software para transporte

MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE TRANSPORTES

1

TRABAJO FINAL

SOFTWARE PARA TRANSPORTE

INTEGRANTES:

GABRIEL BELTRAN CAMINO FLOR SALAZAR VALENZUELA SALVADOR PALOMINO ALTEZ MANUEL HIJAR PERICHE


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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

ESCUELA UNIVERSITARIA

DE POSTGRADO

MAESTRÍA EN INGENIERÍA

DE TRANSPORTES

CURSO

TECNOLOGÍA EN TRANSPORTE

DR. ING. LEÓNIDAS ZÚÑIGA POLO


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CONTENIDO

SOFTWARE PARA TRANSPORTE .............................................................................................. 5

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 6

2. DESARROLLO DEL TEMA ...................................................................................................... 7

2.1 SOFTWARE .......................................................................................................................... 7

2.1.1 CONCEPTO ....................................................................................................................... 7

2.1.2 FUNCIONES ..................................................................................................................... 7

2.2 TIPOS DE SOFTWARE ..................................................................................................... 8

2.2.1 SOFTWARE DE SISTEMAS O SISTEMAS OPERATIVOS .................................. 8

2.2.1.1 SISTEMA OPERATIVO .......................................................................................... 9

2.2.1.2 CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS ........................................................ 10

2.2.1.3 PROGRAMAS UTILITARIOS ............................................................................. 10

2.2.2 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN .......................................................................... 11

2.2.3 SOFTWARE DE APLICACIÓN ................................................................................... 11

2.2.3.1 PROGRAMAS BÁSICOS (O UTILITARIOS) ................................................. 12

2.2.3.2 PROGRAMAS DE PRODUCTIVIDAD .............................................................. 13

2.3 SOFTWARE PARA EL ÁREA DE TRANSPORTES .................................................... 14

2.3.1 TIPOS Y USOS .............................................................................................................. 15

2.3.1.1 PROGRAMAS BÁSICOS (O UTILITARIOS) ................................................. 15

2.3.1.2 PROGRAMAS DE PRODUCTIVIDAD .............................................................. 17

2.3.2 EJEMPLO ......................................................................................................................... 25


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SISTEMA DE CONTROL DE TRAFICO MEDIANTE SIMULACIÓN (SIMULADOR AIMSUN)................................................................................................................................. 25

4. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 88

6. RECOMENDACIONES ............................................................................................................ 89

7. ANEXOS .................................................................................................................................... 90

8. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................ 91


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SOFTWARE PARA TRANSPORTE


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1. INTRODUCCIÓN

El desarrollo de este trabajo tiene como objetivo principal el dar a conocer las diferentes aplicaciones que se le puede dar a un software en el sistema de transporte de un país.

Este tipo de herramientas acorde con la últimas tecnologías, son instrumentos que pueden ayudar a resolver problemas en el transporte de pasajeros, mercancías y también en el desarrollo de sistemas adecuados de trafico dentro y fuera de una ciudad.

Mediante la presente se trata de dar a conocer desde que es un software en general, sus aplicaciones en el universo tecnológico y fuera de este, en especial en esta investigación se ha tratado de dar a conocer algunos de ellos aplicados a la ingeniera de transportes.

En el presente trabajo se ha considerado un ejemplo de software, que nos ayuda a controlar el tráfico mediante simulaciones, esperando que este ejemplo ayude a que los especialistas en el tema, se aventuren a trabajar con estas herramientas, que son el futuro del transporte.


7

2. DESARROLLO DEL TEMA

2.1 SOFTWARE

2.1.1 CONCEPTO

La palabra proveniente del inglés (literalmente: partes blandas o

suaves), que en nuestro idioma no posee una traducción adecuada al

contexto, por lo cual se utiliza asiduamente sin traducir y fue admitida

por la Real Academia Española (RAE).La palabra «software»

Se refiere al Equipamiento lógico o soporte lógico de un computador

digital, comprende el conjunto de los componentes lógicos necesarios

para hacer posible la realización de una tarea específica, en

contraposición a los componentes físicos del sistema (hardware).

2.1.2 FUNCIONES

El software es un elemento totalmente intangible, está constituido por

todos los programas, lenguajes y sistemas que se cargan en la CPU para

que ésta funcione, sin ellos la computadora, móviles, tables y demás

equipos informáticos no funcionan.


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2.2 TIPOS DE SOFTWARE

Los tipos de software han adquirido paulatinamente mayor importancia

que el hardware. En un principio, la proporción favorecía al equipo físico.

Pero progresivamente, el componente inmaterial adquirió una mayor

relevancia hasta hacerse el más importante.

Para facilitar su análisis, los tipos de software se clasifican en tres

rubros:

o Sistemas operativos.

o Lenguajes de programación.

o Programas de aplicación.

2.2.1 SOFTWARE DE SISTEMAS O SISTEMAS OPERATIVOS

Se llama Software de Sistema o Software de Base al conjunto de

programas que sirven para interactuar con el sistema, confiriendo

control sobre el hardware, además de dar soporte a otros programas.


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El Software de Sistema se divide en:

o Sistema Operativo.

o Controladores de Dispositivos.

o Programas Utilitarios.

2.2.1.1 SISTEMA OPERATIVO

El Sistema Operativo es un conjunto de programas que administran los

recursos de la computadora y controlan su funcionamiento.

Un Sistema Operativo realiza cinco funciones básicas: Suministro

de Interfaz al Usuario, Administración de Recursos, Administración de

Archivos, Administración de Tareas y Servicio de Soporte.

Suministro de interfaz al usuario: Permite al usuario comunicarse

con la computadora por medio de interfaces que se basan en comandos,

interfaces que utilizan menús, e interfaces gráficas de usuario.

Administración de recursos: Administran los recursos del hardware

como la CPU, memoria, dispositivos de almacenamiento secundario y

periféricos de entrada y de salida.

Administración de archivos: Controla la creación, borrado, copiado y

acceso de archivos de datos y de programas.


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Administración de tareas: Administra la información sobre los

programas y procesos que se están ejecutando en la computadora.

Puede cambiar la prioridad entre procesos, concluirlos y comprobar el

uso de estos en la CPU, así como terminar programas.

Servicio de soporte: Los Servicios de Soporte de cada sistema

operativo dependen de las implementaciones añadidas a este, y pueden

consistir en inclusión de utilidades nuevas, actualización de versiones,

mejoras de seguridad, controladores de nuevos periféricos, o corrección

de errores de software.

2.2.1.2 CONTROLADORES DE DISPOSITIVOS

Los Controladores de Dispositivos son programas que permiten a otros

programas de mayor nivel como un sistema operativo interactuar con un

dispositivo de hardware.

2.2.1.3 PROGRAMAS UTILITARIOS

Los Programas Utilitarios realizan diversas funciones para resolver

problemas específicos, además de realizar tareas en general y de

mantenimiento. Algunos se incluyen en el sistema operativo


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2.2.2 SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN

Es el conjunto de herramientas que permiten al programador escribir

programas informáticos, usando diferentes alternativas y lenguajes de

programación, de una manera práctica.

Un lenguaje de programación es un idioma artificial diseñado para

expresar computaciones que pueden ser llevadas a cabo por máquinas

como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que

controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para

expresar solución a problemas con pasos lógicos y con precisión, o como

modo de comunicación humana. Está formado por un conjunto de

símbolos y reglas que definen su estructura y el significado de sus

elementos y expresiones.

2.2.3 SOFTWARE DE APLICACIÓN

El Software de Aplicación son los programas diseñados para o por los

usuarios para facilitar la realización de tareas específicas en la

computadora, como pueden ser las aplicaciones ofimáticas (procesador

de texto, hoja de cálculo, programa de presentación, sistema de gestión

de base de datos...), u otros tipos de software especializados como

software médico, software educativo, editores de música, programas de

contabilidad, etc.

Las funciones de una aplicación dependen de su propósito, según el cual

pueden clasificarse en dos categorías:


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2.2.3.1 PROGRAMAS BÁSICOS (O UTILITARIOS) Son aplicaciones cuyo propósito es mejorar, en alguna forma, el

desempeño del ordenador.

Significa que son programas que realizan actividades específicas para

las que son diseñados, no pueden o no hacen labores complejas como

las suites o la paquetería. Ejemplo de esto es el Winrar, cuya única

función es tratar los compresos, especialmente rar. Calculadoras, cuya

única función es el álgebra y calculo numérico. Acrobat reader, cuya

única función es abrir y trabajar archivos PDF, etc.

Algunos programas básicos o utilitarios:

Antivirus: Prevención, detección y corrección de virus para

ordenadores.

Compresor de archivos: Mejor aprovechamiento del espacio de

almacenamiento disponible, reduciendo el que ocupa cada archivo.

Desfragmentado: Mayor eficiencia en el uso del espacio de

almacenamiento disponible y en el proceso de búsqueda, guardando la

totalidad de cada archivo en ocupaciones contiguas.

Software para respaldo: Garantía de la disponibilidad de los datos,

haciendo copias de ellos.


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Software de recuperación: Restablecer archivos borrados por error.

2.2.3.2 PROGRAMAS DE PRODUCTIVIDAD Son aplicaciones cuyo propósito es facilitar, agilizar y mejorar para el

usuario, la ejecución de ciertas tareas.

Algunos programas de productividad:

Procesadores de texto: Aplicaciones diseñadas para editar y/o

procesar de texto, logrando documentos de alta calidad.

Hojas de cálculo: Aplicaciones especialmente diseñadas para

introducir, calcular, manipular y analizar conjuntos de números.

Presentaciones automatizadas: Aplicaciones que permiten al usuario

crear y editar presentaciones atractivas, incluyendo imágenes y sonidos.

Navegadores de Internet: Aplicaciones diseñadas para proveer

acceso a Internet, sus servicios y sus recursos.

Administradores de bases de datos: Aplicaciones diseñadas para

acceder, almacenar y procesar grandes colecciones de datos, en una

forma eficiente.


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Desarrolladores de sitios web: Aplicaciones que brindan al usuario

las herramientas necesarias para diseñar, crear, editar y publicar

páginas y sitios Web.

2.3 SOFTWARE PARA EL ÁREA DE TRANSPORTES

Se denomina software para el área de transporte a todo aquel cuyo uso

o propósito es el de mejorar el funcionamiento del área de transporte,

ya sea en el área de transporte de mercancía, viajeros, turismo o

simplemente para el alivio del congestionamiento del tráfico de

carreteras, avenida, calles, etc.


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2.3.1 TIPOS Y USOS

2.3.1.1 PROGRAMAS BÁSICOS (O UTILITARIOS)

o Conexión con POS

o Conectividad con GSM (GPRS)

o Medios de pago con tarjetas sin contacto

o Data warehous e integrado

o Módulo de integraciones

o Gestión de Talleres


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2.3.1.1.1 De seguimiento, localización y seguimiento de activos El software de transporte ofrece también amplias posibilidades para seguimiento y localización y seguimiento de activos. El back office puede seguir la posición GPS tanto de la flota como del equipo (remolques, carros, contenedores o cajas móviles) a través del software de transporte en tiempo real. Para las empresas que transportan cargas valiosas es interesante, por ejemplo, que se envíe una alarma al back office cuando un camión entre o salga de una zona determinada (GeoFencing). El software de transporte permite a los transportistas ahorrar así en costes mediante la adopción de medidas preventivas contra negligencias, robos y otros desastres de sus propios conductores y subcontratistas.

2.3.1.1.2 Gestión de flotas (FMS) frente a gestión de transporte (TMS)

Con el software de transporte se piensa sobre todo en FMS y TMS. FMS

es un módulo ejecutivo que distribuye los datos a otras aplicaciones de

software, tales como TMS. Aparte del software de back office y base de

datos, el ordenador de a bordo es un elemento clave para cualquier

FMS. TMS ajusta a su vez la planificación basada en la información

actual de los camiones, lo que aumenta mucho la precisión y la

productividad dentro de la empresa.


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2.3.1.2 PROGRAMAS DE PRODUCTIVIDAD

Planificación del transporte

Sistema de control de tráfico

Simuladores


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2.3.1.2.1 Sistemas de control de tráfico

La naturaleza de este proyecto nos propone soluciones al primero

de los problemas comentados, la saturación de las infraestructuras

existentes debido al incremento paulatino del parque móvil. Existe una

solución poco implementada y no por ello menos buena, se trata de usar

las técnicas existentes y conocidas de control para poder convertir una

carretera en un sistema a controlar, usando como variables de entrada

la velocidad media de los vehículos, el flujo, etc. Y como elementos

actuadores en el control, rampas de control de acceso, límites de

velocidad variables en función del tráfico y demás elementos.

Para tener una idea de cuando empezó esta idea uno ha de irse a

1958, Webster fue el primero en utilizar simulaciones del tráfico

mediante computadoras para analizar los patrones del tráfico y controlar

un grupo de semáforos estableciendo el ciclo óptimo y las duraciones de

cada estado. Su solución no reaccionaba en tiempo real a los cambios

del estado del tráfico y fue desarrollada de forma algorítmica por lo

que tampoco podía hacer uso de conocimiento externo o heurístico.

En 1964, Dunne y Potts ampliaron el trabajo de Webster notando

que cuando un semáforo cambia de estado no solo afecta al tráfico de la

intersección que él controla, sino también a las intersecciones vecinas

o relativamente cercanas. Por ello, pensaron en que al modificar el

estado de un semáforo era lógico modificar los semáforos vecinos.

Así, se veía el tráfico como una red compuesta de entidades locales

(semáforos), que influían en sus vecinas, y no como las entidades

aisladas del trabajo de Webster.


19

Allsop y Charlesworth en 1977 trataron de ampliar los algoritmos

creados por Webster con la idea de mejorar sus resultados, sin embargo

el algoritmo resultante no era estable y no encontraba las soluciones

óptimas a los problemas planteados.

Ahondando más aún en estos algoritmos, Shefi y Powell en 1983

agregaron algunas heurísticas con el fin de acelerar los algoritmos y

aumentar las probabilidades de encontrar los valores óptimos, que se

les resistieron 6 años atrás a Allsop y Charlesworth.

En 1981 Haenel y Williams trataron de acercarse a los algoritmos

de control de tráfico en tiempo real con un sistema que se encargaba de

supervisar el tráfico que atravesaba una intersección y modificar los

parámetros del semáforo inmediatamente después de darse cuenta de

un cambio en el estado de la circulación.

El sistema SCOOT de 1981, tiene un comportamiento dinámico y

cuenta con una base de conocimiento que le permite hacer un análisis

local de una intersección junto con una visión más general al poder

evaluar un conjunto de intersecciones seguidas. Sin embargo, presenta

el problema de no permitir que se modifique la base de conocimiento, a

excepción de una pequeña cantidad de parámetros. Es necesario que el

conocimiento con el que cuenta el sistema pueda ser editado para que

el sistema se adapte a las situaciones nuevas que puedan suceder y

que no estuvieran contempladas en la base de conocimiento original.


20

Los sistemas cerrados como SCOOT necesitan de un experto para

solventar estas situaciones o para cotejar la solución propuesta por el

sistema con la situación real del tráfico y evitar posibles soluciones no

correctas (debido, principalmente, a la falta de conocimiento del sistema

ante determinado problema de tráfico).

Zozaya-Gorostiza y Hendrickson en 1987 desarrollaron un sistema

experto que se encargó de supervisar el estado de un semáforo en un

único cruce en tiempo real.

Foraste y Scemama diseñan SAGE entre 1984 y 1990. SAGE es

un sistema experto basado en reglas para el control de la congestión del

tráfico. Ha sido puesto en funcionamiento en el mundo real en la ciudad

de París para el control de 190 semáforos con unas 5000 reglas. La

evolución de este sistema es el sistema CLAIRE, realizado por

Scemama en 1994.

Utilizando el paradigma de Agente se han desarrollado sistemas

expertos de control de tráfico. Entre ellos, sistemas españoles como son

TRYS, realizado por Hernández et al en 1996 y basado en agentes

locales controlados por un agente supervisor, y también TRYSA en 2002,

que evoluciona la idea de su predecesor TRYS dotándole de agentes

autónomos sin la presencia del agente supervisor.

A día de hoy, existe por ejemplo el Sistema MASTraCon

(MultiAgent System for TRAffic CONtrol), que tiene por objetivo el

control y gestión del tráfico rodado en áreas metropolitanas, con vistas

a acortar los largos tiempos empleados por los usuarios en los

desplazamientos, y aminorar la cantidad de combustible requerida. Está

siendo actualmente desarrollado en la Universidad Europea de Madrid.


21

Las nuevas tecnologías abren la puerta a múltiples posibilidades en el control y gestión del tráfico.


22

2.3.1.2.2 Simuladores de tráfico

Siguiendo en esta línea y debido al nivel de desarrollo alcanzado

hoy en día en materia de informática y potencia computacional, un

elemento primordial para este tipo de soluciones son los simuladores,

concretamente los que nos permiten simular una red real de tráfico y

probar en ella de manera muy intuitiva y cómoda diferentes políticas y

estrategias de control para después poder aplicar cómodamente en la

realidad con una cierta seguridad de que la solución será válida.

Los sistemas de simulación se utilizan principalmente para

reproducir situaciones o escenarios registrados y/o inventariados

parcialmente, completando una determinada información y para prever

la respuesta del sistema de transporte estudiado y evaluar la adecuación

de determinadas propuestas y actuaciones sobre éste, bajo hipótesis de

determinadas previsiones socioeconómicas y de evolución de las

infraestructuras de transporte. Esto último permite un tratamiento

comparativo de diferentes posibilidades futuras o escenarios y su

evaluación cuantitativa.


23

Dado que los sistemas de transporte abarcan por lo general

territorios amplios y afectan a grandes cantidades de usuarios, las

simulaciones de dichos sistemas utilizan software basado en modelos

matemáticos provenientes de diversos terrenos: la investigación

operativa, la estadística y la ingeniería.

El procesado de grandes cantidades de datos, obtenidos

generalmente mediante encuestas, es posible mediante paquetes de

software especializados en tratamientos estadísticos (SPSS, MINITAB).


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A través de ellas se caracterizan los usos de los diferentes estratos

de la población en cuanto a sus necesidades de desplazamiento. De esta

manera se pueden establecer modelos que permitan prever una

respuesta de los usuarios frente a determinados cambios que

experimentarán las prestaciones del sistema de transporte.

Por otra parte, se pueden realizar aproximaciones al reparto

espacial de los diferentes flujos sobre las redes de transporte mediante

modelos de equilibrio. En un estudio de movilidad se podrá hacer uso de

los sistemas de modelización de la planificación de transporte TransCAD

(Caliper Corporation) y EMME/2 (INRO Consultants) para simulaciones

tipo macroscópico de los diferentes escenarios. Para aspectos puntuales

de dinámica y comportamiento vehicular se puede hacer uso del

simulador microscópico AIMSUN NG (Transport Simulation Systems

S.L.)


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2.3.2 EJEMPLO

SISTEMA DE CONTROL DE TRAFICO MEDIANTE SIMULACIÓN (SIMULADOR AIMSUN)

I.- Objetivos

II.- Introducción

A.- Los problemas de tráfico en la actualidad

B.- Contexto

C.- Estructura de la memoria

D.- Solución adoptada

III.- El simulador Aimsun

IV.- Modelo del sistema real

A.- Forma de la red

B.- Adquisición de los datos


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V.- Simulación

A.- Sistema sin controlar

B.- Políticas de control del sistema

C.- Resultados de la simulación controlada

D.- Caso extremo: accidente en hora punta

VI.- Conclusiones

VII.- Dificultades encontradas

Apéndice I: Guía rápida de Aimsun

Construcción de la red

Entrada de datos

Control de la red

Simulación y lectura de los datos

Apéndice II: Parámetros del modelo

Parámetros de la red

Parámetros de los vehículos

VIII.- Bibliografía


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I.- Objetivos

Con este ejemplo se pretende realizar un modelo de un sistema de

tráfico real y posteriormente controlarlo con diferentes políticas de

gestión con la ayuda del simulador Aimsun (TTS-Transport Simulation

Systems).

Veremos por tanto, como con una pequeña inversión y un sistema

de control adecuado se puede mejorar el flujo de vehículos en zonas

conflictivas de una gran urbe, como nudos de autopistas,

circunvalaciones en horas punta y demás puntos negros para el tráfico

rodado. Todo ello con la ventaja que aporta el no tener que realizar

engorrosas actuaciones en materia de ingeniería civil, debido al

desembolso necesario y tiempo de ejecución, que en muchos casos son

mayores de los deseados.


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II.- Introducción

A.- Los problemas de tráfico en la actualidad

En el contexto actual, el tráfico en las grandes

urbes se ha convertido, en ocasiones, en un problema

importante para el desarrollo de las mismas, siendo un

problema grave si nos centramos en las grandes urbes de

países emergentes, donde el desarrollo económico acelerado

no suele permitir un desarrollo ordenado de las

infraestructuras. En cualquier caso, la construcción de

nuevas infraestructuras o ampliación de las existentes no

siempre suele ser la mejor opción, debido a los altos costes

que estas operaciones siempre conllevan y a que se tratan

de soluciones a medio y largo plazo, además del

consecuente desembolso de mantenimiento a posteriori.

(Atasco en una gran urbe China)


29

Además de este problema, el tráfico rodado nos trae muchos otros

como pueden ser la contaminación, tanto ambiental como acústica.

Por un lado, el termino contaminación acústica hace referencia al

ruido cuando éste se considera como un contaminante, es decir, un

sonido molesto que puede producir efectos fisiológicos y psicológicos

nocivos para una persona o grupos de personas. La causa principal de la

contaminación acústica es la actividad humana, es decir, el transporte,

la construcción de edificios o cualquier obra pública y la industria, entre

otras. Los efectos producidos por el ruido pueden ser fisiológicos, como

la pérdida de audición, y psicológicos, como la irritabilidad exagerada.

El ruido se mide en decibelios (dB) y los equipos de medida más

utilizados son los sonómetros. Un informe de la Organización Mundial de

la Salud (OMS), considera los 50 dB como el límite superior deseable.

Técnicamente, el ruido es un tipo de energía secundaria de los

procesos o actividades que se propaga en el ambiente en forma de

ondulatoria compleja desde el foco productor hasta el receptor a una

velocidad determinada y disminuyendo su intensidad con la distancia y

el entorno físico.

La contaminación acústica perturba las distintas actividades

comunitarias, interfiriendo la comunicación hablada, base esta de la

convivencia humana, perturbando el sueño, el descanso y la relajación,

impidiendo la concentración y el aprendizaje, y lo que es más grave,

creando estados de cansancio y tensión que pueden degenerar en

enfermedades de tipo nervioso y cardiovascular.


30

Existe documentación sobre las molestias de los ruidos en las

ciudades desde la antigüedad, pero es a partir del siglo pasado, como

consecuencia de la Revolución Industrial, del desarrollo de nuevos

medios de transporte y del crecimiento de las ciudades cuando comienza

a aparecer realmente el problema de la contaminación acústica urbana.

Las causas fundamentales son, entre otras, el aumento espectacular del

parque automovilístico en los últimos años y el hecho particular de que

las ciudades no habían sido concebidas para soportar los medios de

transporte, con calles angostas y firmes poco adecuados.


31

B.- Contexto

El escenario escogido ha sido el Puente del V Centenario, sito en la

ronda de circunvalación SE-30 de Sevilla. Esta infraestructura construida

con el motivo de la exposición universal del año 1.992 concentra

muchos problemas de congestión de tráfico debido entre otras cosas a la

reducción de 6 carriles (3 por cada sentido) a 5 carriles (2 por cada

sentido, siendo uno reversible). Dicho carril reversible solamente

supondría la parte central del puente y no su totalidad.

Actualmente, es sabido que la zona de dicho puente sufre de

grandes congestiones en las dos horas punta, por la mañana y al

mediodía. Por la mañana el sentido más castigado es el que se dirige

hacia Córdoba y al mediodía el que continúa hasta Huelva.

La velocidad máxima permitida en dicha circunvalación está fijada

a la genérica de 80 km/h excepto en el dicho puente en su totalidad,

que está reducida a 60 km/h. El carril reversible se acciona de manera

manual hacia un sentido u otro dependiendo del tráfico existente en

dicho momento y controlado por videocámaras, nosotros por comodidad

supondremos que el carril reversible es accionado hacia el sentido

Córdoba en la hora punta de por la mañana y hacia el sentido Huelva al

mediodía, estando el resto de horas desactivado. Para terminar,

comentar que no existe ningún otro tipo de control o elemento actuador

en el tráfico.


32

Modelo 3D del Puente

Como ya se ha comentado anteriormente, este sistema modelado

será objeto de diferentes políticas de control y se hará hincapié en un

parámetro conocido como Tiempo total de viaje, que no es más que la

suma del tiempo empleado por todos los vehículos de la red a lo largo

de la simulación, sin importar en qué punto empiecen o terminen su

viaje. El objetivo final será intentar reducir ese parámetro en al menos

un 10% respecto al sistema sin controlar.


33

C.- Estructura de la memoria

En el siguiente capítulo se hará una breve explicación del

simulador escogido, Aimsun, comentando sus peculiaridades y modo de

funcionamiento en términos generales. Posteriormente pasaremos a

describir el modelo utilizado, el modo de realización del mismo, la forma

de adquisición de los datos, dificultades encontradas y cualquier otra

cuestión referente a dicho modelo. Tras esto describiremos las

diferentes políticas empleadas y las estrategias de control utilizadas

para atacar al sistema, observando los resultados obtenidos y

analizando su validez o no. A continuación finalizaremos con las

conclusiones obtenidas en el presente proyecto.

Por último se realizará un apéndice con una pequeña guía de uso

rápido de dicho simulador, destacando las funcionalidades más

importantes del mismo y que han sido utilizadas en las diferentes

simulaciones.


34

D.- Solución adoptada

En el presente proyecto se considera la posibilidad de poder

utilizar tres actuadores diferentes que atacarán de una u otra manera a

la red, estos son unos paneles luminosos que indican la velocidad

máxima en cada momento, pues esta pasaría a ser variable, el propio

carril reversible existente, del cual modificaremos la gestión a la hora de

activarse hacia un sentido u otro y la implantación de unos controles de

acceso en las entradas cercanas al puente, conocidos como ramp-

meetering.

Por lo tanto lo que se hará es una simulación del sistema sin

controlar para la obtención de los resultados iniciales y acto seguido se

aplicarán diferentes políticas de control, gestión del carril reversible de

manera óptima, límite de velocidad variable y control de acceso o ramp-

meetering. Cada una de ellas será convenientemente explicada y se

terminará con una simulación final en la que se podrá apreciar el efecto

de las tres políticas comentadas.


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III.- El simulador Aimsun

En este proyecto se va a utilizar el Software de simulación

Aimsun, intentando con ello que de una forma sencilla podamos reducir

el tiempo de viaje total en una zona con severos problemas de

congestión de tráfico, especialmente en horas punta.

Aimsun 6, desarrollada por TSS, es la única herramienta del

mercado que integra en una única aplicación software tres tipos de

modelos de transporte: herramientas de asignación estática de tráfico,

un nuevo simulador mesoscópico y el mejor microsimulador del mundo.

Este software dispone de características de 2D y 3D.

Vista 2D del simulador Aimsun


36

Vista 3D del simulador Aimsun

En las anteriores capturas se pueden ver en 2D y 3D diferentes

zonas del modelo de la red usado en el presente proyecto.

Los elementos principales que se utilizan para la construcción de

sistemas son secciones, cruces (con o sin semáforos), centroides,

vehículos, detectores, líneas y paradas de transporte público, controles

de acceso, paneles de señalización variable y pasos de peatones. Una

vez construida la infraestructura, insertamos los datos de tráfico,

mediante una Matriz O/D (entre los centroides del sistema) o una tabla

de Estado del Tráfico (con datos de flujo de entrada de vehículos al

sistema y porcentajes de giro en cada uno de los cruces).


37

Una vez calibrada la Matriz O/D, podemos realizar muy diversas

pruebas, tales como cambios de tiempos o estructuras semafóricas,

reordenación del tráfico, controles de acceso, pruebas con paneles de

señalización variable, estrategias, condiciones del tráfico y problemas

que pudieran surgir tales como dobles filas, cierres de carril, etc.

Tras la construcción del sistema y ejecutar un grupo de

experimentos, conseguimos obtener gran cantidad de resultados en

formatos muy diversos. De esta forma, es posible comparar distintos

experimentos, políticas, simulaciones con distintas semillas aleatorias y

situaciones.

Por ejemplo, podemos generar resultados visuales, como la

grabación de videos de simulaciones, así como gráficos y tablas de datos

referentes a los más variados parámetros y variables, como pueden ser:

densidad, colas, nivel de servicio, tiempos de recorrido, velocidad,

número de paradas, contaminantes, ocupancia, consumo de

combustible, etc.

Tanto en la tabla como en la imagen anterior podemos ver y

representar el tiempo medio que los vehículos de la red necesitan para

recorrer un kilómetro, así como el número de vehículos que están

dentro de la red en ese momento.


38

Gráfica con diferentes parámetros


39

Tabla de resultados

IV.- Modelo del sistema real

A.- Forma de la red

Se ha construido la red correspondiente a dicho puente y varios

kilómetros más hacia ambos lados para poder englobar también

numerosas entradas y salidas que concentran un alto caudal del tráfico,

como la conexión con la variante A-4 que finalmente conecta con la

autopista AP-4, que enlaza la capital sevillana con la gaditana.

Vista de la red completa


40

Red correspondiente a la parte este del puente, resaltada en azul

Red correspondiente al puente del V Centenario, resaltada en rojo

Red correspondiente a la parte oeste del puente, resaltada en verde


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Vista detallada de un control de acceso (verde), de un detector (azul) y

de una cámara (celeste).

A lo largo de dicha red se han desplegado una serie de elementos

no presentes en la realidad pero que son necesarios para realizar las

oportunas simulaciones y adquisiciones de datos. Estos elementos son

las cámaras, que posteriormente servirán para generar vistas en 3D,

detectores, los cuales medirán una serie de parámetros y que usaremos

para comparar resultados y los controles de acceso o ramp-meetering.

Los detectores vienen con un parámetro configurable que es el

tiempo de muestreo, el cual se ha dejado en su valor por defecto, que

son 10 minutos, esto quiere decir que, en el caso más extremo, entre

una actuación de tráfico y otra han de pasar al mínimo 10 minutos, que

es el tiempo que el detector tarda en procesar los datos leídos en dicho

periodo.


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B.- Adquisición de los datos

En primer lugar se intentó obtener una serie de datos estadísticos

en la Jefatura Provincial de la Dirección General de Tráfico (DGT) de

Sevilla, lo cual no fue posible por lo que recurrimos a la información que

dicho organismo tiene disponible en su página web. La información

resultó ser muy pobre pues solo disponía información de dos detectores,

ambos situados en el sentido Huelva de la SE-30 y antes del puente.

Intensidad de vehículos registrada por uno de los detectores


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Porcentaje de vehículos ligeros respecto del total registrado

por el otro detector.

Debido a la carencia de datos finalmente se optó por realizar un

modelo ideal del sistema, partiendo de la poca información de la que

disponíamos. Se ha estimado un periodo de simulación lo

suficientemente grande para abarcar la hora punta correspondiente a

primera hora de la mañana, la posterior hora valle y la hora punta del

mediodía, se ha supuesto además que según fuese por la mañana o al

mediodía un sentido estaría más saturado que el otro y el carril

reversible se abriría en consecuencia.

A modo de resumen, esta es la tabla que recoge los parámetros

del sistema:


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Flujo de turismos.

Flujo de vehículos pesados

Debido a que tampoco disponíamos de datos acerca de las

capacidades de las vías se han usado los valores que Aimsun define por

defecto, estos son, en la propia circunvalación 1.500 veh/h por carril, y

en las rampas de acceso 900 veh/h.


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V.- Simulación

Como se ha indicado antes, el programa utilizado para la

simulación es Aimsun 6.1, debido a su simplicidad y facilidad de uso,

además de su alta cantidad de parámetros configurables, permitiendo

adaptar la red construida casi a la realidad. El parámetro en el que nos

fijaremos a la hora de simular y, posteriormente, controlar será el

Tiempo total de viaje, pues nos da una idea de si los cambios

introducidos permiten que el tiempo de movilidad en toda la red sea

inferior que el sistema inicial.

Red en plena simulación 2D.


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Vista 3D de la simulación

A.- Sistema sin controlar

Tras realizar una simulación obtenemos que el Tiempo total de

viaje es el siguiente:

Esto serían unas 6.730 horas, equivalentes al tiempo invertido por

todos los vehículos desde su entrada a su salida en la red y durante


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todo el tiempo de simulación.

Además el simulador ofrece muchísimos más resultados que nos

dan una idea del funcionamiento global del sistema.


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Análisis global del sistema sin controlar

Adicionalmente podemos sacar más información gracias al

detector instalado a lo largo de la sección de puente que dispone del

carril reversible.


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Información referente al sentido Córdoba.

Podemos observar que el sentido Córdoba satura por la mañana y

el sentido Huelva al mediodía, ya que es cuando más vehículos hay en

cada respectivo sentido. Sin embargo el sentido Huelva también satura

por las mañanas, esto es debido a que justo antes del inicio del puente

en este sentido existen dos entradas de vehículos muy cercanas, lo que

contribuye a saturar esta zona.


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Detalle de las dos entradas antes del puente en sentido Huelva

Otra lectura de datos interesante que podemos hacer del sistema

sin controlar es el consumo de combustible a nivel global, es decir, una

media de toda la red. Nuestro simulador nos lo puede proporcionar de

manera gráfica para una lectura más cómoda.

Consumo de fuel global en el sistema sin controlar


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B.- Políticas de control del sistema

Ya hemos visto cómo se comporta nuestro sistema, ahora

tenemos que intentar reducir el Tiempo total de viaje en al menos un

10% para asegurarnos que nuestro control funciona.

Para la definición de nuestras políticas nos centraremos

exclusivamente en lo que ocurre en el puente, pues es la zona más

conflictiva, debido a la comentada reducción de carriles.

En el sistema real el operario encargado de manipular el carril

reversible se basa en una cámara VGA en la cual puede ver que un

sentido está saturado debido a la gran afluencia y lentitud de los

vehículos. Por tanto, siguiendo el mismo principio y gracias a nuestros

detectores instalados a lo largo del puente definimos tres condiciones

básicas, estas son: Sentido Huelva saturado, Sentido Córdoba saturado

y Condiciones normales.

De las gráficas del apartado anterior se observa que cuando un

sentido está congestionado su velocidad media es entorno a los 35

km/h, y que por debajo de 350 vehículos de aforo la velocidad se sitúa

en la máxima posible, por lo que el carril estaría descongestionado. Por

tanto estos dos serán los parámetros que nos harán pasar de un estado

a otro.


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A modo de resumen esta es la estrategia a seguir en cuanto a las

condiciones básicas:

Esquema de funcionamiento de las estrategias de control

Tenemos varios actuadores disponibles, estos son el control del

carril reversible, el límite de velocidad variable y los controles de rampa

de acceso.

El primer actuador que vamos a configurar es el carril reversible.


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Como hemos visto, actualmente este carril es accionado de

manera manual desde un centro de control en función del sentido que

esté más saturado en ese momento, y nosotros por simplicidad hemos

supuesto en la simulación del sistema sin controlar que es activado

hacia el sentido Córdoba en la hora punta de por la mañana y hacia el

sentido Huelva en la hora punta del mediodía.

Ahora se va a realizar una gestión más automatizada de este

elemento basándonos en las políticas definidas.

Lo que se va a hacer es abrir el carril reversible hacia el sentido

que esté saturado en cada momento y dejarlo cerrado en caso de que

ninguno lo esté, de esta forma tenemos una gestión automática y más

eficaz de dicho elemento.

Estrategia seguida en el carril reversible


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Ahora tenemos la opción de manipular también el límite de

velocidad, lo que se ha hecho en este caso es mantener la velocidad

invariable en el sentido que tenga abierto el carril reversible, pues como

dicho sentido no va a sufrir una reducción de carril no tendría sentido

disminuirle la velocidad a lo largo del puente. En caso de que uno o los

dos sentidos tengan el carril reversible cerrado se le limitará la velocidad

a 60 km/h en todo el puente, esto es debido a que en la parte central

del mismo se encontrarán con la desaparición de uno de los carriles por

lo que se le reduce la velocidad por seguridad.

Estrategia seguida con el límite de velocidad


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Respecto al último actuador, el control de acceso o ramp-

meetering, cabe destacar que será activado en función del tiempo, el

existente en el sentido Córdoba durante la hora punta de la mañana y

en el sentido Huelva al mediodía, pues es en esos momentos cuando se

registra el mayor flujo de entrada de vehículos en esos sentidos.

Existen varias maneras de configurar un control de acceso, ya sea por

ciclo de tiempo, por introducción de un retraso a cada vehículo que

intenta acceder o mediante un control de flujo. Se ha escogido esta

última opción, pero además con la opción de ALINEA, que es un

estándar de control de acceso que nuestro simulador trae

implementado.

Para hacerlo funcionar simplemente se necesita un detector en la

vía principal, un poco después de la entrada que se esté controlando y

configurar una serie de parámetros, que corresponden a la siguiente

ecuación:


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El más importante es el flujo máximo permitido, que hemos

establecido en 900 veh/h, pues esta es la capacidad máxima que

soportaría nuestra rampa de acceso.

Parámetros configurables en un control de acceso ALINEA.

Control de acceso y detector.


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Control de acceso en el sentido Córdoba


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C.- Resultados de la simulación controlada

Tras la realización de varias simulaciones comprobamos que

nuestro tiempo total de viaje se ha reducido algo más del 10% deseado:

Ahora podemos ver un resumen del funcionamiento global del

sistema controlado con los datos proporcionados por el simulador.


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Funcionamiento global del sistema controlado

Si recurrimos ahora a nuestros detectores del puente observamos

lo siguiente, para el sentido Huelva:

Información referente al sentido Huelva, controlado


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Vemos que manteniendo el mismo aforo conseguimos que la

velocidad esté casi siempre rondando la máxima, a excepción de

algunos picos puntuales.

Información referente al sentido Córdoba, controlado

Si atendemos ahora al sentido Córdoba:

Se observa que de nuevo, a excepción de algunos picos puntuales,

conseguimos tener una velocidad alta en comparación con el sistema sin

controlar.

Estos buenos resultados han de ser contrastados ahora con los

referentes a las rampas de acceso, pues debido a los controles en el

acceso instalados, podrían darse momentos en el que el número de

vehículos y, por lo tanto el tiempo de acceso, sean excesivos.


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Veamos los resultados que nos ofrecen las diferentes rampas de

acceso:

Vehículos esperando a acceder en la rampa sentido Córdoba

Vehículos esperando a acceder en la rampa sentido Huelva 1


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Vehículos esperando a acceder en la rampa sentido Huelva 2

Sin embargo, para hacernos una idea de si esa cantidad de

vehículos esperando para acceder es aceptable o no, vamos a ver el

tiempo real que esos vehículos esperan en las rampas de acceso:

Tiempo total de espera en rampa sentido Córdoba


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Tiempo total de espera en rampa sentido Huelva 1

Tiempo total de espera en rampa sentido Huelva 2.


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Vemos que en el peor de los casos los vehículos han de esperar

durante las horas punta un máximo de 5 minutos para acceder, lo que

se considera aceptable, teniendo en cuenta que al final el tiempo total

de viaje será inferior que el sistema sin controlar, y la velocidad media

mayor.

Para terminar volvemos a hacer una lectura global del consumo de

combustible en toda la red, que comparándola con la lectura del sistema

sin controlar se observa que existe una ligera disminución del consumo.

Consumo de fuel global en el sistema controlado


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D.- Caso extremo: accidente en hora punta

Para reforzar un poco más la robustez de nuestro sistema vamos a

suponer que ocurre un accidente o avería de algún vehículo en uno de

los carriles del puente, además será el sentido que concentre el mayor

flujo de vehículos en ese momento.

Zona del incidente resaltada en rojo

Situación exacta del incidente resaltada en rojo

Para hacer el incidente lo más parecido a un incidente real hemos

definido una zona de corte de carril de 15 metros de longitud, afectando

exclusivamente al carril derecho y al final de la zona de carril reversible

en sentido Córdoba.


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Además haremos coincidir el incidente con la hora punta de por la

mañana, pues es cuando se presenta el mayor flujo de vehículos en ese

sentido, y con una duración de media hora por lo que el incidente tendrá

lugar en el lugar comentado y entre las 8:00 y las 8:30 de la mañana.

Si lanzamos una simulación y atentemos al Tiempo total de viaje

vemos que incluso con un accidente en plena hora punta sigue siendo

menor que con el sistema sin controlar.


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Funcionamiento global del sistema controlado con incidente en el

sentido Córdoba

Además, si observamos los datos obtenidos del detector extendido

por todo el sentido Córdoba del puente vemos que no difiere mucho de

los datos obtenidos por el sistema controlado pero sin incidente.

Simplemente observamos una pequeña reducción de la velocidad en los

momentos del incidente.

Lectura del detector del sentido Córdoba.


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De la misma forma podemos provocar un incidente de

características similares en el sentido Huelva y en la hora punta del

mediodía, pues es cuando está más saturado este sentido. La simulación

nos proporcionaría los siguientes datos, en los cuales podemos

encontrar que el Tiempo total de viaje sigue siendo menor que en el

caso sin controlar.


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Funcionamiento global del sistema controlado con

incidente en el sentido Huelva

En este caso analizaremos los datos obtenidos en el detector

extendido a lo largo del puente en el sentido Huelva. Vemos que ocurre

algo parecido al caso anterior, los datos son similares al sistema

controlado sin incidente a la excepción de una pequeña reducción de la

velocidad puntual.


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En cualquier caso y sin importar en que sentido se ha producido el

incidente, el sistema controlado consigue mantener un funcionamiento

global de la red mejor que sin controlar.

Lectura del detector del sentido Huelva.


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VI.- Conclusiones

Hemos podido comprobar que aplicando un sistema de control

relativamente sencillo y con poca inversión (pues solo serían precisos

unos controles de acceso, una serie de paneles luminosos para informar

de la velocidad variable en lugar de paneles fijos y la instalación de una

serie de detectores) podemos mejorar la circulación de una zona

conflictiva sin tener que recurrir a obras y demás grandes inversiones. A

grandes rasgos hemos demostrado que es posible disminuir el Tiempo

total de viaje y disminuir ligeramente el consumo de combustible global.

Otra forma de ver la disminución del Tiempo total de viaje puede

ser sección a sección, tal y como el simulador permite hacer con su

herramienta de comparación de datos.


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Comparación del tiempo total de viaje

Aquí se puede observar como nuestro sistema controlado mejora

el Tiempo total de viaje en prácticamente todas las secciones de la red y

únicamente lo empeora en las rampas de acceso, debido a la instalación

de los controles de acceso. Esto también se puede observar atendiendo

a la velocidad media por sección.


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Comparación de la velocidad media


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Si se observa ahora los datos referentes al consumo de

combustible obtendremos resultados similares, mejora en todas las

secciones, excepto en las rampas de acceso, que sin embargo supone

una mejora en términos globales.

Comparación del consumo medio de carburante


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Sin embargo, esto es solamente la punta del iceberg, pues existen

formas mucho más complejas de control, como por ejemplo un control

predictivo, que analizaría uno por uno todos los nodos y combinaciones

posibles hasta dar con la solución más óptima posible, siendo dentro de

este abanico de posibilidades, el MPC cooperativo el mejor controlador

atendiendo a resultados y a tiempo de computación.

VII.- Dificultades

A lo largo de la realización de este proyecto ha ido apareciendo

algún que otro problema, los cuales se han ido solventado de manera

exitosa. El primero ha sido la falta de datos estadísticos para poder

implementar el sistema real, lo cual hizo que el proyecto se retrasase

bastante debido a que fue necesaria la realización de varias

simulaciones con diferentes parámetros hasta encontrar un sistema que

se adecuase de manera aproximada a la realidad.

Otro problema encontrado fue la inestabilidad del programa, que

frecuentemente se cerraba de manera inesperada, haciendo que se

perdiesen los datos de la simulación actual e incluso, haciendo que se

tuviese que modificar la manera de controlar el sistema, pues algunas

combinaciones de eventos y acciones hacían que el programa se

volviese inestable.


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4. CONCLUSIONES

Los software son herramientas útiles y confiables, que siendo usados adecuadamente y proporcionándoles datos adecuados, nos proporcionara información para mejorar los diferentes problemas que involucran el tránsito de vehículos y pasajeros de un país, ciudad, etc.

Actualmente se viene usando simuladores para mejorar el tráfico de vehículos en ciudades donde el tráfico es problema.

El uso de software en el transporte de pasajeros tanto nacionales como interprovinciales, actualmente se ha puesto como norma, siendo utilizados en: la venta de pasajes, ubicación de vehículos, mantenimiento, entre otras cosas.

Esta de mostrado que la tecnología informática está adentrándose a todo los componentes de un automóvil, por lo cual estos a través de un adecuado software pueden ser el binomio perfecto para la mejora en el tráfico de una ciudad o fuera de esta.


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6. RECOMENDACIONES

Es recomendable el uso de esta tecnología para relazar un buen planeamiento y control del transporte en general.

El uso de software requiere de información o datos, que sean adecuados, necesarios, representativos, etc. Para obtener una adecuada solución para el problema propuesto.


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7. ANEXOS

Software para ubicación de vehículos.

Software para el control de tráfico


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8. BIBLIOGRAFÍA

Software el futuro.

(Flormer Bertra 2010)

Modelos de transporte.

(Juan de Dios Ortúzar y Luis G. Willumsen 2008)

El análisis de la demanda de transporte de mercancías.

(Cristina Borra Marcos 2005)

Diapositivas del curso de tecnología de transporte.

(Dr. Ing. Leónidas Zúñiga Polo 2014)

software para transporte

Engineering

software en general

postgrado maestra en

que los especialistas

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que en nuestro idioma

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