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CAP. 6 – TEORIA DA DEMANDA DISCIPLINA: AAM 0719 – ENGENHARIA DOS TRANSPORTES Professor: JANIELLY KALINE DE OLIVEIRA FERREIRA DA FÉ. DIVISÃO MODAL C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A O modelo de quatro etapas PREVISÃO DE DEMANDA –MODELOS SEQUENCIAIS Modelos de Geração de Viagens – determinam a quantidade de viagens geradas (produzidas e atraídas) em cada zona de tráfego. Modelos de Distribuição de Viagens – determinam a partir do total de viagens geradas em cada zona, a distribuição das mesmas entre as demais zonas de tráfego, chegando a uma matriz de origem e destino das viagens. Modelos de Divisão Modal – definem a distribuição das viagens nos vários modos de Transporte. Modelos de Alocação de Fluxo – fazem a distribuição do fluxo de viagens na rede de transporte. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL C A B Zonas de Tráfego (ZT) A, B e C Produção Atração 10 2050 Objetivo: determinar a quantidade de viagens por modo de transporte entre as zonas de tráfego. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL DISTRIBUIÇÃO DAS VIAGENS O produto final são os fluxos entre pares O-D; Podemos representá-los em forma tabular (matriz); C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL OBS: Um fluxo é denominado cativo de um modo de transporte quando sua realização se dá exclusivamente (ou quase) através desse modo. Exemplo: pessoas de baixa renda sem acesso ao automóvel são cativas do transporte público. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Características da viagem Distância; Horário; Propósito..... Característica do usuário Nível social; Renda; Posse de veículo... Característica do sist. de transp. Tempo de viagem; Custo; Acessibilidade; Conforto; Frequência; Transbordo; .... Usuários por escolha Usuários cativos C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Modelos de Divisão Modal Determinístico Regressão Linear Curvas de Desvio Probabilístico Função Utilidade Logit Multinomial Logit Binomial A inclusão desses atributos na formulação de modelos de escolha modal é limitada pelo tipo, quantidade e qualidade das informações disponíveis de calibração. O elemento mais restritivo é a necessidade de se obter dados com os quais se possa fazer projeções consistentes. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL yi = 0,877 - 0,00086xi yi = percentual de viagens por transporte coletivo na zona i (viagens atraídas + produzidas) xi = grau de motorização (num. de carros particulares/1000 habitante) Regressão Linear Modelos Determinísticos Determinam a proporção de viagens por cada modo utilizando métodos quantitativos simples, tais como: Regressão Linear, Classificação Cruzada ou Curvas de Desvio. OBS: Utilizando esta equação pode-se encontrar o percentual de participação do transporte coletivo futuro, mediante a projeção do grau de motorização C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Curvas de Desvio Determina a proporção de viagens alocadas a cada modo com base na relação dos níveis de serviço ofertados por cada modalidade. • Razão do tempo de viagem (RTV); • Razão do custo de viagem (RCV). Pode-se observar que os modelos determinísticos, de uma forma geral, utilizam o método de regressão para chegar à proporção de viagens entre os modos de transporte, a diferença entre os modelos está na maior ou menor agregação dos dados utilizados para fazer a avaliação. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Curvas de Desvio X1: tempo gasto no veículo de transporte público X2: tempo gasto na transferência entre veículos/modos X3: tempo de espera X4: tempo de deslocamento para parada/terminal X5: tempo de deslocamento até o local de destino X6: tempo de viagem dentro do automóvel X7: tempo para estacionar o veículo X8: tempo de deslocamento até o local de destino X9: tarifa no transporte coletivo X10: custo do combustível X11: custo de desgaste e manutenção do veículo X12: custo do estacionamento X13: taxa média de ocupação do veículo C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Modelos Probabilísticos Tentam reproduzir o comportamento humano quando da decisão entre alternativas diferentes de escolha. A probabilidade de um indivíduo escolher uma opção é função de suas características socioeconômicas e da atratividade relativa da opção. Para representar a atratividade das alternativas em função destas características utiliza-se o conceito de utilidade. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Função Utilidade É uma expressão matemática que determina o grau de satisfação que o usuário do transporte obtém com a escolha do modo. Nos transportes é uma “medida” de “desutilidade” → custo generalizado ou impedância do deslocamento associado a cada modo. Utilidade é função das características do indivíduo e da alternativa de escolha. De uma forma geral, é definida por uma soma de variáveis e seus pesos relativos. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Função Utilidade 1. Selecionar as variáveis (atributos) relevantes à escolha; 2. Determinar a relação funcional entre as variáveis: U = a + b1X1 + b2X2 + ... + bnXn onde U é a utilidade derivada da escolha medida pelos atributos X do modo de transporte e os pesos relativos a, b1, ..., bn desses atributos. Atributos (X1, X2, Xn...) – Custo, tempo de viagem, tempo de espera.... C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Modelo Logit Multinomial Determina a proporção de viagens que caberá a cada modo específico k de acordo com a seguinte expressão: O modelo relaciona a probabilidade de escolha de uma dada alternativa de um conjunto de alternativas por uma unidade de decisão (indivíduo, residência, empresa, etc.), ou um grupo, de acordo com a utilidade destas alternativas. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – DIVISÃO MODAL Modelo Logit Binomial Trata-se de uma simplificação do modelo anterior em que se avalia apenas duas alternativas de transporte. Supondo-se a distribuição de viagens entre dois modos A e B, e as utilidades relativas dos mesmos como sendo UA e UB respectivamente, o modelo toma a seguinte forma: C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A O modelo de quatro etapas ALOCAÇÃO DE VIAGENS Modelos de Geração de Viagens – determinam a quantidade de viagens geradas (produzidas e atraídas) em cada zona de tráfego. Modelos de Distribuição de Viagens – determinam a partir do total de viagens geradas em cada zona, a distribuição das mesmas entre as demais zonas de tráfego, chegando a umamatriz de origem e destino das viagens. Modelos de Divisão Modal – definem a distribuição das viagens nos vários modos de Transporte. Modelos de Alocação de Fluxo – fazem a distribuição do fluxo de viagens na rede de transporte. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS C A B Zonas de Tráfego (ZT) A, B e C Produção Atração 10 2050 avaliar a distribuição do fluxo de viagens nos sistemas de transporte existentes e/ou em novas alternativas de transporte C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Fluxo de viagens: Transporte Público Rodoviário Ferroviário Hidroviário Transporte Individual As divisões acima são obtidas na etapa anterior de divisão modal. E na fase atual faz-se a distribuição dos tijk (viagens pelo modo k entre as zonas i e j) nos sistemas de transporte. OBS: A análise pode ser feita para avaliar o movimento diário ou para a hora (ou período) de pico que concentra de 10 a 20% das viagens diárias. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS A preocupação maior dos modelos de alocação é a distribuição do fluxo gerado pelo transporte rodoviário. E dentro deste enfoque se concentra a maior parte das pesquisas sobre estes modelos. Isto se ocorreu devido ao aumento e a facilidade de utilização do transporte individual cuja demanda crescente fez com que surgissem os congestionamentos constantes nos grandes centros urbanos. Os modelos procuram avaliar as condições do sistema viário em absorver o fluxo de viagens gerado pelo transporte rodoviário (transporte individual principalmente). Porém, os mesmos modelos podem ser utilizados, sob o ponto de vista sistêmico, na análise das várias possibilidades de um indivíduo fazer sua viagem, utilizando dois ou mais sistemas de transporte. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS No último caso, na análise da capacidade de absorção da demanda gerada para o transporte coletivo devem ser considerados os atributos específicos de capacidade do sistema que inclui: número de lugares ofertados, tempo de viagem, frequência e alcance da malha de serviço. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Características dos Modelos de Alocação: O problema de alocação de fluxos em redes de transporte divide-se em: Escolha das rotas; Distribuição de fluxos nas rotas escolhidas a partir de uma matriz de fluxos entre diversas O/Ds, considerando-se o ponto de vista do usuário que tenta minimizar seu tempo de viagem. Avaliação da rede a nível microscópico (tratamento de interseções sinalizadas): identificar problemas de congestionamento; filas nas interseções; distribuição “equilibrada” de fluxo na rede em relação à capacidade da mesma. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Características dos Modelos de Alocação: Técnicas servem como base para o planejamento viário: Vias que precisam ser ampliadas para maior fluidez do tráfego e quais os corredores mais sobrecarregados de demanda. Alguns modelos permitem verificar os pontos onde podem ocorrer engarrafamentos e, com a ajuda da simulação, podem ser testadas medidas operacionais tais como mudança de direção de vias, variação dos ciclos de sinais, faixas exclusivas para ônibus e outros. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Princípios de Wardrop (1952): • Usuários escolhem a rota que minimiza os seus tempos de viagem (Equilíbrio do Usuário); • Usuários se distribuem sobre a rede de modo que o tempo médio de viagem para todos os usuários seja mínimo (Equilíbrio do Sistema). Escolha das rotas C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Características do Fluxo de Tráfego: O fluxo (f) de tráfego ao longo de um trecho de uma ligação viária, em caso de regime permanente, está relacionado a duas outras variáveis fundamentais que são a concentração de veículos ou densidade (d) e a velocidade (v) dos veículos. O fluxo (ou volume) é definido pelo número de veículos que passa por um determinada seção (ou faixa) de uma via por unidade de tempo de observação, sendo usualmente expresso em veículos por hora. A concentração ou densidade é definida pelo número de veículos numa seção (ou faixa) de comprimento unitário de uma rodovia num instante de tempo t, normalmente expressa em veículos por quilômetro. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Características do Fluxo de Tráfego: A velocidade cinemática de uma corrente de tráfego em regime permanente é definida pela relação entre a distância percorrida pelos veículos na unidade de tempo, ou seja, em km/h. Entre estas variáveis existe uma relação fundamental, a nível macroscópico: f = v x d C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Técnicas de Distribuição de Fluxos Curvas de Dispersão Restrição de Capacidade Análise Incremental C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Técnica das Curvas de Dispersão: Volume de tráfego entre uma origem e um destino é dividido entre duas rotas que “aparentemente” (não comprovadamente) são concorrentes, sendo uma com características de “expressway” e a outra composta por vias arteriais ou secundárias. Baseia-se em curvas de distribuição de fluxo a partir de dados observados em uma região com características semelhantes às daquela na qual se está planejando. As curvas são definidas em função de parâmetros que servem para comparar a rota composta por vias expressas e outra que utiliza vias secundárias. Esta técnica serve principalmente para avaliar a viabilidade ou não de implantação de uma via expressa. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Método que trata dos ramos supercarregados de uma rede; Relaciona o volume alocado com o tempo na via em função da capacidade da mesma; Realizada por computador de forma automática; Deve informar a capacidade de cada ramo e o tempo de viagem. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica de Alocação do Estudo de Chicago (1960) Tem como base uma matriz de origem e destino dos fluxos entre várias zonas de tráfego em que se dividiu a zona de estudo; Escolha aleatória de uma zona de tráfego como origem e, a partir daí, constrói-se a árvore de caminhos mínimos para as outras zonas de tráfego da rede; Alocação do fluxo entre esta origem e as demais zonas e uma reavaliação dos tempos nos mesmos é feita, utilizando-se também uma função de desempenho definida no estudo; Na segunda iteração, outra origem é escolhida aleatoriamente e se obtém novamente a árvore de caminhos mínimos, considerando-se os fluxos já alocados anteriormente, e assimsucessivamente. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica da Traffic Research Corporation – TRC (1961) Trabalha conjuntamente as fases de distribuição e alocação de fluxo; São utilizadas árvores de caminhos mínimos considerando-se os tempos nas ligações para uma velocidade de fluxo livre (poucos veículos na via); Essas árvores são então carregadas com o fluxo resultante da distribuição dada pelo modelo gravitacional de distribuição de viagens através de uma alocação “tudo ou nada”. Como fator de impedância (resistência ao movimento) consideram-se inicialmente os tempos de viagem para velocidades em fluxo livre; C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica da Traffic Research Corporation – TRC (1961) Posteriormente, os tempos nas ligações são recalculados em função de uma relação entre o tempo e o fluxo alocado a elas; Uma nova árvore de caminhos mínimos é obtida e uma nova distribuição de fluxo é feita, na qual os fluxos são alocados aos caminhos mínimos da árvore inicial e aos caminhos da árvore reavaliada, em proporções equivalentes aos tempos de viagem nas duas árvores; Este procedimento é repetido até se obter no máximo quatro rotas possíveis entre cada O/D. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica da Wayne State University – WSU (1962) A primeira alocação é feita, utilizando-se a técnica “tudo ou nada” numa árvore de caminhos mínimos, considerando-se os tempos de viagem para velocidades típicas; Após a primeira iteração, o fluxo em cada ligação é definido como uma percentagem da capacidade do mesmo e utilizado para avaliar o tempo de viagem através da seguinte expressão: C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica da Wayne State University – WSU (1962) A segunda iteração de alocação consiste no cálculo de novas árvores de caminho mínimo. Utilizando os tempos revisados, aloca- se o fluxo sobre os novos caminhos e calcula-se a média dos volumes alocados nos arcos nesta e na iteração anterior; Este processo é repetido até que os volumes médios em cada ligação e o tempo de viagem calculado permaneçam aproximadamente constantes de uma iteração para outra. O valor final dos volumes em cada ligação seria tomado como a demanda média obtida para a mesma durante cada iteração. A diferença entre esta técnica e a TRC é que esta última utiliza os tempos de viagem para velocidades, inicialmente, de fluxo livre. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica de Alocação do Bureau of Public Road – BPR (1968) Essa técnica compreende inicialmente uma alocação do fluxo tipo “tudo ou nada”, ou seja todo o fluxo é alocado na rota de menor tempo. Após essa primeira alocação os tempos nas vias são reavaliados utilizando-se a seguinte função de desempenho: C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Alocação com Restrição da Capacidade Técnica de Alocação do Bureau of Public Road – BPR (1968) A alocação é então repetida utilizando-se a rota de menor tempo, considerando-se as modificações de tempo nas ligações já utilizadas. O procedimento é repetido até que os tempos obtidos sejam semelhantes aos da iteração anterior; neste caso, considera-se que foi encontrada uma distribuição equilibrada do fluxo. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Técnicas de Alocação Incremental de Tráfego Dentro do conceito geral dos modelos de alocação, assume-se que o motorista escolhe a rota que lhe fornece o menor tempo de viagem, porém o sistema é dinâmico; assim, dependendo da hora e do volume nas vias, pode existir mais de uma rota com um tempo mínimo de viagem. Partindo-se deste princípio, os motoristas mudariam suas rotas em função do estado do sistema até que uma situação de “equilíbrio” fosse alcançada. C A P . 6 – T E O R I A D A D E M A N D A MODELOS SEQUENCIAIS – ALOCAÇÃO DE VIAGENS Técnicas de Alocação Incremental de Tráfego De uma forma geral, as técnicas de alocação incremental consistem das seguintes fases: 1. Seleção aleatória de um par de zonas de tráfego; 2. Determinação de um caminho mínimo entre o par de zonas; 3. Utilização de uma taxa específica de geração de viagens para determinar o volume potencial a ser alocado entre este par de zonas; 4. Alocação de um pequeno percentual do volume potencial no caminho mínimo; 5. Uso de uma função de desempenho da ligação para atualizar os tempos dos mesmos na rota, dado o aumento de fluxo.
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