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Timestamp: 2017-10-22 08:07:11+00:00

Document:
Simulador de flujo de tráfico basado en autómatas celulares - José María López Laguna - Informatique
De José María López Laguna
En el presente proyecto se documentará el desarrollo de un simulador de flujo de tráfico basado en autómatas celulares implementado en Java. La aplicación se compondrá de una interfaz visual desde la que el usuario podrá interactuar con el sistema y visualice el entramado. Dicho entramado estará formado por una matriz de celdas, las cuales cambiarán su estado dependiendo de su estado actual y los estados de las celdas de alrededor. En dicha interfaz el cliente será capaz de diseñar sus propios mapas e insertar o eliminar elementos en cualquier instante, pudiendo realizar todas las pruebas y simulaciones que se le ocurran. El sistema proveerá de las herramientas necesarias para poder realizar análisis completos de los resultados de las simulaciones realizadas, pudiendo ser comparadas con otras simulaciones con el objetivo de poder determinar qué tipo de estructura resulta más ventajosa en el entramado para conseguir un tráfico fluido. La información referente a las simulaciones y datos de cada uno de los mapas creados estarán guardados en una base de datos, con lo que se podrán almacenar y cargar cualquier simulación con el objetivo de compararlas y analizarlas con las nuevas realizadas. ________________________________________________________________________________
In the current document it will be documented the development of Traffic Flow Simulator based in a cellular automata implemented in Java. The application it will be based in a visual interface where from the user can interact with the system and visualize the map. This map will be composed by a cell matrix, which will change their state depending on their own state and the cell’s state around them. In this interface, the user can redesign the maps, insert and delete elements, and make all proofs he wants. The system will provide all the necessary tools to make complete analysis of the situation and the simulations. This one can be compared with other simulations with some different elements, in order to find out what elements fits better in some determinate case. The traffic flow will be the element’s effectiveness. So the reality is here. The information about simulations and data of every created map will be stored in a database, so simulations can be saved and loaded at any moment, in order to make comparisons between them.
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Simulador de Flujo de Tráfico
Autor: José María López Laguna
Quisiera agradecer a mi tutor, Germán Gutiérrez, la ayuda prestada a lo largo de la elaboración
de este proyecto. Asimismo también quiero mencionar especialmente a mi familia, los cuáles
me han animado y apoyado desde el primer momento. El apoyo de ambas partes ha sido
fundamental para haber conseguido llevarlo finalmente a buen término. Tabla de Contenido
1. Introducción....................................................................................................................................... 13
2. Objetivos ............................................................................................................................................ 15
3. Estado de la Cuestión ........................................................................................................................ 17
3.1 Autómata Celulares ....................................................................................................................... 17
3.1.1 Definición .............................................................................................................................. 17
3.1.2 Reglas Autómatas Celulares ................................................................................................. 17
3.1.3 Usos Autómatas Celulares .................................................................................................... 17
3.2 Simuladores de Flujo de Tráfico .................................................................................................... 18
3.2.1 Definición .............................................................................................................................. 18
3.2.2 Tipos de Simuladores ............................................................................................................ 18
3.2.3 Aplicaciones Simuladores de Tráfico .................................................................................... 19
4. Propuesta ........................................................................................................................................... 21
4.1 Alcance del Sistema ....................................................................................................................... 22
4.2 Reglas del Autómata Celular aplicado en el Simulador ................................................................. 25
4.2.1 Evolución de las Reglas ......................................................................................................... 25
4.2.2 Problemas en las Reglas ....................................................................................................... 45
4.3 Elementos Externos Al Autómata Celular ..................................................................................... 48
4.3.1 Dibujo del Mapa ................................................................................................................... 48
4.3.2 Base de Datos (Tablas y Campos) ......................................................................................... 50
4.3.3 Semáforos ............................................................................................................................. 53
4.3.4 Rotondas ............................................................................................................................... 55
4.3.5 Puntos de Generación de Coches ......................................................................................... 57
4.4 Restricciones Consideradas en este Proyecto ............................................................................... 58
4.5 Implementación del Sistema ......................................................................................................... 69
Patrón State ......................................................................................................................................... 69
Modelo-Vista-Controlador ................................................................................................................... 70
Interfaz de Usuario .............................................................................................................................. 72
Base de Datos ...................................................................................................................................... 72
5. Aplicación del Sistema ....................................................................................................................... 73
6. Trabajos Futuros ................................................................................................................................ 83
7. Conclusiones ...................................................................................................................................... 87
8. Bibliografía ......................................................................................................................................... 89
Anexo I – Reglas Máquina de Estados ........................................................................................................ 91
Anexo II – Manual de Usuario .................................................................................................................. 101
Visión General .................................................................................................................................... 101
Pantalla Principal ............................................................................................................................... 102 Controlador Simulación ..................................................................................................................... 108
Configuración Sistema ....................................................................................................................... 109
Menú Sistema .................................................................................................................................... 117
Anexo III. Manual de Referencia .............................................................................................................. 119
Anexo IV. Casos de Uso. ........................................................................................................................... 123
Anexo V – Gestión del Proyecto ............................................................................................................... 129
Componentes del Proyecto ............................................................................................................... 129
Planificación Horaria .......................................................................................................................... 130
Presupuesto ....................................................................................................................................... 133
Anexo VI – Tecnologías Utilizadas ............................................................................................................ 135
Fig 1 – Previsión Movimientos Versión 1. ............................................................................ 26
Fig 2 – Resolución Movimientos Versión 1 .......................................................................... 26
Fig 3 – Previo Movimientos Versión 2 .................................................................................. 29
Fig 4 – Previsión Movimientos Versión 2 ............................................................................. 29
Fig 5 – Resolución Movimientos Versión 2 .......................................................................... 29
Fig 6 – Previa Movimientos Versión 3 .................................................................................. 30
Fig 7 – Previsión Movimientos Versión 3 ............................................................................. 31
Fig 8 – Resolución Movimientos Versión 3 .......................................................................... 31
Fig 9 – Previa Movimientos Versión 4 .................................................................................. 32
Fig 10 – Resolución Movimientos Versión 4 ........................................................................ 32
Fig 11 – Previa Movimientos Versión 5 ................................................................................ 33
Fig 12 – Previsión Movimientos Versión 5 ........................................................................... 33
Fig 13 – Resolución Movimientos Versión 5 ........................................................................ 33
Fig 14 – Previa Movimientos Versión 6 Verde...................................................................... 36
Fig 15 - Previa Movimientos Versión 6 Rojo ........................................................................ 36
Fig 16 – Previsión Movimientos Versión 6 Verde ................................................................. 36
Fig 17 - Previsión Movimientos Versión 6 Rojo ................................................................... 36
Fig 18 – Resolución Movimientos Versión 6 Verde .............................................................. 36
Fig 19 - Resolución Movimientos Versión 6 Rojo ................................................................ 36
Fig 20 – Previa Movimientos Versión 7 ................................................................................ 38
Fig 21 – Previsión Movimientos Versión 7 ........................................................................... 39
Fig 22 – Resolución Movimientos Versión 7 ........................................................................ 39
Fig 23 – Previa Movimientos Versión 8 ................................................................................ 40
Fig 24 – Previsión Movimientos Versión 8 ........................................................................... 40
Fig 25 – Resolución Movimientos Versión 8 ........................................................................ 40
Fig 26 – Previa Rotonda 1 ...................................................................................................... 43
Fig 27 – Previsión Rotonda 1 ................................................................................................. 43
Fig 28 – Resolución Rotonda 1 .............................................................................................. 43
Fig 29 – Previa Rotonda 2 ...................................................................................................... 43
Fig 30 - Previsión Rotonda 2 ................................................................................................. 43
Fig 31 - Resolución Rotonda 2............................................................................................... 43
Fig 32 – Previa Rotonda 3 ...................................................................................................... 43
Fig 33 – Previsión Rotonda 3 ................................................................................................. 43
Fig 34 – Resolución Rotonda 3 .............................................................................................. 43
Fig 35 – Patrón State. ............................................................................................................. 69
Fig 36 – Modelo Controlador Vista. ...................................................................................... 70 Fig 37 – Autómata. ................................................................................................................. 71
Fig 38 – Base de Datos. ......................................................................................................... 71
Fig 39 – Interfaz Visual. ........................................................................................................ 72
Fig 40 – Prueba Rotonda ........................................................................................................ 73
Fig 41 – Prueba Rotonda al 15%............................................................................................ 74
Fig 42 – Prueba Rotonda al 30%............................................................................................ 75
Fig 43 – Prueba Rotonda al 60%............................................................................................ 75
Fig 44 – Prueba Semáforo 3 Carriles ..................................................................................... 76
Fig 45 – Prueba Semáforo 3 Carriles al 15% ......................................................................... 76
Fig 46 – Prueba Semáforo 3 Carriles al 30% ......................................................................... 77
Fig 47 – Prueba Semáforo 3 Carriles al 60% ......................................................................... 77
Fig 48 – Prueba Semáforo 2 Carriles ..................................................................................... 78
Fig 49 – Prueba Semáforos 2 Carriles al 15% ....................................................................... 78
Fig 50 – Prueba Semáforos 2 Carriles al 30% ....................................................................... 79
Fig 51 – Prueba Semáforos 2 Carriles al 60% ....................................................................... 79
Fig 52 – Prueba Semáforos 1 Carril ....................................................................................... 80
Fig 53 – Prueba Semáforo 1 Carril al 15% ............................................................................ 81
Fig 54 – Prueba Semáforo 1 Carril al 30% ............................................................................ 81
Fig 55 – Prueba Semáforo 1 Carril al 60% ............................................................................ 82
Fig 56 – Avanzar Dos Posiciones en Recta. Acción. ............................................................. 92
Fig 57 – Avanzar dos Posiciones en Recta. Condición a Favor. ............................................ 92
Fig 58 – Avanzar Dos Posiciones en Recta. Condición en Contra 1. .................................... 92
Fig 59 – Avanzar Dos Posiciones en Recta. Condición en Contra 2. .................................... 93
Fig 60 – Avanzar Una Posición en Recta. Acción. ................................................................ 94
Fig 61 - Avanzar Una Posición en Recta. Condición a Favor. ............................................... 94
Fig 62 - Avanzar Una Posición en Recta. Condición en Contra. ........................................... 94
Fig 63 – Cambio de Carril Izquierda. Acción. ....................................................................... 95
Fig 64 - Cambio de Carril Derecha. Acción. ......................................................................... 95
Fig 65 - Cambio de Carril. Condición a Favor. ...................................................................... 95
Fig 66 – Cambio de Carril. Condición en Contra 1 ............................................................... 95
Fig 67 – Cambio de Carril. Condición en Contra 2 ............................................................... 95
Fig 68 – Girar en Curva. Acción Entrada............................................................................... 96
Fig 69 Girar en Curva. Acción Salida. ................................................................................... 96
Fig 70 – Girar En Curva. Condición a Favor 1. ..................................................................... 96
Fig 71 - Girar En Curva. Condición a Favor 2. ...................................................................... 96
Fig 72 – Girar en Curva. Condición en Contra 1. .................................................................. 96
Fig 73 – Girar en Curva. Condición en Contra 2 ................................................................... 96 Fig 74 – Semáforos Rojos. Acción. ....................................................................................... 97
Fig 75 - Semáforos Verdes. Acción ....................................................................................... 97
Fig 76 – Semáforos Rojos. Condiciones. ............................................................................... 97
Fig 77 - Semáforos Verdes. Condiciones. .............................................................................. 97
Fig 78 – Cruces. Acción. ........................................................................................................ 98
Fig 79 – Rotondas. Acción. .................................................................................................... 99
Fig 80 – Visión General de la Aplicación. ........................................................................... 101
Fig 81 – Menú Creación Carretera ....................................................................................... 102
Fig 82 – Menú Creación Curvas. ......................................................................................... 103
Fig 83 – Menú Creación Semáforos. .................................................................................... 103
Fig 84 – Menú Creación Cruces........................................................................................... 103
Fig 85 – Menú Insertar En Recta ......................................................................................... 104
Fig 86 – Menú Insertar En Curva ......................................................................................... 104
Fig 87 – Menú Insertar En Rotonda ..................................................................................... 104
Fig 88 – Insertar Coche Cruce ............................................................................................. 104
Fig 89 – Insertar Coche Rotonda ......................................................................................... 105
Fig 90 – Lista Simulaciones ................................................................................................. 106
Fig 91 – Menú opciones Simulaciones ................................................................................ 106
Fig 92 – Matriz de Estados................................................................................................... 107
Fig 93 – Controlador Simulación. ........................................................................................ 108
Fig 94 – Antes de Crear Mapa ............................................................................................. 109
Fig 95 – Crear Mapa ............................................................................................................ 109
Fig 96 – Resultado Crear Mapa ........................................................................................... 109
Fig 97 – Panel Edición ......................................................................................................... 110
Fig 98 – Previa Configuración Semáforo ............................................................................. 111
Fig 99 – Elección Semáforo ................................................................................................. 111
Fig 100 – Configuración Semáforo ...................................................................................... 111
Fig 101 - Previa Configuración de Puntos Generación ........................................................ 112
Fig 102 – Configuración Puntos Generación ....................................................................... 112
Fig 103 – Configuración Punto Generación ......................................................................... 112
Fig 104 – Panel Configuración ............................................................................................ 113
Fig 105 – Panel Informes ..................................................................................................... 115
Fig 106 – Menú Primario ..................................................................................................... 117
Fig 107 – Menú Sistema ...................................................................................................... 117
Fig 108 – Cambio Idioma .................................................................................................... 118
Fig 109 - Ayuda ................................................................................................................... 118
Fig 110 – Abrir Proyecto ..................................................................................................... 123 Fig 111 – Escoger Proyecto ................................................................................................. 123
Fig 112. Carpeta “/Dist/” ..................................................................................................... 123
Fig 113. Carpeta “/Dist/src/” ................................................................................................ 123
Fig 114. Ejecución con “.jar” ............................................................................................... 123
Fig 115. Mapa Inicial. .......................................................................................................... 124
Fig 116. Limpiar Mapa Entero. ............................................................................................ 124
Fig 117. Crear Mapa Manualmente. .................................................................................... 124
Fig 118. Cargar Simulación con Mapa. ............................................................................... 124
Fig 119. Crear Coche Manual 1. .......................................................................................... 124
Fig 120. Crear Coche Manual 2. .......................................................................................... 124
Fig 121. Crear Coche Manual 3. .......................................................................................... 124
Fig 122. Generar Tráfico % 1. ............................................................................................. 125
Fig 123. Generar Tráfico % 2. ............................................................................................. 125
Fig 124. Generar Tráfico % 3. ............................................................................................. 125
Fig 125. Punto Generación 1. ............................................................................................... 125
Fig 126. Punto Generación 2. ............................................................................................... 125
Fig 127. Punto Generación 3. ............................................................................................... 125
Fig 128. Velocidad Transición. ............................................................................................ 125
Fig 129. Iniciar Simulación 1. .............................................................................................. 125
Fig 130. Iniciar Simulación 2. .............................................................................................. 125
Fig 131. Simulación Auto 1. ................................................................................................ 125
Fig 132. Simulación Auto 2. ................................................................................................ 125
Fig 133. Simulación Auto 3. ................................................................................................ 125
Fig 134. Avanzar Pasos ........................................................................................................ 126
Fig 135. Avanzar un paso..................................................................................................... 126
Fig 136. Avanzar 3 Pasos Previa. ......................................................................................... 126
Fig 137. Avance de 3 pasos.................................................................................................. 126
Fig 138. Cargar Simulación ................................................................................................. 126
Fig 139. Eliminar Simulación .............................................................................................. 126
Fig 140. Salvar Simulación. ................................................................................................. 126
Fig 141. Crear Semáforo 1. .................................................................................................. 126
Fig 142. Crear Semáforo 2. .................................................................................................. 126
Fig 143. Crear Semáforo 3. .................................................................................................. 126
Fig 144. Lista Semáforos. .................................................................................................... 127
Fig 145. Modificación Turnos.............................................................................................. 127
Fig 146. Salvar Modificación. .............................................................................................. 127
Fig 147. Añadir Punto de Generación. ................................................................................. 127 Fig 148. Escoger Punto de Generación. ............................................................................... 127
Fig 149. Modificar/Salvar/Eliminar Punto de Generación de Coches ................................. 127
Tabla 1. Códigos nuevos de estado de la versión 1. ............................................................... 25
Tabla 2. Códigos nuevos de estado de la versión 2. ............................................................... 27
Tabla 3. Códigos nuevos de estado de la versión 4 ................................................................ 32
Tabla 4. Códigos nuevos de estado de la versión 6 ................................................................ 34
Tabla 5. Códigos nuevos de estado de la versión 7. ............................................................... 37
Tabla 6. Códigos nuevos de estado de la versión 9. ............................................................... 42
Tabla 7. Restricción 1 – Motor de Simulación ...................................................................... 58
Tabla 8. Restricción 2 – Código Estados ............................................................................... 59
Tabla 9. Restricción 3 – Autómata No Determinista ............................................................. 60
Tabla 10. Restricción 4 – Reglas en Fichero .......................................................................... 61
Tabla 11. Restricción 5 – Sistema Distribuido. ...................................................................... 62
Tabla 12. Restricción 6 – Velocidad Variable. ...................................................................... 63
Tabla 13. Restricción 7 – Diversidad de Vehículos. .............................................................. 63
Tabla 14. Restricción 8 – Semáforos y Cruces comparten Estado. ........................................ 64
Tabla 15. Restricción 9 – Codificación Con Variables. ......................................................... 65
Tabla 16. Restricción 10 – Rotondas Circulares. ................................................................... 66
Tabla 17. Restricción 11 – Estados Distintos Para Cada Zona Rotonda. ............................... 67
Tabla 18. Restricción 12 – Salidas Rotondas Flexibles. ........................................................ 68
Tabla 19. Restricción 13 – Espacio Ocupados Por los Vehículos. ........................................ 68
Tabla 20 – Conclusiones Rotonda Vs Semáforo (1, 2 y 3 carriles). ...................................... 82
Tabla 21 –Componentes Equipo de Desarrollo.................................................................... 129
Tabla 22 – Planificación Horaria Proyecto. Valores en horas. Parte 1 ................................ 130
Tabla 23 – Planificación Horaria Proyecto. Valores en horas. Parte 2 ................................ 131
Tabla 24 – Coste por Horas Empleados ............................................................................... 133
Tabla 25 – Coste Materiales Proyecto ................................................................................. 133
Tabla 26 – Coste Total Aplicación....................................................................................... 133
Tabla 27 - Ordenador ........................................................................................................... 135
Tabla 28 – Lenguaje de Programación ................................................................................. 135
Tabla 29 – Entorno de Programación ................................................................................... 135
Tabla 30 – Base de Datos ..................................................................................................... 136
Tabla 31 – Procesador de Texto ........................................................................................... 136
Tabla 32 - Autómata ............................................................................................................ 136
Tabla 33 – MS Project ......................................................................................................... 136

References: Resolución 
 Resolución 
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