Crónicas sobre el tránsito

*Por el Ing. Oscar Fariña y con la colaboración del DI. Fernando Fariña Yúfera.
Los sistemas de comunicaciones en el equipamiento del control del tránsito

1- EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
La evolución de la tecnología incidió notablemente en los sistemas de comunicación de los controladores de los semáforos, para optimizar su operación sincronizando las denominadas ondas verdes. Con ese objetivo, es que se fueron estableciendo especificaciones según los recursos técnicos disponibles, tal el caso de los primeros equipos que aparecieron en el mercado como los del tipo electromecánico.
Es de destacar aquí, que este primer ejemplo, fue determinante en las normas de proyecto de las instalaciones en la vía pública, ya que se decidió que las redes de comunicaciones fueran del tipo subterráneo mediante el tendido de ductos (en un principio con caños cerámicos y posteriormente  de PVC.), con cámaras de pase intermedias y acceso a los tableros en cada cruce con señalización luminosa. Llama la atención que, tanto lo expuesto como la disposición del buzón con el controlador, la alimentación eléctrica y la distribución del cableado del cruce, se mantienen aún hoy con algunas variantes y mejoras según la administración de la municipalidad de cada localidad.
En el ejemplo citado, la vinculación eléctrica se realizaba con cables con suministro de tensión de 220V y un único pulso de sincronismo para todo el equipamiento de la red, estableciéndose el desfasaje u offset en forma local. Esta forma simple de coordinar los sistemas demostró una eficiencia notable por su sencillez y que aún hoy, a pesar de los años transcurridos, continúa utilizándose.
Es indudable que las limitaciones de este sistema, obligaron a proyectar variantes que permitieran un mayor grado de actuación a la distancia especialmente en la supervisión de su estado operativo y de los cambios programados o de emergencia en el funcionamiento de los semáforos. Es así que se pasó a utilizar la tecnología de cableado telefónico, que permitía el acceso mediante uno o más pares en forma independiente a cada equipo. El medio físico de transmisión utilizado RS-485 es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI. Mediante un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en un solo hilo, con una longitud máxima de 1200 metros operando entre 300 y 19 200 bit/s y la comunicación half-duplex (semi duplex). Es así que utilizando los mismos ductos, se tendieron cables multipares (10, 20, 50 y 100 pares según las necesidades), con lo que se dispuso una organización en las redes de comunicación que facilitó el ingreso de los, cada vez más poderosos, sistemas de control especialmente con el uso de las computadoras de comando.

2- LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS
El crecimiento de este tipo de operación remota, continuó ampliándose aún más con el surgimiento de los nuevos sistemas ITS, tal el caso de los equipos de medición del tránsito mediante detectores vehiculares y los sistemas de  video control.
Los sistemas ITS son un conjunto de dispositivos utilizados para el control del tránsito que, con inteligencia local y capacidad de comunicación, permiten la toma de decisiones interpretando múltiples datos. Estos dispositivos incluyen, entre otros, los sistemas semafóricos de control de estacionamiento y priorización de transporte público.
Los mismos se pueden agrupar según su funcionalidad en:

• Sistemas centrales
• Equipos de campo
• Redes de comunicación y transmisión de datos

1. Medios físicos de transporte.
2. Equipos de comunicación.

La aparición de la fibra óptica para el uso de las comunicaciones es relativamente reciente en la progresión del tiempo de la historia narrada, pero como fue en su oportunidad el cableado telefónico, este nuevo sistema revolucionó también la tecnología de control aumentando la capacidad y velocidad de transmisión de datos con las ventajas ya conocidas. Esto fue especialmente útil en determinados aplicaciones, tales como el enlace rápido entre centros de control o computadoras de tránsito, transmisión de imágenes registradas en las cámaras del sistema de supervisión visual y en todo otro tipo de uso con necesidades en el  manejo de muchos datos.
En el caso de los sistemas para el control de los equipos semafóricos, la fibra óptica no se implementó masivamente ya que éstos, por su tecnología, prácticamente disponen de capacidad de trabajo autónoma sin necesidad de intercambio de un volumen de datos significativamente alto, sumado esto a la necesidad de interceptar la fibra en múltiples puntos a cortas distancias. Cabe aclarar que el mantenimiento de este tipo de redes es más complejo y costoso, ya que cualquier reparación implica la disposición de herramientas y equipos de trabajos especiales.
En estos casos, la fibra óptica se usa para comunicar los maestros en sistemas jerárquicos o computadoras de área y éstos se vinculan con los equipos locales mediante redes de baja capacidad como los pares telefónicos.
Es ilustrativo agregar que cuando apareció esta tecnología se libró un verdadero debate sobre las características que debían tener los ductos subterráneos para el tendido de la fibra y se estableció que era conveniente que las cañerías tuvieran una disposición telescópica para evitar las curvaturas de la misma con pequeños radios, lo que invalidaba totalmente la red cañerías existentes. Luego de evaluarse varias propuestas, se logró con algunos cambios la realización de los tendidos en la red existente, lo que implicó una importante economía.

3- SISTEMAS INALÁMBRICOS
a) Radio enlace
Si bien ésta es una tecnología existente hace ya varios años, la mejora de la misma fundamentalmente en cuanto a la optimización del manejo de los datos y su confiabilidad,  extendió su aplicación a múltiples ámbitos. Los sistemas de comunicaciones de radio frecuencia (con bandas no licenciadas en 900 MHz, 2.4 GHz y 5.8 GHz.) y enlace de antenas con algunas alternativas, pueden ser entre otros del tipo Radio Enlace con ZigBee, que es una tecnología propietaria en 2.4 GHz. muy utilizada en ámbitos industriales o el Radio Enlace con Protocolos IP, que es una tecnología inalámbrica basada en el WiFi hogareño que se amplió para espacios exteriores y a grandes distancias.
Un radio enlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) con línea de vista (Line-of-Sight, LOS) usando equipos de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analógica (convencionalmente en frecuencia modulada) o digital. Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias se encuentran dentro del espectro de las súper altas frecuencias, SHF.
Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12, 18 y 23 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades entre 1 y 25 kilómetros de distancia una de la otra. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 GHz puede transmitir a distancias entre 30 y 50 kilómetros.
Por último, se pueden destacar los sistemas de comunicación inalámbrica del tipo GSM / GPRS que efectúan la transmisión de datos utilizando la red de teléfonos celulares, de bajo costo de implementación pero que implica depender del mantenimiento, disponibilidad y costos de uso en redes de terceros. Este último tipo de enlace es recomendable para puntos de acceso en lugares alejados de las redes troncales de los sistemas.
b) Otra tecnología complementaria
Los sistemas de “GPS” (Global Positioning System, su traducción sería Sistema de Posicionamiento Global), permiten mediante la triangulación de varios satélites establecer la posición en cualquier punto como también así fijar una base unificada de tiempos para cualquier ubicación geográfica. Este dispositivo permitió la sincronización de los sistemas a bajo costo.
En una etapa inicial los equipos electrónicos no tenían una base de tiempos confiable para su operación independiente y a su vez sincronizada, no obstante a partir de la incorporación de los microprocesadores esto introdujo una relativa mejora. En este caso es posible observar el mantenimiento de los sincronismos entre controladores cuando se encuentran aislados de la subordinación con el maestro. Luego de transcurrido un tiempo, que es variable según la tecnología, el sistema termina descoordinado con los problemas derivados en la operación de las ondas verdes.
Es de recordar aquí un antiguo e ingenioso software implementado que realizaba una corrección automática y conocido como “The time of God” o sea el tiempo de Dios. Si bien su uso no tuvo mayor éxito, pudo haber sido el antecedente del actual sistema en operación con el tiempo global bajado de los satélites denominado GPS. En este caso, con la incorporación de un simple dispositivo, el equipo ajusta su tiempo propio al del GPS y se facilita que todos los controladores de una red se sincronicen sin necesidad de una interconexión física mediante cableado de enlace. También es de avanzada una mejora adicional en la que el equipo opera automáticamente con GPS cuando se interrumpe la vinculación con el comando y deje de hacerlo cuando ésta se rehabilita. En la Figura N° 1 se detallan los diferentes usos y sistemas de comunicaciones inalámbricos utilizados en el control del equipamiento del tránsito.  

c) Análisis de los sistemas con radio enlace con protocolo IP    
El manejo y transporte de la información es un tema de discusión permanente en distintos ámbitos y no es ajeno al ámbito vial, la instalación de nuevas tecnologías para el control de tránsito obliga a un mejor diseño de redes de comunicación que se adecúen a estos modernos requerimientos. Es de destacar el caso del sistema implementado en la Ciudad de Comodoro Rivadavia, provincia de Chubut, en donde se desarrolló una red de comunicación para 107 intersecciones semaforizadas con una distribución de 191 antenas a baja altura, con una configuración de malla en la zona centro y del tipo lineal a lo largo de la Ruta Nacional 3. 

 Dadas las particulares características que poseen las redes para sistemas ITS, se observa en la mayoría de los casos, que las soluciones encaradas no se adaptan a sus requerimientos, generando así fallas de operación o altos costos de implementación. Es importante entonces, analizar las características de las tecnologías disponibles y evaluar los resultados obtenidos a fin de encontrar las soluciones que mejor se adecúen a las necesidades de la operación centralizada. Por éste motivo, el sistema con radio enlace es el que más se difundió en la actualidad ya que por su bajo costo respecto a otros sistemas de vinculación física y alta eficiencia van camino a ser utilizados en forma generalizada.
Este proyecto representó un desafío particular por múltiples aspectos: por un lado, la topografía de la ciudad con cotas significativamente distintas entre intersecciones contiguas y por otro, la necesidad de la instalación de los equipos de comunicación en los semáforos existentes a baja altura para los estándares de comunicación inalámbrica.

La solución adoptada consistió en la ejecución del radioenlace mediante equipos terminales y repetidores intermedios. La función de los repetidores es la de salvar la falta de visibilidad impuesta por los obstáculos físicos y conseguir así enlaces superiores al horizonte óptico. Esto permitió la vinculación completa de todas las intersecciones semaforizadas aún las más remotas y la instalación de puestos de conteo vehicular que permiten la adecuación de los tiempos semafóricos según la demanda.