The positive impacts of designing transition between traffic signal plans considering social cost

ABSTRACT: Traffic congestion generates social costs associated with additional travel time, fuel consumption and gas emissions, among others externalities. The design and implementation of policies and strategies for improving the efficiency of transport systems and mobility in cities may lead to a potential reduction of such externalities. Traffic signals plans are defined as the process of switching from one timing plan to another. The optimal implementation of the transition between signal plans is a strategy to improve the performance of signal systems. However, despite their importance, few studies have addressed it from a social approach using mathematical modelling and optimisation techniques. The purpose of this article is to evaluate the impacts of implementing the transition between signal timing plans designed from a mathematical model that minimises social costs (delays, air pollution emissions and fuel consumption). Impacts are evaluated for an arterial corridor traffic lights intersections in the city of Santander (Spain). The performance for reducing social costs of the proposed model was compared with other traditional methods. Results show that the proposed model overperforms the traditional approaches, reducing the level of externalities and social costs. Consideration of social costs when designing a transition between signal plans is a good tool to be considered by traffic planners

Design and Evaluation of a Mathematical Optimization Model for Traffic Signal Plan Transition Based on Social Cost Function

Signal plan transition is the process of changing from one timing plan to another. It begins when the first intersection starts adjusting signal timing plans and ends when the last intersection completes adjusting signal timing plans.The transition between signal timing plans is required because traffic patterns change during the day. Therefore, it is necessary to modify signal timing parameters offset, phase split, and cycle length for different expectations of traffic volume. This paper presents an alternative and new mathematical model to enhance the performance of traffic signals coordination at intersections during the transition phase. This model is oriented to describe the transition regarding coordination parameters in all intersections of an arterial road for minimizing the social cost during the transition phase expressed in function of costs due to delays, fuel consumption, and air emissions. An ant colony algorithm was designed, coded, and simulated to find the optimal transition parameters using available data.The model was evaluated based on its ability to minimize social costs during the transition period. Results showed that the proposed method performs better than traditional ones

Design and optimization of a mathematical model for transition between signal timing plans

RESUMEN: La fase de transición se define como el proceso de cambiar de un plan de semaforización o de tiempos de semáforos a otro. Este proceso puede incluir cambios en el desfasamiento (offset), en los tiempos de verde y/o en la duración del ciclo hasta que se alcanza plena coordinación con el nuevo plan. La transición puede conducir a graves interrupciones en el flujo de tráfico provocando congestión y costos asociados con el tiempo adicional de viaje, el consumo de combustible y las emisiones de gases contaminantes a la atmosfera. Esta investigación propone el diseño de un modelo matemático no lineal para mejorar el rendimiento de la transición entre los planes de frecuencia de la señal en las intersecciones coordinadas. El modelo comprende la minimización de una función de costos sociales, que incluye una reducción en la demora, las emisiones de gases y el consumo de combustible, considerando múltiples objetivos que adoptan más medidas de efectividad. Para resolver el modelo matemático se diseña un algoritmo (heurística) de colonia de hormigas que permite encontrar los parámetros óptimos de coordinación durante la fase de transición. Además la evaluación de la eficacia del nuevo modelo, su validez y utilidad se han comprobado mediante su aplicación en dos casos de estudios y un caso real para un corredor en la ciudad de Santander. Esta evaluación se realizó sobre la base de la capacidad del modelo para reducir al mínimo los retardos, las emisiones de contaminación del aire y el consumo de combustible. El modelo es eficiente en tanto que permite reducir los costos sociales asociados con el período de transición.ABSTRACT: The transition phase is defined as the process of changing from one traffic-timing plan to another; this process may include changes in the offset, green time or cycle length until coordination with the new plan is reached again. The transition may lead to serious disruptions in traffic flow causing congestion and extra costs associated with additional travel time, fuel consumption and emissions of polluting gases into the atmosphere. This research proposes the design of a nonlinear mathematical model to improve the performance of the transition between signal frequency plans in coordinated intersections. The model includes the minimization of a social cost function that incorporates a reduction in delay, gas emissions and fuel consumption, considering multiple objectives that adopt more effectiveness measures. To solve the mathematical model, an ant colony algorithm is designed to find the optimal coordination parameters during the transition phase. In addition, the new model effectiveness, its validity and usefulness have been proven through its application in two case studies and a real case of a traffic corridor in the city of Santander. This assessment was made based on the model's ability to minimize delays, emissions of air pollution and fuel consumption and its effectiveness in reducing the social costs associated with the transition period

Statistical performance of control charts with variable parameters for autocorrelated processes

Chemical process and automation of data collection for industrial processes are known to result in auto-correlated data. The independence of observations is a basic assumption made by traditional tools that are used for the statistical monitoring of processes. If this is not adhered to then the number of false alarms and quality costs are increased. This research considers the use of variable parameters (VP) charts in the presence of autocorrelation. The objective is to determine the impact on the detection velocity and false alarms of different degrees of autocorrelation and their interaction with process conditions—the aim being to effectively select parameters. The VP chart showed improvements in its performance when detecting large average runs as the autocorrelation coefficient increased in contrast with the traditional variable sample interval (VSI) and ݔ quality systems. This research demonstrates the superiority of variable parameters quality monitoring architectures over traditional statistical process monitoring tools.Procesos químicos y automatización en la recolección de datos en procesos productivos son reconocidos por producir datos autocorrelacionados. La independencia de las observaciones es uno de los supuestos básicos de las herramientas tradicionales para el monitoreo estadístico de procesos, omitirlo hace que se incremente el número de falsas alarmas y los costos de calidad. Esta investigación considera a través de técnicas de simulación, la utilización de cartas de control con parámetros variables (VP) en presencia de datos autocorrelacionados con el objetivo de determinar el impacto en la velocidad de detección y falsas alarmas de diferentes grados de autocorrelación y su interacción con diferentes condiciones de proceso como la varianza y longitudes del corrimiento de la media, en búsqueda de realizar una selección efectiva de parámetros. La carta VP mostro mejoras en su desempeño en la detección de grandes corrimientos de media en la medida que incrementaba el coeficiente de auto correlación y sostenidamente mejores resultados en una mayor cantidad de condiciones de simulación, en contraste al sistema VSI y ݔ tradicional. Esta investigación demuestra la superioridad de sistemas de calidad vasados en esquemas con parámetros variables comparado con las técnicas tradicionales de control estadístico de procesos

Analysis of the Development of Industrial Symbiosis in Emerging and Frontier Market Countries: Barriers and Drivers

Industrial symbiosis (IS) allows the use of the resources of a productive chain, based on collaboration between companies, finding ways to use the waste of one as inputs or raw materials for the other entity. IS seeks to generate environmental sustainability, maximize resources, and generate social, environmental, and economic benefits based on the physical exchanges of waste, residues, and materials, which generate various advantages for companies and environmental benefits for society. Over the years, research has been conducted worldwide on the implementation of IS in business settings and case studies related to IS in countries with strong economies; however, no papers mapping studies on IS that are focused on emerging and frontier market countries have been identified, and academic literature on research in these countries is also scarce. In this research, an in-depth review of the literature on IS cases in emerging and frontier market countries was conducted to provide future researchers with information on the similarities, weaknesses, strengths, and elements to consider in addressing the topic and closing research gaps in the area. In addition, a mapping was made of the evolution of studies on IS according to country, economic activity, distribution by journal, year of publication, methods used, barriers and drivers in the case studies, and the importance of this topic in the current academic context. In Asian and developing countries, the integration of companies and economic activities takes place in industrial parks, and they have legislation and government regulations that support IS. On the other hand, in the United States and Africa, integrating various sources such as energy, water, coal, and waste in industrial environments is at an early stage of development, and opportunities are being identified to promote IS between companies. This research interests a broad audience, including investors, regulators, policymakers, and researchers interested in fostering IS in emerging and frontier market countries as a mechanism for industrial and economic development

Statistical performance of control charts with variable parameters for autocorrelated processes

Chemical process and automation of data collection for industrial processes are known to result in auto-correlated data. The independence of observations is a basic assumption made by traditional tools that are used for the statistical monitoring of processes. If this is not adhered to then the number of false alarms and quality costs are increased. This research considers the use of variable parameters (VP) charts in the presence of autocorrelation. The objective is to determine the impact on the detection velocity and false alarms of different degrees of autocorrelation and their interaction with process conditions—the aim being to effectively select parameters. The VP chart showed improvements in its performance when detecting large average runs as the autocorrelation coefficient increased in contrast with the traditional variable sample interval (VSI) and x quality systems. This research demonstrates the superiority of variable parameters quality monitoring architectures over traditional statistical process monitoring tools

Desempeño estadístico de cartas de control con parámetros variables para procesos autocorrelacionados

Procesos químicos y automatización en la recolección de datos en procesos productivos son reconocidos por producir datos autocorrelacionados. La independencia de las observaciones es uno de los supuestos básicos de las herramientas tradicionales para el monitoreo estadístico de procesos, omitirlo hace que se incremente el número de falsas alarmas y los costos de calidad. Esta investigación considera a través de técnicas de simulación, la utilización de cartas de control con parámetros variables (VP) en presencia de datos autocorrelacionados con el objetivo de determinar el impacto en la velocidad de detección y falsas alarmas de diferentes grados de autocorrelación y su interacción con diferentes condiciones de proceso como la varianza y longitudes del corrimiento de la media, en búsqueda de realizar una selección efectiva de parámetros. La carta VP mostro mejoras en su desempeño en la detección de grandes corrimientos de media en la medida que incrementaba el coeficiente de auto correlación y sostenidamente mejores resultados en una mayor cantidad de condiciones de simulación, en contraste al sistema VSI y x tradicional. Esta investigación demuestra la superioridad de sistemas de calidad vasados en esquemas con parámetros variables comparado con las técnicas tradicionales de control estadístico de procesos

Desempeño estadístico de cartas de control con parámetros variables para procesos autocorrelacionados

Procesos químicos y automatización en la recolección de datos en procesos productivos son reconocidos por producir datos autocorrelacionados. La independencia de las observaciones es uno de los supuestos básicos de las herramientas tradicionales para el monitoreo estadístico de procesos, omitirlo hace que se incremente el número de falsas alarmas y los costos de calidad. Esta investigación considera a través de técnicas de simulación, la utilización de cartas de control con parámetros variables (VP) en presencia de datos autocorrelacionados con el objetivo de determinar el impacto en la velocidad de detección y falsas alarmas de diferentes grados de autocorrelación y su interacción con diferentes condiciones de proceso como la varianza y longitudes del corrimiento de la media, en búsqueda de realizar una selección efectiva de parámetros. La carta VP mostro mejoras en su desempeño en la detección de grandes corrimientos de media en la medida que incrementaba el coeficiente de auto correlación y sostenidamente mejores resultados en una mayor cantidad de condiciones de simulación, en contraste al sistema VSI y x tradicional. Esta investigación demuestra la superioridad de sistemas de calidad vasados en esquemas con parámetros variables comparado con las técnicas tradicionales de control estadístico de procesos.Chemical process and automation of data collection for industrial processes are known to result in auto-correlated data. The independence of observations is a basic assumption made by traditional tools that are used for the statistical monitoring of processes. If this is not adhered to then the number of false alarms and quality costs are increased. This research considers the use of variable parameters (VP) charts in the presence of autocorrelation. The objective is to determine the impact on the detection velocity and false alarms of different degrees of autocorrelation and their interaction with process conditions—the aim being to effectively select parameters. The VP chart showed improvements in its performance when detecting large average runs as the autocorrelation coefficient increased in contrast with the traditional variable sample interval (VSI) and x quality systems. This research demonstrates the superiority of variable parameters quality monitoring architectures over traditional statistical process monitoring tools

Desempeño estadístico de cartas de control con parámetros variables para procesos autocorrelacionados

Procesos químicos y automatización en la recolección de datos en procesos productivos son reconocidos por producir datos autocorrelacionados. La independencia de las observaciones es uno de los supuestos básicos de las herramientas tradicionales para el monitoreo estadístico de procesos, omitirlo hace que se incremente el número de falsas alarmas y los costos de calidad. Esta investigación considera a través de técnicas de simulación, la utilización de cartas de control con parámetros variables (VP) en presencia de datos autocorrelacionados con el objetivo de determinar el impacto en la velocidad de detección y falsas alarmas de diferentes grados de autocorrelación y su interacción con diferentes condiciones de proceso como la varianza y longitudes del corrimiento de la media, en búsqueda de realizar una selección efectiva de parámetros. La carta VP mostro mejoras en su desempeño en la detección de grandes corrimientos de media en la medida que incrementaba el coeficiente de auto correlación y sostenidamente mejores resultados en una mayor cantidad de condiciones de simulación, en contraste al sistema VSI y x tradicional. Esta investigación demuestra la superioridad de sistemas de calidad vasados en esquemas con parámetros variables comparado con las técnicas tradicionales de control estadístico de procesos

Statistical-Economic Design for Variable Parameters Control chart in the presence of autocorrelation

[ES] Como consecuencia de la automatización industrial, la recolección de datos en los procesos productivos puede realizarse de una forma más fácil y rápida, lo cual permite contar con mayor cantidad de información para realizar el análisis. Debido a que los procesos productivos están dirigidos en parte por elementos dinámicos, al reunir los datos a una tasa mayor, las observaciones serán auto- correlacionadas. La omisión de este supuesto hace que las herramientas tradicionales para la monitorización de procesos registren un incremento de las falsas alarmas y de los costos de calidad. Para dar solución a esta problemática, se propone el diseño económico- estadístico de una carta de control con parámetros variables o “totalmente adaptativas”. Los resultados encontrados demuestran la efectividad de esta propuesta para el monitoreo estadístico en procesos de producción. Los enfoques de cartas de control totalmente adaptativas han sido pocos evaluados en escenarios donde los datos presentan altos niveles de autocorrelación y se proponen como una herramienta importante para el control de procesos.[EN] The collection of data in the process can be done much faster and easier as a result of industrial automation allowing large amount of data for analysis. Because production processes are directed in part by inertial elements, if the data is collected at a higher rate, the observations will be auto-correlated. The violation of the data independence assumption causes an increasing in the false alarms rate and the quality costs of the traditional process monitoring tools. To mitigate this problem, we propose an economic-statistical design of a variable parameters control chart, also known as fully adaptive. The results show the effectiveness of this approach for the statistical monitoring of these processes. The “fully adaptive control charts” have been fairly evaluated in these scenarios, and are proposed as an important tool for the process monitoring under this circumstances.Este artículo fue escrito en el marco del proyecto Desarrollo de un Modelo de Cartas de Control para Procesos Altamente Correlacionados No.121552128846, financiado por el Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnología e Innovación Colombiano. COLCIENCIAS (contrato 651-2011) y ejecutado por la Universidad del Norte.Peñabaena Niebles, R.; Oviedo Trespalacios, Ó.; Ramírez, K.; Morón, M. (2014). Diseño Económico-Estadístico de Cartas con Parámetros Variables Totalmente Adaptativas en Presencia de Datos Autocorrelacionados. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 11(2):247-255. https://doi.org/10.1016/j.riai.2014.02.007OJS247255112Apley, D. W., & Cheol Lee, H. (2003). Design of Exponentially Weighted Moving Average Control Charts for Autocorrelated Processes With Model Uncertainty. Technometrics, 45(3), 187-198. doi:10.1198/004017003000000014Apley, D. W., & Tsung, F. (2002). The AutoregressiveT2 Chart for Monitoring Univariate Autocorrelated Processes. Journal of Quality Technology, 34(1), 80-96. doi:10.1080/00224065.2002.11980131Atienza, O. O., Tang, L. C., & Ang, B. W. (2002). A CUSUM Scheme for Autocorrelated Observations. Journal of Quality Technology, 34(2), 187-199. doi:10.1080/00224065.2002.11980145Brence, J. R., & Mastrangelo, C. M. (2006). Parameter Selection for a Robust Tracking Signal. Quality and Reliability Engineering International, 22(4), 493-502. doi:10.1002/qre.724Celano, G., Costa, A., & Fichera, S. (2006). Statistical design of variable sample size and sampling interval $$\bar X$$ control charts with run rulescontrol charts with run rules. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 28(9-10), 966-977. doi:10.1007/s00170-004-2444-5Costa, A. F. B. (1997). X̄Chart with Variable Sample Size and Sampling Intervals. Journal of Quality Technology, 29(2), 197-204. doi:10.1080/00224065.1997.11979750Costa, A. F. B. (1999). X̄Charts with Variable Parameters. Journal of Quality Technology, 31(4), 408-416. doi:10.1080/00224065.1999.11979947Costa, A. F. B., & Rahim, M. A. (2001). Economic design of X charts with variable parameters: The Markov chain approach. Journal of Applied Statistics, 28(7), 875-885. doi:10.1080/02664760120074951Costa, A. F. B., & Machado, M. A. G. (2011). Variable parameter and double sampling charts in the presence of correlation: The Markov chain approach. International Journal of Production Economics, 130(2), 224-229. doi:10.1016/j.ijpe.2010.12.021Chen, Y.-K., Hsieh, K.-L., & Chang, C.-C. (2007). Economic design of the VSSI control charts for correlated data. International Journal of Production Economics, 107(2), 528-539. doi:10.1016/j.ijpe.2006.10.008Chen, Y.-K., & Chiou, K.-C. (2005). Optimal Design of VSI ―X Control Charts for Monitoring Correlated Samples. 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Sequential Analysis, 8(1), 51-77. doi:10.1080/07474948908836167Sheu, S.-H., & Lu, S.-L. (2009). Monitoring the mean of autocorrelated observations with one generally weighted moving average control chart. Journal of Statistical Computation and Simulation, 79(12), 1393-1406. doi:10.1080/00949650802338323Winkel, P., & Zhang, N. F. (2004). Serial correlation of quality control data–on the use of proper control charts. Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation, 64(3), 195-204. doi:10.1080/00365510410005442Yu, F.-J., Rahim, M. A., & Chin, H. (2007). Economic design of VSI control charts. International Journal of Production Research, 45(23), 5639-5648. doi:10.1080/0020754070132551