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1 Aspectos teAspectos teóóricos do ricos do fluxo de trfluxo de trááfegofego Prof. J. R. Setti Depto. de Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Prof. J. R. Setti Depto. de Engenharia de Transportes Escola de Engenharia de São Carlos UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 2 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 3 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 ΔΔss DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 ΔΔss ΔΔtt 4 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 ΔΔss ΔΔtt média s V t Δ= Δ DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempo Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 ΔΔss ΔΔtt média s V t Δ= Δmédia s V t Δ= Δ 5 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Posição do veículo na via em função do tempoDi st ân ci a (m ) Tempo (s) DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 6 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 t1 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 t1 t2 7 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 1 2 t1 t2 Headway: intervalo de tempo entre veículos sucessivos, medido num certo ponto da via DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 2 1 8 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 2 s1 1 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 2 s1 s2 1 9 DIAGRAMA ESPAÇO-TEMPO Tempo (s) D is tâ n ci a (m ) 2 s1 s2 Espaçamento: distância entre veículos sucessivos, medida num certo instante no tempo 1 FLUXO DE VEÍCULOS Fenômeno complexo:Fenômeno complexo: 10 FLUXO DE VEÍCULOS Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ FLUXO DE VEÍCULOS Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ velocidade ? Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ velocidade ? 11 FLUXO DE VEÍCULOS Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ velocidade ? Fenômeno complexo: intensidade do tráfego ?⇒ velocidade ? velocidade altavelocidade alta velocidade baixavelocidade baixa MODELOS PARA ESTUDO DOS FLUXO DE VEÍCULOS Macroscópicos: ? corrente como um todo ? ignoram diferenças entre veículos e motoristas 12 MODELOS PARA ESTUDO DOS FLUXO DE VEÍCULOS Microscópicos: representam a corrente a partir do comportamento individual de cada veículo PARÂMETROS PARA CARACTERIZAR CORRENTES DE TRÁFEGO ? Parâmetros macroscópicos: características da corrente como uma entidade ? o fluxo, ? a densidade (concentração) e ? a velocidade 13 PARÂMETROS PARA CARACTERIZAR CORRENTES DE TRÁFEGO ? Parâmetros microscópicos: caracterizam o comportamento de veículos individuais ? o headway ? o espaçamento TIPOS DE FLUXO DE TRÁFEGO ? CONTÍNUO ou ININTERRUPTO: não existem interrupções na corrente por causa de semáforos, sinais de PARE, etc. ? Ocorrem em freeways e rodovias, fora dos cruzamentos ? INTERROMPIDO: existem sinais luminosos ou PARE, que interrompem periodicamente o fluxo de veículos 14 VOLUME DE TRÁFEGO Volume de tráfego: número de veículos que passam por um ponto num dado intervalo ?Volume horário: intervalo é uma hora ?Volume diário: intervalo é um dia ?Volume anual: intervalo é um ano VOLUME E FLUXO DE TRÁFEGO ?Contagens de tráfego ?manuais ou automáticas (sensores) ?unidirecionais ou bidirecionais ?por faixa ou por todas as faixas 15 Contagens de tráfego ? Manuais Contagens de tráfego ? Automáticas laço indutivo piezoelétrico vídeo tubo de borracha radar 16 TAXA DE FLUXO HORÁRIO ? É volume horário equivalente obtido com um intervalo menor que 1 hora (por ex., 15 min) ? Capta variações sub- horárias no tráfego 45 – 60 30 – 45 15 – 30 0 – 15 Intervalo TAXA DE FLUXO HORÁRIO ? É volume horário equivalente obtido com um intervalo menor que 1 hora (por ex., 15 min) ? Capta variações sub- horárias no tráfego 60345 – 60 52730 – 45 76515 – 30 4210 – 15 Volume [veic]Intervalo 17 TAXA DE FLUXO HORÁRIO ? É volume horário equivalente obtido com um intervalo menor que 1 hora (por ex., 15 min) ? Capta variações sub- horárias no tráfego 241260345 – 60 210852730 – 45 306076515 – 30 16844210 – 15 Taxa de fluxo [veic/h] Volume [veic]Intervalo Taxa de fluxo horário 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) 18 FATOR DE PICO HORÁRIO Relação entre fluxo no período de pico sub- horário e volume horário hora 60 intervalo Nt FPH N Δ= ⋅ 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) FPH = FATOR DE PICO HORÁRIO Relação entre fluxo no período de pico sub- horário e volume horário hora 60 intervalo Nt FPH N Δ= ⋅ 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) FPH = 19 FATOR DE PICO HORÁRIO Relação entre fluxo no período de pico sub- horário e volume horário hora 60 intervalo Nt FPH N Δ= ⋅ 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) FPH = FATOR DE PICO HORÁRIO Relação entre fluxo no período de pico sub- horário e volume horário hora 60 intervalo Nt FPH N Δ= ⋅ 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) FPH = 20 FATOR DE PICO HORÁRIO Relação entre fluxo no período de pico sub- horário e volume horário hora 60 intervalo Nt FPH N Δ= ⋅ 0 1000 2000 3000 4000 0-15 15-30 30-45 45-60 Intervalo (min) Fluxo (veic/h) FPH = VOLUMES DE TRÁFEGO: DEFINIÇÕES E USOS VOLUME ANUAL ? número de veículos que passam num trecho durante um ano ? bidirecional ? usado para planejamento e análise de tendências de crescimento de tráfego 21 VOLUMES DE TRÁFEGO: DEFINIÇÕES E USOS VOLUMES DE TRÁFEGO: DEFINIÇÕES E USOS VOLUMES DIÁRIOS ? Volume diário médio anual (VDMA) ? Volume diário médio (VDM) contagem num período menor que um ano: um dia, uma semana, um mês, etc. volume anual VDMA = [veic/dia] 365 volume anual VDMA = [veic/dia] 365 Laboratório 1: Contagem de tráfego 1. Escolher um local 2. Contar o tráfego durante 1 hora, totalizando de 5 em 5 minutos 3. Fazer um gráfico fluxo vs. tempo mostrando a variação sub-horária do fluxo de tráfego no local 4. Encontrar o FPH do local 5. Preparar um relatório (2 páginas) 22 VOLUME DE PROJETO ? fator K: proporção do VDMA que ocorre durante a j-ésima hora mais congestionada do ano ? fator D: proporção do tráfego na direção mais congestionada j j VDMA VP K D FPH = ⋅ ⋅j jVDMAVP K DFPH= ⋅ ⋅ CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTEDE TRÁFEGO Reflete a intensidade da corrente de tráfego [veic/km] ou [veic/(km.faixa)] Número de veículos Densidade Comprimento do trecho = Número de veículosDensidade Comprimento do trecho = 23 CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO Reflete a intensidade da corrente de tráfego [veic/km] ou [veic/(km.faixa)] Número de veículos Densidade Comprimento do trecho = Número de veículosDensidade Comprimento do trecho = CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO Reflete a intensidade da corrente de tráfego [veic/km] ou [veic/(km.faixa)] Número de veículos Densidade Comprimento do trecho = Número de veículosDensidade Comprimento do trecho = 24 CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO ? É máxima quando o tráfego está congestionado ?Densidade de congestionamento: kj ?Difícil medir densidade diretamente CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO ?Relação entre a demanda (número de veículos) e a oferta (capacidade do sistema viário) ?Determina a velocidade e o fluxo da corrente veicular Maior velocidade Menor velocidade 25 CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO ?Relação entre a demanda (número de veículos) e a oferta (capacidade do sistema viário) ?Determina a velocidade e o fluxo da corrente veicular Maior velocidade Menor velocidade CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO ?Reflete a qualidade de serviço ?proximidade entre veículos, liberdade de manobras, velocidade de viagem, conforto, etc. Viagem melhor Viagem pior 26 CONCENTRAÇÃO OU DENSIDADE DA CORRENTE DE TRÁFEGO ?Reflete a qualidade de serviço ?proximidade entre veículos, liberdade de manobras, velocidade de viagem, conforto, etc. Viagem melhor Viagem pior VELOCIDADE MÉDIA DA CORRENTE DE TRÁFEGO ?Corrente de tráfego ? cada veículo viaja com velocidade própria ? distribuição de velocidades ?Velocidade média da corrente: média das velocidades dos veículos que a compõem 27 VELOCIDADE MÉDIA DA CORRENTE DE TRÁFEGO [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem 0 10 20 30 40 50 60 70 80 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 Velocidade (km/h) Fr eq uê nc ia VELOCIDADE MÉDIA DA CORRENTE DE TRÁFEGO [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem 0% 20% 40% 60% 80% 100% 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 Velocidade (km/h) Fr eq uê nc ia r el at iv a ac um ul ad a 28 VELOCIDADE MÉDIA DA CORRENTE DE TRÁFEGO [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem [ ]Distância viajadaVelocidade = km h Tempo de viagem 0% 20% 40% 60% 80% 100% 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 Velocidade (km/h) Fr eq uê nc ia r el at iv a ac um ul ad a VELOCIDADE MÉDIA NO TEMPO E NO ESPAÇO ? Duas formas de calcular a velocidade média ?velocidade média no tempo: ?média aritmética das velocidades ?velocidade média no espaço: ?média harmônica das velocidades 29 VELOCIDADE MÉDIA NO TEMPO ? É a média aritmética das velocidades individuais dos veículos da corrente de tráfego 1 1 1 1n n i i t i i d u u n n t= = = =∑ ∑ 1 1 1 1n n i i t i i d u u n n t= = = =∑ ∑ em que n: número de veículos ui: velocidade do i-ésimo veículo d: comprimento do trecho ti: tempo de viagem do i-ésimo veículo VELOCIDADE MÉDIA NO ESPAÇO ? Relação entre distância percorrida e o tempo médio gasto para percorrê- la 1 1 1 1 1 1n n n n i i i i s i i i i d n d n n u t t t n d u= = = = ⋅= = = = ∑ ∑ ∑ ∑ 1 1 1 1 1 1n n n n i i i i s i i i i d n d n n u t t t n d u= = = = ⋅= = = = ∑ ∑ ∑ ∑ 30 Velocidade média no tempo e velocidade média no espaço ? Relação entre velocidade média no tempo e velocidade média no espaço 2 t s s u u u σ= + 2t s s u u u σ= + Exemplo 3.3: Velocidade média no tempo e no espaço 203006 193005 163004 203003 243002 183001 T (s)D (m)Veículo ? Velocidade média no tempo: ? ? Velocidade média no espaço: ? 31 Exemplo 3.3: Velocidade média no tempo e no espaço 93,711171.800Total 15,00203006 15,79193005 18,75163004 15,00203003 12,50243002 16,67183001 V (m/s)T (s)D (m)Veículo ?Velocidade média no tempo: 1 (56,2 km/h) 1 1 93,71 6 15,52 m/s n t i i t u u n u = = = ⋅ = ∑ Exemplo 3.3: Velocidade média no tempo e no espaço 93,711171.800Total 15,00203006 15,79193005 18,75163004 15,00203003 12,50243002 16,67183001 V (m/s)T (s)D (m)Veículo ? Velocidade média no espaço: 1 1 (55,4 km/h) 1 6 300 117 15,38 m/s s n n i i i i s s d n d u t u n u u = = ⋅= = ×= = ∑ ∑ 32 VELOCIDADES: DEFINIÇÕES E USOS Velocidade média de percurso ? tempo de percurso: tempo total gasto para percorrer o trecho, incluindo paradas (semáforos, tráfego, etc.) distância percorrida Velocidade de percurso = tempo de percurso distância percorrida Velocidade de percurso = tempo de percurso VELOCIDADES: DEFINIÇÕES E USOS Velocidade média em movimento ? tempo em movimento: tempo gasto para percorrer o trecho, sem incluir paradas distância percorrida Velocidade em movimento = tempo em movimento distância percorrida Velocidade em movimento = tempo em movimento 33 VELOCIDADES: DEFINIÇÕES E USOS ? Velocidade de projeto: usada no projeto da via para determinar ?distâncias de visibilidade, ? raios mínimos de curvas, ? superelevação transversal etc. VELOCIDADES: DEFINIÇÕES E USOS ? Velocidade de operação: é a maior velocidade que um veículo pode ser conduzido com segurança, sem exceder a velocidade de projeto 34 Velocidade de operação: V85 e V15 ? V85 (85o percentil): 85% dos veículos viajam em velocidade igual ou inferior a ela ? V15 (15o percentil): 85% dos veículos viajam em velocidade igual ou maior a ela Velocidade de operação: V85 e V15 ? A velocidade de operação pode ser estimada a partir de V85 ? 15% dos veículos viajam acima desta velocidade ? A velocidade mínima adequada de operação pode ser estimada a partir da V15 ? 15% dos veículos viajam abaixo dela 35 0 5 10 15 20 25 30 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Velocidade (km/h) Fr eq uê nc ia 0% 20% 40% 60% 80% 100% Fr eq uê nc ia re lat iva a cu mu lad a V85V15 Velocidade de operação: V85 e V15 MODELOS MACROSCÓPICOS DE FLUXO DE TRÁFEGO ? Usam parâmetros macroscópicos para descrever o comportamento do tráfego ?volume, densidade e velocidade ?calibração através de regressão ? Baseados na relação fundamental do tráfego: fluxo densidade velocidade= × = ⋅q k u fluxo densidade velocidade= × = ⋅q k u 36 MODELOS MACROSCÓPICOS DE FLUXO DE TRÁFEGO ? Modelo de Greenshields: ? Modelo de Greenberg: ? Modelo de Edie: 1 2u c c k= + ⋅ ( )ln ju c k k= ⋅ ( ) (fluxo livre) ln (congestionado) jk k j u c e k u c k −= ⋅ ⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠ MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre velocidade e densidade uuff:: velocidade livre velocidade livre kkjj:: densidade de densidade de congestionamento congestionamento 1s f j k u u k ⎡ ⎤= ⋅ −⎢ ⎥⎣ ⎦ 1s f j k u u k ⎡ ⎤= ⋅ −⎢ ⎥⎣ ⎦ 37 MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e densidade ? Da relação fundamental do tráfego e da relaçãoentre velocidade e densidade: 2 1 s s f j f j q u k k u u k k q u k k = ⋅ ⎫⎪⎡ ⎤ ⇒⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ 2 1 s s f j f j q u k k u u k k q u k k = ⋅ ⎫⎪⎡ ⎤ ⇒⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e densidade ?? No fluxo mNo fluxo mááximo ximo qqmm 2 1 0 2 m f j j m dq k u dk k k k ⎡ ⎤⋅= − =⎢ ⎥⎣ ⎦ = 2 1 0 2 m f j j m dq k u dk k k k ⎡ ⎤⋅= − =⎢ ⎥⎣ ⎦ = 38 MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e densidade ?? Fluxo Fluxo qq11 pode ser obtido pode ser obtido com duas densidades:com duas densidades: ?? kk’’11 e ue u’’11 ouou ?? kk””11 e ue u””11 ?? kk’’11 < k< k””11 e ue u’’11 > u> u””11 ?? Fluxo livreFluxo livre: : kk11 e ue u’’11 ?? Fluxo congestionadoFluxo congestionado: : kk””11 e ue u””11 MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e velocidade ? Da relação fundamental e da relação entre densidade e velocidade: 2 1 s s j f s j s f q u k u k k u u q k u u = ⋅ ⎫⎪ ⇒⎡ ⎤⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ 2 1 s s j f s j s f q u k u k k u u q k u u = ⋅ ⎫⎪ ⇒⎡ ⎤⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ Ta xa d e fl u xo Ta xa d e fl u xo VelocidadeVelocidade ufuf qmqm qq u1u1 u2u2umum 39 MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e velocidade ? Da relação fundamental e da relação entre densidade e velocidade: 2 1 s s j f s j s f q u k u k k u u q k u u = ⋅ ⎫⎪ ⇒⎡ ⎤⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ 2 1 s s j f s j s f q u k u k k u u q k u u = ⋅ ⎫⎪ ⇒⎡ ⎤⎬= −⎢ ⎥⎪⎣ ⎦⎭ ⎡ ⎤⇒ = −⎢ ⎥⎣ ⎦ Ta xa d e fl u xo Ta xa d e fl u xo VelocidadeVelocidade ufuf qmqm qq u1u1 u2u2umum MODELO DE GREENSHIELDS: relação entre fluxo e velocidade ?? Na velocidade crNa velocidade críítica utica umm, o fluxo , o fluxo éé mmááximoximo 2 1 0 2 s j s f f m dq u k du u u u ⎛ ⎞⋅= − =⎜ ⎟⎝ ⎠ = 2 1 0 2 s j s f f m dq u k du u u u ⎛ ⎞⋅= − =⎜ ⎟⎝ ⎠ = 40 MODELO DE GREENSHIELDS: fluxo - velocidade - densidade Laboratório 2: Modelagem de fluxos de tráfego ? Aplicar modelo de Greenshields a dados reais ? Trabalhar com dados coletados por sensores ? Ajustar uma função matemática a um conjunto de observações 41 Laboratório 2: Dados do tráfego Laboratório 2: Períodos de congestionamento 0 20 40 60 80 100 120 140 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 Hora do dia Ve lo ci da d e m éd ia (k m /h ) 42 Laboratório 2: velocidade = f(densidade) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 Densidade (veic/km) Ve lo ci da de ( km /h ) Laboratório 2: velocidade = f(taxa de fluxo) Taxa de fluxo (veic/h) Ve lo ci da de ( km /h ) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 43 Laboratório 2: velocidade = f(taxa de fluxo) Ta xa d e fl ux o (v ei c/ h) Velocidade (km/h) y = ‐0,4216x2 + 56,788x R2 = 0,5751 0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 0 20 40 60 80 100 120 140 160
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