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Introducción Los desplazamientos carreteros en México y en el mundo, se han convertido en un componente de la vida cotidiana, en los cuales, los usuarios buscan que su tiempo de desplazamiento o el tiempo de traslado de las mercancías dure en promedio lo mismo en cualquier época del año y bajo cualquier condición climática presente. Sin embargo, el clima tiene un efecto importante en la seguridad vial y en los retrasos en los viajes de las personas y las mercancías. Por lo que en múltiples países se han implementado sistemas que provean información a los usuarios sobre el clima y el estado del tiempo, para que estos puedan viajar de forma segura y con mínimas interrupciones. El mantener la operación de una carretera abierta a todas horas y todos los días del año, requieren altas inversiones para muchos países, y en el caso contrario, el no invertir en sistemas de seguridad (preventivo) e información, implica consecuencias económicas importantes derivadas de accidentes viales, perturbaciones de las cadenas logísticas, demoras por cierres parciales o totales, aumento de los tiempos de viaje, etc. Éste desafío ha llevado a las agencias de carreteras a utilizar tecnologías avanzadas para enfrentar el clima y su impacto en el tránsito y su operación, de tal manera que puedan garantizar una conducción segura en las carreteras bajo cualquier condición climática. El presente artículo describe a los sistemas de información meteorológica para carreteras y cómo funcionan, incluyendo la tecnología utilizada y cómo estos pueden coadyuvar a una operación segura de las carreteras bajo condiciones climáticas adversas, en un clima cambiante y extremo debido al cambio climático.
Antecedentes En los últimos años las organizaciones de carreteras o los operadores del tránsito en las ciudades han implementado Sistemas Inteligentes para el Transporte (ITS, por sus siglas en inglés), con el objetivo de optimizar la operación de la infraestructura del transporte, impactando en una mejora en la movilidad de las personas y las mercancías. Los ITS tienen diversas finalidades, tales como aumentar la seguridad, mejorar la calidad de la red, etc., pero la que interesa en el presente artículo es aquellos sistemas ITS que proporcionan información a los usuarios. La información para los usuarios normalmente es sobre congestionamiento, tiempos de viaje, alerta de accidentes viales, principalmente. Pero recientemente ha cobrado especial importancia obtener información sobre el estado del tiempo y las condiciones meteorológicas, debido a que tienen impactos significativos en la operación de las redes viales, acentuadas más aún por el cambio climático y el clima extremo. Usualmente los usuarios utilizan las páginas web, aplicaciones para dispositivos móviles o los canales de televisión para conocer el estado del tiempo y las condiciones meteorológicas, sin embargo, estas no son específicas para alertar a los usuarios de las redes de transporte, para ello existen los Sistemas de Información Meteorológica en Carreteras (RWIS, Road Weather Information System). Estas avanzadas tecnologías se han convertido en un componente crítico de los esfuerzos para la operación y el mantenimiento de muchas agencias de carreteras. Estos sistemas requieren fusionar las tecnologías actuales en el análisis meteorológico, el pronóstico del tiempo, las telecomunicaciones y el monitoreo de las condiciones del camino, para producir información y pronósticos a corto plazo en sitios específicos, conjuntamente con un método de diseminación rápido y oportuno para los usuarios de las carreteras. Los avances iniciales en RWIS ocurrieron en Finlandia, Suecia y el Reino Unido.
Sistemas de Información Meteorológica en Carreteras Un Sistema de Información Meteorológica en Carreteras es una combinación de tecnologías que utilizan datos climatológicos históricos y actuales para desarrollar información útil sobre el clima para los usuarios de las carreteras y, con ello, ayudar en la toma de decisiones relacionadas con su viaje en la carretera. Los datos son recolectados por sensores ambientales colocados en la carretera y en la carretera misma. Los sistemas están alimentados por unidades de procesamiento remoto, que se colocan a lo largo de la carretera, las cuales pueden contener algunos o todos los sensores meteorológicos y sensores conectados al pavimento y subcapas de éste en el sitio (Figura 1). Las unidades están vinculadas a una unidad central de procesamiento que proporciona comunicación, recopilación, archivo y distribución de los datos. Los sistemas RWIS usan estaciones de clima automáticas en campo (Road Weather Stations, RWS’s), un sistema de comunicación para la transferencia de datos y un sistema central para recopilar datos de campo. Estas estaciones miden en tiempo real diversas variables atmosféricas, el pavimento, las condiciones del nivel del agua y la visibilidad. El hardware y software central de los RWIS procesan las observaciones de las estaciones para desarrollar transmisiones en tiempo real o pronósticos, con el objeto de exhibir o diseminar la información del estado del tiempo en el camino en un formato que pueda ser fácilmente interpretado por los usuarios.
Figura 1. Estación meteorológica de carretera (RWS) Fuente: CROSS Zlin A.S. (Recuperada de http://www.cross.cz) Estos sistemas están específicamente diseñados para proporcionar información para el transporte terrestre, es por ello que los operadores de las redes de carreteras deben hacerse de información meteorológica, principalmente de sistemas RWIS.
Información meteorológica para los usuarios en carreteras De acuerdo a la Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) La información meteorológica necesaria que los usuarios de las carreteras requieren para un desplazamiento seguro y confiable son: · Datos atmosféricos: incluyen temperatura y humedad del aire, distancia de visibilidad, velocidad y dirección del viento, tipo y frecuencia de precipitación, cobertura de nubes, ocurrencia de tornados o trombas marinas, rayos, ubicación y seguimiento de las células de tormenta, así como la calidad del aire. · Datos del pavimento: incluyen la temperatura del pavimento, el punto de congelación del pavimento, el estado del pavimento (por ejemplo, húmedo, helado, inundado), la concentración química del pavimento y las condiciones del subsuelo (por ejemplo, la temperatura del suelo). · Datos del nivel de agua: incluyen los niveles de arroyos, ríos y lagos cercanos a las carreteras, así como los niveles de mareas (es decir, mareas de tormenta de huracanes). Esta información es necesaria para la toma de decisiones, tanto para los usuarios como para los operadores de la red de carreteras, teniendo así diferentes tipos de sistemas con aplicaciones específicas, como las que activan los servicios de mantenimiento (Ver figura 2).
Figura 2. Arquitectura de un sistema RWIS Fuente: Editada al español de http://www.cgs-labs.com
Tipos y funciones de los Sistemas de Información Meteorológica en Carreteras Los operadores de carreteras y los encargados de mantenimiento utilizan los datos RWIS para apoyar la toma de decisiones. Los datos RWIS en tiempo real también son utilizados por los Sistemas de Alerta con Información Meteorológica en Carreteras (WRWIS, por sus siglas en inglés). Estos sistemas de advertencia hacia los conductores informan sobre condiciones de viaje inseguras a través de una carretera o una sección específica de la misma; así como alertas meteorológicas en ruta, tales como visibilidad reducida, precipitación intensa y peligro por aquaplaneo, zonas de inundación, etc.; o condiciones del pavimento (congelamiento, calentamiento. presencia de nieve, etc.). Estos sistemas forman parte de los sistemas de alerta temprana, para que los usuarios de la red carretera respondan oportuna y adecuadamente a los peligros asociados al clima y fenómenos meteorológicos extremos. La información de los WRWIS también es utilizada por el personal de mantenimiento para ayudar en el proceso de toma de decisiones sobre los trabajos, el equipo y materiales necesarios para recuperarse de un evento meteorológico o mientras éste se presenta. Éste tipo de sistemas son conocidos como Sistemas de Apoyo para la Toma de Decisiones en el Mantenimiento (Maintenance Decision Support System, MDSS). Los sistemas de aviso, alerta o de advertencia a conductores permiten aumentar la conciencia del viajero sobre las condiciones actuales del clima y del pavimento, los cuales se pueden realizar mediante diversos medios digitales (Ver figura 3).
Figura 3. Ejemplo de una aplicación meteorológica de carreteras RWIS en Alemania Fuente: Massachusetts Department of Transportation, 2016
Existen aplicaciones específicas como MARWIS APP (Mobile Advanced Road Weather Information Sensor) que es gratuita y funciona tanto en sistemas iOS como en Android. MARWIS recopila datos meteorológicos como temperatura, humedad relativa, punto de rocío y condiciones de la carretera (seco, húmedo, húmedo, hielo / nieve, químico húmedo). Además, determina los porcentajes de hielo y calcula la fricción superficial relacionada con el clima. Transfiere los datos medidos continuamente y en tiempo real a través de Bluetooth a una tableta, teléfono inteligente o un dispositivo de salida alternativo en la cabina del conductor (Ver figura 4). El Departamento de Transporte de Indiana en los Estados Unidos hace uso de esta aplicación.
Figura 4. Visualización de MARWIS Fuente: http://www.lufft-marwis.com/en_US/features
En el 2004 el Departamento de Transporte de los Estados Unidos estableció la iniciativa CLARUS para desarrollar un sistema integrado de gestión del estado del tiempo, realizar pronósticos y observaciones del clima para el transporte terrestre, y para establecer una asociación entre los diferentes actores para crear un sistema nacional de observación y predicción meteorológica del transporte terrestre. El objetivo de CLARUS es proporcionar información a todos los operadores de transporte y usuarios para disminuir efectos negativos asociados al clima y fenómenos meteorológicos extremos (por ejemplo, muertes, lesiones y retrasos). El uso de Sistemas de Información Geográfica es de suma importancia para representar espacialmente los datos de las estaciones meteorológicas de los RWIS, mediante los cuales se puedan reportar las condiciones meteorológica actuales y proyecciones esperadas (Ver Figura 5).
Figura 5. Red carretera y observaciones del RWIS del Estado de Nueva York Fuente: Zhao et al, 2015.
Los sistemas permiten además implementar diversas estrategias de manera automática para operar la red de carreteras bajo condiciones climática adversas, tales como: · Estrategias para el control de la velocidad bajo inclemencias del tiempo, mediante la publicación de la velocidad recomendada de viaje en señalamientos de mensaje variable. La velocidad regulada se ajusta conforme las condiciones del tránsito y las condiciones climáticas. · Estrategias de restricción de vehículos que implican la imposición de limitaciones sobre los tipos o características de los vehículos que pueden utilizar una instalación durante inclemencias del tiempo. Estas estrategias pueden incluir restricciones de tamaño, altura, peso o perfil. · Estrategias de restricción operacional, las cuales restringen el uso de una instalación durante las inclemencias del tiempo para ayudar a los viajeros a evitar secciones de carreteras que son peligrosas. · Estrategias para el control de las señales de tránsito, las cuales implican realizar modificaciones o influir en el funcionamiento de las señales de tránsito durante las inclemencias del tiempo para permitir un flujo de tráfico más uniforme en función de las condiciones climáticas predominantes o previstas.
Conclusiones Las malas condiciones de la carretera o de la visibilidad a menudo provocan que los conductores disminuyan la velocidad, lo que reduce sustancialmente la capacidad de la carretera, aumenta los tiempos de viaje y, en algunos casos, contribuye a los accidentes viales. El uso de RWIS tiene múltiples beneficios que deben ser considerados para que se pueda implementar en México, tales como: · Mejoran la seguridad vial al reducir el riesgo potencial de colisiones que puedan presentarse bajo las inclemencias del tiempo. · Incrementan la movilidad al optimizar la capacidad vial, reduciendo los retrasos en los viajes asociados al clima y el estado del tiempo, debido a que pueden establecer un flujo de tránsito más uniforme. · Permiten asegurar la confiabilidad del tiempo de viaje durante inclemencias del tiempo. · Permiten asegurar una operación carretera los 365 días del año las 24 horas del día, ya que permite restaurar las condiciones de conducción más segura de manera más rápida y eficiente. · Aumentan la productividad y pueden reducir los costos de operación al optimizar el uso de la mano de obra durante los trabajos de mantenimiento de las carreteras, la aplicación de tratamientos para los pavimentos y la organización del tiempo equipo. · Promueve la concientización sobre la importancia de diseminar la información entre las agencias y los usuarios de las condiciones meteorológicas en tiempo real. La información meteorológica en las carreteras también podría ayudar a quienes construyen, operan y mantienen las carreteras puedan responder mejor a los problemas climáticos. Incluir los efectos del clima en los modelos de tránsito o de atención de emergencias, permitirá obtener beneficios en el diseño y planificación de los sistemas de transporte, aumentando su confiablidad. La investigación sobre RWIS debe apoyar el desarrollo de sistemas de modelado operacional para la gestión de carreteras que incluyan información meteorológica en tiempo real. De forma más holística, se podrá posicionar como un sistema nacional de transporte por carretera resiliente a los problemas del clima, los fenómenos climáticos extremos y el cambio climático en los caminos, ayudando a que responda adecuadamente ante alteraciones importantes bajo un clima futuro incierto.
Boselly III, S. Edward; Doore, G. Stanley; Thornes, John E.; Ulber, Cyrus. Road Weather Information Systems. Volume 1: Research Report. Strategic Highway Research Program. National Research Council. Washington, DC. (1993). Federal Highway Administration. An introduction to standards for road weather information systems (RWIS). Washington, DC (2012) Federal Highway Administration. Road Weather Management Program. https://ops.fhwa.dot.gov/weather/index.asp Massachusetts Department of Transportation. Evaluation of Portable Road Weather Information Systems. University of Massachusetts. (2016) Owens, Mark S. The Advanced Transportation Weather Information System (ATWIS). Mid-continent transportation symposium proceedings. https://trid.trb.org/view/655578 The National Academies Press. Where the Weather Meets the Road: A Research Agenda for Improving Road Weather Services. Transportation Research Board. National Research Council Of The National Academies. Washington, DC (2004) White ,Steve P.; Thornes, John E. Chapman, Lee. A Guide to Road Weather Information Systems. University of Birmingham, UK. (2006) Zhao, Liuhui; Chien, Steven, I.; Liu, Xiaobo; Liu, Weisong. Planning a road weather information system with GIS. Journal of Modern Transportation. September 2015 , Volume 23, Issue 3, pp 176–188
MENDOZA Juan Fernando MARCOS Omar Alejandro
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