Simulação de fluxos de tráfego Prof. Dr. José Reynaldo Setti Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de S. Carlos UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

USP Escola de Engenharia de São Carlos O que é um modelo? Sistema real Modelo Um clique para mostrar figuras O sistema real está mostrado na direita e o modelo na esquerda. O que é um modelo? USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos O que é um modelo? Realidade artificial Second life (metaverso) Hipóteses simplificadoras Suposições sobre comportamentos Complexidade depende do problema a ser resolvido Modelo Um clique inicial para mostrar o texto. Falar sobre o modelo vs. o sistema real USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos O que é simular? Imitar a operação ou funcionamento de sistema real Criar uma história artificial Modelo é um arremedo da realidade Modelo Um clique inicial para mostrar o texto USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Modelo de um sistema Representação do sistema real lógica, matemática ou computacional Conjunto de suposições relativas ao sistema e seu funcionamento Resultados do modelo medidas de desempenho USP Escola de Engenharia de São Carlos

Usos dos modelos de simulação Prever o impacto de uma alteração no sistema real Estudar alternativas para modificações no sistema real Estudar sistemas que não existem Estudar situações improváveis (difíceis de serem observadas) USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Simulador de tráfego Modelo de “car-following” velocidade do seguidor em função da velocidade e distância do líder seguidor líder USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Simulador de tráfego Modelo de “car-following” velocidade do seguidor em função da velocidade e distância do líder seguidor líder USP Escola de Engenharia de São Carlos

Car-following: ondas de choque USP Escola de Engenharia de São Carlos

Rede viária: representação no modelo Nós: cruzamentos, entradas e saídas Tramos: trechos entre cruzamentos Complexidade da rede depende dos objetivos da simulação USP Escola de Engenharia de São Carlos

Rede viária: representação no modelo 1 Nós: cruzamentos, entradas e saídas Tramos: trechos entre cruzamentos Complexidade da rede depende dos objetivos da simulação 4 5 2 3 USP Escola de Engenharia de São Carlos

Rede viária: representação no modelo 1 Nós: cruzamentos, entradas e saídas Tramos: trechos entre cruzamentos Complexidade da rede depende dos objetivos da simulação 4 5 2 3 USP Escola de Engenharia de São Carlos

Simulação de interseções em nível USP Escola de Engenharia de São Carlos

O que é um simulador de fluxos de tráfego? Linguagem de simulação “especializada” Capaz de representar redes viárias e seus componentes semáforo, PARE, Preferencial etc. freeways, arteriais e vias locais pontos de ônibus uso de faixas de tráfego e conversões USP Escola de Engenharia de São Carlos

O que é um simulador de fluxos de tráfego? Linguagem de simulação “especializada” Capaz de representar comportamento dos veículos “car-following” mudanças de faixas opcionais e obrigatórias fenômenos do tráfego veicular demanda por viagens fluxos nas vias a partir de matriz O/D USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Demandas O/D Destinos 5 2 4 1 3 1 2 3 4 — V12 V13 V14 V21 V23 V24 V31 V32 V34 V41 V42 V43 Origens USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Simular requer dados Fluxos de tráfego http://img.dailymail.co.uk/i/pix/2007/01/china_468x312.jpg http://www.flickr.com/photos/katkasamkova/2507613869 ou USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Simular requer dados Fluxos de tráfego Curva fluxo-velocidade fluxos de saturação (capacidade) densidade de congestionamento Número de faixas de tráfego Geometria, etc. Matriz O/D pode ser sintética USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Simuladores CORSIM (TSIS) antigo, mas é o mais usado no mundo INTEGRATION pioneiro da representação integrada VISSIM, AIMSUN, Paramics etc. pacotes comerciais, bem acabados, representação 3D USP Escola de Engenharia de São Carlos

Simuladores são modelos Sistema real Modelo Um clique para mostrar figuras O sistema real está mostrado na direita e o modelo na esquerda. O que é um modelo? USP Escola de Engenharia de São Carlos

Simuladores são modelos Todos têm vantagens Todos têm desvantagens Um é diferente do outro simuladores diferentes resultados discrepantes para o mesmo caso Conhecer as capacidades e os limites USP Escola de Engenharia de São Carlos

Simuladores são modelos USP Escola de Engenharia de São Carlos

Simuladores são modelos USP Escola de Engenharia de São Carlos

Quem deve usar simulador de tráfego? Engenharia de tráfego Facilidade com programação de computadores Conhecer bem o simulador USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Qual simulador usar? Custo total de aquisição Treinamento, documentação, suporte etc. Capacidades e limitações Integração com outros usuários projetistas, consultores, outros órgãos públicos etc. USP Escola de Engenharia de São Carlos

Vantagens da simulação Analisar alterações no funcionamento e na estrutura do sistema Analisar situações e alternativas que não existem Visualização do funcionamento de cada alternativa estudada Ajuda a avaliar uma proposta quando os dados de entrada são insuficientes USP Escola de Engenharia de São Carlos

Desvantagens da simulação Modelos complexos tempo e dados para elaboração e validação Requer calibração adequada Replicações para garantir a qualidade dos resultados Abandono de soluções expeditas mais fáceis USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Modelos de simulação Modelo discreto, estocástico e dinâmico estado do sistema muda a intervalos discretos de tempo Usam métodos numéricos (e não analíticos) variáveis de saída dos modelos de simulação medidas de desempenho variáveis de saída usadas para avaliar os resultados da simulação USP Escola de Engenharia de São Carlos

Passos numa simulação (1) Formulação do problema Determinação dos objetivos e do projeto geral de abordagem do problema Modelagem (criação do modelo) focalizar características essenciais do problema elaboração de hipóteses realistas aperfeiçoamento até representação adequada do sistema real nível de complexidade adequado USP Escola de Engenharia de São Carlos

Passos numa simulação (2) Formulação do problema Codifição do modelo Definição dos objetivos e abordagem geral Não Verificação Sim N Validação Construção do modelo Coleta de dados S USP Escola de Engenharia de São Carlos

Passos numa simulação (3) Projeto do experimento Documentar modelo e preparar relatório Execução do experimento e análise dos resultados Implementar resultados S Mais rodadas? N USP Escola de Engenharia de São Carlos

Exemplos de projetos de simulação de tráfego

Equivalentes para caminhões em rodovias de pista dupla Objetivo: Determinar fatores de equivalência para caminhões em rodovias de pista dupla do Brasil, para substituição dos valores que aparecem no HCM2000 Fator de equivalência: ET = 2 cpe USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Abordagem geral Simular fluxos formados por caminhões + carros carros Comparar fluxos com mesma impedância Impedância: medida de desempenho escolhida densidade Impedância Fluxo misto (carros + caminhões) L Fluxo básico (só carros) qM qB Fluxo USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Modelo de simulação 2 faixas de tráfego Links de 1 km no início e no fim Link central de comprimento e inclinação variáveis 0,5 a 2 km 0% a 8% Dados coletados no link central 1 km variável 1 km USP Escola de Engenharia de São Carlos

Medida de desempenho: densidade ni, ni-1 : número acumulado de veículos que passaram pelo tramo desde o início da simulação (t=0) até os instante ti e ti-1; t : intervalo de medição das variáveis de tráfego (300 s); N : número de faixas de tráfego (N = 2); tvi, tvi-1 : soma dos tempos de viagem no tramo analisado de todos veículos que passaram pelo tramo desde o início da simulação (t=0) até os instantes ti e ti-1; L : comprimento do tramo (km) USP Escola de Engenharia de São Carlos

Codificação, calibração e validação Codificado no INTEGRATION e no CORSIM Calibrado com dados da SP330 e SP310 modelo de car-following modelo de desempenho dos caminhões Validado com dados coletados na SP310 capaz de representar adequadamente o comportamento dos caminhões no aclive USP Escola de Engenharia de São Carlos

Projeto do experimento (1) Coleta de dados da densidade a cada 5 minutos Tempo de simulação para cada cenário 7 horas (84 intervalos de 5 minutos) 2 horas de warm-up (24 intervalos) 60 observações para cada simulação USP Escola de Engenharia de São Carlos

Projeto do experimento (2) 4.200 horas simuladas tempo de processamento de cada simulação depende de comprimento do greide, rampa fluxo de veículos computador usado USP Escola de Engenharia de São Carlos

USP Escola de Engenharia de São Carlos Resultados Médias dos valores encontrados para a densidade Usadas para o procedimento de cálculo dos fatores de equivalência USP Escola de Engenharia de São Carlos

Fim da parte 1