Projeto Interdisciplinar - Semáforo Inteligente

Projeto Interdisciplinar - Semáforo Inteligente

Igor Cunha de Almeida, Lucas Nagaoka, Matheus Alves Bueno

Orientador: Robson Calvetti | Co-orientador: Marcelo Duduchi

Faculdade de Tecnologia e Ciências Exatas – Universidade São Judas Tadeu (USJT)
Ciência da Computação – São Paulo – SP – Brasil

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Resumo. Este documento descreve o projeto desenvolvido sob o tópico “Semáforo Inteligente” para a disciplina Projeto Interdisciplinar do curso Ciência da Computação da Universidade São Judas Tadeu. A partir do problema identificado, uma solução que utiliza de autômatos finitos determinísticos e softwares para gerenciamento dos tempos dos semáforos foi elaborada.

1. Problema

Atualmente, as metrópoles sofrem com um grande problema que interfere na mobilidade urbana: o trânsito. O acúmulo de veículos em determinados horários gera congestionamentos que aumentam o tempo de deslocamento da população.

        Além do trânsito, outro problema que ocorre nas grandes cidades são os acidentes. Muitos ocorrem por falta de atenção, negligência ou até mesmo falta de habilidade, porém, um outro fator que contribui com o alto índice de acidentes está relacionado com os motoristas não respeitarem as sinalizações e os semáforos. Principalmente em cruzamentos.

2. Solução

Levando em consideração que se trata de um cruzamento de duas vias de mão única, a proposta é melhorar o funcionamento dos semáforos, provendo a possibilidade de ajustar seus tempos de maneira adequada, levando em consideração estudos sobre fluxo de veículos e, com isso, otimizar o tempo de deslocamento da população e evitar grandes congestionamentos.

        Para lidar com esse problema, dois elementos são fundamentais: o sistema controlador (para a configuração dos semáforos) e os autômatos finitos determinísticos (para avaliar os estados de cada semáforo do cruzamento). Com eles, será possível configurar tempos customizados e que funcionam em sincronia, garantindo a segurança da população e uma maior fluidez ao trânsito.

3. Sistema Controlador

Um operador devidamente treinado e autorizado pela companhia de trânsito poderá configurar tempos para cada fase dos semáforos, de hora em hora. O sistema ainda permite configurar para quantos segundos o tempo da fase verde dos semáforos de veículos será reduzido quando o pedestre pressionar a botoeira.

        Após realizar login no sistema, o operador é redirecionado para a tela de configuração dos tempos de cada fase dos semáforos. Na parte superior, é possível selecionar o dia da semana e, logo em seguida, são exibidos os tempos de cada fase dos quatro semáforos envolvidos no cruzamento (os dois de pedestre e os dois de veículo).

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Figura 1. Tela do Sistema Controlador        

        Caso seja a primeira utilização, o sistema exibirá tempos padrões e as botoeiras virão ativadas por padrão também. Caso contrário, serão exibidos os dados referentes à última configuração realizada.

        Os tempos padrões são os seguintes:

• Semáforo de Veículo

60s para o estado vermelho;

55s para o estado verde;

5s para o estado amarelo;

• Semáforo de Pedestre

55s para o estado verde;

5s para o estado vermelho piscante;

60s para o estado vermelho;

        As configurações são feitas de hora em hora e, ao inserir o primeiro valor, o sistema completa automaticamente os tempos das demais fases dos semáforos naquele intervalo de tempo. Isso ocorre a fim de garantir a sincronia dos semáforos e, principalmente, a segurança dos motoristas e pedestres.

        Após configurar todos os intervalos de tempo daquele dia da semana, o operador salva as configurações e o sistema o redireciona para a tela de configuração do dia da semana seguinte. Isso se repete até que todos os dias da semana estejam devidamente configurados.

        Ao término da configuração de todos os dias da semana, o sistema exibe a opção de exportar os dados no formato XML a fim de carregar esta nova configuração nos semáforos do cruzamento.

4. Estados dos Semáforos

Afim de compreender melhor as transições de estados dos semáforos, foram desenvolvidos estudos baseados em autômatos finitos determinísticos.

        Os autômatos desenvolvidos representam os estados dos semáforos, acompanhados de suas condições de transição. As condições de transição estão diretamente interligadas com as demais, visto que é necessário haver uma sincronia para que os semáforos do cruzamento funcionem de maneira adequada.

        Os semáforos já iniciam com seus estados sincronizados. Caso não haja configuração de tempo customizada, iniciam com a configuração padrão. Caso contrário, a configuração customizada já começa a funcionar.

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Figura 2. Autômatos Finitos Determinísticos (Rua 1)        

        O semáforo de veículo 1 iniciará no estado verde e permanecerá enquanto a sua condição for verdadeira. A mudança para o próximo estado (amarelo) ocorre quando a condição de transição se torna verdadeira. Ao mudar para o estado amarelo, o semáforo novamente permanece neste estado enquanto sua condição for verdadeira. Quando a condição se tornar falsa, o semáforo muda para o estado vermelho, permanecendo até que a condição seja falsa. Neste momento, o estado é alterado para verde e o ciclo se repete.

        As condições de transição variam de acordo com a configuração realizada no sistema controlador. Os tempos customizados são peças chaves nas transições de um estado para outro, pois é a partir deles que o semáforo se mantém num estado ou passa para o seguinte.

        Exemplo: supondo que o estado verde de veículo vá permanecer ativo por 55s, o estado amarelo por 5s, o estado vermelho por 60s e sabendo que o semáforo trabalha de maneira regressiva, ou seja, inicia com o tempo no valor configurado e vai diminuindo até chegar a zero. Ao analisar os AFDs (autômatos finitos determinísticos), o semáforo inicia no estado verde e permanece enquanto o tempo configurado para o estado verde for superior a 0. Quando chegar a zero, o semáforo passará para o estado seguinte (amarelo), que fará a validação da mesma maneira até chegar ao próximo estado (vermelho). E então, seguindo a mesma lógica, o estado vermelho permanece ativo pelo tempo estipulado e passa para o próximo estado quando esse tempo chegar a zero. Retornando ao ciclo na sequência.