Estudos de elementos de controladores semafóricos fuzzy com aplicação para operação em rede aberta

Abstract

O controle semafórico atuado pelo tráfego apresenta-se como uma alternativa promissora para o controle dos conflitos de tráfego em interseções, uma vez que tem o propósito de operar em resposta imediata à demanda nesses locais. Quando adequadamente empregada, essa forma de controle tende a reduzir os efeitos negativos conseqüentes do controle semafórico, tanto relacionados à operação do tráfego (atrasos, paradas), como também ao meio ambiente (consumo de combustíveis, emissão de poluentes, ruídos). A utilização de técnicas de Inteligência Artificial na determinação dos tempos semafóricos para o controle atuado pelo tráfego tem apresentado resultados promissores e, por isso, vem despertando o interesse de pesquisadores por trabalhos neste tema. Em especial, os controladores semafóricos fuzzy que operam sob o princípio da extensão do tempo de verde, vêm sendo investigados no sentido de ampliar a compreensão da lógica fuzzy associada ao controle semafórico e assim, aprimorar o emprego desta ferramenta para esse tipo de aplicação. Este trabalho de pesquisa apresenta um conjunto de investigações acerca dos controladores semafóricos fuzzy que operam sob o princípio da extensão do tempo de verde. Os estudos passam por avaliações de elementos destes controladores – padrão de sobreposição dos conjuntos fuzzy, estrutura da base de regras e tipo de controlador fuzzy – chegando à avaliação e proposta de alternativas para a sua operação em rede aberta. Os elementos estudados e as propostas de controle foram avaliados a partir de resultados de simulações da operação do tráfego em interseções isoladas e em rede aberta. Os estudos realizados permitiram identificar aspectos relevantes a serem considerados em futuros projetos de controladores semafóricos fuzzy, e ainda comprovaram a robustez do controlador originalmente concebido para a operação isolada. Este, quando empregado em rede aberta, apresentou resultados globais, em alguns casos, superiores aos resultados obtidos para o controle por tempo fixo coordenado. Por fim, a avaliação das propostas de cooperação dos controladores semafóricos fuzzy mostrou que, apesar dos resultados vantajosos já observados no controle em rede sem adaptações para essa operação, é possível melhorar o desempenho do controle global da rede em função do objetivo do controle, tal como, priorização do movimento arterial. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Traffic-actuated signals constitute an attractive alternative for signalized intersections, being able to immediately react to demand fluctuations. When correctly employed, this type of signal usually reduces the negative effects of traffic control on the traffic streams (delays and stops), as well as on the environment (such as fuel consumption, emissions and noise). The use of artificial intelligence techniques to find optimum phase lengths for traffic-actuated signals has been giving good results and, thus, has attracted the interest of many researchers in this field. Fuzzy signal controllers that are based on the principle of green extension, in particular, have been intensely studied with the objective of extend and improve the application of fuzzy logic as a tool for traffic control at intersections. This thesis presents a set of studies on fuzzy signal controllers that use the concept of green extension. These studies include not just evaluations of the signal controller components (such as superposition patterns for fuzzy sets, structure of the fuzzy rules and type of fuzzy controller) but also the evaluation of alternatives for the operation of open traffic signal networks based on fuzzy controllers. These studies were based on simulations of isolated intersections and open networks. The results of these studies indicated several aspects that should be considered in future studies and have demonstrated the robustness of fuzzy control on isolated intersections. In particular, the results suggest that isolated fuzzy control on intersections of an open network can be more effective than the traditional approach, which is based on fixed-time coordination. Simulation results have shown that the proposed strategy of cooperative fuzzy control on open networks is capable of giving better global performance than the use of isolated fuzzy control, when the objective is to prioritize movement along the arterial.