El funcionamiento normal de los semáforos requiere algo más que el control visual y la coordinación para garantizar que el tráfico y los peatones se desplacen de la forma más fluida y segura posible. Para ello se utilizan distintos sistemas de control, que van desde simples mecanismos de relojería hasta sofisticados sistemas informáticos de control y coordinación que se ajustan automáticamente para minimizar las demoras de las personas que utilizan el cruce.
El primer sistema automatizado para controlar las señales de tráfico fue desarrollado por los inventores Leonard Casciato y Josef Kates y se utilizó en Toronto en 1954. [1] [2] [3]
En Australia y Nueva Zelanda, la terminología es diferente. Una "fase" es un período de tiempo durante el cual un conjunto de movimientos de tráfico recibe una señal verde, equivalente al concepto de "etapa" en el Reino Unido y los EE. UU. Una salida eléctrica del controlador de semáforos se denomina "grupo de señales", similar al concepto de "fase" en el Reino Unido y los EE. UU. PTV VISSIM también utiliza la terminología de grupo de señales.
Las fases son indicaciones que se muestran al tráfico en los semáforos (una luz única en el cabezal de un semáforo). Por ejemplo, una fase verde otorga a todo el tráfico que proviene de una vía de acceso particular el derecho de paso a través del cruce (tráfico con giros de barrera). En el Reino Unido, una fase de filtro permite que el tráfico que no entra en conflicto realice giros específicos (normalmente a la izquierda o hacia adelante) a través de un cruce. [4] [5] [6]
Un movimiento es cualquier camino a través de la intersección que los vehículos o peatones pueden tomar. Un movimiento es conflictivo si estos caminos se cruzan entre sí. Normalmente, los movimientos conflictivos no están permitidos, excepto los giros opuestos a la derecha o a la izquierda (según el lado del conductor) o, en algunas jurisdicciones, los peatones y los vehículos que se desplazan en direcciones paralelas. [4]
Una etapa es un grupo de fases no conflictivas que se mueven al mismo tiempo. [7] [4] Por ejemplo, una intersección con cuatro brazos de acceso podría funcionar en dos etapas, donde cada camino se pone en verde, o en tres etapas, donde se pone en verde el camino principal y luego se pone en verde cada camino secundario por turno. Un ciclo es una secuencia completa de etapas. El tiempo de ciclo es el tiempo que tarda un ciclo en completarse. Algunas jurisdicciones tienen tiempos de ciclo máximos. Por ejemplo, en el Reino Unido esto es 120 segundos o 90 segundos donde hay instalaciones para peatones. Bajo control accionado, la reversión es la etapa a la que el controlador de tráfico regresará si no hay demanda. [4]
El período entre etapas o entre luces verdes es el período entre el final de una señal verde en una fase y el inicio de una señal verde en la siguiente fase. Esto normalmente incluye una señal ámbar en las aproximaciones donde la fase verde está terminando y una etapa completamente roja, donde todas las señales que están cambiando están en rojo para permitir que el cruce se despeje. Todas las etapas rojas producen tiempo perdido, donde ningún usuario de la carretera puede continuar a través del cruce. [4] [8]
Un intervalo es el período entre los cambios en las etapas de la señal. Por ejemplo, el intervalo verde vehicular es el período de tiempo en el que el tráfico vehicular tiene una señal verde. El intervalo es fijo en el control preprogramado y varía en el control accionado. En los entornos accionados, el intervalo mínimo es la cantidad mínima de tiempo durante la cual una señal permanecerá verde antes de cambiar. Esto puede ser tan bajo como 2 segundos para las carreteras locales, pero puede necesitar hasta 15 segundos para las carreteras arteriales. El intervalo máximo es la cantidad máxima de tiempo que se permitirá que una carretera tenga una señal verde, cuando existe demanda en otra carretera. [4] [9]
En el caso de los peatones, el período de invitación es el período de tiempo en el que se les invita a comenzar a cruzar la calle. Esto normalmente se representa con una figura masculina caminando de color verde o blanco. [4]
Un semáforo normalmente se controla mediante un controlador montado dentro de un armario. [10] Algunos controladores electromecánicos todavía se utilizan ( la ciudad de Nueva York todavía tenía 4.800 en 1998, aunque el número es menor ahora debido a la prevalencia de las cajas de controladores de señales [11] ). Sin embargo, los controladores de tráfico modernos son de estado sólido. El armario normalmente contiene un panel de alimentación, para distribuir la energía eléctrica en el armario; un panel de interfaz de detector, para conectar a detectores de bucle y otros detectores; amplificadores de detector; el propio controlador; una unidad de monitorización de conflictos; relés de transferencia de flash ; un panel policial, para permitir que la policía desactive la señal; y otros componentes. [10]
En los Estados Unidos, los controladores están estandarizados por la NEMA , que establece estándares para conectores, límites operativos e intervalos. [10] El estándar TS-1 se introdujo en 1976 para la primera generación de controladores de estado sólido. [12]
Los controladores de estado sólido deben tener una unidad de monitorización de conflictos (CMU) independiente, que garantiza un funcionamiento a prueba de fallos . La CMU monitoriza las salidas del controlador y, si se detecta una falla, utiliza los relés de transferencia de destellos para poner la intersección en estado de destello , con todas las luces rojas destellando, en lugar de mostrar una combinación de señales potencialmente peligrosa. La CMU está programada con las combinaciones de luces permitidas y detectará si el controlador da direcciones conflictivas, por ejemplo, señales verdes orientadas tanto al tráfico en dirección norte como al este en una intersección transversal. Los monitores de conflictos son susceptibles a una activación falsa durante tormentas eléctricas debido a sobrecargas de energía y ruido inducido por rayos cercanos.
A finales de los años 1990, el Instituto de Ingenieros de Transporte emprendió en Estados Unidos un proyecto de normalización nacional conocido como controlador avanzado de transporte (ATC) . [12] El proyecto intenta crear un único estándar nacional para los controladores de semáforos. El esfuerzo de normalización es parte del programa del Sistema Nacional de Transporte Inteligente financiado por varios proyectos de ley de carreteras, comenzando con ISTEA en 1991, seguido por TEA-21 y proyectos de ley posteriores. Los controladores se comunicarán utilizando el Protocolo Nacional de Comunicaciones de Transporte para ITS ( NTCIP ), basado en el Protocolo de Internet , ISO/OSI y ASN.1 . [12]
Los semáforos deben recibir instrucciones sobre cuándo cambiar de etapa y generalmente están coordinados para que los cambios de etapa se produzcan en alguna relación con otras señales cercanas o con la pulsación de un botón para peatones o con la acción de un temporizador o una serie de otras entradas.
En las zonas propensas a cortes de energía, la incorporación de baterías de respaldo a los sistemas de control de tráfico puede mejorar la seguridad de los conductores y peatones. En el pasado, se requería una mayor capacidad de suministro de energía ininterrumpida para que las señales de tráfico siguieran funcionando a pleno rendimiento utilizando luces incandescentes . El coste de dicho sistema sería prohibitivo. Tras las nuevas generaciones de señales de tráfico que utilizan luces LED que consumen entre un 85 y un 90 % menos de energía, ahora es posible incorporar baterías de respaldo a los sistemas de semáforos. Las baterías de respaldo se instalarían en el armario del controlador de tráfico o en su propio armario adyacente al controlador.
Las baterías de respaldo pueden hacer funcionar el controlador en modo de emergencia con la luz roja intermitente o en modo completamente funcional. En 2004, la Comisión de Energía de California recomendó a los gobiernos locales que convirtieran sus semáforos en LED con baterías de respaldo. Esto reduciría el consumo de energía y mejoraría la seguridad en las intersecciones principales. La recomendación era un sistema que proporcione señales de tráfico completamente funcionales durante dos horas después del corte de energía. Luego, las señales tendrían luces rojas intermitentes durante otras dos horas. [13]
Existen varios tipos de mecanismos de control para cruces controlados por semáforos:
En el control del tráfico, las formas simples y antiguas de controladores de señales son lo que se conoce como controladores de señales electromecánicos. A diferencia de los controladores de señales computarizados, los controladores de señales electromecánicos se componen principalmente de partes móviles (levas, diales y ejes) que controlan las señales que están conectadas directamente a ellos. Además de las partes móviles, también se utilizan relés eléctricos. En general, los controladores de señales electromecánicos utilizan temporizadores de dial que tienen planes de tiempo de intersección señalizados fijos. Las longitudes de ciclo de las intersecciones señalizadas están determinadas por pequeños engranajes que se encuentran dentro de los temporizadores de dial. Los engranajes de ciclo, como se los conoce comúnmente, varían de 35 segundos a 120 segundos. [ cita requerida ] Si un engranaje de ciclo en un temporizador de dial falla, se puede reemplazar con otro engranaje de ciclo que sea apropiado para usar. Dado que un temporizador de dial solo tiene un plan de tiempo de intersección señalizada, puede controlar las fases en una intersección señalizada de una sola manera. Muchas intersecciones antiguas con semáforos aún utilizan controladores de semáforos electromecánicos, y los semáforos controlados por ellos son eficaces en las redes de sentido único, donde a menudo es posible coordinar los semáforos con el límite de velocidad establecido. Sin embargo, son desventajosos cuando sería mejor adaptar la sincronización de los semáforos de una intersección a los flujos dominantes que cambian a lo largo del día. [14]
A menudo se intenta colocar señales de tráfico en un sistema coordinado de modo que los conductores se encuentren con una ola verde , una progresión de luces verdes. La distinción entre señales coordinadas y señales sincronizadas es muy importante. Las señales sincronizadas cambian todas al mismo tiempo y solo se utilizan en casos especiales o en sistemas más antiguos. Los sistemas coordinados (progresivos) se controlan desde un controlador maestro y se configuran de modo que las luces "en cascada" (progresen) en secuencia para que los pelotones de vehículos puedan avanzar a través de una serie continua de luces verdes. Una representación gráfica del estado de fase en un plano de dos ejes de distancia versus tiempo muestra claramente una "banda verde" que se ha establecido en función del espaciado de intersección señalizada y las velocidades esperadas de los vehículos. [15] En algunos países (por ejemplo, Alemania , Francia y los Países Bajos ), este sistema de "banda verde" se utiliza para limitar las velocidades en ciertas áreas. Las luces están sincronizadas de tal manera que los automovilistas pueden pasar sin detenerse si su velocidad es inferior a un límite determinado, principalmente 50 km/h (30 mph) en áreas urbanas. Este sistema se conoce como "grüne Welle" en alemán, "vague verte" en francés o "groene golf" en holandés (en español: " ola verde "). Estos sistemas se utilizaron comúnmente en áreas urbanas de los Estados Unidos desde la década de 1940, pero son menos comunes en la actualidad. En el Reino Unido, Slough en Berkshire tenía parte de la A4 experimentando con esto. Muchas ciudades estadounidenses establecen la onda verde en calles de doble sentido para operar en la dirección más transitada, en lugar de intentar hacer avanzar el tráfico en ambas direcciones. Pero la reciente introducción de la flecha amarilla intermitente (ver artículo Señalización y funcionamiento de los semáforos ) hace que la señal de avance-retraso, una ayuda para la progresión, esté disponible con giros protegidos/permisivos. [15] [16]
En los sistemas de semáforos coordinados modernos, los conductores pueden recorrer largas distancias sin encontrarse con un semáforo en rojo. Esta coordinación se realiza fácilmente sólo en calles de un solo sentido con niveles de tráfico bastante constantes. Las calles de doble sentido suelen estar dispuestas para que coincidan con las horas punta para acelerar la dirección de mayor volumen. Sin embargo, la congestión puede alterar a menudo cualquier coordinación. Por otro lado, algunos semáforos están coordinados para evitar que los conductores se encuentren con una larga hilera de semáforos en verde. Esta práctica desalienta los grandes volúmenes de tráfico al inducir retrasos pero evitar la congestión o para desalentar el uso de una carretera en particular. Esto se hace a menudo a petición de los residentes locales en zonas con mucho tráfico de pasajeros "de paso". La velocidad se autorregula en los sistemas de semáforos coordinados: los conductores que viajan demasiado rápido llegarán a una señal en rojo y terminarán deteniéndose, los conductores que viajan demasiado despacio no llegarán a la siguiente señal a tiempo para utilizar la señal verde. Sin embargo, en los sistemas sincronizados, los conductores a menudo utilizarán una velocidad excesiva para pasar la mayor cantidad de semáforos posible.
Más recientemente, se han empleado métodos aún más sofisticados. Los semáforos a veces se controlan de forma centralizada mediante monitores o computadoras para permitir que se coordinen en tiempo real para lidiar con los patrones de tráfico cambiantes. [17] Se pueden utilizar cámaras de video o sensores enterrados en el pavimento para monitorear los patrones de tráfico en una ciudad. Los sensores no coordinados ocasionalmente obstaculizan el tráfico al detectar una pausa y ponerse en rojo justo cuando llegan los autos del semáforo anterior. Los sistemas más avanzados utilizan docenas de sensores y cuestan cientos de miles de dólares por intersección, pero pueden controlar muy finamente los niveles de tráfico. Esto alivia la necesidad de otras medidas (como nuevas carreteras) que son aún más caras.
Los beneficios incluyen: [18] [19]
Ejemplos:
Los sistemas de semáforos se diseñan utilizando software como LINSIG , TRANSYT , CORSIM/TRANSYT-7F o VISSIM .
En Estados Unidos existen los siguientes manuales: