diseÑo de modelo de enrutamiento de trÁfico vehicular...

DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN

BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE

TRÁFICO SIMILAR

LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA 9929524

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Maestría en Ciencias de la Información y Comunicaciones

Facultad de Ingeniería

Bogotá, Colombia

2015

DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO

VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR

LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Ciencias de la Información y Comunicaciones

Director:

Msc. Oswaldo Alberto Romero Villalobos

Línea de Investigación:

Tráfico inteligente y seguridad ciudadana

Grupo de Investigación:

Grupo de Investigación en Tráfico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC)

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Facultad de Ingeniería, Proyecto curricular de Maestría en Ciencias de la Información y

las Comunicaciones

Bogotá, Colombia

2015

“Lo importante no es el objetivo que

consigues sino la persona que te conviertes

al perseguirlo”.

VII

Agradecimientos

A todas las personas que permiten cada día hacer mis sueños realidad.

VIII DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR

Resumen

El presente anteproyecto realizará investigación sobre un modelo de enrutamiento de

tráfico vehicular basado en prácticas que se aplican en otras ciudades del mundo con

problemática similar, y plantea las variables relevantes que se deben tener en cuenta.

El proyecto se motiva teniendo en cuenta el grave problema de movilidad que existe en

la ciudad desde hace varios años, en donde a pesar de que las distancias no son tan

extensas los tiempos de desplazamiento si lo son, esto debido a las congestión que

presenta en las diferentes vías, adicional a la incertidumbre que tienen los ciudadanos

antes de definir la ruta que se va a tomar, se considera que proporcionando información

a los usuarios respecto al estado de las vías referente a diferentes condiciones se podría

disminuir dicha incertidumbre y colaborar a que los ciudadanos tomen mejores

decisiones de ruta para llegar a su destino, y así mismo no se agranden los trancones,

mejorando la movilidad en nuestras vías.

Contenido IX

Abstract

This preliminary research conducted on a model of vehicular traffic routing based on

practices applied in other cities with similar problems, and raises the relevant variables

that must be taken into account.

The project is motivated considering the serious problem of mobility that exists in the city

for several years, where even though the distances are not as extensive travel times if

they are, this due to the congestion that occurs in different routes, in addition to the

uncertainty of citizens before defining the route to be taken, it is considered that providing

information to users regarding the state of the roads regarding different conditions could

reduce this uncertainty and to collaborate citizens make better decisions in route to your

destination, as well as avoid the jams become enlarged, improving mobility on our roads.

Contenido XI

Contenido

Pág.

Capítulo 1. Descripción del Proyecto ............................................................................ 3 1.1 Identificación del problema ................................................................................... 3 1.2 Justificación ......................................................................................................... 4 1.2.1 Justificación teórica ........................................................................................... 5 1.2.2 Justificación Metodológica ................................................................................ 6 1.2.3 Justificación práctica ......................................................................................... 6 1.3 Objetivos .............................................................................................................. 7 1.3.1 General ............................................................................................................. 7 1.3.2 Específicos ........................................................................................................ 7 1.4 Estructura del proyecto ........................................................................................ 8

Capítulo 2. Estado del Arte: ............................................................................................ 9 2 Marco teórico .......................................................................................................... 9 2.1 Algoritmos de Enrutamiento ................................................................................. 9 2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento ............................................................ 9 2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento ............................................................................ 10 2.1.2.1 Principio de Optimización ............................................................................. 11 2.1.2.2 Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra)........................... 12 2.1.2.3 Inundación (Flooding) ................................................................................... 13 2.1.2.4 Enrutamiento por Vector de Distancia .......................................................... 14 2.1.2.5 Enrutamiento por Estado del Enlace(1) ......................................................... 16 2.1.2.6 Enrutamiento Jerárquico (1)........................................................................... 19 2.1.2.7 Enrutamiento por Difusión (Broadcast) ......................................................... 20 2.1.2.8 Enrutamiento por Multidifusión (Multicast) .................................................... 21 2.2 OSPF (2) ............................................................................................................ 22 2.2.1 Introducción .................................................................................................... 22

XII DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS

CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR

2.2.2 Antecedentes .................................................................................................. 23 2.2.3 Algoritmo del estado de enlace ....................................................................... 24 2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto ..................................................................... 25 2.2.5 Costo de OSPF ............................................................................................... 26 2.2.6 Árbol de trayecto más corto ............................................................................ 26 2.2.7 Routers de área y de borde ............................................................................. 28 2.2.8 Paquetes de estado de enlace ........................................................................ 29 2.3 CONGESTION VEHICULAR (3) .......................................................................... 31

3. Capítulo 3. Metodología ......................................................................................... 34

4. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual ..................................... 36 4.1 Situación Actual .................................................................................................... 36 4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo ................................................. 37

5. Capítulo 5. Modelo Propuesto ............................................................................... 41 5.1. COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DEL ALGORITMO EN EL MODELO ...... 42 5.2. Diseño general del sistema y enfoque del proyecto .......................................... 55 5.3. Sección de recolección de Información ............................................................. 58 5.4. Sección de transmisión de Información ............................................................. 59 5.5. Sección de procesamiento de Información ........................................................ 60 5.6. Sección de distribución de Información ............................................................. 60 5.7. Variables a monitorear ...................................................................................... 61 5.8. Transmisión de variables .................................................................................. 63 5.9. Almacenamiento de variables y definición de parámetros a manejar ................ 63 5.10. Consulta de información .................................................................................. 65 5.11. Definición de malla vial para el proyecto ......................................................... 66 5.12. Definición de Algoritmo de enrutamiento ......................................................... 72

6. ANALISIS Y VALIDACION ...................................................................................... 84 6.1. Análisis y validación .......................................................................................... 84 6.2. Validación del modelo por medio de análisis de casos estimados ..................... 86 6.3. CONSIDERACIONES PARA VALIDACION MODELO ...................................... 87 6.4. Primer escenario ............................................................................................... 88 6.5. Segundo escenario ........................................................................................... 90 6.6. Tercer escenario ................................................................................................. 93

7. CAPITULO 6 – Protocolo de pruebas .................................................................... 96 7.1. Protocolo de pruebas y resultados obtenidos .................................................... 96 7.2. Consultar información de rutas y vías específicas ............................................. 97 7.3. Modificar valores de parámetros para pruebas de simulación ........................... 98 7.4. Ejemplos ..........................................................................................................100 7.5. .........................................................................................................................100 7.5. Pruebas ...........................................................................................................101 7.6. Resultados Obtenidos ......................................................................................102 7.7. Resumen soluciones implementadas alrededor del mundo ..............................103 7.8. Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo. .................104

8. Conclusiones y Recomendaciones ..................................................................... 107 7.1 Conclusiones ....................................................................................................107

Contenido XIII

7.2 Recomendaciones ............................................................................................109

9. REFERENCIAS ...................................................................................................... 110

Contenido XIV

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 - Resumen soluciones implementadas que aplican a Bogotá .............................. 39

Tabla 2- Puntaje eventos ................................................................................................. 45

Tabla 3- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49

Tabla 4- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49

Tabla 5- valores de variables en ruta. Fuente: propia ..................................................... 51

Tabla 6- tramos de la malla vial. Fuente: propia.............................................................. 71

Tabla 7 - Puntaje definidos para eventos. Fuente: propia ................................................ 78

Tabla 8- Encabezado tabla vecinos – Fuente: propia ..................................................... 79

Tabla 9- Definición de vecinos – Fuente: propia ............................................................. 83

Tabla 10- Situación ideal – Fuente: propia ....................................................................... 88

Tabla 11- Situación estado de congestión – Fuente: propia ............................................. 89

Tabla 12- ejemplo segundo escenario velocidad vs tiempo – Fuente: propia ................... 91

Tabla 13- ejemplo segundo escenario análisis de datos – Fuente: propia ....................... 92

Tabla 14- ejemplo segundo escenario rangos de velocidad vs separación por norma –

Fuente: propia ................................................................................................................. 92

Tabla 15- ejemplo segundo escenario mejora porcentual – Fuente: propia .................... 93

Tabla 16 - ejemplo tercer escenario análisis de datos – Fuente: propia ........................... 94

Tabla 17- ejemplo tercer escenario rangos de velocidad vs separación por noma– Fuente:

propia .............................................................................................................................. 95

Tabla 18- ejemplo tercer escenario mejora porcentual– Fuente: propia ........................... 95

Tabla 19- Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables a la ciudad de

Bogotá. Fuente: propia .................................................................................................. 104

Tabla 20- Matriz soluciones por ciudad. Fuente: propia ............................................... 106

Contenido XV

LISTA DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente (1) .................................................................. 11

Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente (1) ............................................ 13

Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente (1) ................................................... 15

Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente (1) ...................................... 16

Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente (1) .................................................. 17

Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente (1) ............................................... 18

Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente (1) ................... 18

Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente (1) ...................................................... 19

Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente (1) ........................................................ 20

Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente (1) ....................................................... 21

Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1) ............................................ 22

Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente (2) ...................................... 27

Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente (2) ............................................... 28

Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2) ........................................ 30

Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3) ............................................... 33

Ilustración 16- Ejemplo dos nodos sencillos – Fuente: propia ......................................... 42

Ilustración 17- Ejemplo dos nodos sencillos con tramos – Fuente: propia ....................... 43

Ilustración 18- Malla vial – Fuente: propia ........................................................................ 43

Ilustración 19- Muestra Malla – Fuente: propia ............................................................... 47

Ilustración 20- ejemplo diagrama nodos-tramos-orientación Fuente: propia .................... 48

Ilustración 21 - Costos en tramos ejemplo. Fuente: propia .............................................. 50

Ilustración 22 - Diagrama nodos tramos ejemplo. Fuente: propia .................................... 52

Ilustración 23- Costos tramos – en ruta ejemplo. Fuente: propia .................................... 53

Ilustración 24- Costos tramos ejemplo – en ruta ejemplo ................................................. 54

Ilustración 25- Costos tramos ejemplo – Fuente: propia .................................................. 55

Ilustración 26- Diseño general del sistema – Fuente: Propia .......................................... 58

Ilustración 27- Malla vial seleccionada modelo. Fuente: propia ....................................... 67

Ilustración 28- Diagrama de flujo algoritmo de enrutamiento. Fuente: propia ................... 77

Ilustración 29- Orientación de nodos. Fuente: Propia ...................................................... 79

Ilustración 30- Ejemplo - Autopista 5 carriles – Fuente: propia ........................................ 90

XVI DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS

CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR

Ilustración 31- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19– Fuente: propia ......... 91

Ilustración 32- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19 y autopista– Fuente:

propia .............................................................................................................................. 93

Ilustración 33- Pantalla 1 ................................................................................................. 96

Ilustración 34 - Pantalla 2 ................................................................................................ 97

Ilustración 35- Pantalla 4 ................................................................................................. 98

Ilustración 36- Pantalla 5 ............................................................................................... 100

Ilustración 37- Pantalla 6 ............................................................................................... 101

Ilustración 38-Pantalla 6 ................................................................................................ 101

Ilustración 39-Pantalla 7 ................................................................................................ 102

Contenido XVII

Introducción

El control del tráfico ha sido durante muchos años alrededor del mundo un tema de difícil

manejo, ya que no es un tema fácil de arreglar en ciudades que ya se encuentran

diseñadas, con vías de escasos carriles, sin puentes, con demasiados cruces los cuales

a su vez generan la necesidad de semáforos, a todo esto sumándole una gran densidad

de población que día a día logran conseguir un vehículo el cual se une a los ya existentes

medios de transporte particulares, públicos, de trasporte de carga, motos, etc, el estado

ideal sería lograr un flujo vehicular uniforme, constate y sin congestiones, .

Una alternativa para minimizar un poco esta situación es disminuir la incertidumbre de las

personas que salen a aumentar la cantidad de flujo vehicular en las vías de la ciudad, el

presente proyecto trabaja en diseñar una estrategia para dar información a los usuarios

con el fin de que estos no se unan a los trancones diarios que se forman en la ciudad,

para esto se requiere que sea suministrado el origen y destino por la persona que

requiere realizar el desplazamiento, y teniendo en cuenta los parámetros del estado

general de las vías, se aplica un algoritmo de enrutamiento óptimo el cual como

resultado sugiere al usuario una posible ruta óptima teniendo en cuenta el estado de los

parámetros monitoreados.

En muchos países donde se presenta el mismo inconveniente, se manejan sistemas de

control de tráfico vehicular, donde se publica información de las vías, se muestran

imágenes de video cámaras ubicadas en puntos estratégicos, información de obras

civiles, vías cerradas, etc., pero en muchos casos los usuarios pueden tener toda esta

información pero no conocen vías alternas, puede que solo conozcan las vías principales

lo que disminuye las opciones de rutas. El valor agregado del presente proyecto es

evaluar varias rutas y sugerir la mejor de acuerdo al algoritmo de enrutamiento. Así como

también analizar qué soluciones han dado a esta problemática diferentes ciudades

alrededor el mundo que puedan aplicar a nuestra ciudad.

Entre más crezca la población de esta ciudad, y la propia ciudad, mas aumenta la

necesidad de que en algún momento se invierta presupuesto suficiente para mantener

2 Introducción

informada a toda la población que de una u otra forma hace parte del problema y que

también puede hacer parte de la solución.

Adicionalmente se debe comenzar a trabajar en una solución integral de transporte, ya

que esta problemática tiene muchas variables y también se debe atacar simultáneamente

desde varios frentes, lo que significa que son muchos planes en paralelo para poder

llegar a soluciones generales.

Capítulo 1. Descripción del Proyecto

1.1 Identificación del problema

La movilidad de los ciudadanos por las diferentes vías de la ciudad de Bogotá y sobre

todo por las vías principales es, en determinadas horas y días, compleja dado que

existen variables inciertas que pueden modificar el estado del tráfico, ¿Es factible

mejorar el tráfico de nuestra ciudad solo con un sistema de información que suministre a

los ciudadanos información relevante para tomar la mejor ruta de un punto origen a un

destino...?

El contribuir a los trancones y congestiones en nuestra ciudad hace que nuestros tiempos

de desplazamiento se aumenten así sean las distancias muy cortas, si poseemos

información oportuna y relevante, ¿es posible optimizar los tiempos y costos de nuestros

desplazamientos...?

Teniendo en cuenta que el cuerpo humano se desgasta cuando se expone a ciertos

ambientes de estrés e incomodidad, si un ciudadano toma una ruta que optimiza su

tiempo, podría mejorar el estado de salud al no exponerse a ambientes que pueden

afectar...?

Si un gran volumen de usuarios mejora los tiempos de desplazamiento y no contribuyen

a grandes trancones, ¿Podemos mejorar el nivel de gases tóxicos en el medio ambiente

de la ciudad...?

Si los ciudadanos toman una ruta óptima para su desplazamiento de un punto origen a

un punto destino, es posible que su velocidad promedio mejore y así mismo el

rendimiento del combustible, ¿se puede reflejar mejora en optimización de costos y

generar ahorro para los usuarios con una solución como la presentada...?

Dado que existen una gran cantidad de variables y parámetros fijos que condicionan el

estado de una vía, ¿es posible determinar un algoritmo que genere una ruta óptima para

los usuarios teniendo en cuenta el peso porcentual de cada condición y sus

variaciones...?

Para que la información sea de utilidad para los ciudadanos es necesario contar con

información verídica y oportuna, ¿es factible a través de la tecnología actual recolectar,

4 DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS

CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR

almacenar, y transmitir a los usuarios esta información procesada para que tomen

decisiones acertadas...?

Si se pudiera acabar o por lo menos disminuir la incertidumbre al transitar por estas

vías, podría ser posible que el tráfico de la ciudad mejorara, ya que el usuario teniendo

información acerca de determinada vía tomará una decisión que lo beneficie para llegar a

su destino, y así mismo beneficia el tráfico de la ciudad. Para que esta información sea

de gran utilidad, debe ser información verídica, actualizada, y el usuario debe recibirla en

el lugar y el momento que la necesite, es decir, la información debe ser enviada hasta un

dispositivo que el usuario tenga a su alcance.

El presente proyecto pretende plantear una posible solución a estos problemas

analizando las aplicaciones de estas tecnologías y diseñando un prototipo de sistema

que preste un servicio que se hace cada vez más necesario para los ciudadanos.

1.2 Justificación

Es de gran importancia plantear propuestas de mejora a nuestro sistema de movilidad,

dado que la problemática actual genera gran impacto sobre la ciudadanía y gasto de

tiempo, salud, dinero, adicional a la afectación de nuestro medio ambiente.

Dado que dar solución a nivel de ampliación de vías es bastante complejo, costoso y

demorado, se hace necesario plantear soluciones con los recursos actuales al alcance de

la mano basado en aplicación de diferentes tecnologías y optimización de procesos.

El contar con una ciudad cuyo tráfico es estable y se catalogue dentro de ejemplos en

ciudades capitales hace que nuestra ciudad sea una ciudad más llamativa, así como

también puede generar valorización en determinados sectores los cuales actualmente

son vetados por ciertas personas a raíz de los problemas de movilidad y diseño.

El contar con información clave en el momento que requerimos nos permite tomar

decisiones que impactan directamente el resultado, razón por la cual se resalta esta

parte en el presente proyecto.

Tomar mejores decisiones se refleja directamente en los tiempos de desplazamiento, por

lo que los ciudadanos podrían tener más tiempo para realizar actividades realmente

importantes que mejoren la calidad de vida y la sociedad como tal, por ejemplo si en el

regreso a casa normalmente me demoro 70 minutos en vehículo y tomando una ruta

óptima puedo reducir un 50%, podría dedicar a la educación de mis hijos 35 minutos más

Capítulo 1 5

al día, haciendo actividades recreativas, culturales, en resumen mejorar la calidad de

tiempo con la sociedad.

Día a día el medio ambiente se degrada a velocidad inimaginable, actualmente hay

ciudades que no ven un cielo azul debido al alto grado de contaminación, razón por la

cual es necesario y supremamente importante por salud pública y por el cuidado de las

generaciones que vienen, cuidar al máximo nuestro medio ambiente, este modelo haría

un aporte a la reducción de la contaminación diaria del medio.

El contar con información relevante y centralizada de los diferentes parámetros y

variables, permite a las entidades oficiales realizar estudios y plantear mejoras basado en

análisis de comportamiento y tendencias, y así mismo destinar recursos y generar

proyectos para mejorar la calidad de vida de la ciudad.

Es supremamente importante realizar aportes que mejoren la problemática actual de

tráfico en la ciudad de Bogotá y más aún cuando se pueden utilizar recursos al alcance.

1.2.1 Justificación teórica

Actualmente los problemas cotidianos de la sociedad pueden ser analizados bajo la

visión de diferentes frentes, para este caso se aplican los conocimientos adquiridos

durante la academia para plantear alternativas de solución a un problema tan normal en

muchas ciudades como es el tráfico vehicular. Así, la universidad puede fortalecer su

entorno, mejorar su competitividad y llegar a retribuir en mayor medida a la sociedad

donde se desenvuelve,

Las mismas universidades deben fomentar la investigación entorno a solución de

grandes problemáticas de la sociedad donde el aporte puede ser valioso desde esta

perspectiva. Igualmente no solo el aporte en la investigación, el ir un poco más allá en

caso de detectar ideas innovadoras y que aporten de manera impactante, debe

trascender.

Bajo este marco se clarifica la necesidad urgente de promover y mostrar todas esas

investigaciones en espacios donde se apliquen soluciones y se tomen decisiones,

igualmente orientar las investigaciones hacia las problemáticas más graves de nuestra



sociedad para que los aportes en investigación y desarrollo sean lo más valiosos

posibles.

1.2.2 Justificación Metodológica

El porqué del presente proyecto se puede resumir teniendo en cuenta las siguientes

necesidades:

Identificación de La grave problemática que se presenta actualmente en nuestra

sociedad, la cual desgasta en tiempo, dinero, salud.

Análisis de causas de la problemática para proponer parámetros y variables que se

deban tener en cuenta durante el análisis.

Análisis de situación en otras ciudades con problemática similar o con soluciones

innovadoras o prácticas.

Propuesta de modelo que tenga en cuenta factores que no se deben dejar de lado ya que

influyen en solución.

Propuesta de alternativa de solución sobre los factores que más impactan la

problemática.

1.2.3 Justificación práctica

El modelo propuesto muestra por medio de un modelo y de las propuestas la mejora que

se podría tener en temas de tráfico vehicular, de implementarse alguna o todas, esto está

demostrado en ciudades al alrededor del mundo, ya que esta problemática es común y

hay muchos países que ya han pasado, no hay que inventar la rueda, hay que usar la

rueda, hay que analizar cómo esta rueda encaja en nuestra solución.

El simple hecho de tener visión global o sectorizada del estado del tráfico y poder ajustar

variables remotamente o en sitio, me permite modificar el flujo o establecer alternativas

rápidas.

Capítulo 1 7

1.3 Objetivos

1.3.1 General

Diseñar un modelo de enrutamiento de tráfico vehicular basado en condición y

estado de vías, analizar soluciones implementadas en otras ciudades del mundo con

problemáticas de tráfico similar a la de nuestra ciudad y plasmar la idea general en

un modelo de simulación con software.

1.3.2 Específicos

Realizar estudio de modelos de control de tráfico en ciudades cuyo

problema de movilidad sea similar al de Bogotá, en ciudades cuya cultura

latina se considere parecida, en países donde se haya presentado

problemática de alto tráfico, y en países que posean sistemas de control

de tráfico ejemplares.

Identificar los parámetros y variables que pueden influir directamente en

un desplazamiento de un origen a un destino.

Plantear posibles alternativas que ayuden a mejorar el problema de tráfico

vehicular en la ciudad de Bogotá, basado en soluciones ya implementadas

en otras ciudades del mundo.

Plasmar la idea en una simulación con software que permita visualizar los

beneficios de contar con información clave a la hora de la toma de

decisiones.



1.4 Estructura del proyecto

La primera parte comprende la descripción del proyecto (véase Capítulo 1), la

recopilación general enfocada a la investigación en los que se fundamenta el modelo

propuesto.

La segunda parte muestra el estado del arte y la fundamentación teórica.

La tercera parte del libro presenta la metodología con la que se desarrolló el proyecto.

La cuarta parte del libro corresponde al análisis de la situación actual y las soluciones

implementadas alrededor del mundo, en algunos países

La quinta parte del libro hace presentación del modelo propuesto, y las alternativas de

solución para algunas problemáticas.

La sexta parte explica las pruebas de funcionamiento.

Finalmente se presentan las conclusiones, recomendaciones y se proponen trabajos

adicionales o futuros que se puedan desarrollar para complementar e implementar los

modelos propuestos del proyecto.

.

Capítulo 2. Estado del Arte:

2 Marco teórico

2.1 Algoritmos de Enrutamiento

Para comenzar a describir el algoritmo de enrutamiento utilizado en el desarrollo

de la aplicación, es necesario explicar algunos conceptos básicos de

enrutamiento y tipos de algoritmos de enrutamiento:

2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento

Enrutamiento: mecanismo por medio del cual se selecciona una ruta para que un

“mensaje” llegue de la fuente al destino (1).

Enrutamiento estático y enrutamiento dinámico: Básicamente en comunicaciones

existen dos maneras de enrutar a otros hosts fuera del nodo local y estos son:

utilizando enrutamiento estático o enrutamiento dinámico. Cada método tiene

ventajas e inconvenientes, pero cuando una red crece finalmente el enrutamiento

dinámico es la única manera factible de gestionar la red. Por este motivo se

plantea la necesidad de utilizar protocolos de enrutamiento dinámico en vez de

usar rutas estáticas en todos los nodos. Hay que destacar que el uso de estos

protocolos será transparente al usuario final y será exclusivamente un tema para

los gestores de nodos en caso que el nodo conecte a otros. Desde el punto de

vista del cliente el enrutamiento será resuelto mediante la configuración DHCP

automática cuando el cliente conecta al nodo.



Como no es obligatorio que un nodo conecta a otros, el uso de estos protocolos y

el enrutamiento dinámico no es obligatorio. En algunos casos una ruta estática

puede ser suficiente para realizar una conexión. Para realizar la conexión entre

dos nodos se utilizan rangos de direcciones IP, este tema no se profundizará

debido a que no será aplicado en el presente proyecto.

Debido al gran número de redes que podrían existir dentro de cada grupo, el

enrutamiento entre los distintos nodos será bastante complejo. Para resolver este

problema será necesario utilizar un protocolo de enrutamiento dinámico de tipo

IGP (Interior Gateway Protocols) como RIP (Routing Information Protocol) o

OSPF (Open Shortest Path First), el último siendo un protocolo más complejo y

sofisticado. Si la red de un grupo está compuesta de un número reducido de

nodos se podría contemplar el uso de enrutamiento estático. (1)

El uso del enrutamiento dinámico evitará las modificaciones manuales y

asegurará que la conexión a nuevos nodos sea inmediata en toda la red. Por este

motivo se recomienda su uso cuando sea posible.

Por los mismos motivos elaborados anteriormente con las direcciones IP de los

clientes, el uso de las direcciones IP 172.16.0.0/12 utilizadas para interconectar

los nodos dentro de un grupo wireless NO deben coincidir con direcciones IP

utilizadas por otros grupos wireless. Si esto ocurriera no afectaría al enrutamiento

entre las direcciones IP de los clientes, pero sí imposibilitaría la depuración de

tráfico que se mueva de la red de un grupo a la red de otro, y por lo tanto no se

recomienda en absoluto.

2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento

Enrutamiento = Tomar decisión de qué rutas seguir (entrenar tablas de

enrutamiento)

Capítulo 5 11

Reenvío = Acción que se toma al llegar un paquete

El enrutador hace enrutamiento y reenvío.

El algoritmo de enrutamiento debe ser capaz de manejar cambios de

topología y tráfico en funcionamiento

Necesitamos un punto medio entre eficiencia global y equidad hacia las

conexiones individuales

Podemos optimizar: (1) Retardo medio de los paquetes, (2) máximo de

velocidad de la red, (3) nº de saltos, etc.

Algoritmos no adaptativos = Enrutamiento Estático (Decisiones por

adelantado al arrancar la red)

Algoritmos adaptativos (Decisiones en tiempo real mirando: (1)

Enrutadores adyacentes, (2) cambios de carga, (3) cambios de topología,

(4) métrica usada para optimización)

2.1.2.1 Principio de Optimización

Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente (1) (a) Una subred. (b) El árbol sumidero para el enrutador B



El árbol de descenso o sumidero es el conjunto de rutas óptimas para un

nodo (no único). La métrica usada suele ser el nº de saltos.

La meta de todos los algoritmos de enrutamiento es descubrir y utilizar los

árboles sumideros de todos los enrutadores Si B está en la ruta óptima de

A a C, entonces las rutas óptimas a A a B y de B a C forman la ruta óptima

de A a C.

2.1.2.2 Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra)

La idea es armar un grafo de la subred donde cada nodo representa un

enrutador y cada arco del grafo una línea de comunicación (enlace).

Elegimos rutas en función de la distancia más corta

Métricas: Saltos, distancia física, retardo medio de encolamiento y

transmisión, costo, etc. (1).

Capítulo 5 13

Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente (1)

Los primeros cinco pasos del cálculo de la ruta más corta de A a D. Las flechas

indican el nodo de trabajo

2.1.2.3 Inundación (Flooding)

Cada paquete de entrada se envía por cada una de las líneas de salida,

excepto aquella por la que llegó.

Genera infinitos duplicados. Soluciones:

o Contador de saltos (inicio=tamaño de la subred)

o Registro de los paquetes ya difundidos (nº sec.)

o Inundación selectiva. Sólo enviar por las líneas que van

aproximadamente en la dirección correcta

Usos

o Aplicaciones militares

o Actualizaciones concurrentes de bases de datos

o Redes inalámbricas

Como métrica. Inundación siempre escoge la ruta más corta



2.1.2.4 Enrutamiento por Vector de Distancia

Los algoritmos estáticos no tienen en cuenta la carga actual de la red

Los algoritmos dinámicos “enrutamiento por vector de distancia” (EVD) y

“enrutamiento por estado del enlace” (EEE) son los más comunes

El EVD se usó inicialmente en ARPANET y se conoce como Bellman-Ford.

En Internet tb se usó con el nombre RIP.

Cada enrutador mantiene una tabla que da la mejor distancia conocida a

cada destino y las líneas que se pueden usar. Estas tablas se actualizan

con inf de los vecinos (e.g. ping).

Cada línea contiene: La línea preferida de salida hacia ese destino y una

estimación del tiempo o distancia.

Una vez cada T mseg cada enrutador envía a todos sus vecinos una lista

de sus retardos estimados a cada destino.

Imagine que una de esas tablas acaba de llegar al vecino X, siendo Xi la

estimación de X respecto al tiempo que le toca llegar al enrutador i. Si el

enrutador sabe que el retardo de X es de m mseg también sabe que puede

llegar al enrutador i a través de X en (Xi + m) mseg

Capítulo 5 15

Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente (1)

(a) A subnet. (b) Input from A, I, H, K, and the new routing table for J.

Suponga que J ha medido el retardo de sus vecinos A, I, H y K en 8, 10, 12 y 6

mseg

El problema de la cuenta hasta infinito



Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente (1)

En la práctica aunque llega a la respuesta correcta, podría hacerlo lentamente

El EVD reacciona con rapidez a las buenas noticias y lentamente a las

malas.

En (a) vemos cómo evolucionan las tablas después de activar el nodo A.

En (b) vemos cómo se produce el problema de la cuenta a infinito cuando

A se apaga inesperadamente.

El problema consiste en que cuando X indica a Y que tiene una ruta en

algún lugar, Y no tiene forma de saber si él mismo está en la ruta.

2.1.2.5 Enrutamiento por Estado del Enlace(1)

E.g. OSPF de Internet

Enrutamiento por Vector de Distancia se usó en ARPANET hasta 1979 y

luego se reemplazó por el estado del enlace.

Problemas del EVD:

o La métrica no tenía en cuenta el ancho de banda del canal

o El algoritmo tardaba en converger (cuenta a infinito).

Cada enrutador debe:

o Descubrir a sus vecinos y conocer sus direcciones de red

o Medir el retardo o costo para cada uno de sus vecinos

o Construir un paquete que indique todo lo que acaba de aprender

o Enviar este paquete a todos los demás enrutadores

o Calcular la ruta más corta a todos los demás enrutadores

o Todos los retardos se miden experimentalmente y se distribuyen a

cada enrutador.

Capítulo 5 17

Luego puede usarse Dijkstra para encontrar la ruta más corta a los demás

enrutadores.

Conocimiento de los Vecinos

Envía paquete HELLO a cada línea punto a punto.

Los nombres de enrutadores deben ser globalmente únicos

Cuando se conectan 2 o más enrutadores por una LAN podemos modelar

la LAN como un nodo.

Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente (1)

(a) Nueve enrutadores y una LAN. (b) Modelo de grafo de (a).

Medición del costo de la línea

Envía paquete ECHO y el receptor debe devolverlo inmediatamente. Se

usa el tiempo medio de retardo de ida y vuelta.

Podemos considerar la carga media de una línea en la métrica. Nos

interesa usar líneas con igual ancho de banda y menor carga.

Si usamos la carga en la métrica puede producir oscilaciones.



Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente (1)

(e.g. Oscilaciones) Subred en la que la zona Este y Oeste están conectadas por 2

únicas líneas

Construcción de los paquetes del estado del enlace

El paquete tiene: (1) identidad del emisor, (2) Nº de secuencia, (3) Edad, y

(4) lista de vecinos.

Podemos construir los paquetes periódicamente, cuando se caiga o se

reactive una línea, o cuando se produzca un cambio en las propiedades de

un vecino.

Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente (1)

(a) Subred. (b) Paquetes de estado del enlace para esta subred

Distribución de los paquetes de estado del enlace

Capítulo 5 19

La distribución confiable supone evitar inconsistencias entre tablas

mientras se distribuyen los paquetes de estado.

Utilizamos inundación controlada con reconocimientos

Cada paquete lleva un campo Edad que al llegar a “0” descarta el paquete

en el enrutador actual.

En la figura el paquete de estado del enlace de A llegó directamente, por lo

que debe enviarse a C y F, y debe confirmarse la recepción a A, como

muestran los bits de bandera.

El buffer de paquetes para el enrutador B de la figura anterior

Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente (1)

2.1.2.6 Enrutamiento Jerárquico (1)

Si la red crece mucho no será factible que cada enrutador tenga una

entrada a cada uno de los otros enrutadores. Se necesita enrutamiento

jerárquico por regiones (e.g. red telefónica).

La ganancia de espacio de tabla supone longitudes de ruta mayores. Se ha

demostrado que el aumento de la longitud media efectiva de la ruta

causado por el enrutamiento jerárquico es tan pequeño que por lo general

se puede considerar aceptable.



Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente (1)

2.1.2.7 Enrutamiento por Difusión (Broadcast)

Modos de implementarla:

Enviar un paquete para cada host (desperdicia ancho de banda y supone

conocer todos los hosts destino).

Inundación (genera demasiados paquetes y consume demasiado ancho de

banda).

Enrutamiento multidestino (lista de destinos en la cabecera)

Por árbol de expansión (copiar los paquetes por los nodos del árbol de

expansión excepto por el que llego. Ahorra ancho de banda)

Reenvío por ruta invertida (Si el paquete llega por la línea normal [e.g.

árbol de expansión] se envía por todas la salidas, sino, se descarta). Es

eficiente, fácil de implementar, no requiere conocer los árboles de

expansión

Capítulo 5 21

Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente (1)

Reenvío por ruta invertida. (a) Subred. (b) Árbol sumidero. (c) Árbol construido

mediante reenvío por ruta invertida

2.1.2.8 Enrutamiento por Multidifusión (Multicast)

Mensajes a grupos bien definidos de tamaño grande (multidifusión).

Los enrutadores aprenden qué hosts pertenecen a los grupos

Cada enrutador calcula un árbol de expansión que cubre a todos los

demás enrutadores de la subred.

Cuando un proceso envía un paquete de multidifusión a un grupo, el primer

enrutador examina su árbol de expansión y lo recorta, eliminando todas las

líneas que conduzcan a hosts que no sean miembros del grupo.



Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1)

(a) Subred. (b) Árbol de expansión del enrutador del extremo izquierdo. (c) Árbol

de multidifusión del grupo 1. (d) Árbol de multidifusión del grupo 2.

2.2 OSPF (2)

2.2.1 Introducción

El protocolo Open Shortest Path First (OSPF) que se define en RFC 2328 es

un Protocolo de gateway interior que se usa para distribuir información de

enrutamiento dentro de un sistema autónomo único. Este artículo analiza el

funcionamiento de OSPF y la forma en que se puede usar para diseñar y

construir las complejas redes de gran tamaño de hoy en día. (2)

http://www.ietf.org/rfc/rfc2328.txt

Capítulo 5 23

2.2.2 Antecedentes

El protocolo OSPF se desarrolló a partir de una necesidad en la comunidad de

Internet de introducir un Protocolo de gateway interior (IGP) no propietario y de

alta funcionalidad para la familia de protocolos TCP/IP. La discusión sobre la

creación de un IGP común interoperable para Internet comenzó en 1988 y no se

formalizó hasta 1991. En aquel momento, el grupo de trabajo OSPF solicitó que

OSPF se considerara un avance para el estándar de Internet de borrador.

El protocolo OSPF se basa en tecnología de estado de enlace, la cual es una

desviación del algoritmo basado en el vector Bellman-Ford que se usa en los

protocolos tradicionales de enrutamiento de Internet, como por ejemplo, RIP.

OSPF ha introducido conceptos nuevos, por ejemplo, la autenticación de

actualizaciones de enrutamiento, máscaras de subred de longitud variable

(VLSM), resumen de ruta, etc.

En los siguientes capítulos, se tratará la terminología OSPF, el algoritmo y las

ventajas y desventajas del protocolo en el diseño de las complejas redes de gran

tamaño de hoy en día. (2)

El OSPF, por otra parte, direcciona la mayoría de los problemas que se

presentaron anteriormente:

• Con OSPF, no hay limitación para el conteo de saltos.

• El uso inteligente de VLSM es de gran utilidad a la hora de realizar la

asignación de direcciones IP.

• OSPF utiliza la multidifusión IP para enviar actualizaciones de estado de

enlace. Esto garantiza un menor procesamiento en los routers que no

están a la escucha de paquetes OSPF. Además, las actualizaciones sólo

se envían en caso de cambios de enrutamiento y no de manera periódica.

Esto garantiza un mejor uso del ancho de banda.

• OSPF tiene mejor convergencia que RIP. Esto se debe a que los cambios en el

enrutamiento se propagan de forma instantánea y no periódica.



• OSPF permite un mejor balance de carga.

• OSPF permite una definición lógica de redes en las que los routers se pueden

dividir en áreas. De este modo, se limita la explosión de actualizaciones de

estado de enlace en toda la red, además de proporcionar un mecanismo

para agregar rutas y reducir la propagación innecesaria de información de

subred.

• OSPF permite la autenticación de enrutamiento a través de distintos métodos

de autenticación de contraseñas.

• OSPF permite la transferencia y el etiquetado de rutas externas inyectadas en

un sistema autónomo. De este modo, se realiza un seguimiento de las

rutas externas inyectadas por protocolos exteriores como BGP.

Esto, por supuesto, llevaría a una mayor complejidad en la configuración y en la

solución de problemas de las redes OSPF. Los administradores acostumbrados a

la simplicidad de RIP se enfrentarán a algunos desafíos con la cantidad de

información nueva que deben reconocer a fin de mantenerse actualizados con las

redes OSPF. Además, esto generará una mayor sobrecarga en la asignación de

memoria y utilización de la CPU. Es posible que sea necesario actualizar algunos

de los routers que ejecutan RIP para administrar la sobrecarga que produce

OSPF. (2)

¿Qué queremos decir con estados de enlace?

OSPF es un protocolo de estado de enlace. Un enlace se puede considerar como

una interfaz en el router. El estado del enlace ofrece una descripción de esa

interfaz y de su relación con los routers vecinos. Una descripción de la interfaz

incluiría, por ejemplo, la dirección IP de la interfaz, la máscara, el tipo de red a la

que se conecta, los routers conectados a dicha red, etc. La agrupación de todos

estos estados de enlace formaría una base de datos de estados de enlace. (2)

2.2.3 Algoritmo del estado de enlace

OSPF usa un algoritmo de estado de enlace para generar y calcular el trayecto

Capítulo 5 25

más corto a todos los destinos conocidos. El algoritmo en sí mismo es bastante

complicado. A continuación se ofrece una forma simplificada de nivel muy

elevado para analizar los diversos pasos del algoritmo:

• Durante la inicialización, o bien cuando se produce algún cambio en la

información de enrutamiento, un router generará un anuncio de estado de

enlace. Este anuncio representará la agrupación de todos estos estados de

enlace en dicho router.

• Todos los routers intercambiarán estados de enlace mediante la inundación.

Cada router que recibe una actualización de estado de enlace debe

almacenar una copia de su base de datos de estados de enlace y luego

propagar la actualización a otros routers.

• Una vez que la base de datos de cada router está completa, el router calculará

un árbol de trayecto más corto a todos los destinos. Para ello, el router

utiliza el algoritmo Dijkstra. Los destinos, el costo asociado y el siguiente

salto (next hop) para alcanzar dichos destinos formarán la tabla de IP

Routing.

• En caso de que no se produzcan cambios en la red OSPF, por ejemplo, el costo

de un enlace o bien la adición o eliminación de una red, OSPF debería

permanecer muy tranquilo. Los cambios que se produzcan se comunicarán

a través de paquetes de estado de enlace y se volverá a calcular el

algoritmo Dijkstra para encontrar el trayecto más corto.

2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto

El trayecto más corto se calcula con el algoritmo Dijkstra. El algoritmo coloca

cada router en la raíz de un árbol y calcula el trayecto más corto a cada destino

en función del costo acumulado requerido para alcanzar dicho destino. Cada

router dispondrá de su propia vista de la topología, a pesar de que todos los

routers crearán un árbol de trayecto más corto con la misma base de datos de

estados de enlace. Las secciones siguientes indican que comprende la creación



de un árbol de trayecto más corto. (2)

2.2.5 Costo de OSPF

El costo (también llamado métrica) de una interfaz en OSPF es una indicación de

la sobrecarga requerida para enviar paquetes a través de una interfaz específica.

El costo de una interfaz es inversamente proporcional al ancho de banda de dicha

interfaz. Un mayor ancho de banda indica un menor costo. El cruce de una línea

serial de 56k implica una mayor sobrecarga (costo mayor) y más retrasos de

tiempo que el cruce de una línea Ethernet de 10M. La fórmula que se usa para

calcular el costo es:

• costo = 10000 0000/banda de ancha en bps

Por ejemplo, cruzar una línea Ethernet de 10M costará 10 EXP8/10 EXP7 = 10 y

cruzar una línea T1 costará 10 EXP8/1544000 = 64.

De forma predeterminada, el costo de una interfaz se calcula en función del

ancho de banda; es posible forzar el costo de una interfaz con el comando de

modo de subconfiguración de interfaz ip ospf cost <value>.

2.2.6 Árbol de trayecto más corto

Suponga que tenemos el siguiente diagrama de red con los costos de interfaz

indicados. Para crear el árbol de trayecto más corto para RTA, se debe convertir

a RTA en la raíz del árbol y se debe calcular el menor costo para cada destino. (2)

Capítulo 5 27

Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente (2)

Arriba se muestra la vista de la red tal como se ve desde RTA. Observe la

dirección de las flechas al calcular el costo. Por ejemplo, el costo de la interfaz de

RTB para la red 128.213.0.0 no es pertinente cuando se calcula el costo para

192.213.11.0. RTA puede llegar a 192.213.11.0 a través de RTB con un costo de

15 (10+5). RTA también puede llegar a 222.211.10.0 a través de RTC con un

costo de 20 (10+10) o a través de RTB con un costo de 20 (10+5+5). En el caso

de que existan trayectos de igual costo para el mismo destino, la implementación

de Cisco de OSPF realizará un seguimiento de los siguientes seis saltos (next

hop) al mismo destino.

Después de que el router cree el árbol de trayecto más corto, comenzará a



generar la tabla de enrutamiento según corresponda. Las redes conectadas

directamente se alcanzarán por medio de una métrica (costo) 0 y otras redes se

alcanzarán según el costo calculado en el árbol.

2.2.7 Routers de área y de borde

Como se mencionó anteriormente, OSPF utiliza la inundación para intercambiar

las actualizaciones de estado de enlace entre los routers. Cualquier cambio en la

información de enrutamiento se distribuye en forma de inundación a todos los

routers en la red. Las áreas se introducen para establecer un límite en la

explosión de actualizaciones de estado de enlace. La inundación y el cálculo del

algoritmo Dijkstra en un router están limitados a los cambios dentro de un área.

Todos los routers dentro de un área disponen de exactamente la base de datos

de estados de enlace. Los routers que corresponden a varias áreas y que

conectan dichas áreas al área de estructura básica se denominan routers de

borde de área (ABR). Por lo tanto, los ABR deben conservar información que

describa las áreas de estructura básica y las otras áreas conectadas. (2)

Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente (2)

Capítulo 5 29

Un área es específica de la interfaz. Un router que tiene todas sus interfaces

dentro de la misma área se denomina router interno (IR). Un router que tiene

interfaces en varias áreas se denomina router de borde (ABR). Los routers que

actúan como gateways (redistribución) entre los protocolos OSPF y otros

protocolos de enrutamiento (IGRP, EIGRP, IS-IS, RIP, BGP, estático) u otras

instancias del proceso de enrutamiento OSPF se denominan routers del límite del

sistema autónomo (ASBR). Cualquier router puede ser un ABR o un ASBR. (2)

2.2.8 Paquetes de estado de enlace

Existen diferentes tipos de paquetes de estado de enlace, que son los que

generalmente se ven en una base de datos OSPF (Apéndice A). El siguiente

diagrama muestra los diferentes tipos:



Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2)

Como se mencionó anteriormente, los enlaces del router son una indicación del

estado de las interfaces en un router que pertenece a un área determinada. Cada

router generará un enlace de router para todas sus interfaces. Los enlaces de

resumen se generan mediante routers ABR; es así como la información de

alcance de la red se disemina en las diferentes áreas. Por lo general, toda la

información se inyecta en la estructura básica (área 0) y ésta la pasará a otras

áreas. Los ABR se ocupan también de propagar el alcance de ASBR. Así es

como los routers saben la forma de llegar a rutas externas en otros AS. (2)

Los enlaces de redes se generan mediante un router designado (DR) en un

Capítulo 5 31

segmento (los DR serán tratados más adelante). Esta información es una

indicación de todos los routers conectados a un segmento de acceso múltiple en

particular como, por ejemplo, Ethernet, Token Ring y FDDI (también NBMA).

Los enlaces externos indican redes fuera de AS. Estas redes se inyectan en

OSPF mediante la redistribución. El ASBR está a cargo de inyectar estas rutas en

un sistema autónomo. (2)

2.3 CONGESTION VEHICULAR (3)

El uso popular y la definición según el diccionario La palabra “congestión” se

utiliza frecuentemente en el contexto del tránsito vehicular, tanto por técnicos

como por los ciudadanos en general. El diccionario de la Lengua Española (Real

Academia Española, 2001) la define como “acción y efecto de congestionar o

congestionarse”, en tanto que “congestionar” significa “obstruir o entorpecer el

paso, la circulación o el movimiento de algo”, que en nuestro caso es el tránsito

vehicular.

Habitualmente se entiende como la condición en que existen muchos vehículos

circulando y cada uno de ellos avanza lenta e irregularmente. Estas definiciones

son de carácter subjetivo y no conllevan una precisión suficiente. (3)

Explicación técnica(3)

La causa fundamental de la congestión es la fricción entre los vehículos en el flujo

de tránsito. Hasta un cierto nivel de tránsito, los vehículos pueden circular a una

velocidad relativamente libre, determinada por los límites de velocidad, la

frecuencia de las intersecciones, etc. Sin embargo, a volúmenes mayores, cada

vehículo adicional estorba el desplazamiento de los demás,es decir, comienza el

fenómeno de la congestión. Entonces, una posible definición objetiva sería: “La

congestión es la condición que prevalece si la introducción de un vehículo en un



flujo de tránsito aumenta el tiempo de circulación de los demás”. A medida que

aumenta el tránsito, se reducen cada vez más fuertemente las velocidades de

circulación. El gráfico 1 presenta, mediante la función t=f(q), el tiempo (t)

necesario para transitar por una calle, a diferentes volúmenes de tránsito (q). (3)

La otra curva, δ(qt)/δq=t+qf ’(q),se deriva de la anterior. La diferencia entre ambas

curvas representa, para cualquier volumen de tránsito (q),el aumento del tiempo de

viaje de los introducción del vehículo adicional. Puede observarse que las dos curvas

coinciden hasta el nivel de tránsito Oq0; hasta allí, el cambio en el tiempo de viaje de

todos los vehículos es simple mente el tiempo empleado por el que se incorpora,

porque los demás pueden seguir circulando a la misma velocidad que antes. Por

el contrario, de ahí en adelante, las dos funciones divergen, estando δ(qt)/δqpor

arriba de t.Eso significa que cada vehículo que ingresa experimenta su propia

demora, pero simultáneamente aumenta la demora de todos los demás que ya

están circulando. En consecuencia, el usuario individual percibe sólo parte de la

congestión que causa, recayendo el resto en los demás vehículos que forman

parte del flujo de ese momento. En el lenguaje especializado se dice que los

usuarios perciben los costos medios privados, pero no los costos marginales

sociales.

Capítulo 5 33

Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3)

En estricto rigor, los usuarios tampoco tienen una acabada noción de los costos

medios privados, puesto que, por ejemplo, pocos automovilistas tienen una idea

clara de cuánto les cuesta realizar un viaje adicional, en términos de

mantenimiento, desgaste de neumáticos, etc. Por otra parte, sí perciben los

costos cargados por el gobierno particularmente el impuesto sobre los

combustibles—, que son simples transferencias del automovilista al Estado, todo

lo cual distorsiona su forma de tomar decisiones. (3)



3. Capítulo 3. Metodología

Para llevar a cabo el objetivo del proyecto se hace necesario primero que toda analizar la

problemática que se presenta tanto en nuestra ciudad como en diferentes ciudades

alrededor del mundo, así como también que tipos de solución han dado a esta

problemática, la revisión del estado del arte en las diferentes ciudades tanto las que han

logrado mejoría, como las que tienen planes en desarrollo con la expectativa de ver

materializados los resultados, posteriormente se formula y se implementó la metodología

de solución del modelo propuesto para lo cual se estudia la teoría de tipos, técnicas,

modelos, clases de enrutamiento para finalmente estudiar el protocolo de enrutamiento

OSPF, para el objeto del presente trabajo se revisa a profundidad las principales

características para asemejar la propuesta del modelo a estas características tomando

las mejores prácticas para aplicar en el diseño del algoritmo de enrutamiento.

Con este método se propone un modelo prototipo como alternativa parcial de solución

sobre el problema de trafico que se presenta en la ciudad, seleccionando variables a

tener en cuenta que influyen directamente en el resultado de la toma de una decisión,

orientado a valorar y colocar un peso a cada una de estas variables y a través de la

propuesta formular la forma de determinar la mejor ruta en cuanto a costo, teniendo en

cuenta la distancia, el estado, la velocidad promedio, capacidad, eventos.

Para lograr este objetivo se deben realizar varias pruebas y validar la solución

encontrada con el propósito de conocer si la metodología desarrollada es adecuada y

presenta resultados de buena calidad. El desarrollo metodológico está dividido en seis

fases, las cuales describen el desarrollo del proyecto por medio de los subitems. A

continuación se mostraran las fases y su subdivisión.

FASE I: Diagnostico del Problema

Contexto del Problema.

Determinar los Objetivos a alcanzar.

FASE II: Identificación de un Modelo Matemático

Definir una estrategia matemática para solución.

Capítulo 5 35

Definir Parámetros y Variables a tener en cuenta.

Determinar la Función Objetivo.

Determinar las restricciones.

Determinar los algoritmos que faciliten la solución del problema.

FASE III: Obtención de una Solución a partir del Modelo

Diseñar un algoritmo basado en protocolos de enrutamiento de redes de datos que

solucione el problema en tiempos y costo utilizando un lenguaje de programación

apropiado, de tal manera que se pueda desarrollar un protocolo que muestre su

funcionalidad.

FASE IV: Prueba del Modelo de solución.

Adicionar diferentes restricciones al problema de enrutamiento de vehículos.

Examinar de manera exhaustiva que todas restricciones del modelo se estén cumpliendo.

FASE V: Validación de la Metodología de Solución

Proponer un análisis que muestre matemáticamente la mejora de la propuesta del

modelo, donde se observe mejoría en los resultados del modelo versus la situación

actual.



4. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual

4.1 Situación Actual

Actualmente para la toma de decisiones respecto a las rutas a tomar de un origen hasta

un destino se depende de algunas herramientas, medios de comunicación, noticias en

internet, reportes de estado de tráfico, y algunas herramientas que se consultan por el

plan de datos como es el waze, de todas estas casi que se puede decir que la única

oportuna podría ser el waze, oportuna pero no formal, se considera que trabaja casi en

línea, pero se desconoce la confiabilidad de la información allí contenida, ya que las

personas que almacenan puede que no lo realicen con la formalidad y seriedad que

corresponde, entonces tomamos rutas que conocemos basado en nuestra experiencia

diaria, y salimos a experimentar, en caso de encontrar situaciones inesperadas que

afectan la fluidez, simplemente tenemos dos opciones, tomar ruta alterna o continuar en

la misma en caso de ya haber quedado encerrados. Ocasionalmente la noticia de algún

accidente, obra, o situación particular, llega oportuna, pero es muy ocasional, por medios

de comunicación normalmente no dan este tipo de noticias en línea ni continuamente, y

no es común buscar en las páginas de internet la condición de determinada vía antes de

tomarla.

Siendo así solo salimos a la deriva a experimentar y ver cómo nos va. Si tuviéramos

más herramientas que suministraran información oportuna y confiable para tomar

decisiones más acertadas, sería de gran valor, igualmente si una herramienta me

suministra información de rutas alternas, confiables y basadas en información

actualizada.

Por otro lado poder llegar a definir un plan de gestión de movilidad integral para la ciudad

es necesario para mejorar, cada día que pasa, la congestión aumenta, al igual que los

tiempos de desplazamiento, por lo que se hace muy necesario rápidamente tomar el

Capítulo 5 37

control y dedicar tiempo para plantear propuestas de soluciones, en la secretaría de

movilidad se puede consultar el plan maestro de movilidad para Bogotá,

pero al revisarlo y compararlo con planes de desarrollo de otras ciudades se evidencia

que podemos incluir más propuestas, que complementarían y darían una solución más

integral.

Para llegar al nivel de ciudades avanzadas, nos falta dedicación, esfuerzo, cambio de

cultura, mejora en medios masivos y otras, algunas ciudades de Europa se han

concentrado en mejorar la infraestructura, vías, normas y seguridad para medios de

transporte alternos no motorizados. Lo cual motiva al uso disciplinado de la bicicleta, los

patines, y otros. Esta estrategia la combinan con reducción de espacios para parquear,

altos costos en el parqueo y estricto cumplimiento de normas, lo cual logra resultados

efectivos. Estas estrategias por ejemplo son aplicadas en varias ciudades de Holanda.

La información recopilada sobre el estado actual de nuestra problemática y las diferentes

soluciones dadas en otras ciudades alrededor del mundo, nos muestran entonces una

serie de propuestas que aplicarían en nuestra ciudad como alternativas de solución, lo

que se concluye es que la solución a la problemática del tráfico en una ciudad, sea esta o

cualquier otra, no está dada por un plan que trabaje sobre una de las propuestas,

realmente la solución debe ser integral y a largo plazo, varios años, continuidad en la

ejecución de planes entre gobierno y gobierno, la propuesta del algoritmo de ruta óptima

es solo una parte que mitiga un poco la parte de la falta de información y propone ruta

basada en del estado de los parámetros y variables.

4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo

Se recopilan y organizan las siguientes propuestas que aplican en nuestra ciudad

y que han dado resultado en otras ciudades,



Tabla 20 Matriz resumen soluciones implementadas en algunas ciudades

alrededor del mundo. Fuente: Documentación consultada, la matriz se genera

como parte de las conclusiones del proyecto.

Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan integral de movilidad para la ciudad de Bogotá

No.

Solución Aplica Bogotá SI

/NO

1 Sistema de monitoreo general del tráfico (obras, huecos, accidentes, semáforos, varados, sobresaltos, etc.)

SI

2 Control de red de semaforización en línea SI

3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado) SI

4 Berma para rápido despeje ante situaciones SI

5 Patrullas de apoyo y control por sectores SI

6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción SI

7 Señales móviles SI

8 Sistemas de información en línea SI

9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente SI

10 Uso de medios alternos de transporte SI

11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías ) SI

12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles. SI

13 Estimular empresas a trabajo remoto o cerca al lugar de residencia

SI

14 Mayor control al cumplimiento de normas, y seriedad en penalizaciones.

SI

15 Mayor educación al conductor y peatón SI

16 Salida de vehículos en mal estado (deben ser limpios, eficientes, silenciosos, seguros)

SI

17 Marcación y Uso de vías alternas SI

18 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias SI

19 Planes de contingencia ante situaciones extremas para enrutamiento en vías principales

SI

20 Planes de contingencia ante situaciones extremas para rápida acción ante accidentes

SI

21 Estimular uso de medios masivos de transporte (comodidad, calidad, facilidad, seguridad, economía, tiempo)

SI

22 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable ) SI

23 Adaptación del sistema de carga de acuerdo a la necesidad por horario

SI

24 Información en línea para los conductores antes de tomar vías y reporte continuo sobre variaciones sugeridas

SI

25 Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta, bicicleta, vehículo, medios de transporte)

SI

Capítulo 5 39

(infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)

26 Promover y motivar el uso optimizado de los vehículos (redes de amigos confiables)

SI

27 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel SI

28 Y los que viven fuera de Bogotá..? (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)

SI

29 Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales

SI

30 Ampliación de vías (ya identificadas como generadoras de embotellamientos por su diseño)

SI

Tabla 1 - Resumen soluciones implementadas que aplican a Bogotá

Mas detalles ver en Anexo 1.

NUMERAL TITULO Pagina

4.1 Actualidad 2

4.2 Estado del tráfico en diferentes ciudades alrededor del mundo 2

4.3 Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo. 3

4.4 SITUACION EN MOSCU 6

4.5 RIO DE JAINERO 9

4.6 CIUDAD DE MEXICO 10

4.7 SAO PAULO 11

4.8 IRLANDA: 14

4.9 LONDRES-INGLATERRA 20

4.10 BRUSELAS-BELGICA 22

4.11 LOS ANGELES CALIFORNIA: 24

4.12 PARIS-FRANCIA: 27

4.13 PLANES INTEGRALES DE MOVILIDAD – LINEAMIENTOS PARA UNA MOVILIDAD URBANA SUSTENTABLE – MEXICO (17)

28

4.14 Curitiba, Brasil 33

4.15 Francia 35

4.16 PLAN INTEGRAL DE MOVILIDAD SANTIAGO DE CHILE 36

4.17 Que pasa en el Salvador 40

4.18 Estado del arte Tecnologías para control de tráfico 44

4.19 Soluciones en Sevilla España 47

4.20 Solución 49



4.21 Sistemas de transporte Inteligente Canadá, Estado Unidos 52

4.22 SOLUCIONES DE ENRUTAMIENTO IMPLEMENTADAS O EN ESTUDIO EN DIFERENTES CIUDADES ALREDEDOR DEL MUNDO

54

4.23 Modelos para un mejor ruteo vehicular – MEXICO 73

4.24 OTRAS PROPUESTAS EN MEXICO 80

4.25 PROPUESTA SEVILLA ESPAÑA 93

4.26 Evaluación de Protocolos de Encaminamiento Para Redes Vehiculares (VANET)

101

4.27 REDES VANET 107

4.28 MODELOS DE MOVILIDAD 120

4.29 CIUDADES INTELIGENTES 132

4.30 VEHICULOS COMPARTIDOS – CIUDAD DE MEXICO 138

Capítulo 5 41

5. Capítulo 5. Modelo Propuesto

Basado en el funcionamiento de los protocolos de enrutamiento se plantea lo

siguiente para el modelo propuesto:

Teniendo en cuenta que el modelo de tráfico es variable ya que tiene múltiples

aspectos que condicionan, se analizan los tipos de enrutamiento, encontrando

que el tipo dinámico es el más apropiado, ya que aplican al manejo de tráfico

vehicular el cual posee múltiples aspectos que hacen variar su flujo. Tipo estático

no aplica ya que necesitamos hacer comparaciones del estado de cada tramo

sobre la maya vial para determinar la mejor ruta, si y solo si hay un solo camino

entre el origen y el destino podría aplicar un enrutamiento de tipo estático.

Teniendo en cuenta que se definió una maya vial segmentada en tramos y cada

tramo tiene una medida dentro de sus múltiples características, se determina que

la Clase de protocolo que aplica para el modelo es el estado de enlace ya que

se pretende analizar el estado de diversas variables dando un costo, el cual se

calcula teniendo en cuenta el estado de dichas variables en un momento

determinado, vector distancia no aplica ya que su característica es escogerla ruta

más corta, es decir la que menos saltos tiene, y para el modelo propuesto la

métrica de distancia es tan solo una de las variables a tener en cuenta,

igualmente el hibrido tampoco aplica por la misma razón, se debe tener en cuenta

cómo influye el estado de cada una de las variables.

Para el proyecto fueron definidas las Métricas para el costo de la ruta, basado en

la teoría de enrutamiento, a continuación se muestra la relación entre la teoría y la

definición realizada en el modelo de enrutamiento propuesto

1. Ancho de banda – bandwidth - Cantidad de carriles y velocidad promedio

2. Delay – retardo –semáforos en la vía, estado de vía y obstáculos



3. Load – carga - Cantidad de vehículos, velocidad promedio

4. Reability – confiabilidad – estado de vía

5. Hop count – saltos **** Protocolos vector distancia.. – distancia del tramo

6. Cost - formula que da la métrica del tramo

Respecto a los tipos de protocolos si son classful o classless, para el modelo

propuesto no aplicaría, por el tipo de malla vial contemplada.

5.1. COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DEL ALGORITMO EN EL

MODELO

Tenemos una malla vial seleccionada para el prototipo la cual consta de algunas

carreras y algunas calles principales, las intersecciones entre estas se asemejan

a los nodos en redes de datos, entre nodo y nodo habrá un tramo con una métrica

determinada basada en la aplicación de la formula la cual toma cada una de las

variables y las convierte en números para poder calcular un valor por tramo.

Cada tramo consta de dos orientaciones; sur a norte y norte a sur,

Ilustración 16- Ejemplo dos nodos sencillos – Fuente: propia

y cada nodo será la intersección entre calles y carreras

Nodo A ej

Nodo B ej

Carrera 30 N-S

Carrera 30 S-N

Capítulo 5 43

Ilustración 17- Ejemplo dos nodos sencillos con tramos – Fuente: propia

Maya vial seleccionada para el prototipo del modelo consta de 33 nodos y 44

tramos, los cuales se detallan en el anexo 2.

Ilustración 18- Malla vial – Fuente: propia

Nodo A Calle53 –

Carrera 30

Nodo B Calle26-

Carrera30

Carrera 30 N-S

Carrera 30 S-N

Calle 53 Occ-Ori

Calle 53 Ori-Occ

Calle 26 Occ-Ori

Calle 26 Ori-Occ



Tabla 12- Puntajes eventos – Fuente: propia

Las variables seleccionadas para calcular la métrica fueron seleccionadas basado

en el análisis realizado al protocolo OSPF:

1. V1 - Cantidad de carriles

2. V2 - Velocidad promedio

3. V3 - Cantidad semáforos por tramo

4. V4 - Estado de vía

5. V5 - Cantidad de vehículos,

6. V6 - Velocidad promedio

7. V7 - Distancia del tramo

En la base de datos se encontrará un valor para cada una de estas variables por

tramo, se definieron unos valores a cada estado de cada variable, siendo los de

menor valor los menos convenientes y los de mayor valor los mejores calificados,

esto para cada una de las variables, para los casos donde algunas variables

presentan condiciones que imposibilitan el uso de un tramo en particular, se

asigna un valor cero y este tramo es vetado, es decir cualquier tramo que tenga

un valor cero en cualquiera de sus variables, es un tramo no recomendado, y no

se usará.

A continuación se describen los valores de las variables, donde se verán valores

de máximo 7 y de mínimo -3, estos valores fueron asignados teniendo en cuenta

la condición de la variables, vemos que la mejor condición tendrá puntuación alta,

mientras condiciones que de alguna manera pueden generar situación difícil

tendrán un valor negativo de hasta -3, y asignación cero cuando se imposibilita el

uso de un tramo;

Tipo Evento Observación Puntaje Observaciones Puntaje

Contraflujo SI 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Capítulo 5 45

Tabla 2- Puntaje eventos

NO 2 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Estado

Excelente 4 Tiene el mejor puntaje

Bueno 3 Tiene puntaje bueno pero no es el mejor

Regular 2 Tiene puntaje bajo

Malo 1 Tiene puntaje muy bajo

Imposible 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Obstáculo

PUNTAJE 1

SI NO

Varado -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Obra Civil -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Choque -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Congestión -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Reten -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Daño semáforo -3 Puntaje bajo por obstaculizar vía

vía cerrada 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Velocidad

0 a 5 -1 Tramo vetado – pero puede recomendarse ruta

5 a 15 1 Puntaje bajo por baja velocidad

15 a 30 3 Puntaje medio por velocidad media

30 a 60 5 Puntaje alto por máxima velocidad

Semáforos

0 3 Puntaje alto por no tener semáforos

1 2 Puntaje medio por pocos semáforos

2 1 Puntaje bajo por muchos semáforos

3 o mas -1 Puntaje nulo por tener demasiados semáforos

Carriles

1 1 Puntaje malo por vía de un solo carril

2 2 Puntaje medio por 2 carriles

3 3 Buen puntaje por 3 carriles

4 4 Excelente puntaje por ser autopista



Longitud vía

1 7 Excelente puntaje por tramo corto



4 4 Buen puntaje por tramo medio


6 2 Puntaje bajo por larga distancia

7 1 Puntaje malo por larga distancia



La fórmula para calcular la métrica de un tramo consta de la sumatoria de los

valores asignados en cada variable en el momento del cálculo,

Aplicando esta fórmula se obtiene el costo de un tramo especifico. El costo de una ruta a, corresponde a la sumatoria de los valores obtenidos en costo tramo a través de toda su ruta, desde el punto origen hasta el punto destino según la formula definida a continuación:

Quedando la formula general para determinar el costo de una ruta de la siguiente manera:

Para la ruta a se suma el costo de cada uno de los tramos que se encuentran entre el origen y el destino, dando un costo general de ruta, y cada costo de tramo consta de la sumatoria de los valores de cada variable.

Funcionalidad del algoritmo:

Capítulo 5 47

Se requiere ir desde un nodo A hasta un nodo F, siendo A la carrera 7 con calle

170 y B la autopista con calle 127.

Ilustración 19- Muestra Malla – Fuente: propia



Ilustración 20- ejemplo diagrama nodos-tramos-orientación Fuente: propia

Nodo A – Carrera 7 con Calle 170

Nodo B – Carrera 7 con calle 134

Nodo C – Carrera 7 con calle 127

Nodo D – Autopista con calle 170

Nodo E – Autopista con calle 134

Nodo F – Autopista con calle 127

Asignamos valores a los tramos 14 tramos del ejemplo en sus 7 variables de la

siguiente manera:

Tipo via Nombre

Via

Sentido

Circula

ción

Inicio

tramo

Fin

tramo

PARAMET

RO

CONTRAF

LUJO

PARAM

ETRO

ESTADO

VIA

PARAME

TRO

OBSTAC

ULO 1

VARADO

PARAM

ETRO

VELOCI

DAD

PARAME

TRO

SEMAFO

ROS

PARAME

TRO

CARRILE

S

PARAM

ETRO

LONGIT

UD

VIAS

Carrera 7 N-S 134 170 1 4 0 4 1 3 3

Carrera 7 N-S 127 134 1 4 3 4 2 3 3

Carrera 7 S-N 134 170 1 4 3 4 1 3 3

Carrera 7 S-N 127 134 1 4 3 4 2 3 3

Nodo D

Carrera Autopista N-S

Carrera Autopista S-N

Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

Capítulo 5 49

Carrera Autopista N-S 134 170 1 4 3 4 6 5 3

Carrera Autopista N-S 127 134 1 4 3 4 6 5 3

Carrera Autopista S-N 134 170 1 4 3 4 6 5 3

Carrera Autopista S-N 127 134 1 4 3 4 6 5 3

Calle 170 E-O 7 AUTOPI

STA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 170 O-E 7 AUTOPI

STA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 134

E-O 7 AUTOPI

STA 1 0 3 4 5 2 2


STA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 127

E-O 7 AUTOPI

STA 1 4 3 0 5 2 2


STA 1 4 3 4 5 2 2

Tabla 3- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia

Valor tramo A – B

Estado tramo A – B = Valor variable 1 + Valor variable 2 + Valor variable 3 +

Valor variable 4 + Valor variable 5 + Valor variable 6 + Valor variable 7

Variable 1 Variable 2 Variable 3 Variable 4 Variable 5 Variable 6 Variable 7

PARAMETRO

CONTRAFLUJO

PARAMETRO

ESTADO VIA

PARAMETRO

OBSTACULO 1

VARADO

PARAMETRO

VELOCIDAD

PARAMETRO

SEMAFOROS

PARAMETRO

CARRILES

PARAMETR

O LONGITUD

VIAS

1 4 3 4 2 3 3

Tabla 4- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia



Costo tramo A – B = 1 + 4 + 3 + 4 + 2 + 3 + 3 = 22

Aplicando la formula por tramos me darán los siguientes valores sobre la malla:

Ilustración 21 - Costos en tramos ejemplo. Fuente: propia

Sin embargo hay que tener en cuenta que los siguientes tramos presentan una

variable en cero lo cual imposibilita el uso de este:

A - B

B - E

C - F

Por lo cual solo nos queda una ruta para llegar del origen al destino:

A – D – E – F

Nodo D



Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

22 26

32 32

27 23 23

Capítulo 5 51

A continuación variamos los valores de cero y dejamos en condiciones normales

sin imposibilitar tramos:

Tipo

via

Nombre

Via

Sentid

o

Circul

ación

Inicio

tramo

Fin

tramo

PARAME

TRO

CONTRA

FLUJO

PARAM

ETRO

ESTAD

O VIA

PARAM

ETRO

OBSTA

CULO 1

VARAD

O

PARA

METR

O

VELOC

IDAD

PARAM

ETRO

SEMAF

OROS

PARAM

ETRO

CARRIL

ES

PARA

METR

O

LONGI

TUD

VIAS

Carrer

a 7 N-S 134 170 1 4 3 4 1 3 3

Carrer

a 7 N-S 127 134 1 4 3 4 2 3 3

Carrer

a 7 S-N 134 170 1 4 3 4 1 3 3

Carrer

a 7 S-N 127 134 1 4 3 4 2 3 3

Carrer

a Autopista N-S 134 170 1 4 3 4 6 5 3

Carrer

a Autopista N-S 127 134 1 4 3 4 6 5 3

Carrer

a Autopista S-N 134 170 1 4 3 4 6 5 3

Carrer

a Autopista S-N 127 134 1 4 3 4 6 5 3

Calle 170 E-O 7 AUTO

PISTA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 170 O-E 7 AUTO

PISTA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 134

E-O 7 AUTO

PISTA 1 3 3 4 5 2 2


PISTA 1 4 3 4 5 2 2

Calle 127

E-O 7 AUTO

PISTA 1 4 3 3 5 2 2


PISTA 1 4 3 4 5 2 2

Tabla 5- valores de variables en ruta. Fuente: propia

Quedando los valores por tramo de la siguiente manera:



Ilustración 22 - Diagrama nodos tramos ejemplo. Fuente: propia

Dado que ya no hay tramos con estado de imposibilidad, entonces se procede a

evaluar las diferentes rutas posibles que nos permiten llegar desde el nodo A

hasta el nodo F

Costo Ruta 1:

Nodo D



Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

25 26

32 32

27 26 26

Capítulo 5 53

Ilustración 23- Costos tramos – en ruta ejemplo. Fuente: propia

A – B – C – F =

25 + 26 + 26 = 77

Costo Ruta 2:

Nodo D



Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

25 26

32 32

27 26 26



Ilustración 24- Costos tramos ejemplo – en ruta ejemplo

A – B – E – F = 83

25 + 26 + 32 = 83

Costo Ruta 3:

Nodo D



Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

25 26

32 32

27 26 26

Capítulo 5 55

Ilustración 25- Costos tramos ejemplo – Fuente: propia

A – D – E – F = 91

27 + 32 + 32 = 91

Dado que el resultado de la ruta 3 es el de mayor valor de acuerdo al resultado de

la sumatoria de valores por tramo, entonces la ruta 3 es la más recomendada

para el desplazamiento desde el nodo A hasta el nodo F.

5.2. Diseño general del sistema y enfoque del proyecto

Teniendo en cuenta que el presente proyecto se va a limitar a la parte de diseño

de un algoritmo de enrutamiento vehicular, con desarrollo de un modelo para

Nodo D



Calle 170 Occ-Ori

Calle 170 Ori-Occ

Calle 127 Occ-Ori

Calle 127 Ori-Occ

Nodo A

Nodo E

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo B



Nodo F

Carrera 7 N-S

Carrera 7 S-N

Nodo C

Calle 134 Occ-Ori

Calle 134 Ori-Occ

25 26

32 32

27 26 26



simular la aplicación de demostración, es necesario hacer una descripción de

cómo podría ser todo el sistema para así poder comprender el enfoque del

presente proyecto y dejar propuestas para futuros trabajos e investigaciones.

A continuación se muestra el diseño general que integra las secciones que se

deben tener en cuenta, la sección de recolección de información, donde el

objetivo debe ser la captura de información en sitio y la integración con las

herramientas que poseen información clave, información como el estado de la vía

en cuanto a obras, accidentes, red de semaforización, estado del tráfico,

velocidad promedio, son varios dispositivos con los cuales podemos capturar

este tipo de información en el sitio y también son varias herramientas que poseen

información que debe integrarse para tener una visión global e integral de la

situación y poder tomar decisiones contemplando las variables que más influyen

en un resultado, se debe tener en cuenta que las experiencias de las personas en

sitio deben ser documentadas y confiables, es decir debemos tener una red de

informantes de alta confiabilidad y objetividad. En la sección de transmisión de

información la idea sería que la información capturada en sitio por medio de los

dispositivos pueda ser transmitida y almacenada en la base de datos casi en línea

para poder contar con información confiable y tomar decisiones acertadas, esta

información se envía a través de las redes de datos hasta la herramienta que

almacena la información, igualmente se deben integrar las bases de datos de

otras entidades que posean información clave, por ejemplo el IDU debe contar

con sus intervenciones documentadas y almacenadas, desde la herramienta se

debe integrar parte de la herramienta del IDU ya que se alimentaria de dicha

información, igualmente para la red de semaforización, para conocer en línea el

estado de los semáforos, integrando los eventos claves que afecten o permitir

manipulación de la red de semáforos para variar el flujo en determinado momento

como parte de la solución, las patrullas de monitoreo en sitio poseen también

información clave que debe ser transmitida en línea a través de algún módulo de

la herramienta o a través de operadores en el centro de monitoreo. En la sección

de procesamiento de la información, se considera que esta será la parte

Capítulo 5 57

inteligente, la parte donde se toman las decisiones que solucionaran el problema

que se presente, esta sección debe tener en cuenta toda la información

almacenada, debe procesarla y mostrar las alternativas de solución. Finalmente la

sección de distribución de información es donde se lleva la información hasta el

usuario final, la cual debería ser a través de diferentes medios para poder llegar a

la mayor cantidad de población, por ejemplo no solo una aplicación que se tenga

al alcance a través de un navegador en un Smartphone, si no también aplicación

web a través de PC, acceso vía telefónica si no tengo un móvil moderno, esta

herramienta sería apoyo para la transmisión de noticias en emisoras, noticieros,

periódico, lo ideal es que todos contemos con información confiable y oportuna

para tomar la mejor decisión a la hora de realizar un desplazamiento por la

ciudad.



Ilustración 26- Diseño general del sistema – Fuente: Propia

5.3. Sección de recolección de Información

Como se muestra en la figura lo ideal sería que se instalaran diferentes

dispositivos sensores y video cámaras en múltiples puntos estratégicos de las

ciudad, que nos permitan recolectar información para suministrar a los usuarios,

estos dispositivos nos pueden suministrar diferente información como por

ejemplo: los detectores de velocidad nos pueden indicar la velocidad promedio

del tráfico a determinada hora, los dispositivos contadores de vehículos nos

Dispositivos captura de informacion

Sensores

Radares

Camaras

Sobrevuelos

Medios de transmision de informacion

Acceso

Movil

Acceso WEB

BD

Servidor / Algritmo

Aplicativo

Operadores

Sección de recolección

Sección de transmisión

Sección de procesamiento

Sección de distribución Sección de distribución

Capítulo 5 59

indican la cantidad de tráfico, las video cámaras nos suministran más información

ya que como todos sabemos una imagen dice más que mil palabras, con una

imagen podemos saber si hay trancón, accidentes, obstáculos, obras civiles,

vehículos varados, etc.. en fin este es el mejor de los dispositivos que se pueden

instalar para monitoreo de vías, adicionalmente pueden suministrar información

en caso que ocurra algún accidente y se requiere evidencia o para controles de

seguridad por los entes de vigilancia y control

5.4. Sección de transmisión de Información

Los datos son captados por los dispositivos descritos en la sección de recolección

de información, pero se requiere hacer llegar estos datos hasta el servidor central,

para esto también hay varias formas por ejemplo los datos recolectados de los

dispositivos sensores como detectores de velocidad y contadores de vehículos,

se deben conectar a dispositivos multipuertos recolectores y que procesen

información y a su vez la almacenen en la base de datos, para las video cámaras

se puede calcular velocidad promedio por medio de algoritmos de telemetría, pero

para almacenar otro tipo de información se requiere obligatoriamente de

operadores que interpreten la información y la almacenen en el sistema.

estos datos recolectados son enviados hasta nuestro servidor central a través de

dispositivos multipuertos recolectores de datos, toda esta información debe ser

almacenada todo el tiempo con actualizaciones periódicas, para así contar con un

sistema con información real. Por otro lado teniendo toda la información que



necesitamos almacenada, viene la parte de cómo la vamos a transmitir a los

usuarios, habría varias formas, puede ser hasta a través del PC o a través de

sus dispositivos móviles ya sea enviando la información en modo texto o con un

operador que lo vaya guiando durante el recorrido.

5.5. Sección de procesamiento de Información

En esta sección se encuentra toda la parte de almacenamiento y procesamiento

de información, es el punto central, aquí llega la información y de aquí se

distribuye a los múltiples usuarios, consta de los servidores de bases de datos,

servidores web, el aplicativo que contiene el algoritmo de enrutamiento, el cual

revisa cada una de las variables y los receptores multipuertos de datos, este es

el cerebro del sistema el que procesa, almacena , evalúa y define las rutas.

5.6. Sección de distribución de Información

En esta sección se define la forma como vamos a hacer llegar la información a los

usuarios del aplicativo, para el caso particular del proyecto, esta actividad se va a

realizar a través de un aplicativo Web de simulación, pero hay varias formas de

hacer llegar la información a los usuarios, estas son: a través de aplicativo web, a

través de un aplicativo para usuarios móviles ya sea en forma de texto o grafica

dependiendo de la tecnología que posea el usuario, puede ser con soporte de

operadores haciendo una llamada, pueden también distribuir información

relevante los diferentes medios de información, emisoras, tv, mensajería a

móviles por sectores, etc.,

Teniendo en cuenta la complejidad para de todo el sistema, el presente proyecto

se limitará al diseño y creación del aplicativo de ruta óptima, incluyendo diseño

Capítulo 5 61

del algoritmo de enrutamiento, la parte de recolección de datos será simulada

permitiendo cambio de valores a través de un módulo especial en el aplicativo, el

acceso al aplicativo se realizara a través de una estación configurada como

cliente que esté conectada al servidor web.

5.7. Variables a monitorear

Las variables que podemos monitorear son todos aquellos parámetros que nos

dan información del estado del tráfico en una determinada vía y que por

consiguiente nos ayudarán a determinar de acuerdo a su condición y estado que

vías o rutas podemos o no tomar, por ejemplo:

Velocidad promedio en un determinado tramo de vía: este parámetro lo

podemos obtener a través de varios de los dispositivos descritos en el

capítulo 3, estos dispositivos a través de los medios de transmisión de

información, harán llegar los datos en forma periódica hasta el sistema de

almacenamiento. Este parámetro es importante ya que teniendo la

velocidad promedio en un tramo podemos saber cuánto tiempo

aproximadamente nos vamos a tardar cruzando ese tramo de la vía, de la

misma forma si la velocidad promedio es cero, podemos deducir que este

tramo está bloqueado por alguna razón que posiblemente la podremos

averiguar con información suministrada por los operadores de las cámaras

IP o por la información suministrada por los sobrevuelos.

Cantidad de vehículo en un determinado periodo de tiempo: igual que el

parámetro anterior, este también se puede obtener por medio de algunos

de los dispositivos descritos en el capítulo 3, con esta información, en un

determinado periodo de tiempo podemos calcular la densidad de tráfico

vehicular, teniendo en cuenta la información fija de las vías que se

encuentra en nuestra base de datos de vías.



Contraflujos: Este parámetro estará predefinido para algunas vías de las

cuales ya tenemos información de contraflujos fijos en horarios y días

determinados. Para contraflujos que se generen en una vía por X o Y

razón, esto lo determinará el operador de las video cámaras IP al

visualizarlo en pantalla, igualmente también nos pueden retroalimentar de

estos eventos especiales funcionarios de tránsito y transporte

estableciendo una comunicación.

Estado de vías: Para muchos casos este parámetro también estará

predefinido en la base de datos, pero para otras vías cuyo deterioro sea

con el paso del tiempo, se debe recibir la información de tránsito y

trasporte o a través de las video cámaras IP o se puede diseñar un

módulo especial donde los usuarios del sistema también nos

retroalimenten con este tipo de información y reclamos.

Obstáculos en vías: Para el presente proyecto se considera un obstáculo

en vía, un vehículo varado, una obra civil, un choque, una congestión, un

retén, daño de semáforo, una vía cerrada, la mayoría de estos las

visualizarán los operadores a través de las cámaras IP, pero también se

pueden obtener de los resultados de los sobrevuelos, de usuarios del

sistema o de funcionarios de tránsito y transporte, para los casos de las

obras civiles y vías cerradas, lo mejor sería establecer un procedimiento

con las entidades que se dedican a estas labores, para que haya una

retroalimentación constante y así el sistema siempre se encuentre

actualizado.

Cantidad de vehículos en cola de semáforo: Por medio de los dispositivos

descritos en el capítulo 3 es posible determinar el tamaño de la cola de un

semáforo, y así con el tiempo que dura en cambiar el semáforo y con el

dato del tamaño de la cola podemos calcular un tiempo estimado en pasar

este cruce (este parámetro no será tenido en cuenta para el algoritmo de

enrutamiento)

Cantidad de semáforos: Indica la cantidad de semáforos en un tramo

determinado.

Capítulo 5 63

Cantidad de carriles: indica la cantidad de carriles que posee una calle o

carrera.

Longitud de la vía: Indica en modo numérico la longitud de la vía.

5.8. Transmisión de variables

En este ítem no vamos a entrar en mayores detalles, solo vamos a recordar que

la mayoría de los dispositivos descritos en el capítulo 3 se manejan a través de

redes IP, de la misma manera se pueden adaptar para transmisión inalámbrica.

Toda esta información debe salir codificada de los dispositivos y llegar hasta el

decodificador para luego ser almacenada directamente en la base de datos,

entrando a los sistemas a través de dispositivos especiales multi-puertos, para el

caso de la información que debe ser previamente analizada por los operadores,

estos deben visualizar en los monitores constantemente el estados de las vías e

ingresar periódicamente los eventos especiales al sistema a través de un módulo

especial para captura de eventos y almacenamiento de parámetros de vías.

5.9. Almacenamiento de variables y definición de parámetros a manejar

Para el desarrollo del algoritmo de ruta óptima en el prototipo de simulación se

van a tener en cuenta los siguientes parámetros fijos y variables:

Parámetros fijos

Tipo de vía: Calle, carrera, diagonal, transversal, autopista

Nombre de la vía: Ej. Autopista Norte

Sentido de circulación: este campo se refiere a si la vía va de Sur a Norte,

Norte a Sur, Oriente a Occidente, Occidente a Oriente, etc

Tramo: todas las vías que hacen parte de la malla vial del prototipo de

simulación, han sido fraccionadas en tramos para su manejo y aplicación

del algoritmo de enrutamiento.



Descripción tramo: Se refiere al punto de inicio y fin del tramo

Tamaño de la vía: se refiere a la cantidad de carriles que tiene una vía

Cantidad de semáforos: se refiere a la cantidad de semáforos que tiene

una vía en el tramo seleccionado.

Contra flujo: algunas vías seleccionadas tienen definido fijo un contra flujo

en determinados horarios y días de la semana.

Longitud de la vía: se refiere a los kilómetros que se deben recorrer para

atravesar el tramo.

Parámetros variables

Contra flujos: a diferencia del contraflujo en parámetros fijos, este se

refiere a los que se generan en las vías en momentos no especificados con

anticipación, con el fin de descongestionar alguna vía en particular, la

mayoría de las veces es supervisado y autorizado por personal de tránsito

y transporte.

Velocidad promedio: se refiere a la velocidad promedio en un tramo de vía

determinado, para efectos de funcionamiento del prototipo este parámetro

se manejará con datos no reales.

Estado de vía: Se refiere a la situación en la que se encuentra un tramo de

vía, este parámetro tiene 4 opciones, bueno, regular, malo e imposible.

Obstáculos en vía: En este parámetro se almacenarán los eventos que hay

sobre determinado tramo de vía, las opciones son; vehículo varado, obra

civil, choque o accidente, congestión, reten, daño semáforo, vía cerrada.

Estos parámetros pueden ser actualizados y modificados a través de una interfaz

especial donde se le pregunta al usuario el tramo de vía y el evento que desea

actualizar, esto para efectos de simulación ya que no se implementará la parte de

captura de información directamente desde los dispositivos.

Capítulo 5 65

5.10. Consulta de información

Envió de solicitud del usuario al sistema

La información que el sistema le solicita al usuario es muy básica, únicamente se

debe dar el punto origen y punto de destino, se debe tener en cuenta que para

una aplicación real y completa se puede incluir la opción de obtener el origen por

medio de la ubicación si el dispositivo cuenta con opción de gps, o seleccionando

un punto origen de manera grafica en un mapa, con esta información y con la

información que el sistema tiene almacenado en la base de datos, (parámetros

fijos y variables de vías) se ejecuta el algoritmo de ruta óptima y genera un

resultado.

Hay varias formas en las que el usuario podría acceder al sistema para hacer la

solicitud, la principal y la que se va a implementar en el prototipo es a través de

navegadores de Internet, (configuración intranet para la simulación), el usuario

tendrá que ingresar a la página, seleccionar un origen y un destino,

posteriormente esperar para visualizar los resultados de ruta óptima.

Otra forma podría ser desde los dispositivos móviles tanto de última tecnología

como los no tan avanzados pero que tengan acceso WAP, para esos últimos

debido a que no pueden visualizar la ruta en pantalla, se podría hacer una

traducción de ruta a texto, otra opción sería a través de un operador especial que

reciba la solicitud genere la ruta y se la retransmita al usuario.

Para el presente proyecto, el usuario podrá visualizar la ruta óptima sobre el

plano cartográfico de la malla vial seleccionada para el prototipo, esta ruta estará

señalada con un color especial.



5.11. Definición de malla vial para el proyecto

Para el prototipo de simulación se seleccionaron lo siguientes tramos de vías

principales, se considera que esta malla vial es suficiente para demostrar el

funcionamiento del algoritmo de enrutamiento

Carrera 7 – Entre calle 26 y calle 170

Autopista Norte – Entre calle 26 y calle 170



Avenida Boyacá – Entre calle 26 y calle 170

Avenida ciudad de Cali – Entre calle 26 y calle 170

Calle 26 – Entre carrera 7 y Cali

Calle 53 – Entre carrera 7 y Carrera 68

Calle 80 – Entre carrera 7 y Cali

Calle 93 – Entre carrera 7 y autopista norte



Calle 127 – Entre carrera 7 y Boyacá

Calle 134 – Entre carrera 7 y Boyacá

Calle 170 – entre carrera 7 y Cali

Capítulo 5 67

Malla seleccionada para el prototipo

Ilustración 27- Malla vial seleccionada modelo. Fuente: propia

División de vías en tramos

Para efectos de aplicación del algoritmo, las diferentes vías que hacen parte de la

malla vial seleccionada para el proyecto, se dividieron en tramos los cuales se

relacionan a continuación

Tabla 1.7. Tramos de vías del modelo propuesto. Fuente: Elaboración proyecto

de investigación.

Tipo vía Nombre Vía Sentido

Circulación Inicio tramo Fin tramo



Carrera 7 N-S 134 170





Carrera 7 N-S 80 93

Carrera 7 N-S 53 80

Carrera 7 N-S 26 53

Carrera 7 S-N 134 170





Carrera 7 S-N 80 93

Carrera 7 S-N 53 80

Carrera 7 S-N 26 53

Carrera Autopista N-S 134 170








Carrera Autopista S-N 134 170










Capítulo 5 69











Carrera Boyacá N-S 134 170




Carrera Boyacá S-N 134 170




Carrera Cali N-S 80 170

Carrera Cali N-S 26 80

Carrera Cali S-N 80 170

Carrera Cali S-N 26 80

Calle 170 E-O 7 AUTOPISTA

Calle 170 E-O AUTOPISTA BOYACA

Calle 170 E-O BOYACA CALI

Calle 170 O-E 7 AUTOPISTA

Calle 170 O-E AUTOPISTA BOYACA

Calle 170 O-E BOYACA CALI


















Calle 80 E-O AUTOPISTA 30

Calle 80 E-O 30 68

Calle 80 E-O 68 BOYACA



Calle 80 O-E AUTOPISTA 30

Calle 80 O-E 30 68

Calle 80 O-E 68 BOYACA




Calle 53 E-O 30 68



Calle 53 E-O 30 68



Calle 26 E-O 30 68

Calle 26 E-O 68 BOYACA



Calle 26 O-E AUTOPISTA 30

Calle 26 O-E 30 68

Calle 26 O-E 68 BOYACA

Capítulo 5 71


Tabla 6- tramos de la malla vial. Fuente: propia

A continuación se relaciona el listado de los nodos seleccionados para el

desarrollo de la aplicación

Carrera 7-Calle 170

Carrera 7-Calle 134

Carrera 7-Calle 127

Carrera 7-Calle 116

Carrera 7-Calle 100

Carrera 7-Calle 93

Carrera 7-Calle 80

Carrera 7-Calle 53

Carrera 7-Calle 26

Autopista norte-Calle 170









Carrera 30-Calle 93

Carrera 30-Calle 80

Carrera 30-Calle 53

Carrera 30-Calle 26

AV68-Calle 100



AV68-Calle 80

AV68-Calle 53

AV68-Calle 26

Boyaca-Calle 170

Boyaca-Calle 134

Boyaca-Calle 127

Boyaca-Calle 116

Boyaca-Calle 80

Boyaca-Calle 26

Cali-Calle 170

Cali-Calle 80

Cali-Calle 26

5.12. Definición de Algoritmo de enrutamiento

Basado en los parámetros descritos en el ITEM 5.4. los cuales estarán

almacenados en la base de datos y teniendo en cuenta el requerimiento del

usuario (origen - destino), el algoritmo de enrutamiento definido en la parte de

programación de la aplicación se guía por una serie de reglas para determinar a

su criterio la mejor ruta, este algoritmo fue diseñado basado en el algoritmo de la

ruta más corta llamado Dijkstra, y el funcionamiento y características del protocolo

OSPF para aplicarlo a enrutamiento de tráfico vehicular, el sistema define una

serie de capas de malla vehicular con las diferentes orientaciones, Norte-Sur,

Sur-Norte, Oriente-Occidente y Occidente-Oriente, cada nodo tiene predefinido el

nombre de su nodo vecino en todas las orientaciones, ver ANEXO 1 DIAGRAMA

DE NODOS.

Para determinar la ruta óptima el aplicativo toma el nodo origen y el nodo destino,

y verifica la orientación de la ruta, posteriormente procede a comenzar a hacer el

barrido teniendo en cuenta la orientación, desde el nodo origen, es decir si voy

Capítulo 5 73

desde el nor-oriente para el sur-occidente, entonces el algoritmo verifica los

vecinos del nodo origen que quedan al sur y al occidente de este, posteriormente

comienza a realizar la misma operación con los nodos vecinos de los nodos

vecinos originales y así hasta llegar al nodo destino, el algoritmo realiza un

cálculo de la rutas para verificar cual tiene algún inconveniente, puede que

algunas rutas no sean recomendadas por tener bloqueo en algún tramo, o puede

que salgan varias rutas propuestas con buenos puntajes, el sistema recomendará

la ruta origen-destino de mejor puntaje.

Teniendo en cuenta que el algoritmo para realizar el cálculo general de la ruta

antes de proponer la definitiva, debe hacer una serie de operaciones y revisar

todos los parámetros de los tramos por los que pasa la ruta, se hizo una

asignación de puntaje a los diferentes parámetros, ya que por ejemplo no es lo

mismo transitar por una vía de 5 carriles que no tiene semáforos que por una vía

de 5 carriles que tiene “n” semáforos, ya que como nos hemos dado cuenta un

semáforo nos hace por un lado disminuir velocidad en la intersección y por otro

quedar estático entre 30 segundos y 240 segundos, en esos 240 segundos a una

velocidad promedio de 50 km/hora podemos avanzar poco más de 3 kilómetros lo

que traducido a cuadras promedio dará más de 20 cuadras. Igualmente el

sistema no debe dar el mismo puntaje a una vía en perfecto estado que a una vía

en pésimo estado, entendiendo ESTADO DE VIA como al estado del pavimento y

a la cantidad de huecos que en él puede haber.

La ruta que más puntaje tenga es la ruta más opcionada a ser la mejor, mientras

que la ruta que presente muchos inconvenientes y demoras será la ruta con

menor puntaje, también se puede presentar que no hay una ruta disponible para

llegar de un origen a un destino, para estos casos el sistema le dirá al usuario que

se requiere modificar Origen, esto se puede dar cuando por ejemplo el algoritmo

encuentre bloqueo en todas las posibles rutas, por cualquier razón como por

ejemplo velocidad promedio cero, vías cerradas, bloqueo de vías, etc. Para este



caso el algoritmo desplazara el punto de origen hacia la orientación opuesta y de

nuevo buscara la mejor ruta, se el origen no tiene como desplazarse es decir,

está ubicado en nodos extremos, se muestra en pantalla un mensaje donde se

dice que no hay rutas para proponer.

Comenzamos entonces a describir el paso a paso del algoritmo de enrutamiento:

1. El usuario debe registrar en la aplicación un origen y un destino que se

encuentre dentro de la malla vial seleccionada para el prototipo.

2. La aplicación almacenara temporalmente en una variable la información

del punto origen y la información del punto destino.

3. La aplicación determina la orientación por medio de una comparación

numérica de mayor, menor, por ejemplo si mi origen es en la calle 170 y

voy a la calle 26, se sabe que voy de norte a sur realizando comparación

numérica entre la calle origen y la calle destino, dado que el valor numérico

de la calle origen es mayor que el valor numérico de la calle destino, si por

el contrario encuentro que el valor numérico del origen es menor que el

valor numérico del destino, numéricamente hablando, se determina que la

orientación es de sur a norte, igualmente ocurre con las carreras donde si

voy de valor numérico mayor a valor numérico menor significa que voy de

occidente a oriente y si voy de valor numérico menor a valor numérico

mayor significa que voy de oriente a occidente. Se determina la orientación

de la ruta.

4. De acuerdo a la orientación determinada el algoritmo busca los nodos

inmediatamente vecinos al origen que se encuentren en la orientación

hacia el destino, y almacena esta información de manera temporal, cada

nodo tiene almacenado en la tabla de vecinos los nodos en cada una de

las orientaciones, por ejemplo un nodo central tendrá vecinos hacia el

norte, hacia el sur, hacia el oriente y hacia el occidente, un nodo final por el

contrario no contara con vecinos en todas las orientaciones.

Capítulo 5 75

5. Para cada nodo vecino encontrado, el algoritmo aplica nuevamente buscar

los vecinos en la orientación que se haya determinado, siendo las

posibilidades de orientación las siguientes: hacia el norte, hacia el sur,

hacia el oriente, hacia el occidente, hacia el sur-oriente, hacia el sur-

occidente, hacia el nor-oriente o hacia el nor-occidente,

6. Cada vez que el algoritmo ubica un nodo vecino hacia la orientación

determinada, compara este nuevo vecino con el destino para validar si

llego al punto final y realiza nuevamente comparación de orientación para

saber que ruta debe tomar.

7. Cada vez que el algoritmo encuentra los vecinos del nodo en cualquier

orientación, almacena en una tabla temporal las rutas que ha encontrado,

es decir si de un punto A a un punto B contamos con 3 posibles rutas, en la

tabla temporal almacena las rutas tramo a tramo para estas tres rutas.

8. Cuando el algoritmo encuentra igualdad entre en punto destino y el nodo

vecino evaluado, se almacena la ruta.

9. Se valora el costo de las rutas almacenadas aplicando la fórmula que toma

todos los valores de las variables definidas para la métrica.

10. Se realiza comparación numérica para encontrar la ruta que mayor valor

de costo tiene.

11. Se muestra al usuario la ruta de mayor valor, la cual es la sugerencia.

12. Para los casos donde alguna de las variables definidas para la métrica

poseen en ese momento un valor cero, estos tramos son imposibilitados y

las rutas que tengan estos tramos no serán sugeridas.

A continuación se muestra el diagrama de flujo del algoritmo aplicado para

determinar la ruta óptima:



INICIO

Ingresa Origen y

Destino

Determina

orientaciones

Busca nodos

vecinos en la

orientaciones

Algun Nodo

vecino =

Destino

Almacena en tabla

temporal

informacion rutas

Almacena Origen

y Destino en

Temporal

Consulta tabla de

nodos

Muestra ruta en

pantalla

Asigna codigo de

ruta a cada nodo

vecino

Calcula puntaje de

rutas y los

almacena

Algun Nodo

vecino =

Destino

Consulta tabla de

vias y almacena

en tabla temporal

Calcula puntajes

de rutas

Almacena en tabla

temporal

Busca los ultimos

nodos

almacenados Tabla temporal

NO

SI

Finaliza AlgoritmoVisualiza la ruta

de mejor puntaje

Hay rutas para

proponerSI

Despliega

mensaje de

modificar Origen

NO

SI

NO

Modifica origen

desplazandolo

hacia la

orientacion

opuesta

Tiene nodos

hacia orientacion

opuesta

SI

NO

No hay rutas para

proponer

Tabla temporal de

rutas

Capítulo 5 77

Ilustración 28- Diagrama de flujo algoritmo de enrutamiento. Fuente: propia

Puntuación de parámetros:

Tipo Evento Observación Puntaje Observaciones Puntaje

Contraflujo horario 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Estado

Excelente 4 Tiene el mejor puntaje

Bueno 3 Tiene puntaje bueno pero no es el mejor

Regular 2 Tiene puntaje bajo

Malo 1 Tiene puntaje muy bajo

Imposible 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Obstáculo

Varado 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Obra Civil 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Choque 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Congestión 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Reten 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

Daño semaforo 1 Puntaje bajo por obstaculizar vía

via cerrada 0 Tramo vetado – No se recomienda ruta

Velocidad

0 a 10 0

Tramo vetado – pero puede recomendarse

ruta

10 a 30 1 Puntaje bajo por baja velocidad

30 a 50 2 Puntaje medio por velocidad media

60 a 100 4 Puntaje alto por maxima velocidad

Semáforos

0 3 Puntaje alto por no tener semáforos

1 2 Puntaje medio por pocos semáforos

2 1 Puntaje bajo por muchos semáforos

3 o mas 0

Puntaje nulo por tener demasiados

semáforos

Carriles 1 1 Puntaje malo por vía de un solo carril



2 2 Puntaje medio por 2 carriles

3 3 Buen puntaje por 3 carriles




Longitud vía






6 2 Puntaje bajo por larga distancia

7 1 Puntaje malo por larga distancia

Tabla 7 - Puntaje definidos para eventos. Fuente: propia

TABLA DE VECINOS

La tabla de vecinos define e identifica para cada nodo (intersección calle-carrera)

el vecino que corresponde según orientación, siendo las orientaciones posibles,

hacia el norte, hacia el sur, hacia el oriente y hacia el occidente. Si un nodo es

central posee vecinos hacia las cuatro orientaciones, y si es un nodo de borde

posee vecinos hacia tres o dos orientaciones.

Tipo vía 1

Nombre Vía 1

Tipo vía 2

Nombre vía 2

Orientación vecino

vecino Tipo vía 1

vecino Nombre Vía 1

vecino Tipo vía 2

vecino Nombre vía 2

Carrera 7 Calle 170 sur Carrera 7 Calle 134

Carrera 7 Calle

170 occidente

Carrera Autopista Calle

170

Carrera 7 Calle 134 norte Carrera 7 Calle 170


Carrera 7 Calle

134 occidente


134

Carrera 7 Calle

127 occidente


127

Capítulo 5 79




Tabla 8- Encabezado tabla vecinos – Fuente: propia

Ver Anexo 1 – tabla completa

Estructura de tabla

Ilustración 29- Orientación de nodos. Fuente: Propia

Nodo A Calle80 –

Carrera 68

Nodo C Calle53-

Carrera68

VECINO HACIA EL NORTE

VECINO HACIA EL SUR

VECINO HACIA EL ORIENTE

VECINO HACIA EL OCCIDENTE

Nodo D Calle80 – Carrera boyaca

Nodo E Calle100 – Carrera 68

Nodo B Calle80 –

Carrera 30

VECINO HACIA EL NORTE

VECINO HACIA EL SUR

VECINO HACIA EL OCCIDENTE

VECINO HACIA EL ORIENTE



TABLA DE VECINOS

Tipo vía

1

Nombre

Vía 1

Tipo vía

2

Nombre

vía 2

Orientaci

ón vecino

vecino

Tipo vía

1

vecino

Nombre

Vía 1

vecino

Tipo

vía 2

vecino

Nombre

vía 2


Carrera 7 Calle 170 occidente Carrera Autopista Calle 170
























Carrera Autopista Calle 170 sur Carrera Autopista Calle 170

Carrera Autopista Calle 170 occidente

Carrera Autopista Calle 134 norte Carrera Autopista Calle 170


Carrera Autopista Calle 134 oriente Carrera 7 Calle 134

Capítulo 5 81

Carrera Autopista Calle 134 occidente Carrera Boyaca Calle 170




Carrera Autopista Calle 127 occidente Carrera Boyacá Calle 127




Carrera Autopista Calle 116 occidente Carrera Boyacá Calle 116




Carrera Autopista Calle 100 occidente Carrera 68 Calle 100

















Carrera 30 Calle 93 oriente Carrera Autopista Calle 93




Carrera 30 Calle 80 occidente Carrera 68 Calle 80














Carrera 68 Calle 80 oriente Carrera 30 Calle 80

Carrera 68 Calle 80 occidente Carrera Boyaca Calle 80






Carrera 68 Calle 26 occidente Carrera Boyaca Calle 26

Carrera Boyaca Calle 170 sur Carrera Boyaca Calle 134

Carrera Boyaca Calle 170 oriente Carrera Autopista Calle 170

Carrera Boyaca Calle 170 occidente Carrera cali Calle 170

Carrera Boyaca Calle 134 norte Carrera Boyaca Calle 170













Capítulo 5 83


Carrera Boyaca Calle 80 oriente Carrera 68 Calle 80



Carrera Boyaca Calle 26 oriente Carrera 68 Calle 26


Carrera Cali Calle 170 sur Carrera Cali Calle 134

Carrera Cali Calle 170 oriente Carrera Boyaca Calle 170

Carrera Cali Calle 80 norte Carrera Cali Calle 170

Carrera Cali Calle 80 sur Carrera Cali Calle 26


Carrera Cali Calle 26 norte Carrera Cali Calle 80


Tabla 9- Definición de vecinos – Fuente: propia



6. ANALISIS Y VALIDACION

6.1. Análisis y validación

Teniendo en cuenta las diferentes problemáticas que se presentan, se procede a

definir una seria de parámetros y variables que influyen en la condición de tráfico,

no es lo mismo un trancón generado por un vehículo varado, que por un accidente,

o por un hueco en la vía, cada uno tiene su grado de dificultad, igualmente no es lo

mismo tomar una vía que posee cruces y semáforos, que tomar una vía directa sin

intersecciones, o con intersecciones manejadas con puente. Se definen entonces

una serie de parámetros que entraran a participar en el algoritmo y cada uno de

estos tendrá un peso dependiendo de su estado y su aporte en la problemática. Se

define para el proyecto el uso de las siguientes:

Las variables que podemos monitorear son todos aquellos parámetros que nos dan

información del estado del tráfico en una determinada vía y que por consiguiente nos

ayudarán a determinar que vías podemos o no tomar, por ejemplo:

Velocidad promedio en un determinado tramo de vía: este parámetro lo podemos

obtener a través de varios de los dispositivos descritos en el capítulo 3, estos

dispositivos a través de los medios de transmisión de información, harán llegar

los datos en forma periódica hasta el sistema de almacenamiento. Este

parámetro es importante ya que teniendo la velocidad promedio en un tramo

podemos saber cuánto tiempo aproximadamente nos vamos a tardar cruzando

ese tramo de la vía, de la misma forma si la velocidad promedio es cero,

podemos deducir que este tramo está bloqueado por alguna razón que

posiblemente la podremos averiguar con información suministrada por los

operadores de las cámaras IP o por la información suministrada por los

sobrevuelos.

Capítulo 5 85

Cantidad de vehículo en un determinado periodo de tiempo: igual que el

parámetro anterior, este también se puede obtener por medio de algunos de los

dispositivos descritos en el capítulo 3, con esta información, en un determinado

periodo de tiempo podemos calcular la densidad de tráfico vehicular, teniendo en

cuenta la información fija de las vías que se encuentra en nuestra base de datos

de vías.

Contraflujos: Este parámetro estará predefinido para algunas vías de las cuales

ya tenemos información de contraflujos fijos en horarios y días determinados.

Para contraflujos que se generen en una vía por X o Y razón, esto lo determinará

el operador de las video cámaras IP al visualizarlo en pantalla, igualmente

también nos pueden retroalimentar de estos eventos especiales funcionarios de

tránsito y transporte estableciendo una comunicación.

Estado de vías: Para muchos casos este parámetro también estará predefinido

en la base de datos, pero para otras vías cuyo deterioro sea con el paso del

tiempo, se debe recibir la información de tránsito y trasporte o a través de las

video cámaras IP o se puede diseñar un módulo especial donde los usuarios del

sistema también nos retroalimenten con este tipo de información y reclamos.

Obstáculos en vías: Para el presente proyecto se considera un obstáculo en vía,

un vehículo varado, una obra civil, un choque, una congestión, un retén, daño de

semáforo, una vía cerrada, la mayoría de estos las visualizarán los operadores a

través de las cámaras IP, pero también se pueden obtener de los resultados de

los sobrevuelos, de usuarios del sistema o de funcionarios de tránsito y

transporte, para los casos de las obras civiles y vías cerradas, lo mejor sería

establecer un procedimiento con las entidades que se dedican a estas labores,

para que haya una retroalimentación constante y así el sistema siempre se

encuentre actualizado.

Cantidad de vehículos en cola de semáforo: Por medio de los dispositivos

descritos en el capítulo 3 es posible determinar el tamaño de la cola de un

semáforo, y así con el tiempo que dura en cambiar el semáforo y con el dato del

tamaño de la cola podemos calcular un tiempo estimado en pasar este cruce

(este parámetro no será tenido en cuenta para el algoritmo de enrutamiento).



6.2. Validación del modelo por medio de análisis de casos estimados

El modelo propuesto expone el mejoramiento del tráfico vehicular a través de una serie

de planes que se pueden aplicar en la ciudad de Bogotá, uno de estos planes es

optimizar tiempos a través de un modelo de enrutamiento que contemple variables claves

a la hora de definir una ruta a seguir en un momento determinado. Se presume que

suministrando información clave a los usuarios se pueden tomar mejores decisiones a la

hora de escoger rutas para desplazarse desde un punto origen hasta un punto destino,

conociendo las rutas alternas y distribuyendo tráfico entre la malla vial podemos lograr

mejorar la movilidad ya que habrán menos vehículos transitando en un segmento de vía

determinada, debido a la distribución y habrá aumento de velocidad basados en la

confianza por distancia de frenado, (se toma como base la norma del código de tránsito

en su capítulo de separación entre vehículos).

http://www.colombia.com/noticias/codigotransito/t3c11.asp - Titulo III-Normas de

comportamiento-Capitulo XI-Límites de velocidad-Artículo 108-Separación entre

vehículos. LEY 769 DE 2002. El cual rige desde el 8.Nov.2002. República de

Colombia Gobierno Nacional-Secretaria de tránsito y transporte. (4)

Artículo 108°. Separación entre vehículos.

La separación entre dos (2) vehículos que circulen uno tras de otro en el mismo

carril de una calzada, será de acuerdo con la velocidad. Para velocidades de

hasta treinta (30) kilómetros por hora, diez (10) metros. Para velocidades entre

treinta (30) y sesenta (60) kilómetros por hora, veinte (20) metros. Para

velocidades entre sesenta (60) y ochenta (80) kilómetros por hora, veinticinco (25)

metros. Para velocidades de ochenta (80) kilómetros en adelante, treinta (30)

metros o la que la autoridad competente indique. En todos los casos, el

conductor deberá atender al estado del suelo, humedad, visibilidad, peso del

http://www.colombia.com/noticias/codigotransito/t3c11.asp

Capítulo 5 87

vehículo y otras condiciones que puedan alterar la capacidad de frenado de éste,

manteniendo una distancia prudente con el vehículo que antecede. (4)

6.3. CONSIDERACIONES PARA VALIDACION MODELO

Condiciones para validar la propuesta vamos a realizar los siguientes ejercicios,

partiendo de las condiciones ideales descritas a continuación:

Situación: normal

Vía seleccionada: Autopista Norte

Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127

Orientación: Norte a Sur

Velocidad máxima permitida: 60 km/h

Cantidad de vehículos para la muestra: ver tabla

Distancia aproximada: 6 km

Tamaño promedio vehículos: 4 mts

Espacio promedio entre vehículos: ver tabla

Cantidad de carriles para el ejercicio: 5

Fórmula para calcular Cantidad de vehículos en un segmento

Cantidad vehículos en segmento = (longitud segmento/ (tamaño promedio vehículo +

distancia entre vehículos)) X cantidad de carriles

Cantidad de vehículos en segmento = (6000 mts/(4mts+20mts))*5 carriles

Cantidad de vehículos en segmento = 6000 mts / 24 mts * 5 carriles



En situación ideal vemos que los tiempos de desplazamiento para este escenario

estarían entre los 4,5 y 12 minutos.

Veloci

dad

km/h

(1)

Distanci

a entre

vehícul

os

reglame

ntaria

mts (2)

longit

ud

segm

ento

mts

(3)

tamaño

promed

io

vehícul

os mts

(4)

Espacio

carro +

distanci

a o

resultad

o mts

(2)+(4)

Cantidad

de

vehículos

1 carril

Cantidad

de

vehículos

2 carriles

Cantidad

de

vehículos

3 carriles

Cantidad

de

vehículos

4 carriles

Cantidad

de

vehículos

5 carriles

Cantidad

de

vehículos

6 carriles

Cantidad

de

vehículos

7 carriles

Tiempo

de

recorrido

- minutos

30 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 12

de 30

a 60 20 6000 4 24 250 500 750 1000 1250 1500 1750

entre 6

y 12

60 25 6000 4 29 207 414 621 828 1034 1241 1448 6

de 60

a 80 25 6000 4 29 207 414 621 828 1034 1241 1448

entre

4,5 y 6

mas

de 80 30 6000 4 34 176 353 529 706 882 1059 1235 4,5

Tabla 10- Situación ideal – Fuente: propia

6.4. Primer escenario

Usuario se moviliza desde un punto origen A hacia un punto destino B - Se tomaran

segmentos confirmados por varios tramos sobre una misma vía y se estimara un

tráfico aproximado, se realizara análisis del tráfico en cuanto a cantidad de vehículos

y promedio de velocidad, vamos a asumir que en este primer ejercicio todo el tráfico

estará cursando por este segmento de vía según lo descrito a continuación:

Situación: alta congestión

Vía seleccionada: Autopista Norte

Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127


Velocidad promedio en hora pico: 5 km/h

Capítulo 5 89

Cantidad de vehículos para la muestra: 3333

Distancia segmento: 6 km


Espacio promedio entre vehículos: 5 mts

Cantidad de carriles para el ejercicio: 5

Estimando una situación de congestión donde

Velocida

d km/h

(1)

Distanci

a entre

vehículo

s mts (2)

longitud

segment

o mts (3)

tamaño

promedio

vehículos

mts (4)

Espacio

carro +

distancia

o

resultado

mts

(2)+(4)

Cantidad

de

vehículo

s 1 carril

Cantidad

de

vehículo

s 2

carriles

Cantidad

de

vehículo

s 3

carriles

Cantidad

de

vehículo

s 4

carriles

Cantidad

de

vehículo

s 5

carriles

Cantidad

de

vehículo

s 6

carriles

Cantidad

de

vehículo

s 7

carriles

Tiempo

de

recorrid

o -

minutos

5 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 72

6 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 60

7 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 51

8 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 45

9 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 40

10 8 6000 4 12 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 36

15 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 24

20 10 6000 4 14 429 857 1286 1714 2143 2571 3000 18

Tabla 11- Situación estado de congestión – Fuente: propia

Escenario – Estimación de congestión critica



Ilustración 30- Ejemplo - Autopista 5 carriles – Fuente: propia

6.5. Segundo escenario

Esta misma cantidad de vehículos va a ser repartida entre dos vías paralelas, ya que

se habilita circulación en vía paralela la cual cuenta con dos carriles adicionales en la

misma orientación de la siguiente forma:

Vía seleccionada: Autopista Norte y paralela AV 19

Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127 para ambas vías


Velocidad promedio en hora pico: ver tabla

Cantidad de vehículos para la muestra: mismos 3333




Cantidad de carriles para el ejercicio: 5 en la autopista y 2 adicionales en la

AV 19

Consideración: Para efectos prácticos se realizara el cálculo sin tener en

cuenta el tiempo de los desvíos para llegar a la paralela, ni semáforos, ni

eventos o situaciones que alteren.

Capítulo 5 91

Ilustración 31- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19– Fuente: propia

Tenemos entonces que la velocidad de los vehículos inicialmente era de 7km/hora para

recorrer una distancia de 6 km, sobre la autopista norte con volumen de tráfico de 3333

vehículos en segmento

Tiempo de desplazamiento = Distancia a recorrer / velocidad (*60 min, para dato en minutos)

Velocida

d km/h

(1)

Distancia

entre

vehículos

mts (2)

longitud

segment

o mts

(3)

tamaño

promedio

vehículos mts

(4)

Espacio

carro +

distancia

resultado

mts (2)+(4)

Cantidad

de

vehículos

1 carril

Cantidad

de

vehículos

2 carriles

Cantidad

de

vehículos

3 carriles

Cantidad

de

vehículos

4 carriles

Cantidad

de

vehículos

5 carriles

Cantidad

de

vehículos

6 carriles

Cantidad

de

vehículos

7 carriles

Tiempo de

recorrido -

minutos

7 5 6000 4 9 667 1333 2000 2667 3333 4000 4667 51,4

Tabla 12- ejemplo segundo escenario velocidad vs tiempo – Fuente: propia



Volumen 3333

Distancia 6000

Vehículos en un carril cuando hay 5 carriles 667

vehículos que habrían por carril con el aumento de dos carriles 476

Disminución de vehículos por carril 191

Distancia entre vehículos antes (5 carriles) 5

Distancia ente vehículos después (7 carriles) 8,6

Aumento de velocidad estimada, basado en seguridad

de conductor a distancia de frenado: entre 10 y 25 km

Los tiempos de desplazamiento mejoran de 72 minutos

a un tiempo de (en minutos) Entre 14,4 y 36

Tabla 13- ejemplo segundo escenario análisis de datos – Fuente: propia

Siendo la distancia entre vehículo de 8,6 metros, esta entra en el rango de hasta 30

km/h, con velocidad calculada, basado en cálculo proporcional, de 25,8 km/hora con

tiempo estimado de 14,1 minutos.

Velocidad Separación en mts

Hasta 30 10

de 30 a 60 20

de 60 a 80 25

Más de 80 30

Tabla 14- ejemplo segundo escenario rangos de velocidad vs separación por norma – Fuente: propia

Velocidad

Tiempo

desplazamiento

total

Mejora versus

condición inicial

(minutos)

Mejora porcentual resultado

final vs 72 min inicial

a 10 km/h 36 36 Mejora en 50%

a 15km/h 24 48 Mejora en 67%

a 20km/h 18 54 Mejora en 75%

a 25km/h 14,4 57,6 Mejora en 80%

Capítulo 5 93

a 25,8km/h 14,1 58,0 Mejora en 81%

Tabla 15- ejemplo segundo escenario mejora porcentual – Fuente: propia

6.6. Tercer escenario

Si a su vez se adiciona un carril más que puede ser para el ejemplo una carrera paralela a la

autopista, independiente de la velocidad que maneje y sin contar con semáforos, cruces o

eventos, se tendría lo siguiente:

Ilustración 32- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19 y autopista– Fuente: propia

Vía seleccionada: Autopista Norte, paralela AV 19 y paralela auto norte

Segmento de vía: Desde calle 170 hasta calle 127 para ambas vías




Velocidad promedio en hora pico: ver tabla

Cantidad de vehículos para la muestra: mismos 3333




Cantidad de carriles para el ejercicio: 5 en la autopista, 2 adicionales en la AV

19 y uno adicional en paralela autopista norte.

Consideración: Para efectos prácticos se realizara el cálculo sin tener en

cuenta el tiempo de los desvíos para llegar a la paralela, ni semáforos, ni

eventos o situaciones que alteren.

Volumen 3333

Distancia 6000

Vehículos en un carril cuando hay 5 carriles 667

vehículos que habrían con el aumento de tres carriles 416,6

Disminución de vehículos 250,4

Distancia entre vehículos antes (5 carriles) 5

Distancia entre vehículos después (8 carriles) 13,7

Aumento de velocidad estimada, basado en seguridad

de conductor a distancia de frenado: Entre 10 y 25 km

Los tiempos de desplazamiento mejoran de 72 minutos

a un tiempo de Entre 6 y 12 minutos **

Tabla 16 - ejemplo tercer escenario análisis de datos – Fuente: propia

Siendo la distancia entre vehículo de 13,7 metros, esta entra en el rango de 30 a 60, con

velocidad calculada, basado en cálculo proporcional, de 41,1 km/hora con tiempo

estimado de 8,8 minutos.

Velocidad Separación en mts

Hasta 30 10

de 30 a 60 20

Capítulo 5 95

de 60 a 80 25

Más de 80 30

Tabla 17- ejemplo tercer escenario rangos de velocidad vs separación por noma– Fuente: propia

Tabla comparativa situación inicial y final

Velocidad

Tiempo

desplazamiento

total

Mejora versus

condición inicial (en

minutos)

Mejora

porcentual

resultado final

vs 72 min

inicial

a 30 km/h 12,0 60,0 83%

a 35km/h 10,3 61,7 86%

a 40km/h 9,0 63,0 88%

a 41,1km/h 8,8 63,2 88%

a 45km/h 8,0 64,0 89%

a 50km/h 7,2 64,8 90%

a 55km/h 6,5 65,5 91%

a 60km/h 6,0 66,0 92%

Tabla 18- ejemplo tercer escenario mejora porcentual– Fuente: propia

Como se puede ver en los ejercicios realizados, es posible mejorar el tráfico

distribuyéndolo en las diferentes rutas que me pueden llevar desde un punto origen hasta

un punto destino, para esto es muy importante que los usuarios conozcan las diferentes

rutas que le permiten lograr el objetivo del desplazamiento y a su vez que conozcan de

manera oportuna el estado de las mismas para ver si es posible su uso logrando un

desplazamiento óptimo.



7. CAPITULO 6 – Protocolo de pruebas

7.1. Protocolo de pruebas y resultados obtenidos

Inicialmente se propone conocer los servicios que presta el prototipo del aplicativo de

demostración, los cuales son:

Ilustración 33- Pantalla 1

Visualizar mapa de vías seleccionadas para el proyecto.

Consultar información de rutas o vías específicas.

Modificar valores de parámetros para pruebas simulación.

Generar ruta óptima origen-destino.

A continuación se relaciona el protocolo de las pruebas de correcto funcionamiento a

realizar:

Capítulo 5 97

7.2. Consultar información de rutas y vías específicas

1. Estando en la página principal pasar a la página de Estado de vías a través del

enlace Estado de vías

2. Seleccionar la vía de la cual deseamos obtener información.

3. Se visualizará en la página el estado de esta vía a través de colores, verde

significa que está en excelente estado para transitar, amarillo significa que está

en buen estado, naranja significa que tiene algunos inconvenientes y rojo significa

que esta imposible para transitar.

Ilustración 34 - Pantalla 2



7.3. Modificar valores de parámetros para pruebas de simulación

1. Estando en la página principal pasar a la página de Modificar parámetros a

través del enlace Modificar parámetros.

2. Seleccionar el parámetro a modificar y elegir el valor con el que se quiere

reemplazar.

3. Dar click en el botón almacenar parámetro

4. El aplicativo mostrara un aviso donde se confirma que el parámetro se modificó

con éxito.


Capítulo 5 99

GENERAR RUTA ÓPTIMA ORIGEN-DESTINO.

1. Estando en la página principal pasar a la página de Generar Ruta Óptima a

través del enlace Generar ruta óptima.

2. Allí se deben seleccionar en los dos los menús desplegables el punto de

origen y el punto de destino.

3. Dar click en el botón generar ruta óptima

4. Se visualizará en un plano cartográfico de las vías de Bogotá la ruta

propuesta por el sistema.

5. Para verificar funcionamiento de protocolo se debe volver a la página principal

y dirigirse a la página de Modificar parámetros a través del enlace Modificar

parámetros.

6. Se pueden modificar los parámetros de las vías que propuso inicialmente el

aplicativo y se procede a volver a la página de Generar Ruta Óptima a través

del enlace Generar ruta óptima.

7. Allí se deben seleccionar de nuevo en los dos los menús desplegables los

mismos, punto de origen y el punto de destino.

8. Si los parámetros fueron modificados drásticamente, se debe visualizar en el

plano cartográfico de Bogotá, una ruta diferente a la inicialmente propuesta.

9. Este ejercicio se puede realizar infinitas veces para verificar funcionamiento,

igualmente se pueden ingresar los parámetros para que me de una ruta

específica, es decir si estos en la autopista con 7 y voy para la Boyacá con 26,

puedo organizar los valores de los parámetros de tal forma que

obligatoriamente me proponga el sistema irme por toda la autopista hacia el

sur hasta la 26 y después bajar por toda la 26 hasta la Boyacá.



7.4. Ejemplos

Origen: Calle 170 con Carrera 7

Destino: Calle 26 con AV 68


7.5.

Capítulo 5 101

Pruebas

Se configuran los valores de los parámetros de velocidad, estado y obstáculos, para que

la ruta óptima sea tomar la calle 170 hasta la autopista, tomar toda la autopista hasta la

calle 26 y posteriormente la calle 26 al oriente hasta la AV 68.


Para probar el funcionamiento del algoritmo, se modifican los parámetros de velocidad,

obstáculos y estado sobre la autopista norte, para obligar al algoritmo a tomar una ruta

alterna.

Ilustración 38-Pantalla 6



Una última prueba modificar los valores de los parámetros de manera tal que se

obstaculicen todas las posibles rutas para llegar desde el origen hasta el destino.

Ilustración 39-Pantalla 7

7.6. Resultados Obtenidos

El algoritmo revisa las posibles rutas únicamente en la orientación origen-destino, revisa

los valores de los parámetros de cada uno de los tramos y calcula el puntaje total de

cada ruta, la ruta con mejor puntaje es la que se visualiza en el mapa cartográfico de la

malla vial de Bogotá.

Se modifican los valores de la ruta inicial para que el sistema tenga que visualizar en

pantalla una ruta diferente, esto se hace vetando la autopista norte con un obstáculo.

Se recalcula la ruta óptima y se puede observar que la nueva ruta es por la carrera 7.

De nuevo se modifican los valores los parámetros obstaculizando todas las posibles

rutas para llegar hasta el destino, de esta forma el algoritmo intenta buscar una ruta,

pero al encontrar todas las posibles rutas vetadas, muestra en pantalla el mensaje de “El

Capítulo 5 103

sistema no tiene rutas para proponer, todas las vías se encuentran presentando

inconvenientes. Por favor intente más tarde”

7.7. Resumen soluciones implementadas alrededor del mundo

Se recopilan y organizan las siguientes propuestas que aplican en nuestra ciudad

y que han dado resultado en otras ciudades,

Tabla 1.9. Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan

integral de movilidad para la ciudad de Bogotá. Fuente: Proyecto de investigación

Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables en un plan integral de movilidad para la ciudad de Bogotá

No. Solución Aplica Bogotá SI

/NO


SI

2 Control de red de semaforización en línea SI

3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado) SI

4 Berma para rápido despeje ante situaciones SI

5 Patrullas de apoyo y control por sectores SI

6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción SI

7 Señales móviles SI

8 Sistemas de información en línea SI

9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente SI

10 Uso de medios alternos de transporte SI

11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías ) SI

12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles. SI


SI


SI

15 Mayor educación al conductor y peatón SI


SI

17 Marcación y Uso de vías alternas SI

18 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias SI




SI


SI


SI

22 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable ) SI


SI


SI

25

Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta, bicicleta, vehículo, medios de transporte) (infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)

SI


SI

27 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel SI

28 Y los que viven fuera de Bogotá..? (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)

SI

29 Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales

SI


SI

Tabla 19- Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables a la ciudad de Bogotá. Fuente: propia

7.8. Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo.

Tabla 1.10. Matriz resumen de soluciones implementadas en diferentes ciudades

alrededor del mundo. Fuente: Proyecto de investigación

MATRIZ DE CIUDADES VERSUS SOLUCIONES

No.

Solución

Ch

ile

Arg

en

tin

a

Pa

na

má

Sa

lva

do

r

Ve

ne

zu

ela

Ciu

da

de

s d

e M

éx

ico

Se

vil

la y

ciu

da

des

de

Es

pa

ña

EE

UU

Ciu

da

de

s d

e C

an

ad

á

Ciu

da

de

s d

e F

ran

cia

Ciu

da

de

s d

e H

ola

nd

a

Ch

ina


x x

2 Control de red de semaforización en línea x x x x X x x x

Capítulo 5 105

3 Control y mantenimiento de vías (siempre en perfecto estado)

x x x x x X

4 Berma para manejo de accidentes x x x x x x

5 Patrullas de apoyo y control por sectores

6 Sistema de grúas y grupos de apoyo para rápida acción

x x x

7 Señales móviles x x x x x

8 Sistemas de información en línea x x x

9 Reducción de cruces semaforizados por cruce con puente

10 Uso de medios alternos de transporte x x x x x x x x x x x x

11 Uso de bicicleta, (más seguridad para los ciclistas, mas vías )

x x x x

12 Segundos niveles en vías de alto tráfico y pocos carriles.

x x x


x x

14 Reducción de días laborales (con horarios intensivos)

x x


x x x x x

16 Educación al conductor y peatón x x x x x x x x x x x x


x

18 Marcación y Uso de vías alternas

19 Planes de Desborde de tráfico por vías secundarias



x x x


x x x x x x x x x x x x

23 Crear medios masivos de transporte (metro, metro cable )

x x x x x x x


x


x x

26 Medios alternos para llegar al trabajo (caminar, correr, patines, patineta,

x x x x x



bicicleta, vehículo, medios de transporte) (infraestructura segura, cómoda, adecuada, y espacios para almacenamiento en todo lugar)


28 Cambio de mentalidad y de cultura a todo nivel

29 Y los que viven fuera de la ciudad... (parqueadero en las afueras y medios de transporte al interior)

x x x x

30

Establecer plan de gestión de movilidad y dar continuidad a los planes ante cambios de administración, ya que el problema requiere varios años para notar mejoras radicales


x x x x x x

32 Ciudades con amplias vías x x x x x x Tabla 20- Matriz soluciones por ciudad. Fuente: propia

8. Conclusiones y Recomendaciones

7.1 Conclusiones

Para garantizar un transporte sustentable de largo plazo se requiere un cambio de

hábitos y costumbres entre los ciudadanos: pasar de una ciudad en donde se

privilegia el uso del automóvil particular a una centrada en la movilidad no

motorizada y el transporte público. Para lograr esto, la educación y cambio de

cultura es un factor determinante. Se necesita crear conciencia de los costos

sociales que genera el uso excesivo del automóvil y promover los beneficios de

las soluciones y opciones de movilidad, como el transporte público, la bicicleta, la

caminata y otros.

Se evidencia la necesidad de poseer información relevante para poder tomar

decisiones acertadas a la hora de transporte de un lugar a otro.

Es importante que toda la información relacionada con el tema de control de

tráfico vehicular este centralizada en un sistema muy completo, al cual se tenga

acceso ilimitado, desde cualquier parte donde uno lo necesite, así mismo que la

información contenida sea confiable y oportuna.

Se deben estudiar a profundidad las soluciones dadas por países desarrollados

para tomar como modelo los sistemas y soluciones planteados por ellos, ya que

estos manejan tecnologías más avanzadas, o soluciones con mas experiencia.

Varios de los sistemas para control de tráfico desarrollados en otros países como

Santiago de Chile y España han sido galardonados por ser de gran utilidad a la

ciudadanía, por esta razón entre otras, sería interesante e importante dar

continuidad a este proyecto para que en un futuro cercano pueda ser

desarrollado, ya sea por entidades públicas o privadas.

108 Referencias

Se considera el desarrollo del protocolo de enrutamiento como una solución

novedosa ya que durante la investigación no se encontró un país donde se

suministre este tipo de información de manera gratuita, completa y centralizada.

Es importante tener en cuenta que los usuarios del servicio de ruta óptima se

demoran un tiempo determinado desde el origen hasta el destino, por lo que

durante este tiempo el estado del tráfico en la ruta propuesta puede llegar a

variar, por esta razón es importante tener en cuenta para la continuidad del

proyecto, que se incluya el módulo de solicitud y envío remoto de información o el

servicio de soporte telefónico, para que se pueda generar ruta óptima desde

donde se encuentre el usuario en el momento y así contar con información

actualizada y oportuna.

Se considera que el protocolo de enrutamiento basado en el algoritmo Dijsktra

cumple con los requisitos mínimos y es apropiado para aplicarlo en la generación

de ruta óptima origen-destino, debido al maneja que da a los parámetros, vértices

y nodos, filosofía que se aplica en el diseño del sistema, tanto en la parte espacial

como en la base de datos, junto con algunas de las mejores prácticas del

protocolo OSPF.

Los puntajes de parámetros se dieron de manera lineal y proporcional por lo que

se aconseja en futuros proyectos hacer un análisis más profundo de parámetros y

puntuaciones de los mismos, con el fin de que la ruta sea efectivamente la más

óptima de acuerdo a los parámetros.

Se tomó una pequeña muestra de vías dividiéndolas en calles y carreras para

facilitar la demostración, así como también se fraccionan estas mismas en tramos

para funcionamiento del protocolo de ruta óptima origen-destino, asemejándose a

una red de datos.

Se demostró funcionamiento del algoritmo de ruta óptima a través del aplicativo

desarrollado, igualmente se demuestra que al modificar los parámetros drástica y

negativamente de la ruta propuesta, y al volver a generar ruta óptima, esta varia

notoriamente validando así funcionamiento de acuerdo a las reglas planteadas.

Se debe enriquecer en plan maestro de movilidad para Bogotá, definido en el

2006, para incluir propuestas adicionales que enriquezcan el ejercicio y se

proponga una solución integral, teniendo en cuenta que hay planes de movilidad

109

en curso con resultados efectivos en otros países, que pueden aportar ideas

valiosas para plantear alternativas de solución a nuestras problemáticas.

7.2 Recomendaciones

Analizar a detalle el plan maestro de movilidad de Bogotá, comparándolo con las

buenas prácticas de otros países y con planes de gestión de movilidad, con el

objetivo de complementar con los que no estén incluidos y que podrían aportar

como parte de la solución a la problemática de congestión y tráfico que presenta

la ciudad de Bogotá.

110 Referencias

9. REFERENCIAS

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