INTRODUZIONE: LE TIPOLOGIE DI REGOLAZIONE

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1 Commissione Sistemi di Regolazione del Traffico La regolazione semaforica: i sensori e le opportunita per una regolazione ottimale INTRODUZIONE: LE TIPOLOGIE DI REGOLAZIONE Ing. Giacomo Tuffanelli Università di Roma Sapienza Facoltà di Ingegneria Saletta del Chiostro Giovedì 5 Febbraio 2015

2 La regolazione semaforica delle intersezioni: > un po di storia > definizioni Le diverse modalità di controllo delle intersezioni semaforizzate I sistemi di coordinamento semaforico 2

3 1868, Londra, il primo semaforo Installato a Londra nel 1868 tra George Street e Bridge Street nei pressi della House of Parliaments. DisegnatodaJ.P.Knightuningegnereferroviario,eraoperato manualmente da un poliziotto. Costituito da un palo, di circa 7 metri di altezza, con delle braccia che si alzavano a 45 gradi per segnalare attenzione e si alzavano orizzontalmente a segnalare lo stop. La notte il poliziotto accendeva le lampade a gasincimaalpaloefacevalampeggiarelalampadarossaper STOP e la lampada verde per il GO. Il poliziotto utilizzava un fischietto per avvertire che il segnale stava cambiando. Il ferimento di un poliziotto per l esplosione di una delle lampade fece sì che si abbandonò l utilizzo di questo tipo di segnale. 3

4 1912, Salt Lake City, Utah, il primo semaforo elettrico Realizzato da Lester Farnsworth Wire, il direttore della Sicurezza Traffico con solo due luci (rosso e verde). Posto al centro dell intersezione su un palo poteva essere comandato dall angolo della strada con un interruttore al quale il semaforo era stato collegato. 5 agosto del 1914, Cleveland, Ohio, il primo regolatore di traffico elettrico Installato all angolo tra la East 105 e la Euclide Avenue fu attivato il primo traffic light, azionato a distanza da un poliziotto in una cabina di comando. Quel primo semaforo aveva due soli colori: il rosso e il verde. L inventore era James Hoge. 4

5 1920, San Diego, il primo semaforo Completamente manuale. 5

6 1920, Detroit, il primo semaforo a 3 luci William Potts, un ufficiale di polizia di Detroit, adattò i segnali ferroviari per l utilizzo su strada, e installò quello che è riconosciuto come il primo 4 way three color traffic light all intersezione di Woodward Avenue e Michigan Avenue a Detroit. 1922, Parigi, il primo semaforo in Europa 1925, Milano, il primo semaforo in Italia Installato all incrocio fra Piazza Duomo, via Orefici e via Torino 1934, Roma, primo semaforo Installato a Largo Goldoni 1961, Berlino 1961, Berlino, il primo semaforo pedonale 1938, Bolzano 6

7 1918, Salt Lake City, primo coordinamento di alcuni semafori Il sistema di controllo connetteva 6 intersezioni semaforizzate ed utilizzava tre differenti schemi di sincronizzazione: i primi due per le ore di punta del mattino e del pomeriggio, il terzo per le condizioni medie del resto della giornata. Il passaggio da uno schema ad un altro avveniva in orari ben precisi. attraverso un interruttore 1928, Detroit, primo sistema di controllo attuato del traffico Realizzato piazzando microfoni sul lato delle strade e usando il suono dei clacson come misura del livello di traffico. 1932, Londra, primo sistema di controllo attuato dal veicolo per intersezione isolata 1935, Londra e Glasgow, primi sistemi attuati coordinando più impianti semaforici 7

8 Inizio anni 50, Baltimora, primi sistemi basati sulle misure provenienti da dispositivi di traffico Fine anni 50 primi anni 60, Toronto, utilizzo per la prima volta di un computer digitale per controllare i semafori in una rete urbana. Negli anni a seguire vengono introdotti progressivamente, con lo sviluppo delle tecnologie e dell informatica: controlli automatizzati dei semafori priorità semaforica a servizio del trasporto pubblico o dei mezzi di soccorso software di gestione del funzionamento degli impianti semaforici in grado di ottimizzare e creare o selezionare i piani semaforici, in funzione dei flussi di traffico rilevati da appropriati sensori sistemi di assistenza alla guida 8

9 Definizioni e terminologia La regolazione semaforica: i sensori e le opportunità per una regolazione ottimale Lanterna Semaforica Segnale Semaforico Gruppo Semaforico Ciclo Semaforico Fase Semaforica Transizione di Fase Piano Semaforico Struttura del Piano Semaforico Segnale luminoso Insieme di lanterne collegate in parallelo che controllano una corrente veicolare/pedonale Insieme di segnali collegati in parallelo che controllano il movimento di una corrente veicolare/pedonale Sequenza completa di indicazioni semaforiche, alla fine della quale si ripresenta la medesima configurazione di luci esistente all inizio della sequenza stessa. Il ciclo garantisce la via libera almeno una volta a tutte le correnti che impegnano l intersezione. La parte di un ciclo in cui viene assegnato simultaneamente il verde, in uno o più intervalli del ciclo, ad una o più correnti mutuamente compatibili e che quindi possono muoversi contemporaneamente (quindi ad uno o più gruppi semaforici) Il passaggio da una fase ad un altra caratterizzato dal tempo fra l istante in cui commuta al rosso il primo segnale della fase uscente e quello in cui commuta al verde l ultimo segnale della fase entrante Costituito dall insieme delle informazioni necessarie a descrivere compiutamente sia la durata del ciclo semaforico sia gli istanti di accensione e di spegnimento dei singoli segnali La successione ordinata di fasi e delle relative transizioni di fase. Per realizzare un ciclo completo è necessario che ogni corrente abbia il verde in almeno una fase della struttura 9

10 LANTERNA 10

11 SEGNALE 11

12 LANTERNA GRUPPO Riferito alla corrente SINISTRA GRUPPO Riferito alla corrente DRITTO 12

13 FASE Verde assegnato simultaneamente a correnti mutuamente compatibili 13

14 La regolazione semaforica: i sensori e le opportunità per una regolazione ottimale 14

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18 Gruppi di Segnali

19 Gruppi di Segnali

20 FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 TRANSIZIONE DI FASE TRANSIZIONE DI FASE TRANSIZIONE DI FASE TRANSIZIONE DI FASE 20

21 Modalita di Controllo dei Tempi Semaforici TEMPO FISSO FISSI Viene eseguito un piano semaforico in cui la durata del ciclo ed i tempi di verde sono prefissati e costanti nel tempo. DINAMICI SELEZIONE DI PIANO SEMI ATTUATO ATTUATO FORMAZIONE DI PIANO 21

22 DINAMICI SELEZIONE DI PIANO AD ORARIO E un controllo a tempi fissi che prevede l utilizzo di più piani semaforici aventi parametri diversi (durata del ciclo e tempi di verde delle fasi). La selezione dei piani in questo caso viene effettuata ad orario. SEMI ATTUATI La successione e la durata delle fasi sono prefissati ma possono essere variati per effetto di segnali prodotti da dispositivi attivati da veicoli o pedoni (pulsanti pedonali, rivelatori di traffico, ecc.). Generalmente a ciclo fisso. Normalmente nel controllo semiattuato è presente una fase principale, dalla quale si passa alle altre fasi soltanto se richieste. ATTUATI La successione delle fasi, la durata del ciclo ed i tempi di verde sono determinati in funzione dei flussi veicolari e pedonali. In questo tipo di controllo è presente un sistema di acquisizione dati in tempo reale sulle condizioni del traffico che prevede l uso di rilevatori opportunamente installati sugli accessi dell intersezione. SELEZIONE DI PIANO IN FUNZIONE DEL TRAFFICO La selezione dei piani in questo caso viene effettuata in funzione del traffico rilevato. FORMAZIONE DI PIANO Nel controllo a formazione di piano le caratteristiche del piano (fasatura, durata del ciclo e tempi di verde) vengono determinate in modo completamente automatico sulla base delle caratteristiche del traffico. COMPLESSITÀ FLESSIBILITÀ 22

23 Attuazione dell impianto semaforico La tipologia più semplice di attuazione è la chiamata semaforica, ossia l invio di un impulso al centralino, per segnalare la richiesta da parte di una corrente di traffico (veicolare o pedonale) di essere servita con la relativa fase semaforica. (Tipologia di impianto semi attuato) Priorità mezzi di soccorso Chiamata pedonale Chiamata veicolare 23

24 Gestione della Durata delle Fasi Criterio a Volume Criterio a Volume Densità Criterio a Densità Completa Intervallo Iniziale: tempo minimo di verde assegnato alla corrente veicolare Intervallo veicolare (I.V.): intervallo di tempo che viene calcolato a partire dal rilevamento dell ultimo veicolo da parte del sensore (o dal termine dell intervallo inziale) Se il veicolo successivo viene rilevato prima che sia trascorso l I.V. allora inizia il conteggio di un nuovo intervallo veicolare (in questo modo il verde viene mantenuto). Se il veicolo successivo viene rilevato dopo che sia trascorso l I.V. allora la fase viene interrotta, completandola con gli opportuni tempi di sicurezza per lo sgombero dell incrocio. I.V. 0 Tempo Intervallo iniziale Nel caso in cui la condizione non venga mai raggiunta la fase terminerà dopo un valore massimo ammissibile per il verde I.V. viene raggiunto Liberazione incrocio Tempo 24

25 Gestione della Durata delle Fasi Criterio a Volume Criterio a Volume Densità Criterio a Densità Completa In pratica, ad ogni rilevamento di un veicolo da parte del sensore, se questo avviene entro il tempo I.V. dal passaggio del veicolo precedente, al verde si aggiunge un tempo Δt costante e determinato dall intervallo veicolare, cioè il verde viene mantenuto per un tempo massimo Δt senza che arrivino nuovi veicoli, dopodiché il centralino predispone l interruzione della fase. I.V. 0 Tempo Δt1 = Δt2 = Δt3 Δt1 Δt2 Δt3 Tempo 25

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27 Intervallo Iniziale 27

28 Inizio del conteggio dell intervallo veicolare (aggiunta di un intervallo costante di verde) Rilevamento veicolo da parte del sensore 28

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33 Gestione della Durata delle Fasi Criterio a Volume Criterio a Volume Densità Criterio a Densità Completa In questo caso l intervallo veicolare fissato per l interruzione della fase è variabile con il tempo (diminuisce al passare del tempo); il sistema richiede che al passare del tempo la corrente in arrivo dovrà giungere con intervalli veicolari sempre più piccoli, se vuole mantenersi il verde. Anche l intervallo iniziale è variabile ed è funzione dei veicoli effettivamente presenti tra la linea di arresto ed il sensore (viene determinato come intervallo necessario a smaltire tali veicoli) I.V. (0) 0 Tempo Intervallo iniziale L intervallo veicolare viene ridotto (con una legge fissata dal progettista) a partire dall istante in cui viene prenotata un altra fase (da una chiamata, i.e. un veicolo viene rilevato dal sensore dell altro approccio) I.V. (t) I.V. viene raggiunto Liberazione incrocio Tempo 33

34 Gestione della Durata delle Fasi Criterio a Volume Criterio a Volume Densità Criterio a Densità Completa L intervallo iniziale è determinato in maniera identica al controllo a volume densità. La variazione dell intervallo veicolare dipende dai seguenti fattori: Il tempo trascorso dalla prima attuazione (come nell attuazione volumedensità) Il numero di veicoli in attesa sulle altre fasi La densità del traffico in moto: non è consentito il prolungamento del verde se un plotone sparso segue un plotone compatto 34

35 La formazione di piano La regolazione semaforica: i sensori e le opportunità per una regolazione ottimale Nel controllo a formazione di piano le caratteristiche del piano (fasatura, durata del ciclo e tempi di verde) vengono determinate in modo completamente automatico sulla base delle caratteristiche del traffico. I dati di traffico vengono acquisiti tramite sensori posti sugli approcci ed a seconda dei criteri che vengono utilizzati per eseguire la formazione di piano, tali sensori saranno localizzati ad una determinata distanza dall intersezione e/o in corrispondenza della linea di attestamento /04/ /04/ /04/ Number of Vehicles [veh/5 mins.] Time of the Day 35

36 Ulteriore classificazione delle intersezioni semaforizzate e degli impianti semaforici Intersezioni ISOLATE Le intersezioni isolate possono essere controllate secondo le modalità sopra descritte, quindi a tempi fissi, a selezione di piano attuate ad orario o dal traffico, semiattuate, completamente attuate (a formazione di piano) Intersezioni INTERDIPENDENTI Le intersezioni interdipendenti sono caratterizzate da un andamento dei flussi veicolari che dipendono dalle caratteristiche degli impianti semaforici presenti nelle intersezioni a monte e per il loro funzionamento è fondamentale mantenere sincronizzati i cicli delle intersezioni definendo inoltre lo sfalsamento di ogni ciclo rispetto ad un origine dei tempi comune. Pertanto devono essere necessariamente controllate da una centrale, che può essere localizzata sia presso una delle intersezioni nel caso in cui le stesse siano collegate alivellolocaletradiloro,siapressouncentro di Controllo o Centrale del Traffico, con il quale gli impianti si scambiano dati in tempo reale (impianti CENTRALIZZATI) 36

37 Intersezioni INTERDIPENDENTI Il controllo coordinato delle intersezioni interdipendenti può essere: a SELEZIONE DI PIANO aformazionedipiano Durata del ciclo uguale per tutti gli impianti Ciclo, Fasi e Offset (sfalsamento dell inzio del ciclo di ciascun impianto) determinati dalcentrodicontrollo 37

38 Il controllo coordinato delle intersezioni INTERDIPENDENTI 38

39 Il controllo coordinato delle intersezioni INTERDIPENDENTI /04/13 10/04/13 11/04/13 12/04/13 AVERAGE TRAVEL TIME [minutes] Time of the Day 39

40 IMPIANTI CENTRALIZZATI A ROMA 40

41 IMPIANTI SEMAFORICI A ROMA 41

42 Self-Control of Traffic Lights and Vehicle Flows in Urban Road Networks Stefan Lammer Dirk Helbing 42

43 Grazie per l attenzione! 43