 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 127 O-E AUTOPISTA BOYACA
Calle 116 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 116 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 100 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 100 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 93 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 93 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 80 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 80 E-O AUTOPISTA 30
Calle 80 E-O 30 68
Calle 80 E-O 68 BOYACA
Calle 80 E-O BOYACA CALI
Calle 80 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 80 O-E AUTOPISTA 30
Calle 80 O-E 30 68
Calle 80 O-E 68 BOYACA
Calle 80 O-E BOYACA CALI
Calle 53 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 53 E-O AUTOPISTA 30
Calle 53 E-O 30 68
Calle 53 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 53 E-O AUTOPISTA 30
Calle 53 E-O 30 68
Calle 26 E-O 7 AUTOPISTA
Calle 26 E-O AUTOPISTA 30
Calle 26 E-O 30 68
Calle 26 E-O 68 BOYACA
Calle 26 E-O BOYACA CALI
Calle 26 O-E 7 AUTOPISTA
Calle 26 O-E AUTOPISTA 30
Calle 26 O-E 30 68
Calle 26 O-E 68 BOYACA
Capítulo 5 71
Calle 26 O-E BOYACA CALI
Tabla 6- tramos de la malla vial. Fuente: propia
A continuación se relaciona el listado de los nodos seleccionados para el
desarrollo de la aplicación
Carrera 7-Calle 170
Carrera 7-Calle 134
Carrera 7-Calle 127
Carrera 7-Calle 116
Carrera 7-Calle 100
Carrera 7-Calle 93
Carrera 7-Calle 80
Carrera 7-Calle 53
Carrera 7-Calle 26
Autopista norte-Calle 170
Autopista norte-Calle 134
Autopista norte-Calle 127
Autopista norte-Calle 116
Autopista norte-Calle 100
Autopista norte-Calle 93
Autopista norte-Calle 80
Autopista norte-Calle 53
Autopista norte-Calle 26
Carrera 30-Calle 93
Carrera 30-Calle 80
Carrera 30-Calle 53
Carrera 30-Calle 26
AV68-Calle 100
72 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
AV68-Calle 80
AV68-Calle 53
AV68-Calle 26
Boyaca-Calle 170
Boyaca-Calle 134
Boyaca-Calle 127
Boyaca-Calle 116
Boyaca-Calle 80
Boyaca-Calle 26
Cali-Calle 170
Cali-Calle 80
Cali-Calle 26
5.12. Definición de Algoritmo de enrutamiento
Basado en los parámetros descritos en el ITEM 5.4. los cuales estarán
almacenados en la base de datos y teniendo en cuenta el requerimiento del
usuario (origen - destino), el algoritmo de enrutamiento definido en la parte de
programación de la aplicación se guía por una serie de reglas para determinar a
su criterio la mejor ruta, este algoritmo fue diseñado basado en el algoritmo de la
ruta más corta llamado Dijkstra, y el funcionamiento y características del protocolo
OSPF para aplicarlo a enrutamiento de tráfico vehicular, el sistema define una
serie de capas de malla vehicular con las diferentes orientaciones, Norte-Sur,
Sur-Norte, Oriente-Occidente y Occidente-Oriente, cada nodo tiene predefinido el
nombre de su nodo vecino en todas las orientaciones, ver ANEXO 1 DIAGRAMA
DE NODOS.
Para determinar la ruta óptima el aplicativo toma el nodo origen y el nodo destino,
y verifica la orientación de la ruta, posteriormente procede a comenzar a hacer el
barrido teniendo en cuenta la orientación, desde el nodo origen, es decir si voy
Capítulo 5 73
desde el nor-oriente para el sur-occidente, entonces el algoritmo verifica los
vecinos del nodo origen que quedan al sur y al occidente de este, posteriormente
comienza a realizar la misma operación con los nodos vecinos de los nodos
vecinos originales y así hasta llegar al nodo destino, el algoritmo realiza un
cálculo de la rutas para verificar cual tiene algún inconveniente, puede que
algunas rutas no sean recomendadas por tener bloqueo en algún tramo, o puede
que salgan varias rutas propuestas con buenos puntajes, el sistema recomendará
la ruta origen-destino de mejor puntaje.
Teniendo en cuenta que el algoritmo para realizar el cálculo general de la ruta
antes de proponer la definitiva, debe hacer una serie de operaciones y revisar
todos los parámetros de los tramos por los que pasa la ruta, se hizo una
asignación de puntaje a los diferentes parámetros, ya que por ejemplo no es lo
mismo transitar por una vía de 5 carriles que no tiene semáforos que por una vía
de 5 carriles que tiene “n” semáforos, ya que como nos hemos dado cuenta un
semáforo nos hace por un lado disminuir velocidad en la intersección y por otro
quedar estático entre 30 segundos y 240 segundos, en esos 240 segundos a una
velocidad promedio de 50 km/hora podemos avanzar poco más de 3 kilómetros lo
que traducido a cuadras promedio dará más de 20 cuadras. Igualmente el
sistema no debe dar el mismo puntaje a una vía en perfecto estado que a una vía
en pésimo estado, entendiendo ESTADO DE VIA como al estado del pavimento y
a la cantidad de huecos que en él puede haber.
La ruta que más puntaje tenga es la ruta más opcionada a ser la mejor, mientras
que la ruta que presente muchos inconvenientes y demoras será la ruta con
menor puntaje, también se puede presentar que no hay una ruta disponible para
llegar de un origen a un destino, para estos casos el sistema le dirá al usuario que
se requiere modificar Origen, esto se puede dar cuando por ejemplo el algoritmo
encuentre bloqueo en todas las posibles rutas, por cualquier razón como por
ejemplo velocidad promedio cero, vías cerradas, bloqueo de vías, etc. Para este
74 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
caso el algoritmo desplazara el punto de origen hacia la orientación opuesta y de
nuevo buscara la mejor ruta, se el origen no tiene como desplazarse es decir,
está ubicado en nodos extremos, se muestra en pantalla un mensaje donde se
dice que no hay rutas para proponer.
Comenzamos entonces a describir el paso a paso del algoritmo de enrutamiento:
1. El usuario debe registrar en la aplicación un origen y un destino que se
encuentre dentro de la malla vial seleccionada para el prototipo.
2. La aplicación almacenara temporalmente en una variable la información
del punto origen y la información del punto destino.
3. La aplicación determina la orientación por medio de una comparación
numérica de mayor, menor, por ejemplo si mi origen es en la calle 170 y
voy a la calle 26, se sabe que voy de norte a sur realizando comparación
numérica entre la calle origen y la calle destino, dado que el valor numérico
de la calle origen es mayor que el valor numérico de la calle destino, si por
el contrario encuentro que el valor numérico del origen es menor que el
valor numérico del destino, numéricamente hablando, se determina que la
orientación es de sur a norte, igualmente ocurre con las carreras donde si
voy de valor numérico mayor a valor numérico menor significa que voy de
occidente a oriente y si voy de valor numérico menor a valor numérico
mayor significa que voy de oriente a occidente. Se determina la orientación
de la ruta.
4. De acuerdo a la orientación determinada el algoritmo busca los nodos
inmediatamente vecinos al origen que se encuentren en la orientación
hacia el destino, y almacena esta información de manera temporal, cada
nodo tiene almacenado en la tabla de vecinos los nodos en cada una de
las orientaciones, por ejemplo un nodo central tendrá vecinos hacia el
norte, hacia el sur, hacia el oriente y hacia el occidente, un nodo final por el
contrario no contara con vecinos en todas las orientaciones.
Capítulo 5 75
5. Para cada nodo vecino encontrado, el algoritmo aplica nuevamente buscar
los vecinos en la orientación que se haya determinado, siendo las
posibilidades de orientación las siguientes: hacia el norte, hacia el sur,
hacia el oriente, hacia el occidente, hacia el sur-oriente, hacia el sur-
occidente, hacia el nor-oriente o hacia el nor-occidente,
6. Cada vez que el algoritmo ubica un nodo vecino hacia la orientación
determinada, compara este nuevo vecino con el destino para validar si
llego al punto final y realiza nuevamente comparación de orientación para
saber que ruta debe tomar.
7. Cada vez que el algoritmo encuentra los vecinos del nodo en cualquier
orientación, almacena en una tabla temporal las rutas que ha encontrado,
es decir si de un punto A a un punto B contamos con 3 posibles rutas, en la
tabla temporal almacena las rutas tramo a tramo para estas tres rutas.
8. Cuando el algoritmo encuentra igualdad entre en punto destino y el nodo
vecino evaluado, se almacena la ruta.
9. Se valora el costo de las rutas almacenadas aplicando la fórmula que toma
todos los valores de las variables definidas para la métrica.
10. Se realiza comparación numérica para encontrar la ruta que mayor valor
de costo tiene.
11. Se muestra al usuario la ruta de mayor valor, la cual es la sugerencia.
12. Para los casos donde alguna de las variables definidas para la métrica
poseen en ese momento un valor cero, estos tramos son imposibilitados y
las rutas que tengan estos tramos no serán sugeridas.
A continuación se muestra el diagrama de flujo del algoritmo aplicado para
determinar la ruta óptima:
76 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
INICIO
Ingresa Origen y
Destino
Determina
orientaciones
Busca nodos
vecinos en la
orientaciones
Algun Nodo
vecino =
Destino
Almacena en tabla
temporal
informacion rutas
Almacena Origen
y Destino en
Temporal
Consulta tabla de
nodos
Muestra ruta en
pantalla
Asigna codigo de
ruta a cada nodo
vecino
Calcula puntaje de
rutas y los
almacena
Algun Nodo
vecino =
Destino
Consulta tabla de
vias y almacena
en tabla temporal
Calcula puntajes
de rutas
Almacena en tabla
temporal
Busca los ultimos
nodos
almacenados Tabla temporal
NO
SI
Finaliza AlgoritmoVisualiza la ruta
de mejor puntaje
Hay rutas para
proponerSI
Despliega
mensaje de
modificar Origen
NO
SI
NO
Modifica origen
desplazandolo
hacia la
orientacion
opuesta
Tiene nodos
hacia orientacion
opuesta
SI
NO
No hay rutas para
proponer
Tabla temporal de
rutas
Capítulo 5 77
Ilustración 28- Diagrama de flujo algoritmo de enrutamiento. Fuente: propia
Puntuación de parámetros:
Tipo Evento Observación Puntaje Observaciones Puntaje
Contraflujo horario 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Estado
Excelente 4 Tiene el mejor puntaje
Bueno 3 Tiene puntaje bueno pero no es el mejor
Regular 2 Tiene puntaje bajo
Malo 1 Tiene puntaje muy bajo
Imposible 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Obstáculo
Varado 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Obra Civil 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Choque 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Congestión 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Reten 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
Daño semaforo 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía
via cerrada 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta
Velocidad
0 a 10 0
Tramo vetado – pero puede recomendarse
ruta
10 a 30 1 Puntaje bajo por baja velocidad
30 a 50 2 Puntaje medio por velocidad media
60 a 100 4 Puntaje alto por maxima velocidad
Semáforos
0 3 Puntaje alto por no tener semáforos
1 2 Puntaje medio por pocos semáforos
2 1 Puntaje bajo por muchos semáforos
3 o mas 0
Puntaje nulo por tener demasiados
semáforos
Carriles 1 1 Puntaje malo por vía de un solo carril
78 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
2 2 Puntaje medio por 2 carriles
3 3 Buen puntaje por 3 carriles
4 4 Excelente puntaje por ser autopista
5 5 Excelente puntaje por ser autopista
6 6 Excelente puntaje por ser autopista
Longitud vía
1 7 Excelente puntaje por tramo corto
2 6 Excelente puntaje por tramo corto
3 5 Excelente puntaje por tramo corto
4 4 Buen puntaje por tramo medio
5 3 Buen puntaje por tramo medio
6 2 Puntaje bajo por larga distancia
7 1 Puntaje malo por larga distancia
Tabla 7 - Puntaje definidos para eventos. Fuente: propia
TABLA DE VECINOS
La tabla de vecinos define e identifica para cada nodo (intersección calle-carrera)
el vecino que corresponde según orientación, siendo las orientaciones posibles,
hacia el norte, hacia el sur, hacia el oriente y hacia el occidente. Si un nodo es
central posee vecinos hacia las cuatro orientaciones, y si es un nodo de borde
posee vecinos hacia tres o dos orientaciones.
Tipo vía 1
Nombre Vía 1
Tipo vía 2
Nombre vía 2
Orientación vecino
vecino Tipo vía 1
vecino Nombre Vía 1
vecino Tipo vía 2
vecino Nombre vía 2
Carrera 7 Calle 170 sur Carrera 7 Calle 134
Carrera 7 Calle
170 occidente
Carrera Autopista Calle
170
Carrera 7 Calle 134 norte Carrera 7 Calle 170
Carrera 7 Calle 134 sur Carrera 7 Calle 127
Carrera 7 Calle
134 occidente
Carrera Autopista Calle
134
Carrera 7 Calle
127 occidente
Carrera Autopista Calle
127
Capítulo 5 79
Carrera 7 Calle 127 norte Carrera 7 Calle 134
Carrera 7 Calle 127 sur Carrera 7 Calle 116
Carrera 7 Calle 116 sur Carrera 7 Calle 100
Tabla 8- Encabezado tabla vecinos – Fuente: propia
Ver Anexo 1 – tabla completa
Estructura de tabla
Ilustración 29- Orientación de nodos. Fuente: Propia
Nodo A Calle80 –
Carrera 68
Nodo C Calle53-
Carrera68
VECINO HACIA EL NORTE
VECINO HACIA EL SUR
VECINO HACIA EL ORIENTE
VECINO HACIA EL OCCIDENTE
Nodo D Calle80 – Carrera boyaca
Nodo E Calle100 – Carrera 68
Nodo B Calle80 –
Carrera 30
VECINO HACIA EL NORTE
VECINO HACIA EL SUR
VECINO HACIA EL OCCIDENTE
VECINO HACIA EL ORIENTE
80 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
TABLA DE VECINOS
Tipo vía
1
Nombre
Vía 1
Tipo vía
2
Nombre
vía 2
Orientaci
ón vecino
vecino
Tipo vía
1
vecino
Nombre
Vía 1
vecino
Tipo
vía 2
vecino
Nombre
vía 2
Carrera 7 Calle 170 sur Carrera 7 Calle 134
Carrera 7 Calle 170 occidente Carrera Autopista Calle 170
Carrera 7 Calle 134 norte Carrera 7 Calle 170
Carrera 7 Calle 134 sur Carrera 7 Calle 127
Carrera 7 Calle 134 occidente Carrera Autopista Calle 134
Carrera 7 Calle 127 occidente Carrera Autopista Calle 127
Carrera 7 Calle 127 norte Carrera 7 Calle 134
Carrera 7 Calle 127 sur Carrera 7 Calle 116
Carrera 7 Calle 116 sur Carrera 7 Calle 100
Carrera 7 Calle 116 norte Carrera 7 Calle 127
Carrera 7 Calle 116 occidente Carrera Autopista Calle 116
Carrera 7 Calle 100 norte Carrera 7 Calle 116
Carrera 7 Calle 100 sur Carrera 7 Calle 93
Carrera 7 Calle 100 occidente Carrera Autopista Calle 93
Carrera 7 Calle 93 norte Carrera 7 Calle 100
Carrera 7 Calle 93 sur Carrera 7 Calle 80
Carrera 7 Calle 93 occidente Carrera Autopista Calle 93
Carrera 7 Calle 80 norte Carrera 7 Calle 93
Carrera 7 Calle 80 sur Carrera 7 Calle 53
Carrera 7 Calle 80 occidente Carrera Autopista Calle 80
Carrera 7 Calle 53 norte Carrera 7 Calle 80
Carrera 7 Calle 53 sur Carrera 7 Calle 26
Carrera 7 Calle 53 occidente Carrera Autopista Calle 53
Carrera 7 Calle 26 norte Carrera 7 Calle 53
Carrera 7 Calle 26 occidente Carrera Autopista Calle 26
Carrera Autopista Calle 170 sur Carrera Autopista Calle 170
Carrera Autopista Calle 170 occidente
Carrera Autopista Calle 134 norte Carrera Autopista Calle 170
Carrera Autopista Calle 134 sur Carrera Autopista Calle 127
Carrera Autopista Calle 134 oriente Carrera 7 Calle 134
Capítulo 5 81
Carrera Autopista Calle 134 occidente Carrera Boyaca Calle 170
Carrera Autopista Calle 127 norte Carrera Autopista Calle 134
Carrera Autopista Calle 127 sur Carrera Autopista Calle 116
Carrera Autopista Calle 127 oriente Carrera 7 Calle 127
Carrera Autopista Calle 127 occidente Carrera Boyacá Calle 127
Carrera Autopista Calle 116 norte Carrera Autopista Calle 127
Carrera Autopista Calle 116 sur Carrera Autopista Calle 100
Carrera Autopista Calle 116 oriente Carrera 7 Calle 116
Carrera Autopista Calle 116 occidente Carrera Boyacá Calle 116
Carrera Autopista Calle 100 norte Carrera Autopista Calle 116
Carrera Autopista Calle 100 sur Carrera Autopista Calle 93
Carrera Autopista Calle 100 oriente Carrera 7 Calle 100
Carrera Autopista Calle 100 occidente Carrera 68 Calle 100
Carrera Autopista Calle 93 norte Carrera Autopista Calle 100
Carrera Autopista Calle 93 sur Carrera Autopista Calle 80
Carrera Autopista Calle 93 oriente Carrera 7 Calle 93
Carrera Autopista Calle 93 occidente Carrera 30 Calle 93
Carrera Autopista Calle 80 norte Carrera Autopista Calle 93
Carrera Autopista Calle 80 sur Carrera Autopista Calle 53
Carrera Autopista Calle 80 oriente Carrera 7 Calle 80
Carrera Autopista Calle 80 occidente Carrera 30 Calle 80
Carrera Autopista Calle 53 norte Carrera Autopista Calle 80
Carrera Autopista Calle 53 sur Carrera Autopista Calle 26
Carrera Autopista Calle 53 oriente Carrera 7 Calle 53
Carrera Autopista Calle 53 occidente Carrera 30 Calle 53
Carrera Autopista Calle 26 norte Carrera Autopista Calle 53
Carrera Autopista Calle 26 oriente Carrera 7 Calle 26
Carrera Autopista Calle 26 occidente Carrera 30 Calle 26
Carrera 30 Calle 93 sur Carrera 30 Calle 80
Carrera 30 Calle 93 oriente Carrera Autopista Calle 93
Carrera 30 Calle 80 norte Carrera 30 Calle 93
Carrera 30 Calle 80 sur Carrera 30 Calle 53
Carrera 30 Calle 80 oriente Carrera Autopista Calle 80
Carrera 30 Calle 80 occidente Carrera 68 Calle 80
82 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Carrera 30 Calle 53 norte Carrera 30 Calle 80
Carrera 30 Calle 53 sur Carrera 30 Calle 26
Carrera 30 Calle 53 oriente Carrera Autopista Calle 53
Carrera 30 Calle 53 occidente Carrera 68 Calle 53
Carrera 30 Calle 26 norte Carrera 30 Calle 53
Carrera 30 Calle 26 oriente Carrera Autopista Calle 26
Carrera 30 Calle 26 occidente Carrera 68 Calle 26
Carrera 68 Calle 100 sur Carrera 68 Calle 80
Carrera 68 Calle 100 oriente Carrera Autopista Calle 100
Carrera 68 Calle 80 norte Carrera 68 Calle 100
Carrera 68 Calle 80 sur Carrera 68 Calle 53
Carrera 68 Calle 80 oriente Carrera 30 Calle 80
Carrera 68 Calle 80 occidente Carrera Boyaca Calle 80
Carrera 68 Calle 53 norte Carrera 68 Calle 80
Carrera 68 Calle 53 sur Carrera 68 Calle 26
Carrera 68 Calle 53 oriente Carrera 30 Calle 53
Carrera 68 Calle 26 norte Carrera 68 Calle 53
Carrera 68 Calle 26 oriente Carrera 30 Calle 26
Carrera 68 Calle 26 occidente Carrera Boyaca Calle 26
Carrera Boyaca Calle 170 sur Carrera Boyaca Calle 134
Carrera Boyaca Calle 170 oriente Carrera Autopista Calle 170
Carrera Boyaca Calle 170 occidente Carrera cali Calle 170
Carrera Boyaca Calle 134 norte Carrera Boyaca Calle 170
Carrera Boyaca Calle 134 sur Carrera Boyaca Calle 127
Carrera Boyaca Calle 134 oriente Carrera Autopista Calle 134
Carrera Boyaca Calle 134 occidente Carrera cali Calle 134
Carrera Boyaca Calle 127 norte Carrera Boyaca Calle 134
Carrera Boyaca Calle 127 sur Carrera Boyaca Calle 116
Carrera Boyaca Calle 127 oriente Carrera Autopista Calle 127
Carrera Boyaca Calle 127 occidente Carrera cali Calle 127
Carrera Boyaca Calle 116 norte Carrera Boyaca Calle 127
Carrera Boyaca Calle 116 sur Carrera Boyaca Calle 80
Carrera Boyaca Calle 116 oriente Carrera Autopista Calle 116
Carrera Boyaca Calle 116 occidente Carrera cali Calle 116
Carrera Boyaca Calle 80 norte Carrera Boyaca Calle 127
Capítulo 5 83
Carrera Boyaca Calle 80 sur Carrera Boyaca Calle 26
Carrera Boyaca Calle 80 oriente Carrera 68 Calle 80
Carrera Boyaca Calle 80 occidente Carrera cali Calle 80
Carrera Boyaca Calle 26 norte Carrera Boyaca Calle 80
Carrera Boyaca Calle 26 oriente Carrera 68 Calle 26
Carrera Boyaca Calle 26 occidente Carrera cali Calle 26
Carrera Cali Calle 170 sur Carrera Cali Calle 134
Carrera Cali Calle 170 oriente Carrera Boyaca Calle 170
Carrera Cali Calle 80 norte Carrera Cali Calle 170
Carrera Cali Calle 80 sur Carrera Cali Calle 26
Carrera Cali Calle 80 oriente Carrera Boyaca Calle 80
Carrera Cali Calle 26 norte Carrera Cali Calle 80
Carrera Cali Calle 26 oriente Carrera Boyaca Calle 26
Tabla 9- Definición de vecinos – Fuente: propia
84 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
6. ANALISIS Y VALIDACION
6.1. Análisis y validación
Teniendo en cuenta las diferentes problemáticas que se presentan, se procede a
definir una seria de parámetros y variables que influyen en la condición de tráfico,
no es lo mismo un trancón generado por un vehículo varado, que por un accidente,
o por un hueco en la vía, cada uno tiene su grado de dificultad, igualmente no es lo
mismo tomar una vía que posee cruces y semáforos, que tomar una vía directa sin
intersecciones, o con intersecciones manejadas con puente. Se definen entonces
una serie de parámetros que entraran a participar en el algoritmo y cada uno de
estos tendrá un peso dependiendo de su estado y su aporte en la problemática. Se
define para el proyecto el uso de las siguientes:
Las variables que podemos monitorear son todos aquellos parámetros que nos dan
información del estado del tráfico en una determinada vía y que por consiguiente nos
ayudarán a determinar que vías podemos o no tomar, por ejemplo:
Velocidad promedio en un determinado tramo de vía: este parámetro lo podemos
obtener a través de varios de los dispositivos descritos en el capítulo 3, estos
dispositivos a través de los medios de transmisión de información, harán llegar
los datos en forma periódica hasta el sistema de almacenamiento. Este
parámetro es importante ya que teniendo la velocidad promedio en un tramo
podemos saber cuánto tiempo aproximadamente nos vamos a tardar cruzando
ese tramo de la vía, de la misma forma si la velocidad promedio es cero,
podemos deducir que este tramo está bloqueado por alguna razón que
posiblemente la podremos averiguar con información suministrada por los
operadores de las cámaras IP o por la información suministrada por los
sobrevuelos.
Capítulo 5 85
Cantidad de vehículo en un determinado periodo de tiempo: igual que el
parámetro anterior, este también se puede obtener por medio de algunos de los
dispositivos descritos en el capítulo 3, con esta información, en un determinado
periodo de tiempo podemos calcular la densidad de tráfico vehicular, teniendo en
cuenta la información fija de las vías que se encuentra en nuestra base de datos
de vías.
Contraflujos: Este parámetro estará predefinido para algunas vías de las cuales
ya tenemos información de contraflujos fijos en horarios y días determinados.
Para contraflujos que se generen en una vía por X o Y razón, esto lo determinará
el operador de las video cámaras IP al visualizarlo en pantalla, igualmente
también nos pueden retroalimentar de estos eventos especiales funcionarios de
tránsito y transporte estableciendo una comunicación.
Estado de vías: Para muchos casos este parámetro también estará predefinido
en la base de datos, pero para otras vías cuyo deterioro sea con el paso del
tiempo, se debe recibir la información de tránsito y trasporte o a través de las
video cámaras IP o se puede diseñar un módulo especial donde los usuarios del
sistema también nos retroalimenten con este tipo de información y reclamos.
Obstáculos en vías: Para el presente proyecto se considera un obstáculo en vía,
un vehículo varado, una obra civil, un choque, una congestión, un retén, daño de
semáforo, una vía cerrada, la mayoría de estos las visualizarán los operadores a
través de las cámaras IP, pero también se pueden obtener de los resultados de
los sobrevuelos, de usuarios del sistema o de funcionarios de tránsito y
transporte, para los casos de las obras civiles y vías cerradas, lo mejor sería
establecer un procedimiento con las entidades que se dedican a estas labores,
para que haya una retroalimentación constante y así el sistema siempre se
encuentre actualizado.
Cantidad de vehículos en cola de semáforo: Por medio de los dispositivos
descritos en el capítulo 3 es posible determinar el tamaño de la cola de un
semáforo, y así con el tiempo que dura en cambiar el semáforo y con el dato del
tamaño de la cola podemos calcular un tiempo estimado en pasar este cruce
(este parámetro no será tenido en cuenta para el algoritmo de enrutamiento).
86 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
6.2. Validación del modelo por medio de análisis de casos estimados
El modelo propuesto expone el mejoramiento del tráfico vehicular a través de una serie
de planes que se pueden aplicar en la ciudad de Bogotá, uno de estos planes es
optimizar tiempos a través de un modelo de enrutamiento que contemple variables claves
a la hora de definir una ruta a seguir en un momento determinado. Se presume que
suministrando información clave a los usuarios se pueden tomar mejores decisiones a la
hora de escoger rutas para desplazarse desde un punto origen hasta un punto destino,
conociendo las rutas alternas y distribuyendo tráfico entre la malla vial podemos lograr
mejorar la movilidad ya que habrán menos vehículos transitando en un segmento de vía
determinada, debido a la distribución y habrá aumento de velocidad basados en la
confianza por distancia de frenado, (se toma como base la norma del código de tránsito
en su capítulo de separación entre vehículos).
http://www.colombia.com/noticias/codigotransito/t3c11.asp - Titulo III-Normas de
comportamiento-Capitulo XI-Límites de velocidad-Artículo 108-Separación entre
vehículos. LEY 769 DE 2002. El cual rige desde el 8.Nov.2002. República de
Colombia Gobierno Nacional-Secretaria de tránsito y transporte. (4)
Artículo 108°. Separación entre vehículos.
La separación entre dos (2) vehículos que circulen uno tras de otro en el mismo
carril de una calzada, será de acuerdo con la velocidad. Para velocidades de
hasta treinta (30) kilómetros por hora, diez (10) metros. Para velocidades entre
treinta (30) y sesenta (60) kilómetros por hora, veinte (20) metros. Para
velocidades entre sesenta (60) y ochenta (80) kilómetros por hora, veinticinco (25)
metros. Para velocidades de ochenta (80) kilómetros en adelante, treinta (30)
metros o la que la autoridad competente indique. En todos los casos, el
conductor deberá atender al estado del suelo, humedad, visibilidad, peso del
Capítulo 5 87
vehículo y otras condiciones que puedan alterar la capacidad de frenado de éste,
manteniendo una distancia prudente con el vehículo que antecede. (4)
6.3. CONSIDERACIONES PARA VALIDACION MODELO
Condiciones para validar la propuesta vamos a realizar los siguientes ejercicios,
partiendo de las condiciones ideales descritas a continuación:
Situación: normal
Vía seleccionada: Autopista Norte
Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127
Orientación: Norte a Sur
Velocidad máxima permitida: 60 km/h
Cantidad de vehículos para la muestra: ver tabla
Distancia aproximada: 6 km
Tamaño promedio vehículos: 4 mts
Espacio promedio entre vehículos: ver tabla
Cantidad de carriles para el ejercicio: 5
Fórmula para calcular Cantidad de vehículos en un segmento
Cantidad vehículos en segmento = (longitud segmento/ (tamaño promedio vehículo +
distancia entre vehículos)) X cantidad de carriles
Cantidad de vehículos en segmento = (6000 mts/(4mts+20mts))*5 carriles
Cantidad de vehículos en segmento = 6000 mts / 24 mts * 5 carriles
88 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
En situación ideal vemos que los tiempos de desplazamiento para este escenario
estarían entre los 4,5 y 12 minutos.
Veloci
dad
km/h
(1)
Distanci
a entre
vehícul
os
reglame
ntaria
mts (2)
longit
ud
segm
ento
mts
(3)
tamaño
promed
io
vehícul
os mts
(4)
Espacio
carro +
distanci
a o
resultad
o mts
(2)+(4)
Cantidad
de
vehículos
1 carril
Cantidad
de
vehículos
2 carriles
Cantidad
de
vehículos
3 carriles
Cantidad
de
vehículos
4 carriles
Cantidad
de
vehículos
5 carriles
Cantidad
de
vehículos
6 carriles
Cantidad
de
vehículos
7 carriles
Tiempo
de
recorrido
- minutos
30 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 12
de 30
a 60 20 6000 4 24 250 500 750 1000 1250 1500 1750
entre 6
y 12
60 25 6000 4 29 207 414 621 828 1034 1241 1448 6
de 60
a 80 25 6000 4 29 207 414 621 828 1034 1241 1448
entre
4,5 y 6
mas
de 80 30 6000 4 34 176 353 529 706 882 1059 1235 4,5
Tabla 10- Situación ideal – Fuente: propia
6.4. Primer escenario
Usuario se moviliza desde un punto origen A hacia un punto destino B - Se tomaran
segmentos confirmados por varios tramos sobre una misma vía y se estimara un
tráfico aproximado, se realizara análisis del tráfico en cuanto a cantidad de vehículos
y promedio de velocidad, vamos a asumir que en este primer ejercicio todo el tráfico
estará cursando por este segmento de vía según lo descrito a continuación:
Situación: alta congestión
Vía seleccionada: Autopista Norte
Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127
Orientación: Norte a Sur
Velocidad promedio en hora pico: 5 km/h
Capítulo 5 89
Cantidad de vehículos para la muestra: 3333
Distancia segmento: 6 km
Tamaño promedio vehículos: 4 mts
Espacio promedio entre vehículos: 5 mts
Cantidad de carriles para el ejercicio: 5
Estimando una situación de congestión donde
Velocida
d km/h
(1)
Distanci
a entre
vehículo
s mts (2)
longitud
segment
o mts (3)
tamaño
promedio
vehículos
mts (4)
Espacio
carro +
distancia
o
resultado
mts
(2)+(4)
Cantidad
de
vehículo
s 1 carril
Cantidad
de
vehículo
s 2
carriles
Cantidad
de
vehículo
s 3
carriles
Cantidad
de
vehículo
s 4
carriles
Cantidad
de
vehículo
s 5
carriles
Cantidad
de
vehículo
s 6
carriles
Cantidad
de
vehículo
s 7
carriles
Tiempo
de
recorrid
o -
minutos
5 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 72
6 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 60
7 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 51
8 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 45
9 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 40
10 8 6000 4 12 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 36
15 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 24
20 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 18
Tabla 11- Situación estado de congestión – Fuente: propia
Escenario – Estimación de congestión critica
90 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Ilustración 30- Ejemplo - Autopista 5 carriles – Fuente: propia
6.5. Segundo escenario
Esta misma cantidad de vehículos va a ser repartida entre dos vías paralelas, ya que
se habilita circulación en vía paralela la cual cuenta con dos carriles adicionales en la
misma orientación de la siguiente forma:
Vía seleccionada: Autopista Norte y paralela AV 19
Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127 para ambas vías
Orientación: Norte a Sur
Velocidad promedio en hora pico: ver tabla
Cantidad de vehículos para la muestra: mismos 3333
Distancia segmento: 6 km
Tamaño promedio vehículos: 4 mts
Espacio promedio entre vehículos: ver tabla
Cantidad de carriles para el ejercicio: 5 en la autopista y 2 adicionales en la
AV 19
Consideración: Para efectos prácticos se realizara el cálculo sin tener en
cuenta el tiempo de los desvíos para llegar a la paralela, ni semáforos, ni
eventos o situaciones que alteren.
Capítulo 5 91
Ilustración 31- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19– Fuente: propia
Tenemos entonces que la velocidad de los vehículos inicialmente era de 7km/hora para
recorrer una distancia de 6 km, sobre la autopista norte con volumen de tráfico de 3333
vehículos en segmento
Tiempo de desplazamiento = Distancia a recorrer / velocidad (*60 min, para dato en minutos)
Velocida
d km/h
(1)
Distancia
entre
vehículos
mts (2)
longitud
segment
o mts
(3)
tamaño
promedio
vehículos mts
(4)
Espacio
carro +
distancia
resultado
mts (2)+(4)
Cantidad
de
vehículos
1 carril
Cantidad
de
vehículos
2 carriles
Cantidad
de
vehículos
3 carriles
Cantidad
de
vehículos
4 carriles
Cantidad
de
vehículos
5 carriles
Cantidad
de
vehículos
6 carriles
Cantidad
de
vehículos
7 carriles
Tiempo de
recorrido -
minutos
7 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 51,4
Tabla 12- ejemplo segundo escenario velocidad vs tiempo – Fuente: propia
92 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Volumen 3333
Distancia 6000
Vehículos en un carril cuando hay 5 carriles 667
vehículos que habrían por carril con el aumento de dos carriles 476
Disminución de vehículos por carril 191
Distancia entre vehículos antes (5 carriles) 5
Distancia ente vehículos después (7 carriles) 8,6
Aumento de velocidad estimada, basado en seguridad
de conductor a distancia de frenado: entre 10 y 25 km
Los tiempos de desplazamiento mejoran de 72 minutos
a un tiempo de (en minutos) Entre 14,4 y 36
Tabla 13- ejemplo segundo escenario análisis de datos – Fuente: propia
Siendo la distancia entre vehículo de 8,6 metros, esta entra en el rango de hasta 30
km/h, con velocidad calculada, basado en cálculo proporcional, de 25,8 km/hora con
tiempo estimado de 14,1 minutos.
Velocidad Separación en mts
Hasta 30 10
de 30 a 60 20
de 60 a 80 25
Más de 80 30
Tabla 14- ejemplo segundo escenario rangos de velocidad vs separación por norma – Fuente: propia
Velocidad
Tiempo
desplazamiento
total
Mejora versus
condición inicial
(minutos)
Mejora porcentual resultado
final vs 72 min inicial
a 10 km/h 36 36 Mejora en 50%
a 15km/h 24 48 Mejora en 67%
a 20km/h 18 54 Mejora en 75%
a 25km/h 14,4 57,6 Mejora en 80%
Capítulo 5 93
a 25,8km/h 14,1 58,0 Mejora en 81%
Tabla 15- ejemplo segundo escenario mejora porcentual – Fuente: propia
6.6. Tercer escenario
Si a su vez se adiciona un carril más que puede ser para el ejemplo una carrera paralela a la
autopista, independiente de la velocidad que maneje y sin contar con semáforos, cruces o
eventos, se tendría lo siguiente:
Ilustración 32- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19 y autopista– Fuente: propia
Vía seleccionada: Autopista Norte, paralela AV 19 y paralela auto norte
Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127 para ambas vías
94 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Orientación: Norte a Sur
Velocidad promedio en hora pico: ver tabla
Cantidad de vehículos para la muestra: mismos 3333
Distancia segmento: 6 km
Tamaño promedio vehículos: 4 mts
Espacio promedio entre vehículos: ver tabla
Cantidad de carriles para el ejercicio: 5 en la autopista, 2 adicionales en la AV
19 y uno adicional en paralela autopista norte.
Consideración: Para efectos prácticos se realizara el cálculo sin tener en
cuenta el tiempo de los desvíos para llegar a la paralela, ni semáforos, ni
eventos o situaciones que alteren.
Volumen 3333
Distancia 6000
Vehículos en un carril cuando hay 5 carriles 667
vehículos que habrían con el aumento de tres carriles 416,6
Disminución de vehículos 250,4
Distancia entre vehículos antes (5 carriles) 5
Distancia entre vehículos después (8 carriles) 13,7
Aumento de velocidad estimada, basado en seguridad
de conductor a distancia de frenado: Entre 10 y 25 km
Los tiempos de desplazamiento mejoran de 72 minutos
a un tiempo de Entre 6 y 12 minutos **
Tabla 16 - ejemplo tercer escenario análisis de datos – Fuente: propia
Siendo la distancia entre vehículo de 13,7 metros, esta entra en el rango de 30 a 60, con
velocidad calculada, basado en cálculo proporcional, de 41,1 km/hora con tiempo
estimado de 8,8 minutos.
Velocidad Separación en mts
Hasta 30 10
de 30 a 60 20
Capítulo 5 95
de 60 a 80 25
Más de 80 30
Tabla 17- ejemplo tercer escenario rangos de velocidad vs separación por noma– Fuente: propia
Tabla comparativa situación inicial y final
Velocidad
Tiempo
desplazamiento
total
Mejora versus
condición inicial (en
minutos)
Mejora
porcentual
resultado final
vs 72 min
inicial
a 30 km/h 12,0 60,0 83%
a 35km/h 10,3 61,7 86%
a 40km/h 9,0 63,0 88%
a 41,1km/h 8,8 63,2 88%
a 45km/h 8,0 64,0 89%
a 50km/h 7,2 64,8 90%
a 55km/h 6,5 65,5 91%
a 60km/h 6,0 66,0 92%
Tabla 18- ejemplo tercer escenario mejora porcentual– Fuente: propia
Como se puede ver en los ejercicios realizados, es posible mejorar el tráfico
distribuyéndolo en las diferentes rutas que me pueden llevar desde un punto origen hasta
un punto destino, para esto es muy importante que los usuarios conozcan las diferentes
rutas que le permiten lograr el objetivo del desplazamiento y a su vez que conozcan de
manera oportuna el estado de las mismas para ver si es posible su uso logrando un
desplazamiento óptimo.
96 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
7. CAPITULO 6 – Protocolo de pruebas
7.1. Protocolo de pruebas y resultados obtenidos
Inicialmente se propone conocer los servicios que presta el prototipo del aplicativo de
demostración, los cuales son:
Ilustración 33- Pantalla 1
Visualizar mapa de vías seleccionadas para el proyecto.
Consultar información de rutas o vías específicas.
Modificar valores de parámetros para pruebas simulación.
Generar ruta óptima origen-destino.
A continuación se relaciona el protocolo de las pruebas de correcto funcionamiento a
realizar:
Capítulo 5 97
7.2. Consultar información de rutas y vías específicas
1. Estando en la página principal pasar a la página de Estado de vías a través del
enlace Estado de vías
2. Seleccionar la vía de la cual deseamos obtener información.
3. Se visualizará en la página el estado de esta vía a través de colores, verde
significa que está en excelente estado para transitar, amarillo significa que está
en buen estado, naranja significa que tiene algunos inconvenientes y rojo significa
que esta imposible para transitar.
Ilustración 34 - Pantalla 2
98 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
7.3. Modificar valores de parámetros para pruebas de simulación
1. Estando en la página principal pasar a la página de Modificar parámetros a
través del enlace Modificar parámetros.
2. Seleccionar el parámetro a modificar y elegir el valor con el que se quiere
reemplazar.
3. Dar click en el botón almacenar parámetro
4. El aplicativo mostrara un aviso donde se confirma que el parámetro se modificó
con éxito.
Ilustración 35- Pantalla 4
Capítulo 5 99
GENERAR RUTA ÓPTIMA ORIGEN-DESTINO.
1. Estando en la página principal pasar a la página de Generar Ruta Óptima a
través del enlace Generar ruta óptima.
2. Allí se deben seleccionar en los dos los menús desplegables el punto de
origen y el punto de destino.
3. Dar click en el botón generar ruta óptima
4. Se visualizará en un plano cartográfico de las vías de Bogotá la ruta
propuesta por el sistema.
5. Para verificar funcionamiento de protocolo se debe volver a la página principal
y dirigirse a la página de Modificar parámetros a través del enlace Modificar
parámetros.
6. Se pueden modificar los parámetros de las vías que propuso inicialmente el
aplicativo y se procede a volver a la página de Generar Ruta Óptima a través
del enlace Generar ruta óptima.
7. Allí se deben seleccionar de nuevo en los dos los menús desplegables los
mismos, punto de origen y el punto de destino.
8. Si los parámetros fueron modificados drásticamente, se debe visualizar en el
plano cartográfico de Bogotá, una ruta diferente a la inicialmente propuesta.
9. Este ejercicio se puede realizar infinitas veces para verificar funcionamiento,
igualmente se pueden ingresar los parámetros para que me de una ruta
específica, es decir si estos en la autopista con 7 y voy para la Boyacá con 26,
puedo organizar los valores de los parámetros de tal forma que
obligatoriamente me proponga el sistema irme por toda la autopista hacia el
sur hasta la 26 y después bajar por toda la 26 hasta la Boyacá.
100 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
7.4. Ejemplos
Origen: Calle 170 con Carrera 7
Destino: Calle 26 con AV 68
Ilustración 36- Pantalla 5
7.5.
Capítulo 5 101
Pruebas
Se configuran los valores de los parámetros de velocidad, estado y obstáculos, para que
la ruta óptima sea tomar la calle 170 hasta la autopista, tomar toda la autopista hasta la
calle 26 y posteriormente la calle 26 al oriente hasta la AV 68.
Ilustración 37- Pantalla 6
Para probar el funcionamiento del algoritmo, se modifican los parámetros de velocidad,
obstáculos y estado sobre la autopista norte, para obligar al algoritmo a tomar una ruta
alterna.
Ilustración 38-Pantalla 6
102 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
Una última prueba modificar los valores de los parámetros de manera tal que se
obstaculicen todas las posibles rutas para llegar desde el origen hasta el destino.
Ilustración 39-Pantalla 7
7.6. Resultados Obtenidos
El algoritmo revisa las posibles rutas únicamente en la orientación origen-destino, revisa
los valores de los parámetros de cada uno de los tramos y calcula el puntaje total de
cada ruta, la ruta con mejor puntaje es la que se visualiza en el mapa cartográfico de la
malla vial de Bogotá.
Se modifican los valores de la ruta inicial para que el sistema tenga que visualizar en
pantalla una ruta diferente, esto se hace vetando la autopista norte con un obstáculo.
Se recalcula la ruta óptima y se puede observar que la nueva ruta es por la carrera 7.
De nuevo se modifican los valores los parámetros obstaculizando todas las posibles
rutas para llegar hasta el destino, de esta forma el algoritmo intenta buscar una ruta,
pero al encontrar todas las posibles rutas vetadas, muestra en pantalla el mensaje de “El
Capítulo 5 103
sistema no tiene rutas para proponer, todas las vías se encuentran presentando
inconvenientes. Por favor intente más tarde”
7.7. Resumen soluciones implementadas alrededor del mundo
Se recopilan y organizan las siguientes propuestas que aplican en nuestra ciudad
y que han dado resultado en otras ciudades,
Tabla 1.9. Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan
integral de movilidad para la ciudad de Bogotá. Fuente: Proyecto de investigación
Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan integral de movilidad para la ciudad de Bogotá
No. Solución Aplica Bogotá SI
/NO
1 Sistema de monitoreo general del tráfico (obras, huecos, accidentes, semáforos, varados, sobresaltos, etc.)
SI
2 Control de red de semaforización en línea SI
3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado) SI
4 Berma para rápido despeje ante situaciones SI
5 Patrullas de apoyo y control por sectores SI
6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción SI
7 Señales móviles SI
8 Sistemas de información en línea SI
9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente SI
10 Uso de medios alternos de transporte SI
11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías ) SI
12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles. SI
13 Estimular empresas a trabajo remoto o cerca al lugar de residencia
SI
14 Mayor control al cumplimiento de normas, y seriedad en penalizaciones.
SI
15 Mayor educación al conductor y peatón SI
16 Salida de vehículos en mal estado (deben ser limpios, eficientes, silenciosos, seguros)
SI
17 Marcación y Uso de vías alternas SI
18 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias SI
104 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
19 Planes de contingencia ante situaciones extremas para enrutamiento en vías principales
SI
20 Planes de contingencia ante situaciones extremas para rápida acción ante accidentes
SI
21 Estimular uso de medios masivos de transporte (comodidad, calidad, facilidad, seguridad, economía, tiempo)
SI
22 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable ) SI
23 Adaptación del sistema de carga de acuerdo a la necesidad por horario
SI
24 Información en línea para los conductores antes de tomar vías y reporte continuo sobre variaciones sugeridas
SI
25
Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta, bicicleta, vehículo, medios de transporte) (infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)
SI
26 Promover y motivar el uso optimizado de los vehículos (redes de amigos confiables)
SI
27 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel SI
28 Y los que viven fuera de Bogotá..? (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)
SI
29 Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales
SI
30 Ampliación de vías (ya identificadas como generadoras de embotellamientos por su diseño)
SI
Tabla 19- Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables a la ciudad de Bogotá. Fuente: propia
7.8. Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo.
Tabla 1.10. Matriz resumen de soluciones implementadas en diferentes ciudades
alrededor del mundo. Fuente: Proyecto de investigación
MATRIZ DE CIUDADES VERSUS SOLUCIONES
No.
Solución
Ch
ile
Arg
en
tin
a
Pa
na
má
Sa
lva
do
r
Ve
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ad
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nd
a
Ch
ina
1 Sistema de monitoreo general del tráfico (obras, huecos, accidentes, semáforos, varados, sobresaltos, etc.)
x x
2 Control de red de semaforización en línea x x x x X x x x
Capítulo 5 105
3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado)
x x x x x X
4 Berma para manejo de accidentes x x x x x x
5 Patrullas de apoyo y control por sectores
6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción
x x x
7 Señales móviles x x x x x
8 Sistemas de información en línea x x x
9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente
10 Uso de medios alternos de transporte x x x x x x x x x x x x
11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías )
x x x x
12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles.
x x x
13 Estimular empresas a trabajo remoto o cerca al lugar de residencia
x x
14 Reducción de días laborales (con horarios intensivos)
x x
15 Mayor control al cumplimiento de normas, y seriedad en penalizaciones.
x x x x x
16 Educación al conductor y peatón x x x x x x x x x x x x
17 Salida de vehículos en mal estado (deben ser limpios, eficientes, silenciosos, seguros)
x
18 Marcación y Uso de vías alternas
19 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias
20 Planes de contingencia ante situaciones extremas para enrutamiento en vías principales
21 Planes de contingencia ante situaciones extremas para rápida acción ante accidentes
x x x
22 Estimular uso de medios masivos de transporte (comodidad, calidad, facilidad, seguridad, economía, tiempo)
x x x x x x x x x x x x
23 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable )
x x x x x x x
24 Adaptación del sistema de carga de acuerdo a la necesidad por horario
x
25 Información en línea para los conductores antes de tomar vías y reporte continuo sobre variaciones sugeridas
x x
26 Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta,
x x x x x
106 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS
CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR
bicicleta, vehículo, medios de transporte) (infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)
27 Promover y motivar el uso optimizado de los vehículos (redes de amigos confiables)
28 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel
29 Y los que viven fuera de la ciudad... (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)
x x x x
30
Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales
31 Ampliación de vías (ya identificadas como generadoras de embotellamientos por su diseño)
x x x x x x
32 Ciudades con amplias vías x x x x x x Tabla 20- Matriz soluciones por ciudad. Fuente: propia
8. Conclusiones y Recomendaciones
7.1 Conclusiones
Para garantizar un transporte sustentable de largo plazo se requiere un cambio de
hábitos y costumbres entre los ciudadanos: pasar de una ciudad en donde se
privilegia el uso del automóvil particular a una centrada en la movilidad no
motorizada y el transporte público. Para lograr esto, la educación y cambio de
cultura es un factor determinante. Se necesita crear conciencia de los costos
sociales que genera el uso excesivo del automóvil y promover los beneficios de
las soluciones y opciones de movilidad, como el transporte público, la bicicleta, la
caminata y otros.
Se evidencia la necesidad de poseer información relevante para poder tomar
decisiones acertadas a la hora de transporte de un lugar a otro.
Es importante que toda la información relacionada con el tema de control de
tráfico vehicular este centralizada en un sistema muy completo, al cual se tenga
acceso ilimitado, desde cualquier parte donde uno lo necesite, así mismo que la
información contenida sea confiable y oportuna.
Se deben estudiar a profundidad las soluciones dadas por países desarrollados
para tomar como modelo los sistemas y soluciones planteados por ellos, ya que
estos manejan tecnologías más avanzadas, o soluciones con mas experiencia.
Varios de los sistemas para control de tráfico desarrollados en otros países como
Santiago de Chile y España han sido galardonados por ser de gran utilidad a la
ciudadanía, por esta razón entre otras, sería interesante e importante dar
continuidad a este proyecto para que en un futuro cercano pueda ser
desarrollado, ya sea por entidades públicas o privadas.
108 Referencias
Se considera el desarrollo del protocolo de enrutamiento como una solución
novedosa ya que durante la investigación no se encontró un país donde se
suministre este tipo de información de manera gratuita, completa y centralizada.
Es importante tener en cuenta que los usuarios del servicio de ruta óptima se
demoran un tiempo determinado desde el origen hasta el destino, por lo que
durante este tiempo el estado del tráfico en la ruta propuesta puede llegar a
variar, por esta razón es importante tener en cuenta para la continuidad del
proyecto, que se incluya el módulo de solicitud y envío remoto de información o el
servicio de soporte telefónico, para que se pueda generar ruta óptima desde
donde se encuentre el usuario en el momento y así contar con información
actualizada y oportuna.
Se considera que el protocolo de enrutamiento basado en el algoritmo Dijsktra
cumple con los requisitos mínimos y es apropiado para aplicarlo en la generación
de ruta óptima origen-destino, debido al maneja que da a los parámetros, vértices
y nodos, filosofía que se aplica en el diseño del sistema, tanto en la parte espacial
como en la base de datos, junto con algunas de las mejores prácticas del
protocolo OSPF.
Los puntajes de parámetros se dieron de manera lineal y proporcional por lo que
se aconseja en futuros proyectos hacer un análisis más profundo de parámetros y
puntuaciones de los mismos, con el fin de que la ruta sea efectivamente la más
óptima de acuerdo a los parámetros.
Se tomó una pequeña muestra de vías dividiéndolas en calles y carreras para
facilitar la demostración, así como también se fraccionan estas mismas en tramos
para funcionamiento del protocolo de ruta óptima origen-destino, asemejándose a
una red de datos.
Se demostró funcionamiento del algoritmo de ruta óptima a través del aplicativo
desarrollado, igualmente se demuestra que al modificar los parámetros drástica y
negativamente de la ruta propuesta, y al volver a generar ruta óptima, esta varia
notoriamente validando así funcionamiento de acuerdo a las reglas planteadas.
Se debe enriquecer en plan maestro de movilidad para Bogotá, definido en el
2006, para incluir propuestas adicionales que enriquezcan el ejercicio y se
proponga una solución integral, teniendo en cuenta que hay planes de movilidad
109
en curso con resultados efectivos en otros países, que pueden aportar ideas
valiosas para plantear alternativas de solución a nuestras problemáticas.
7.2 Recomendaciones
Analizar a detalle el plan maestro de movilidad de Bogotá, comparándolo con las
buenas prácticas de otros países y con planes de gestión de movilidad, con el
objetivo de complementar con los que no estén incluidos y que podrían aportar
como parte de la solución a la problemática de congestión y tráfico que presenta
la ciudad de Bogotá.
110 Referencias
9. REFERENCIAS
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