Resumen de Sight distance analysis of urban intersections using geospatial technologies

Keila González Gómez

• español

  La distancia de visibilidad es un factor clave en la seguridad vial y, por tanto, en el diseño geométrico de carreteras. La estimación de la visibilidad disponible en carreteras existentes es necesaria para asegurar que los conductores cuenten con suficiente información para llevar a cabo maniobras requeridas para la conducción. Por otro lado, es necesario que tanto aquellos usuarios que transitan por la calzada como aquellos que utilizan las vías ciclistas y aceras puedan contar con una buena visibilidad mutua en lugares donde converjan maniobras conflictivas. La estimación de distancias de visibilidad, durante la fase de explotación, puede llevarse a cabo in situ o fuera del campo, utilizando de modelos digitales. La tendencia actual en investigación es la propuesta de mediciones fuera del campo. Por ello, los conjuntos de datos provenientes de distintas tecnologías geoespaciales, específicamente sistemas LiDAR o fotogramétricos, tienen gran presencia en publicaciones actuales. Estas contribuciones se enfocan en la evaluación del entorno viario tal como es, tratando fundamentalmente la detección de obstrucciones. Por otro lado, las metodologías existentes están eminentemente orientadas a la evaluación de las visibilidades disponibles para las maniobras de parada, adelantamiento, e intersección en la calzada y considerando únicamente al conductor como observador principal. Esta tesis presenta una metodología para la evaluación de las distancias de visibilidad requeridas en intersecciones. El trabajo se centra en las intersecciones urbanas, dada la afluencia de usuarios vulnerables en estos entornos. A esto se le suma la gran cantidad de elementos en sus márgenes, con sus respectivos impactos en la visibilidad. Se han empleado datos obtenidos mediante sistemas de mapeado con sensores LiDAR y herramientas para el cálculo de la visibilidad desarrolladas en sistemas de información geográfica. Se han analizado 3 tramos de carretera y 6 intersecciones de diferente tipología. En primer lugar, se identificaron las tareas necesarias para obtener modelos digitales que representen el entorno viario de forma fidedigna a partir de datos LiDAR. Dado que estos datos requieren de múltiples procesamientos, se examinaron distintos programas informáticos de tratamiento de datos LiDAR y su idoneidad para llevar a cabo las tareas necesarias para modelar la vía. Entre una totalidad de 21 programas preliminarmente considerados, 7 fueron examinados en detalle. Estos últimos se evaluaron empleando criterios definidos por la organización internacional de estandarización (ISO) para medir la calidad en uso de los softwares. El programa de modelado digital MDTopX resultó con mayor idoneidad para el fin ya que, entre otras cosas, facilitaba la extracción automatizada de potenciales obstrucciones del entorno viario como objetos 3D. A continuación, se emplearon dos sistemas móviles y un sistema estático para la adquisición de los datos espaciales de una selección de intersecciones urbanas. Seguido se evaluaron las visibilidades requeridas en dichas intersecciones considerando las trayectorias no sólo de los conductores, sino también de ciclistas, usuarios de vehículos de movilidad personal y peatones. Para ello se desarrolló una herramienta de procesamiento geoespacial que considera las trayectorias de dos usuarios distintos a la hora de estimar la visibilidad de cruce. Esta herramienta permite designar uno o dos usuarios como observadores principales. Los resultados evidenciaron que pequeños cambios en la ubicación de los observadores en la calzada resultan en diferencias significativas en la visibilidad. Por otro lado, algunas obstrucciones impedían que los peatones pudieran ver vehículos acercándose a los cruces peatonales. Por ello, se ha propuesto la creación de escenarios, o alteraciones de la realidad, en las que se elimina, modifica o reemplaza el elemento que obstruye la visibilidad. Después de modificar este elemento, se puede repetir la evaluación y comparar estos resultados con la visibilidad disponible en el escenario real. Distintas comparaciones llevadas a cabo entre escenarios reales y propuestos (simulados) arrojaron visibilidades estadísticamente diferentes. Finalmente, se realizó un estudio del efecto de los distintos factores incluidos en la estimación de visibilidad disponible. Factores como la altura del ojo del observador y su posición en el carril, el tipo de intersección evaluada y el tipo de sistema LiDAR empleado, fueron comparados utilizando diseños factoriales completos con repetición. Las variables consideradas resultaron estadísticamente significativas.

• English

  The safe and efficient operation of all highway facilities requires the provisioning of adequate sight distances. During the design stage, sight distances are crucial in dimensioning alignment and profile elements. Existing roads, on the other hand, require their available sight distances to be compared to the required ones to ensure that motorists have enough information about the road and its conditions to perform basic driving maneuvers. Similarly, vulnerable road users sharing the roadway, and those in their dedicated facilities, require proper visibility of potentially conflicting trajectories and fixed elements. Available sight distance estimations can be carried out in situ or off-site by means of detailed, updated, and accurate digital models of the road environment. Current research has focused on off-site methodologies. Hence, the significant presence of road modeling data, especially geospatial, in the literature of the subject. Most of the data used to model the road come from photogrammetry or LiDAR-based systems. Previous studies have focused on evaluating the road environment as is, aiming at obstruction detection rather than the evaluation or proposal of solutions. On the other hand, most studies have considered motorists as main observers. This work introduces a novel methodology to evaluate sight distances required at urban road intersections. Apart from being a complex road section, urban intersections usually host a great number of vulnerable road users. To this, we can add a significant amount and variety of urban furniture, public transportation, and city utility elements, all with specific impacts on visibility. The proposed procedure employs LiDAR-derived data and geoprocessing tools to estimate sight distances and overall visibility. These tools were developed in geographic information system software. A total of three two-lane highways (for software testing) and six urban intersections were analyzed. First, the tasks required to generate digital models from LiDAR data were identified. As LiDAR systems produce extensive data, several processing steps are necessary between their acquisition and the modeling phase. Owing to that, several LiDAR processing software suits, tools, libraries, etc., were evaluated to identify those that could ease the overall process. Out of 21 software suits initially considered, seven were examined in detail using criteria specified by the international standards organization (ISO). Ultimately, the digital modeling software MDTopX proved more suitable because it eased the extraction of road elements as 3D elements. Next, two mobile mapping systems and a static LiDAR mechanism were used to evaluate selected urban intersections. These evaluations considered the trajectories of motorists, cyclists, personal mobility device users, and pedestrians with and without restricted mobility. For this purpose, a tool was developed within geographic information software. This tool takes two different trajectories as primary input, allowing evaluations within the roadway or in the dedicated facilities of vulnerable road users (VRU). It estimates sight distances, intervisibility between two observers, and overall visibility. Results evidenced how small changes in the trajectories of observers produce statistically significant differences in the resulting sight distances. Some of the obstructions identified prevented motorists from spotting pedestrians about to cross the roadway. Therefore, a procedure to handle these obstructions is introduced. This procedure proposes the creation of scenarios where the obstacles can be removed, modified, or replaced. After this, the sight distance estimation can be rerun, and the results provided by the two models can be compared. Several comparisons showed statistically different results between the actual scenario and the modified ones. Finally, a factorial analysis was used to evaluate the impact of those parameters considered in the estimation of visibility. The Factors included were the observer’s height and lane placement, the type of intersection under evaluation, and the type of LiDAR used to obtain the data. This evaluation showed that all the parameters considered had a statistically significant impact on the resulting visibility.