PTR3514_2sem23_Aula_8_ATMS_EPICS_BALANCE_v_23_10_11

Prévia do material em texto

SISTEMAS DE 
GERENCIAMENTO DE 
TRÁFEGO: ATMS / ITMS
SISTEMAS INTELIGENTES DE 
TRANSPORTES (ITS) 
Macro-Programação (v. 17/8/22)
17/8/22 Introdução
Pesquisas em ITS no PTR/EPUSP. Pacotes de 
Serviços (e Funções) ITS. Arcabouço Conceitual e 
Metodológico. Arquiteturas ITS
Bloco 1
Operação e 
Gerenciamento 
de Tráfego 
[IHS / ITMS]
 
Cenário Urbano - Gerenciamento de Incidentes. 
Controle do Fluxo e da Demanda. 
Cenário Interurbano - Supervisão Aplicada as 
Rodovias. Fiscalização do cumprimento de regras 
de trânsito. Serviços de Apoio aos Usuários (SAU).
Estimação de Matriz O/D. Transporte de Cargas 
Perigosas (HAZMAT). Coordenação de Resposta à 
Emergências e Desastres. Tratamento de Incidentes 
- categorizados como emergência. Atividades, 
baseadas no transporte rodoviário, em resposta a 
desastres. Tarifação variável (ETC). Pagamento 
Eletrônico de Pedágio
Agosto/Setembro - 
22
Macromodelos de simulação – veículos
em cenário urbano
ATMS
Gerenciamento de Tráfego 
ITMS: Intelligent (Advanced) 
Traffic Management Services
AHS: Advanced Highway Services
Arquitetura de referência de ITS
1. Informações ao viajante
5. Transporte público
9. Monitoramento das 
condições climáticas e 
ambientais
2. Operações e 
gerenciamento de tráfego
6. Emergência
10. Gerenciamento e 
coordenação de resposta a 
desastres
3. Veículo
7. Pagamento eletrônico 
relacionado ao transporte
11. Segurança nacional
4. Transporte de cargas
8. Segurança pessoal 
relacionada ao transporte 
rodoviário
12. Gerenciamento dos 
dados de ITS
14813 -1: Arquitetura(s) de modelo de referência 
 para o setor de ITS
Arquitetura de referência de ITS
2. Operações e gerenciamento de tráfego
2.1 Gerenciamento e 
controle de tráfego
2.2 Gerenciamento de 
incidentes relacionados 
ao transporte
2.3 Gerenciamento de 
demanda
2.4 Gerenciamento de 
manutenção da 
infraestrutura do 
transporte
2.5 Diretrizes/ 
cumprimento das 
regras de trânsito
14813 – 1: Domínios de serviços (grupos) ITS 
ABNT/ISO 14813-1: Grupo de serviços 
“operações e gerenciamento de tráfego”
 Definição do Grupo de Funcionalidades [PROPÓSITO (o que é ?)]
 Tratam especificamente da manutenção da circulação de 
pessoas, mercadorias e veículos na rede de transportes
 Incluem atividades de monitoramento e controle que tratam 
de:
◼ incidentes em tempo real e outros distúrbios na rede de 
transporte
◼ gerenciamento do fluxo e da demanda de viagens, conforme 
necessário para manter a mobilidade total
 Este grupo de serviço inclui também as atividades 
relacionadas as rodovias inteligentes 
Operações e gerenciamento de tráfego (Traffic Management): 
Serviços/funções envolvidas 
 Gerenciamento e controle de tráfego
 Traffic Management and Control (AUTROADS)
 Traffic Control (CANADA)
 Gerenciamento de incidentes relacionados ao transporte
 Incident Management (AUTROADS / CANADA)
 Gerenciamento de demanda
 Demand Management (AUTROADS)
 Travel Demand Management (CANADA)
 Gerenciamento de manutenção da infraestrutura do transporte 
 Infrastructure Maintenance Management (AUSTROADS)
 Diretrizes/ cumprimento das regras de trânsito
 Policing / Enforcing Traffic Regulations (AUTROADS)
 Automated Dynamic Warning and Enforcement (CANADA)
 Emissions Testing And Mitigation (CANADA)
http://wwwapps.tc.gc.ca/innovation/its/eng/architecture/user_services/detail/usr21.htm
http://wwwapps.tc.gc.ca/innovation/its/eng/architecture/user_services/detail/usr23.htm
http://wwwapps.tc.gc.ca/innovation/its/eng/architecture/user_services/detail/usr26.htm
http://wwwapps.tc.gc.ca/innovation/its/eng/architecture/user_services/detail/usr24.htm
Arquitetura de referência de ITS
2. Operações e gerenciamento de tráfego
2.1 Gerenciamento e 
controle de tráfego
2.2 Gerenciamento de 
incidentes relacionados ao 
transporte
2.3 Gerenciamento de 
demanda
2.4 Gerenciamento de 
manutenção da 
infraestrutura do transporte
2.5 Diretrizes/ cumprimento 
das regras de trânsito
14813 – 1: Domínios de serviços (grupos) ITS 
Operações e gerenciamento de tráfego: 
(ITS CANADA) Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
Definição da Funcionalidade [PROPÓSITO (o que é ?)]:
 O Serviço de Gerenciamento e Controle do Fluxo de 
Tráfego prevê a integração e controle 
adaptativo das vias para:
 melhorar o fluxo de tráfego
 minimizar o congestionamento
 maximizar o movimento de pessoas e bens
 dar preferência para o transporte público e outros 
veículos de alta ocupação (HOV)
Operações e gerenciamento de tráfego: (ABNT/ISO 14813-1)
Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
Definição da Funcionalidade [PROPÓSITO (o que é ?)]:
Principais estratégias de controle:
◼ variação, em tempo real, do sincronismo dos sinais de trânsito 
(semáforos) → TSP (prioridade ao HOV)
◼ controle responsivo do tráfego das entradas em rampa para 
autoestradas/vias expressas → Ramp Metering
◼ controle de velocidade variável (variação da velocidade 
máxima permitida ou da direção do tráfego) em tempo real, 
com relação:
◼ ao volume de tráfego
◼ existência ou formação de congestionamento
◼ ocorrência de incidentes ou condições ambientais adversas 
Operações e gerenciamento de tráfego: (ABNT/ISO 14813-1)
Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
Definição da Funcionalidade [PROPÓSITO (o que é ?)]:
 Outras estratégias de controle incluem: 
 priorização de rotas ao transporte público e a veículos de emergência
◼ gerenciamento de acesso a terminais de transporte e ligações intermodais
 criação de novas rotas dinâmicas de tráfego (desvios) em função da ocorrência de 
incidentes, obras na via, fechamentos na rede de rodovias ou até em função de 
eventos especiais (de grande porte), tais como, shows, jogos, corridas, exposições, 
passeatas
 gerenciamento de áreas de estacionamentos
 controle da emissão de gases poluentes
 ...
◼ controle e monitoramente de cruzamentos em nível com ferrovias (para reduzir potenciais 
acidentes e colisões)
◼ gerenciamento de acesso e operações dentro de túneis e pontes (incluindo pontes com vãos 
móveis)
Forma de Apresentação
❖Considerações Gerais [“Dicas” (“Caveats”)] 
 Alertas
◼ Considerações práticas quanto à implementação 
◼ para o usuário, organizacionais, ...
◼ Dificuldades tecnológicas 
◼ o lado “ruim” da tecnologia
◼ problemas que podem ocorrer
 Reflexões 
◼ Aspectos de custo-benefício (Benefícios Diretos e/ou Indiretos)
◼ Potencial de Impactos e Impactos Medidos (Gerais na Operação) 
◼ impactos causados pela aplicação dos serviços (ou variantes)
Gerenciamento e controle dos fluxos 
de tráfego (urbano)
ATMS: Advanced Traffic Management Services
 ATCS: Adaptive Traffic Control Systems 
 SCOOT: Split Cicle Offset Optimization Technique
◼ (HUNT et al., 1981)
◼ que se propõe a minimizar o atraso relativo às paradas nas interseções
 SCATS: Sydney Coordinated Adaptive Traffic System
◼ (LOWRIE, 1982)
◼ que trabalha sobre os parâmetros de número de paradas e também atrasos
 BALANCE: Balancing Adaptive Network Control Method
◼ (MERTZ, 2001)
◼ cujo objetivo é minimizar os valores dos atrasos, do número de paradas, dos tempos de 
viagem e do comprimento das filas geradas dentro da área controlada
 EPICS: Entire Priority Intersection Control System
◼ (BRAUN et al., 2008) 
Operações e Gerenciamento de Tráfego: 
Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego
 Reflexões: Potencial de Impactos e Impactos Medidos (Gerais na 
Operação) 
 Quanto a eficiência dos sistemas de controle dos semáforos, o UTC SCOOT, 
que foi amplamente usado no Reino Unido e em vários países, inclusive no 
Brasil (São Paulo)
◼ Faz ininterruptas pequenas mudanças nos tempos dos semáforos, baseado em 
informações em real tempo do fluxo do tráfego
◼ Algumas versões do sistema introduziram muitas características que possibilitaram 
à autoridade local influenciar nos tempos dos semáforos 
 Estudos detalhados na Europa mostraramque em média o SCOOT reduziu os 
atrasos em 12%, se comparados com planos fixos de tempo 
 Outros estudos em Londres mostraram que houve uma redução de 8% nos 
tempos de jornada
Operações e Gerenciamento de Tráfego: Gerenciamento 
e controle (dos fluxos) de tráfego
 Impactos Medidos (Gerais na Operação) 
 Eficiência dos sistemas de controle dos semáforos (UTC SCOOT)
 No projeto PROMPT, o TPU utilizou os sistemas de controle de tráfego 
avançado UTC - SCOOT e o UTOPIA/SPOT em Londres, Turim e 
Gothenburg
◼ Os resultados obtidos em Londres foram:
◼ Atraso de ônibus: 22%-33%
◼ Tempos de jornada: 7%-8%
◼ Variação na demora de ônibus: 6%-25%
◼ Os impactos medidos, com a aplicação dos Sistemas de Prioridade ao 
TPU em Gothenburg, chegaram às diminuições dos seguintes 
parâmetros:
◼ Parada de Veículo: 23,3%
◼ Consumo de Combustível: 5% 
◼ Emissões de C02 ,NOx e CO: 4% a 5%
Avaliação de sistemas de 
otimização semafórica em 
tempo real: um estudo de caso 
na Cidade de São Paulo
LUCA Di Biase 2019
Aplicação de sistemas de gestão 
semafórica para priorização de 
Transporte Público 
FERNANDA TAMYE IROKAWA 2020
DESCRIÇÃO DA FERRAMENTA 
UTILIZADA
Simulation with
PTV EPICS and BALANCE
Os softwares de otimização BALANCE e EPICS
O conjunto constituído pelos softwares BALANCE e EPICS são um 
exemplo de sistema de tráfego adaptativo distribuído e estruturado 
de forma hierárquica em dois níveis 
 A componente BALANCE trabalha de maneira centralizada e no nível 
macroscópico, dentro de um horizonte temporal mais amplo (5-15 min), criando 
ciclicamente Planos Semafóricos de Referência que são enviados periodicamente 
para todos os controladores da área gerenciada. 
◼ Nestes frameworks ficam definidos as partes fixas e variáveis do plano de cada controlador, assim como o 
tempo de ciclo ideal que será o mesmo para todos os semáforos pertencentes ao mesmo grupo de controle.
 A componente EPICS trabalha de forma local e descentralizada, em nível 
microscópico para calcular, a cada segundo e baseando-se nas condições de 
tráfego na área de próprio interesse, detectadas através dos sensores 
disponíveis na via, a melhor combinação dos parâmetros da parte variável do 
plano semafórico enviado pelo BALANCE, de forma que o desempenho daquela 
específica interseção seja maximizado.
Os softwares de otimização BALANCE e EPICS
O BALANCE e o EPICS são formados por diferentes módulos funcionais que operam dentro de um 
processo iterativo cujo objetivo final é identificar, considerando as condições da rede detectadas 
pelos sensores, o melhor plano semafórico de referência para a área considerada (BALANCE) ou a 
melhor combinação de tempos de verde e vermelho para um determinado cruzamento (EPICS)
O modelo de trafego elabora uma estimativa da 
situação de tráfego na área controlada
O modelo de impacto é responsável pelo cálculo 
dos efeitos que os planos semafóricos utilizados 
terão no curto prazo sobre os veículos na rede 
O modelo de controle calcula, através da 
variação dos parâmetros destes, alternativas que 
minimizem os indicadores de desempenho 
analisados
O plano semafórico de referência é o resultado 
do processo de iteração e contem os parâmetros 
para todos os controladores da área (BALANCE).
EPICS
Modelo de tráfego
Transporte motorizado 
individual
Modelo determinístico
Quando detectados, deslocam-se a uma 
velocidade constante até a linha de 
retenção.
Se vermelho, os veículos são empilhados 
em uma fila vertical
A fila é descarregada com um fluxo de 
saturação (~1veic/2s)
Transporte público
Eventos discretos
Distribuição de probabilidade trapezoidal 
representando a variabilidade na chegada 
Pedestres
Todos atravessam ao mesmo tempo
Demanda considerada através de 
botoeiras
Recomendada a utilização de pesos 
superiores
Tempo de chegada t [s]
Probabilidade 
relativa medida 
Modelo de 
tráfego
Modelo de impacto 
no tráfego
Modelo de 
controle
Programação 
semafórica
Otimização
EPICS
Função de otimização 
 Atraso médio e número de paradas
Modelo de 
tráfego
Modelo de impacto no 
tráfego
Modelo de 
controle
Programação 
semafórica
Otimização
EPICS
Modelo de controle
 Cálculo para o horizonte de tempo T
 Busca pela configuração que minimiza o indicador 
de performance PI
65 700 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
sg1
sg2
sg3
PI = 85
PI = 100
Melhor solução
Modelo de 
tráfego
Modelo de impacto 
no tráfego
Modelo de 
controle
Programação 
semafórica
Otimização
PI = 110
EPICS
 Modelo de controle
 Otimização em duas etapas:
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
sg1
sg2
sg3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
sg1
sg2
sg3
1ª etapa de 
otimização
2ª etapa de 
otimização
Modelo de 
tráfego
Modelo de impacto 
no tráfego
Modelo de 
controle
Programação 
semafórica
Otimização
Otimização aproximada
Sequência de estágios, 
𝑡𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒 e entreverdes 
aproximado
Ajuste fino
𝑡𝑣𝑒𝑟𝑑𝑒 e entreverdes definidos 
com precisão de 1 s
ÁREA DE ESTUDO
Área de estudo
Área de estudo
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Região da Avenida Pompeia
• Região estudada na dissertação de DI BIASE 
(2019) – construída e calibrada
• 16 controladores semafóricos
DI BIASE, L. Análise de sistemas de otimização semafórica em tempo real para a melhoria do desempenho da rede 
viária: um estudo de caso na Cidade de São Paulo. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2019.
Legenda:
Interseção semaforizada
Sentido de circulação
Linha de retenção
Faixa de pedestre
SC-1
28
Área de estudo
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Região da Avenida Pompeia
• Região estudada na dissertação de DI BIASE 
(2019) – construída e calibrada
• 16 controladores semafóricos
• Linhas de ônibus distribuídas no corredor arterial 
e nas transversais
DI BIASE, L. Análise de sistemas de otimização semafórica em tempo real para a melhoria do desempenho da rede 
viária: um estudo de caso na Cidade de São Paulo. São Paulo: Universidade de São Paulo, 2019. 29
RESULTADOS
Programação semafórica
 Cálculo realizado 
apenas para as 
interseções destacadas
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Programação semafórica
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Tempo [s]
SC-1
SC-4
SC-3
SC-2
Coordenação semafórica
• Adoção do mesmo tempo de ciclo para todas as 
interseções da Av. Pompeia
• Método – via de mão dupla:
• Verdes centralizados
• Bandas de largura igual para ambos os sentidos (9,3 s)
• Defasagem calculada:
distância 
[m]
tempo de 
percurso [s]
defasagem
[s]
SC-1 495,00 29,70 5,00
SC-4 330,00 19,80 -15,00
SC-3 165,00 9,90 -9,00
SC-2 0,00 0,00 0,00
-100
0
100
200
300
400
500
600
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Tempo [s]
SC-1
SC-4
SC-3
SC-2
CET
Cálculo
banda
banda
Mapa de calor do indicador “Atraso Médio” para o 
cenário atual / referência (Tempos Fixos)
Comparação entre cenários considerando o indicador 
“Velocidade Média”
Comparação entre cenários considerandoo indicador 
“Atraso Médio”
	Slide 1: Sistemas de gerenciamento de tráfego: ATMS / ITMS
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6: ABNT/ISO 14813-1: Grupo de serviços “operações e gerenciamento de tráfego”
	Slide 7: Operações e gerenciamento de tráfego (Traffic Management): Serviços/funções envolvidas 
	Slide 8
	Slide 9: Operações e gerenciamento de tráfego: (ITS CANADA) Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
	Slide 10: Operações e gerenciamento de tráfego: (ABNT/ISO 14813-1) Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
	Slide 11: Operações e gerenciamento de tráfego: (ABNT/ISO 14813-1) Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego 
	Slide 12: Forma de Apresentação
	Slide 13: Gerenciamento e controle dos fluxos de tráfego (urbano)
	Slide 14: Operações e Gerenciamento de Tráfego: Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego
	Slide 15: Operações e Gerenciamento de Tráfego: Gerenciamento e controle (dos fluxos) de tráfego
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18: Descrição da ferramenta utilizada
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22: EPICS
	Slide 23: EPICS
	Slide 24: EPICS
	Slide 25: EPICS
	Slide 26: Área de estudo
	Slide 27: Área de estudo
	Slide 28: Área de estudo
	Slide 29: Área de estudo
	Slide 30: Resultados
	Slide 31: Programação semafórica
	Slide 32: Programação semafórica
	Slide 33: Mapa de calor do indicador “Atraso Médio” para o cenário atual / referência (Tempos Fixos)
	Slide 34: Comparação entre cenários considerando o indicador “Velocidade Média”
	Slide 35: Comparação entre cenários considerando o indicador “Atraso Médio”