Diseño y optimización de un modelo matemático para la transición entre el cambio de planes de los tiempos de reparto de los semáforos.

Abstract

La fase de transición se define como el proceso de cambiar de un plan de semaforización o de tiempos de semáforos a otro. Este proceso puede conducir a graves interrupciones en el flujo de tráfico provocando congestión y costos asociados con el tiempo adicional de viaje, el consumo de combustible y las emisiones de gases contaminantes a la atmosfera. Esta investigación propone el diseño de un modelo matemático no lineal para mejorar el rendimiento de la transición entre los planes de frecuencia de la señal en las intersecciones coordinadas. El modelo comprende la minimización de una función de costos sociales, que incluye una reducción en la demora, las emisiones de gases y el consumo de combustible, considerando múltiples objetivos que adoptan más medidas de efectividad. Para resolver el modelo matemático se diseña un algoritmo de colonia de hormigas que permite encontrar los parámetros óptimos de coordinación durante la fase de transición. Además la evaluación de la eficacia del nuevo modelo, su validez y utilidad se han comprobado mediante su aplicación en dos casos de estudios y un caso real para un corredor en la ciudad de Santander. Esta evaluación se realizó sobre la base de la capacidad del modelo para reducir al mínimo los retardos, las emisiones de contaminación del aire y el consumo de combustible. El modelo es eficiente en tanto que permite reducir los costos sociales asociados con el período de transición.

The transition phase is defined as the process of changing from one traffic-timing plan to another. This process may lead to serious disruptions in traffic flow causing congestion and extra costs associated with additional travel time, fuel consumption and emissions of polluting gases into the atmosphere. This research proposes the design of a nonlinear mathematical model to improve the performance of the transition between signal frequency plans in coordinated intersections. The model includes the minimization of a social cost function that incorporates a reduction in delay, gas emissions and fuel consumption, considering multiple objectives that adopt more effectiveness measures. To solve the mathematical model, an ant colony algorithm is designed to find the optimal coordination parameters during the transition phase. In addition, the new model effectiveness, its validity and usefulness have been proven through its application in two case studies and a real case of a traffic corridor in the city of Santander. This assessment was made based on the model's ability to minimize delays, emissions of air pollution and fuel consumption and its effectiveness in reducing the social costs associated with the transition period.