La sincronización de las señales es la técnica que utilizan los ingenieros de tráfico para distribuir el derecho de paso en una intersección señalizada. El proceso incluye la selección de valores adecuados para la sincronización, que se implementan en controladores de señales de tráfico especializados. La sincronización de las señales implica decidir cuánto tiempo de luz verde proporciona el semáforo a una intersección por movimiento o aproximación (según la configuración del carril), cuánto debe durar la señal WALK para peatones , si se debe priorizar a los trenes o autobuses y muchos otros factores.
En los fundamentos de la sincronización de señales, existen diferentes modos de funcionamiento por los que puede pasar el controlador de señales, que controla la señal. Las señales de tráfico se pueden clasificar en dos grandes grupos según su método de funcionamiento. Pueden estar preprogramadas o accionadas. Las señales preprogramadas proporcionan a cada aproximación a la intersección una cantidad fija de tiempo de forma predeterminada, atendiendo a cada aproximación consecutivamente y repitiendo el patrón. En funcionamiento normal, no se omite ningún movimiento. Una señal de tráfico accionada depende de algún mecanismo para detectar vehículos a medida que se acercan a la intersección. Cuando se ha producido la detección, se proporciona tiempo verde a esa aproximación. Las aproximaciones sin detección se omiten. Estos dos esquemas también se conocen como sincronización de señales basada en intervalos y basada en fases.
La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) ha definido un esquema estándar mediante el cual se puede dar servicio a cada movimiento de intersección sin permitir que entren en la intersección movimientos conflictivos de manera simultánea. Este esquema se conoce comúnmente como Diagrama de fases NEMA.
Uno de los métodos de detección más utilizados son los bucles de inducción . Otros métodos incluyen magnetómetros, detección por vídeo, infrarrojos, radar y microondas. Una instalación típica de detector de bucle puede tener hasta seis pies cuadrados o seis pies de ancho por treinta pies de largo. También se pueden utilizar otras formas, incluidos bucles circulares y hexagonales. Estos se cortan o entierran debajo de la superficie de la carretera. El cable preferido es cobre trenzado con una cubierta aislante, que luego se rodea de forma suelta con una cubierta protectora. Eléctricamente, se trata de una bobina "plana" en la estructura del pavimento que detecta vehículos por cambios en el campo de inductancia magnética de la bobina cuando el metal ferroso de un vehículo pasa a través del campo. El sensor electrónico en el gabinete del controlador detecta el cambio en el campo magnético. La salida de la electrónica del sensor es un cierre de "interruptor". Este puede ser un relé electromecánico o de estado sólido. El "interruptor" normalmente está cerrado (NC) en el estado desenergizado, pero se mantiene abierto cuando se aplica energía al circuito. Esto se llama 'Fail-Call' (Llamada de falla) de modo que si hay una falla en la electrónica del sensor, la salida colocará una 'Llamada' al controlador como si hubiera un vehículo presente en el detector de bucle.
El vídeo (tanto el normal como el infrarrojo) utiliza un cambio en el contraste de la zona de detección de la imagen para detectar el tráfico. Todos los métodos de detección, excepto los detectores de bucle inductivo y los magnetómetros, sufren una pérdida de precisión como resultado del concepto de oclusión. Esto limita la visión de las cámaras en determinados casos.
Existen diferentes categorías de señales activadas. Para ahorrar dinero en mantenimiento, algunas agencias optan por diseñar una intersección como semiactivada. Semiactivada significa que la intersección tiene detección solo en los accesos a calles secundarias y giros a la izquierda en calles principales. Luego, toda la intersección se programa para que funcione un tiempo fijo en cada ciclo, pero el controlador atenderá los otros movimientos solo cuando haya una "llamada" o demanda. Se puede hacer que una serie arterial de señales que funcionan en un modo semiactivado o fijo y, lo que es importante, que funcionan con la misma duración de ciclo, funcionen de manera coordinada. Durante la coordinación de señales, la mayoría de los sistemas de señales generalmente están diseñados para funcionar en un modo semiactivado.
En el funcionamiento fijo, un controlador tiene un tiempo establecido para dar servicio a todos los movimientos en cada ciclo. El controlador dará servicio a todos los movimientos independientemente de que haya o no demanda de vehículos. Cuando un detector se estropea en una señal activada, ese movimiento tendrá que funcionar de forma fija hasta que se repare el detector.
Existen tres modos generales de funcionamiento de una señal: funcionamiento LIBRE, COORD y FLASH. En el modo LIBRE, la señal funciona según su propia demanda y parámetros de temporización en función de la información proporcionada por sus detectores. No funciona con ninguna duración de ciclo de fondo. En el modo COORD, abreviatura de coordinación, la señal funciona con una duración de ciclo de fondo. Los movimientos en calles no principales suelen seguir activados y el controlador se quedará en la calle principal hasta que se complete la duración del ciclo de fondo. El modo final es el modo FLASH, en el que todos los cabezales de señal de los vehículos muestran continuamente una luz roja intermitente, o la calle principal muestra una luz amarilla intermitente mientras que las demás muestran una luz roja intermitente. Los cabezales de los peatones están oscuros.
Cuando el volumen de vehículos en una intersección ya no justifica que la señal esté activa, la señal puede cambiar al modo FLASH. Cuando el volumen aumenta nuevamente, la señal vuelve a funcionar en modo FREE o COORD. Por ejemplo, el funcionamiento diario de una señal puede implicar que esté en modo FLASH temprano en la mañana, COORD durante el día, FREE por la tarde y nuevamente en FLASH tarde en la noche. También se puede configurar para que parpadee hasta que deje de hacerlo, lo que permite convertirla esencialmente en balizas si el semáforo está lo suficientemente obsoleto.
Hay varias funciones de sincronización básicas que deben programarse para que el controlador de tráfico funcione.
El tiempo MIN determina la duración mínima del intervalo verde para cada movimiento. Los giros a la izquierda, las calles secundarias y las calles principales suelen tener tiempos MIN diferentes . Los intervalos de giros a la izquierda y calles secundarias suelen estar en el rango de 4 a 10 segundos, mientras que las calles principales suelen superar los 15.
El intervalo, la extensión o el tiempo de paso determinan la parte extensible del tiempo verde para un movimiento. El movimiento permanece en la parte extensible mientras haya una actuación y el temporizador de paso no haya expirado. Si el intervalo se establece en tres segundos y no hay ningún vehículo presente después de esos tres segundos, el movimiento finalizará.
Límites de tiempo MAX de un intervalo de tiempo máximo en verde. Si no hay demandas conflictivas en la intersección, el controlador ignorará el MAX y se quedará en el movimiento principal de la calle.
La autorización amarilla determina el tiempo amarillo para el movimiento asociado.
La autorización roja determina el tiempo completamente rojo para el movimiento asociado.
El tiempo de caminata proporciona la indicación de la longitud de la caminata.
La luz intermitente de prohibición de paso es la duración de la luz intermitente de prohibición de paso para peatones. Se calcula como la longitud del cruce de peatones dividida por una velocidad de 3,5 pies por segundo, menos la luz amarilla de prohibición de paso para el movimiento del vehículo adyacente.
La duración del ciclo controla el tiempo transcurrido entre una luz amarilla en una calle principal y la siguiente luz amarilla en una calle principal principal con fines de coordinación. A menudo, la establece el controlador maestro para el plan particular utilizado. Esto también se utiliza si la señal no tiene detectores conectados.
El desplazamiento controla el momento en que comienza y/o termina la luz verde de la calle principal para mantener la señal en coordinación con otras señales en el plan de tiempo general. El controlador maestro puede configurar este momento para el plan particular utilizado.
La coordinación (el término más correcto es progresión) se refiere a la sincronización de las señales para que un "pelotón" de automóviles que circulan por una calle llegue a una sucesión de luces verdes y avance por múltiples intersecciones sin detenerse. Un sistema de señales bien coordinado puede mejorar el flujo de tráfico, reducir los retrasos y minimizar la contaminación. Sin embargo, no siempre es posible mantener la progresión a lo largo de una red de señales. También es difícil mantener la progresión de las señales en una calle de doble sentido. Uno de los primeros ingenieros de tráfico, Henry Barnes , que se desempeñó como Comisionado de Tráfico en muchas ciudades, incluidas Baltimore, Maryland y la ciudad de Nueva York , desarrolló tiempos coordinados de señales de tráfico, de modo que se pudieran acomodar grandes cantidades de tráfico en las principales arterias de tráfico.
La sincronización de las señales de tráfico es un tema muy complejo. Por ejemplo, la sincronización de una señal de "CAMINAR" para un paso de peatones ancho y con peatones más lentos (por ejemplo, personas mayores) podría dar lugar a esperas muy largas para los vehículos y, por lo tanto, aumentar la probabilidad de que los coches se salten el semáforo, lo que podría causar accidentes. Por lo tanto, la optimización de la seguridad de las intersecciones implica múltiples factores, como el ancho de la calle, el ancho del carril, la cantidad de calles que se cruzan, la disponibilidad de electricidad para una señal, la cantidad de automóviles por unidad de tiempo y la naturaleza uniforme o desigual del flujo, la cantidad y el tipo de peatones y muchos otros factores.
Los semáforos se pueden programar para que tengan diferentes horarios de semáforo, según la hora del día. Algunos sistemas de control de semáforos adaptan los horarios de los semáforos en función de las condiciones de tráfico medidas.
La estandarización de los procedimientos, estándares y mejores prácticas de sincronización de señales se ha completado en la forma del Manual de sincronización de señales, patrocinado por la Administración Federal de Carreteras . El Manual de sincronización de señales es un recurso de mesa compilado por Kittelson & Associates, Inc., el Instituto de Transporte de Texas , el Instituto de Ingenieros de Transporte (ITE) y la Universidad de Maryland .
En marzo de 2020, el ITE adoptó las recomendaciones del consultor de ingeniería de Beaverton, Oregon, Mats Järlström, sobre el tiempo de luz amarilla. Järlström había comenzado a investigar el asunto después de que su esposa recibiera una multa de una cámara de luz roja en 2013. Después de que publicó sus hallazgos, el estado de Oregon lo multó por ejercer la ingeniería sin licencia . Järlström, que tiene un título en ingeniería eléctrica , presentó una demanda en el Tribunal de Distrito federal alegando la violación de sus derechos de la Primera Enmienda . El tribunal estuvo de acuerdo con él y dictaminó que el estado no podía restringir el uso de la palabra "ingeniero". [1]