TCC_FABRICIO CORRIERI BIZONI

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Rafael Koga

04/05/2020

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

Fabricio Corrieri Bizonin

ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM
USO DE ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM
BELO HORIZONTE/MG

Santa Maria, RS
2016
2

Fabricio Corrieri Bizonin

ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG

Trabalho de conclusão apresentado ao Curso
de Engenharia Civil, da Universidade Federal
de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito
parcial para o grau de Engenheiro Civil.

Orientador: Prof. Dr. Carlos José Antônio Kummel Félix

Santa Maria, RS
2016
3

Fabricio Corrieri Bizonin

ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG

Trabalho de conclusão apresentado ao Curso
de Engenharia Civil, da Universidade Federal
de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito
parcial para o grau de Engenheiro Civil.

Aprovado em 13 de julho de 2016:

___________________________________
Carlos José Antônio Kummel Félix, Dr. (UFSM)
(Orientador)

___________________________________
Evelyn Paniz, Eng. (UFSM)
(Banca Avaliadora)

___________________________________
Talles Augusto Araújo, Mestre (UFSM)
(Banca Avaliadora)

Santa Maria, RS
2016
4

AGRADECIMENTOS

São muitas as pessoas que de algum modo me ajudaram e me auxiliaram neste
trabalho. Agradeço de uma forma geral a todas elas que, em algum momento, me fizeram
levantar a cabeça e seguir em frente. No entanto, existem algumas pessoas que, penso eu,
merecem um agradecimento de uma maneira especial, portanto, agradeço:
- ao meu orientador Carlos Félix por ceder o seu tempo e conhecimento na minha
orientação, além, da paciência, compreensão, incentivo e dedicação em me ajudar em todos os
momentos de dúvida, porém, queria realmente agradecer, de coração, pelo amigo que se
tornou para mim;
- aos meus pais Cristiane Corrieri e Carlos Leal, por todo amor verdadeiro, apoio e
carinho apresentado em todos os momentos da minha vida, pois não seria possível eu estar
aqui sem o incentivo deles;
- à minha vó Elenir Corrieri, que é minha maior admiradora, pela sua paciência, afeto
e por sempre apostar na minha capacidade de vencer desafios;
- à minha namorada Melissa Quaresma, que é meu maior presente, pelo amor, carinho,
enorme paciência e vontade de ajudar quando eu mais precisei, é graças a ela que eu consegui
vencer esta etapa;
- aos meus amigos e futuros colegas de trabalho que construí na faculdade, pela
disposição em me ajudar em todas as dúvidas e incertezas que tive ao longo deste trabalho;
- aos Engenheiros da Caixa Econômica Federal, pelo conhecimento repassado,
amizade e pelo exemplo de profissionalismo e dedicação em tudo que fazem;
- aos professores do Curso de Engenharia Civil, por contribuírem, de alguma forma, na
realização deste estudo;
- à Universidade Federal de Santa Maria, pela oportunidade de desenvolver este
trabalho;
Por fim, a todos aqueles que fazem parte da minha vida e estão diretamente atrelados
nesta caminhada.

É sempre assim o curso dos fatos que movem
as rodas do mundo: as mãos pequenas os
realizam porque precisam, enquanto os olhos
dos grandes estão voltados para outros lugares.

(J. R. R. Tolkien)
6

RESUMO

ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG

AUTOR: Fabricio Corrieri Bizonin
ORIENTADOR: Carlos José Antônio Félix

Este trabalho apresenta um estudo da implantação de centrais de tráfego com o uso de
algoritmos computacionais. Por meio deste, procura-se explicar as principais características
da implantação de uma central de operações de tráfego, bem como os conceitos relativos ao
funcionamento dos algoritmos de controle. Para sua realização, foram abordados referenciais
teóricos acerca do semáforo, os elementos básicos para sua programação, além de um estudo
do controle semafórico por tempo fixo e controle semafórico realizado em tempo real que são
os tipos de controle usualmente empregados em centrais de tráfego brasileiras.
Posteriormente, realizou-se o estudo da operação de uma central de tráfego com a
identificação das ferramentas necessárias para sua operacionalização, monitoração,
gerenciamento e implantação, bem como a explanação de como os algoritmos de controle
semafórico inserem-se neste contexto. Em seguida, foram apresentados os tipos de detectores
veiculares e os tipos de algoritmos de controle comumente utilizados em centrais de tráfego
brasileiras. Por fim, analisou-se a central de tráfego da cidade de Belo Horizonte/MG e o
projeto da sua ampliação, que tinha como objetivo garantir a velocidade operacional adequada
para seu sistema viário, durante e após a Copa do Mundo de Futebol de 2014. Chegou-se a
conclusão de que, não só a ampliação da Central de Tráfego de BH, como qualquer
implantação de uma central semafórica com uso de algoritmos computacionais, são obras
necessárias para maior gerenciamento do tráfego, melhoria nas condições de segurança
pública, além de disponibilizar uma via mais fluida ao usuário.

Palavras-chave: Centrais de Tráfego. Algoritmos de Controle. Controle Semafórico.

ABSTRACT

THE IMPLEMENTATION OF TRAFFIC CENTRALS STUDY WITH USE OF
COMPUTER ALGORITHMS - CASE STUDY IN BELO HORIZONTE /MG

AUTHOR: Fabricio Corrieri Bizonin
ADVISOR: Carlos José Antônio Félix

This project presents a study of the implementation of traffic centrals with the use of
computer algorithms. Through this, tryed to explain the main features of the implementation
of a central traffic operations and the concepts related to the functioning of the control
algorithms. For your elaboration, were approached theoretical references about the
semaphore, the basic elements for its programming, besides a study of the traffic signal
control for fixed time and traffic signal control performed in real time that are the types of
control usually employed in the Brazilians centrals traffic. After this, it was made a study of
the operation of a central traffic, with the identification of the tools needed for its operation,
monitoration, management and implementation, as well as the explanation of how the traffic
signal control algorithms are part of this context. Subsequent to this, it was presented types of
vehicle sensors and the types of control algorithms commonly used in the Brazilians centrals
traffic. Ultimatelly, it was analyzed the central traffic of the city of Belo Horizonte/MG and
the project of its expansion, which aimed to ensure proper operating speed for its road system,
during and after the 2014 Football World Cup. It was conclused that not only the expansion of
BH traffic Center, like any implementation of a central traffic signal with the use of computer
algorithms are necessary works to a larger traffic management, an improvement in the
security public condiotion, besides that provides more fluid channels to user.

Keywords: Traffic Centrals. Control Algorithms. Traffic Signal Control.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - O primeiro semáforo de 1968 ..................................................................................17
Figura 2 - Diagrama de estágios ............................................................................................... 24
Figura 3 - Volume de tráfego de acordo com o horário do dia ................................................ 25
Figura 4 - Histograma de acordo com os dias da semana ........................................................ 25
Figura 5 - Volume de tráfego de acordo com os meses do ano ................................................ 26
Figura 6 - Distâncias percorridas pelo veículo ......................................................................... 29
Figura 7 - Fluxo de saturação e tempo perdido total ................................................................ 32
Figura 8 - Diagrama de intervalos luminosos ........................................................................... 35
Figura 9 - Defasagem em uma via de mão única ..................................................................... 38
Figura 10 - Planos distintos em relação à taxa de ocupação da via .......................................... 41
Figura 11 - Possível distribuição semafórica diária ................................................................. 42
Figura 12 - Controlador semafórico ......................................................................................... 43
Figura 13 - Estrutura básica do sistema TRANSYT ................................................................ 44
Figura 14 - Representação de um PFC ..................................................................................... 45
Figura 15 - PFC padrão IN ....................................................................................................... 46
Figura 16 - PFC padrão GO ...................................................................................................... 46
Figura 17 - PFC padrão OUT ................................................................................................... 46
Figura 18 - Imagem do display do simulador SIRI .................................................................. 48
Figura 19 - Processos necessários para o controle em tempo real............................................ 51
Figura 20 - Sistema SCATS ..................................................................................................... 54
Figura 21 - Estrutura das entidades do sistema SCOOT .......................................................... 56
Figura 22 - Bloqueio de interseção devido há uma má escolha de estratégia .......................... 58
Figura 23 - Tipos de redes de sincronização ............................................................................ 59
Figura 24 - Diagrama espaço-tempo em vias de mão dupla..................................................... 61
Figura 25 - Central de tráfego de São Paulo com CFTV em funcionamento ........................... 64
Figura 26 - PMV dando uma mensagem de orientação ........................................................... 67
Figura 27 - PMV informando a distância para chegar ao pedágio ........................................... 67
Figura 28 - Esquema operacional de uma central de controle .................................................. 68
Figura 29 - Câmeras de monitoramento ................................................................................... 69
Figura 30 - Video wall da CET-SP ........................................................................................... 69
Figura 31 - Funcionamento dos laços detectores ..................................................................... 71
Figura 32 - Seção de um laço indutivo embutido na via .......................................................... 72
Figura 33 - Imagem de vídeo com zonas de detecção configuradas na tela ............................. 73
Figura 34 - Representação do feixe de ondas ........................................................................... 73
Figura 35 - Representação dos locais de instalação do RTMS ................................................. 74
Figura 36 - Representação da perturbação no campo magnético ............................................. 75
Figura 37 - Central de operações BHTRANS antes da ampliação ........................................... 77
Figura 38 - Planta baixa da central de tráfego de BH ............................................................... 78
Figura 39 - Locais de atuação do algoritmo de controle ITACA ............................................. 79
Figura 40 - Esquema de comunicação entre os controladores e a central ................................ 79
Figura 41 - Área de cobertura da rádio comunicação ............................................................... 80
Figura 42 - Sistema de mapa operacional digital gráfico ......................................................... 82
Figura 43 - Lançamento da equipe ........................................................................................... 83
Figura 44 - Infotráfego ............................................................................................................. 84
Figura 45 - Imagens das câmeras disponíveis no site da BHTRANS ...................................... 85
Figura 46 - Central de operações .............................................................................................. 87

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Semáforo de advertência ......................................................................................... 19
Tabela 2 - Indicações luminosas ............................................................................................... 20
Tabela 3 - Movimentos em uma interseção .............................................................................. 23
Tabela 4 - Fator de equivalência para os veículos .................................................................... 27
Tabela 5 - Duração mínima do amarelo no tempo de entreverdes ........................................... 30
Tabela 6 - Horário interno desajustado em relação ao controlador mestre .............................. 62

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
BHTRANS Empresa de Transportes e Trânsito de Belo Horizonte
CET Companhia de Engenharia de Tráfego
CET-SP Companhia de Engenharia de Tráfego de São Paulo
CFTV Circuito Fechado de Televisão
CFP Cyclic Flow Profiles
CTA Centrais de Tráfego em Área
CTAFOR Central de Tráfego em Área de Fortaleza
COP Centro de Operações da Prefeitura de Belo Horizonte
CTB Código Brasileiro de Trânsito
DENATRAN Departamento Nacional de Trânsito
GPS Global Positioning System
HCM Highway Capacity Manual
LED Light Emitting Diode
IC Intervalo de Corte
ID Índice de Desempenho
MV Movimento de Pedestres
MP Movimento Veiculares
PBH Prefeitura de Belo Horizonte
PCT Padrões Cíclicos de Tráfego
PDA Personal Digital Assistant
PMV Painéis de Mensagens Variáveis
SAP Seleção Automática de Planos
SIGOP Sistema de Informação e Gestão de Operações de Transporte e Trânsito
UE Unidade de Extensão
UFSM Universidade Federal de Santa Maria
USTDA United States Trade and Development Agency

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 14
1.1 JUSTIFICATIVA ......................................................................................................... 15
1.2 OBJETIVO GERAL ..................................................................................................... 15
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 15
1.4 METODOLOGIA .........................................................................................................16
2 CONCEITOS DA SINALIZAÇÃO SEMAFÓRICA .............................................. 17
2.1 HISTÓRIA DO SEMÁFORO ...................................................................................... 17
2.2 DEFINIÇÃO DE SEMÁFORO ................................................................................... 18
2.3 MOVIMENTOS ........................................................................................................... 22
2.4 ELEMENTOS BÁSICOS DA PROGRAMAÇÃO SEMAFÓRICA ........................... 23
2.4.1 Estágios e fases ............................................................................................................ 23
2.4.2 Volume de Tráfego e volume de tráfego equivalente .............................................. 24
2.4.3 Taxa de fluxo e taxa de ocupação .............................................................................. 27
2.4.4 Entreverdes e vermelho geral .................................................................................... 28
2.4.5 Fluxo de saturação e tempo perdido ......................................................................... 31
2.4.6 Tempo de ciclo ............................................................................................................ 34
2.4.7 Verde real e verde efetivo .......................................................................................... 37
2.4.8 Capacidade .................................................................................................................. 38
2.4.9 Defasagem ................................................................................................................... 38
3 CONTROLE SEMAFÓRICO................................................................................... 40
3.1 TIPOS DE CONTROLE .............................................................................................. 40
3.1.1 Controle por tempo fixo ............................................................................................. 41
3.1.1.1 Sistema TRANSYT ........................................................................................................ 43
3.1.1.2 Simulador de tráfego SIRI ............................................................................................ 47
3.1.2 Controle em tempo real .............................................................................................. 50
3.1.2.1 Sistema SCATS ............................................................................................................. 53
3.1.2.2 Sistema SCOOT ............................................................................................................ 55
3.2 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE ............................................................................... 57
3.2.1 Semáforo controlado isoladamente ........................................................................... 57
3.2.2 Semáforo controlado em rede .................................................................................... 58
4 OPERAÇÃO SEMAFÓRICA ATRAVÉS DE UMA CENTRAL ......................... 64
4.1 CENTRAL DE RÁDIO E TELEFONE ....................................................................... 65
4.3 CIRCUITO FECHADO DE TELEVISÃO .................................................................. 67
4.3 SISTEMA DE DETECÇÃO DE VEÍCULOS ............................................................. 70
4.3.1 Laços detectores indutivos ........................................................................................ 71
4.3.2 Detecção por laços virtuais ....................................................................................... 72
4.3.3 Detecção através de micro-ondas ............................................................................. 73
4.1.4 Detecção magnética ................................................................................................... 74
5 ANÁLISE DA AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO EM BELO
______.HORIZONTE.............................................................................................................76
5.1 SITUAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO ANTES DA AMPLIAÇÃO................ 76
5.2 PROJETO DE AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO ................................. 80
5.3 CONSIDERAÇÕES .................................................................................................... 88
6 CONCLUSÃO ........................................................................................................... 91
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 93

1 INTRODUÇÃO

Desde a urbanização das cidades é perceptível que a frota de veículos aumenta cada
vez mais. Atualmente com a ineficiência e a má administração dos transportes públicos, uma
grande parte da população está adquirindo um transporte particular. Tal atitude desencadeia
maior volume de tráfego e gera uma grande demanda na via.
A maior parte das vias brasileiras não foi projetada para atender a alta demanda. Deste
modo, a via começa a ficar saturada, gerando conflitos nos deslocamentos e
congestionamentos. Os impactos dos congestionamentos, considerando os aspectos funcionais
da via, resultam em tempo perdido, atrasos e paradas desnecessárias. Além dos impactos
funcionais, estão os problemas relacionados com o usuário. O usuário é o que mais perde com
esta situação, pois além de perder horas no trânsito e consumir mais combustível, ele acaba
por ficar estressado. O stress faz com que o usuário viole leis de trânsito e crie situações
perigosas para conseguir chegar ao seu destino da forma mais rápida possível. Ou seja, nessas
circunstâncias, há maiores chances de acontecer acidentes de trânsito.
Para ter maior controle na via foi criado o semáforo. O semáforo é um subsistema da
sinalização viária, onde indicações luminosas transmitem para o usuário mensagens que
regulamentam o direito de passagem. Com a criação deste sistema foi indispensável criar
diferentes técnicas para programar o semáforo, escolhendo o melhor tempo de ciclo, tempo de
verde e estágios na melhor combinação possível. Além disso, foi fundamental à criação de
formas de controle e operação desses planos semafóricos.
De acordo com Cervantes (2005), o controle semafórico é hoje a tecnologia mais
aplicada em redes urbanas, ou seja, para que se tenha uma operação semafórica mais eficiente
possível, é necessário garantir um bom ajuste dos semáforos.
De acordo com a literatura, existem três tipos de controle. Dentre os tipos de controle
convencionais está o controle por tempo fixo e o controle em tempo real. Atualmente, devido
à necessidade de controles mais eficientes, foram criados softwares de controle semafórico.
Existem os softwares que simulam planos semafóricos de tempo fixo a partir de determinados
parâmetros pré-estabelecidos pelos operadores e os sistemas inteligentes que funcionam em
tempo real e atuam de diversas formas para otimizar o desempenho da via. Eles conseguem
calcular melhores tempos semafóricos e criar uma boa coordenação entre as interseções a
partir de ajustes e cálculos, se obtém uma diminuição nos atrasos veiculares e paradas. Além
disso, há maior descarga de veículos. Todas estas melhorias têm como objetivo reduzir os
impactos causados pela alta demanda de tráfego, criando um trânsito mais fluído.
15

Tais algoritmos de controle são normalmente executados através de um computador.
Deste modo, estes estão sendo incorporados às Centrais de Tráfego em Área (CTAs), que
reúnem diversas ferramentas para criar uma operação mais eficiente do trânsito. Estas centrais
de operação de tráfego são basicamente compostas por computadoresmunidos de um
algoritmo de controle, que são parametrizados pelos técnicos para realizar o controle
semafórico. Há ainda a utilização de Circuitos Fechados de Televisão (CFTV), Painéis de
Mensagens Variáveis (PMV), rádio comunicação entre as equipes, uso de softwares de gestão
e gerenciamento, entre outros. Todas estas ferramentas trabalham conjuntamente com os
operadores e técnicos de campo para realizar uma operação de tráfego mais completa e
segura.

1.1 JUSTIFICATIVA

A mudança de sistema de operação isolada para centrais de tráfego, que operam com
sistemas computacionais para o controle semafórico, é uma mudança necessária, visto que os
sistemas controlados por operador em campo não estão conseguindo atender a demanda
crescente do número de veículos nas vias brasileiras. Portanto, o conhecimento dos pontos
determinantes para chegar a essa decisão, além das ferramentas usuais para sua implantação,
são conhecimentos importantes para que os centros urbanos possam ter a confiança em
realizar essa migração.

1.2 OBJETIVO GERAL

Analisar as características das Centrais de Tráfego em Área que operam com
algoritmos de controle. A partir disso, apresentar o funcionamento dos algoritmos de controle
que são comumente utilizados em cidades brasileiras.

1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Apresentar os princípios da sinalização semafórica, como os critérios para sua
implantação e os parâmetros básicos para dimensionar uma programação semafórica;
Comparar e analisar os tipos de controle semafórico e analisar as particularidades da
operação semafórica em centrais de tráfego;
16

Analisar os tipos de algoritmos de controle comumente utilizados no Brasil, bem como
a sua incorporação em centrais de tráfego;
Analisar o projeto da ampliação da Central de Tráfego de Belo Horizonte e sua
posterior implantação.

1.4 METODOLOGIA

A metodologia consiste em realizar uma revisão bibliográfica acerca da sinalização
semafórica. Assim, serão abordados os aspectos gerais sobre os semáforos, os critérios para
sua implantação, e os elementos básicos de uma programação. Posteriormente, através de
estudos descritivos, será feita uma análise dos tipos de controle semafórico, bem como os
algoritmos de controle (sistemas computacionais) comumente utilizados no Brasil. Em
seguida, adotando a mesma metodologia, serão ponderados os princípios e peculiaridades da
operação semafórica realizada através de centrais de tráfego. Por fim, será feita uma pesquisa
descritiva, do tipo estudo de caso, para analisar os aspectos variados da implantação de uma
central de operações de tráfego, a partir de uma análise do projeto de ampliação da central de
tráfego em Belo Horizonte/MG.

2 CONCEITOS DA SINALIZAÇÃO SEMAFÓRICA

Nesta seção será apresentada uma revisão bibliográfica acerca da sinalização
semafórica. Primeiramente, o trabalho conterá algumas explicações acerca do surgimento do
semáforo e como ele foi evoluindo tecnicamente ao longo dos anos. Na segunda parte, será
apresentada a definição do funcionamento do semáforo, ou seja, qual sua função e como se dá
sua incorporação dentro do sistema de tráfego. Na seção seguinte, serão apresentados os
movimentos veiculares e de pedestres, e como eles são importantes para se entender o
funcionamento de uma interseção. Por fim, serão abordados os conceitos mais importantes
acerca da programação semafórica de um semáforo.

2.1 HISTÓRIA DO SEMÁFORO

De acordo com Homburger et al. (1992 apud BONETTI; PIETRANTONIO, 2006) o
primeiro semáforo que se tem notícia foi implantado em 10 de dezembro de 1868 em
Londres. O semáforo foi uma criação de J.P. Knight, um engenheiro eletricista que era
especialista em ferrovias. Seu semáforo era composto de dois braços móveis que eram
acionados por cabos a partir de uma torre de controle. O sistema tinha sua concepção
inspirada a partir dos sinais que regulavam os trens na época e tinha duas lâmpadas de gás,
uma na cor verde e outra na cor vermelha. Este semáforo acabou explodindo no ano de 1969.
Na Figura 1 podemos ver uma ilustração de como era sua concepção.

Figura 1 - O primeiro semáforo de 1968

Fonte: (VILANOVA, 2005).
18

Em 1913, James Hoge conseguiu criar o primeiro semáforo que funcionava de modo
elétrico o qual, no ano seguinte, foi aplicado em Clevelend nos Estados Unidos. Esta data foi
um marco histórico, pois a partir dela começou-se a propagação dos semáforos elétricos por
todo os Estados Unidos (Homburger et al. 1992 apud BONETTI; PIETRANTONIO, 2006).
Em meados de 1930, o pensamento da eficiência dos controles semafóricos foi
colocado em evidência, pois com a grande variação do fluxo de veículos surgiu a necessidade
de encontrar novos métodos de funcionamento para os semáforos. O primeiro método
implantado tratava-se do acionamento do controle semafórico a partir de microfones, em que
eram instalados na via e captavam as buzinas dos automóveis. Tal método não foi aprovado
pelos usuários da via, e logo um novo método que utilizava contatos elétricos colocados no
pavimento foi testado. Este sistema funcionava com tubos pneumáticos que, de acordo com a
passagem de veículos, deslocavam o ar no tubo e acionavam um contato elétrico situado ao
lado da via (SALTER, 1989).
Webster e Cobbe (1966) citam que o primeiro semáforo atuado foi implantado na
interseção das ruas Gracechurch e Cornhill na Grã-Bretanha em 1932. No entanto, em 1969,
o sistema semafórico explodiu devido a uma infiltração de gás no gabinete do controlador.
Porém, três anos após o incidente, um sistema totalmente atuado, acionado pela passagem de
veículos em laços detectores foi instalado em Londres.
No Brasil, não se tem dados históricos sobre as primeiras aplicações de semáforos,
visto que a sua implantação foi pautada nas experiências de outros países, principalmente na
década de 70. A CET-SP (Companhia de Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo)
foi uma das pioneiras ao introduzir os controladores multiplanos de tempo fixo.
Posteriormente, houve a instalação de sistemas de controle centralizados e em tempo real.
Atualmente existem diversos controladores eletrônicos nacionais, como exemplo:
BRASCONTROL, BRASLÍNEA, DATAPROM, AUXXI, EPSIS e as mais antigas do
mercado como a TESC e a DIGICON (BONETTI; PIETRANTONIO, 2006).

2.2 DEFINIÇÃO DE SEMÁFORO

De acordo com o DENATRAN (2014), o Semáforo ou a Sinalização Semafórica é um
conjunto de indicações luminosas que funcionam de modo intermitente ou alternado com a
função de orientar o trânsito. Atualmente, estes dispositivos são acionados por energia elétrica
e controlados de modo mecânico ou eletrônico, de acordo com a situação.
19

A sinalização semafórica pode ser dividida em dois grupos, de acordo com sua função
no cruzamento:
a) sinalização semafórica de advertência;
b) sinalização semafórica de regulamentação.
O Semáforo de Advertência é instalado em locais onde há necessidade de advertir o
condutor do veículo acerca de algum obstáculo ou situação de risco na via, onde o mesmo
deve reduzir sua velocidade e ficar atento para continuar seu trajeto de forma segura. Este
dispositivo é composto de uma ou duas luzes de cor amarela que funcionam de modo
intermitente, de acordo com a Tabela 1.

Tabela 1 - Semáforo de advertência

Fonte: (DENATRAN, 2014, p.18).

O Semáforo de Regulamentação, que será o mais estudado nesse trabalho, tem como
finalidade o controle do direito de passagem de um fluxo de veículos e/ou pedestres. Este
dispositivo é composto de um conjunto de cores, onde cada cor indica uma mensagem ao
condutor e/ou pedestre, de acordo com a legislação do Código de Trânsito Brasileiro (CTB).
Para o controle de veículos são utilizadas três indicações luminosas, na qual o foco
deve ser de forma circular na cor vermelha, amarelae verde. O foco com a cor verde indica o
direito e/ou a permissão de iniciar o movimento ou prosseguir seu trajeto; o foco amarelo
indica "atenção", ou seja, o direito de passagem está acabando, então o condutor deve parar o
veículo ou seguir no caso de já estar na metade da transição; e o foco vermelho que indica a
obrigação do motorista de parar o veículo antes da linha de retenção (DENATRAN, 2014).
A Tabela 2, apresentada a seguir, ilustra todos os tipos de indicações luminosas, desde
semáforos veiculares até semáforos de pedestres. É interessante notar que existem indicações
luminosas direcionais que permitem ou restringem o direito de passagem somente para um
movimento da aproximação.

Tabela 2 - Indicações luminosas

Fonte: (DENATRAN, 2014, P.17).

No caso da sinalização semafórica voltada para pedestres, as indicações luminosas têm
apenas duas cores: vermelho e verde. Neste caso em específico, o foco é de forma quadrada e
a indicação luminosa amarela para veículos é substituída pelo vermelho intermitente (com a
figura da palma da mão), o qual indica ao pedestre que o direito de travessia está chegando ao
fim. O foco luminoso verde (que possui a figura de uma pessoa em movimento) e vermelho
(que possui a figura de uma pessoa parada) transmite a mesma mensagem que as cores para os
condutores de veículos, porém a mensagens são voltadas para os pedestres. Este tipo de
semáforo está indicado na Tabela 2, na última linha (DENATRAN, 2014).
Toda a implantação de sinalização semafórica deve ser precedida por uma avaliação
do local. Tal estudo deve ter como foco, avaliar o fluxo de pedestres e veículos, as
características físicas e o ambiente que a via está alocada que, de acordo com o DNER (1999)
devem ser predominantemente urbano.
Vilanova (2006) cita os critérios de implantação de uma sinalização semafórica
adotados pela CET-SP. Tais critérios levam em conta os aspectos mais importantes para uma
aplicação em território brasileiro. Primeiramente, existem três motivos para implantar um
21

semáforo: motivos relacionados com aspectos de segurança da via; fluidez dos veículos; e
tempo de espera dos pedestres.
De acordo com Vilanova (2006), no aspecto de segurança viária, leva-se em conta, o
elevado número de acidentes ocorridos no último ano disponível. Para acidentes com vítimas,
esse número, para a implantação de um semáforo, deve ser maior que três acidentes do tipo
corrigível por semáforo. Ou seja, entram nessa contabilização, colisões com vítimas, como
atropelamento. Se não há mais de três acidentes com vítima, deve-se verificar se há indícios
de conflitos graves. Um conflito grave ocorre quando há um processo de colisão que somente
não ocorreu porque pelo menos um usuário conseguiu realizar uma ação evasiva.
Na segunda motivação, a qual é estabelecida com base na fluidez dos veículos, é
necessário realizar uma pesquisa de campo no intervalo da hora mais crítica do dia. Neste
intervalo, deve-se medir o atraso dos veículos das vias não preferenciais. O somatório destes
atrasos será o atraso total da via. Após isso, deve-se calcular o atraso total que ocorrerá na
interseção caso sejam instalados semáforos. Para isso, pode-se calcular manualmente através
de expressões analíticas (no caso de interseção isolada) ou através de simuladores de tráfego
(para redes semafóricas). Após isso, multiplica-se o atraso total da situação sem semáforo por
1,6 e compara com o atraso total na situação com semáforo. Se o atraso total com semáforo
for menor que 80% do atraso total sem semáforo, a implantação é aconselhada (VILANOVA,
2006).
O terceiro motivo, com relação ao tempo de espera de pedestres, descreve que
somente é aconselhável a implantação de semáforo se houver fluxo de pedestres num patamar
mínimo de 190 pedestres na hora crítica. E quando estes indivíduos tenham que esperar, em
média, mais que 25 segundos para fazer sua travessia (VILANOVA, 2006).
Porém, a implantação semafórica só deve ser instalada como último recurso. Deste
modo, antes da sinalização semafórica, é necessário tentar resolver esse problema a partir de
soluções alternativas. São elas, de acordo com a CET-SP:
a) adequação da sinalização vertical e horizontal;
b) solução através de estreitamento de pista e/ou mudança de geometria;
c) alteração de circulação;
d) minirrotarórias e/ou lombadas;
e) condução de pedestres para travessias seguras;
f) desobstrução de obstáculos visuais.
Se as soluções alternativas propostas pelos itens acima não resultarem em um cenário
melhor, deve-se considerar a implantação do semáforo. A implantação da sinalização
22

semafórica pode melhorar em diversos aspectos o funcionando de um cruzamento. Porém,
uma má ou desnecessária implantação pode acabar piorando ainda mais situação.
DENATRAN (2014) cita os resultados de uma instalação feita com estudo e justificada por
critérios técnicos devem apresentar: via com maior fluidez; credibilidade e confiança por
parte dos condutores e pedestres ao fazer os seus movimentos veiculares e/ou a passagem na
faixa de segurança; redução de acidentes; redução de atrasos; e uma distribuição de modo
correto do tempo de verde.

2.3 MOVIMENTOS

Pelas palavras de Allsop (1991 apud WING;WINKEL, 1992, p.1) o termo movimento
é usado para identificar o fluxo de veículos que possuem a mesma origem e mesmo destino.
Se tratando de movimento de pedestres, o termo é usado para identificar o fluxo de pedestres
que se deslocam na mesma direção, porém, não necessariamente no mesmo sentido.
O movimento veicular pode ser ilustrado por um traço e uma seta, onde o traço indica
a direção e a seta indica o sentido deste fluxo de veículos. No caso de movimento de pedestres
o traço é tracejado e a seta se encontra nos dois extremos do traço, indicando que o sentido é
duplo (DENATRAN, 2014).
Segundo Ejzenberg (2005) os movimentos podem ser classificados em conflitantes e
não conflitantes. Os primeiros referem-se aos que convergem ou se interceptam em algum
local da interseção, ou seja, são movimentos que não devem ocorrer ao mesmo tempo. O
contrário se denomina movimentos não conflitantes, onde possuem trajetórias não
convergentes na interseção. São movimentos que podem acontecer ao mesmo tempo sem
gerar algum tipo de conflito ou interação.
A Tabela 3 ilustra uma interseção de mão única onde há movimentos veiculares (MV)
e movimentos de pedestres (MP). Esse tipo de representação é denominado diagrama de
conflitos. Deve-se observar que os movimentos MV3 e MV1 se interceptam no meio do
cruzamento, ou seja, são movimentos conflitantes entre si.

Tabela 3 - Movimentos em uma interseção

Fonte: DENATRAN, 2014. Pg. 30.

É interessante notar que há movimento de pedestre MP1 que não deve acontecer
enquanto os movimentos veiculares MV1 e MV2 estiverem ocorrendo. O mesmo acontece
para o movimento MP2 que não deve realizar-se no mesmo momento que os movimentos
MV3 e MV4. Portanto, para esse caso, temos uma interseção com dois grupos semafóricos. O
grupo um é composto pelos movimentos MV1 e MV2, além disso, nesse intervalo o
movimento de pedestres MP2 realizará a travessia. Já o grupo dois é composto pelos
movimentos MV3 e MV4, e o movimento de pedestres MP1 vai realizar sua travessia.

2.4 ELEMENTOS BÁSICOS DA PROGRAMAÇÃO SEMAFÓRICA

Nesta seção, serão abordados os conceitos mais importantes acerca dos parâmetros
utilizados para compor uma programação semafórica, ou seja, os elementos básicos para
entender e calcular uma programação semafórica.

2.4.1 Estágios e fases

Estágio é a denominação dada ao intervalo de tempo em que um grupo ou conjunto de
movimentos não conflitantes recebe o direito de passagem. O estágio compreende o tempo de
verde e o tempo de entreverdes que o segue. Existe uma representação esquemática da
sequência demovimentos que são permitidos em cada estágio da sinalização semafórica, o
qual é denominado diagrama de estágios. Todavia, só se indica o movimento feito por
24

pedestres quando o mesmo for sinalizado por uma sinalização semafórica de pedestres
(DENATRAN, 2014). Na Figura 2 é possível ter um exemplo de diagrama de estágios onde
as setas verdes representam os movimentos veiculares e os vermelhos os movimentos de
pedestres.
Figura 2 - Diagrama de estágios

Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 64).

O termo fase é a sequência de cores que acontece no semáforo: verde, amarelo,
vermelho e novamente o verde. Ou seja, de acordo com Allsop (1991 apud WING;WINKEL,
1992, p.6) é a sequência temporal das várias cores indicadas pelo semáforo.

2.4.2 Volume de Tráfego e volume de tráfego equivalente

O volume de tráfego ou fluxo de tráfego 'grifo nosso' é o número de veículos que
passam por uma seção de via durante um período, isto é, refere-se a demanda veicular que da
via naquele instante. O volume de tráfego varia de acordo com a hora do dia, dia da semana,
semana do mês, do mês e do ano. Nos horários entre 07h30min e 08h30min (pico da manhã),
horário do almoço (pico do almoço) e 17h30min às 19h30min (pico da tarde), de um dia útil,
é onde se observa os maiores volumes de tráfego, pois nesses horários acontecem os
deslocamentos de casa para o trabalho e do trabalho para casa. Na Figura 3 é possível
identificar os volumes diários de um dia típico, onde estão indicados os volumes veiculares
para cada horário ao longo do dia. Esse gráfico é chamado de histograma 'grifo nosso' e é
muito utilizado na Engenharia de Tráfego.

Figura 3 - Volume de tráfego de acordo com o horário do dia

Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).

No caso da Figura 4 estão sendo representados os volumes de tráfego de acordo com a
hora do dia para cada dia da semana. Este cruzamento de informações tem como objetivo
comparar como ocorre a variação pelo dia da semana. Pode-se perceber que no final de
semana os picos são em horários distintos dos usuais, pois não há os deslocamentos comuns
de casa para o trabalho e do trabalho para casa.

Figura 4 - Histograma de acordo com os dias da semana

Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).

Já na Figura 5, ilustra-se como ocorre a variação de tráfego ao longo dos meses. É
fácil de identificar que nos meses de férias escolares (dezembro, janeiro e julho) a demanda
26

cai consideravelmente. Isso acontece porque não há deslocamentos diários dos professores,
alunos, entre outros servidores.

Figura 5 - Volume de tráfego de acordo com os meses do ano

Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).

As contagens veiculares são geralmente feitas a cada 15 minutos, e o maior valor de
fluxo em um intervalo de contagem é utilizado para o cálculo da taxa de ocupação. Vilanova
(2005) explica que em casos de semáforos consolidados, a contagem pode ser feita a cada
ciclo ao invés de adotar intervalos de 15 minutos. Essa escolha é preferível, segundo ele, pelo
fato de que em intervalos fixos, geralmente, não se consegue começar no mesmo instante do
ciclo em todas as contagens. Isto é, uma contagem sempre começa aleatoriamente, e desse
modo há contagens que contemplam maior tempo de verde e nesse caso terão um maior
volume de tráfego.
A contagem veicular pode ser feita de modo direcional, onde o objetivo é definir o
volume de tráfego de cada aproximação, porém, separado por movimento. O resultado dessa
contagem é expresso em veículos por hora e é utilizada na programação semafórica quando o
fluxo de saturação for calculado nessa unidade. É recomendado que um técnico colete os
dados de, no máximo, três movimentos para que não haja erros de contagem (DENATRAN,
2014).
Todavia, há a pesquisa direcional e classificatória que é realizada quando se tem a
necessidade de analisar a composição do tráfego. Com essa contagem é possível determinar o
volume de tráfego equivalente, que é expresso em unidades de carro de passeio (ucp). Neste
caso, de acordo com DENATRAN (2014), converte os veículos para unidade de carros de
27

passeio, com a adoção de um fator de equivalência para cada tipo, em função de suas
características de agilidade e tamanho, conforme a tabela 4 apresentada a seguir.

Tabela 4 - Fator de equivalência para os veículos

Fonte: (DENATRAN, 2014, p.75).

Essa conversão é necessária, pois veículos maiores e mais pesados demoram mais para
cruzar a via. Por exemplo, um caminhão de dois eixos demora aproximadamente duas vezes
mais que o carro de passeio, por isso o seu fator de equivalência é igual a dois.

2.4.3 Taxa de fluxo e taxa de ocupação

A partir do volume de tráfego (fluxo de tráfego) ou do volume de tráfego equivalente,
é possível se identificar a taxa de fluxo de um movimento. A taxa de fluxo é o número de
carros projetado para o período de uma hora, a partir das contagens medidas na via, em
intervalos de 15 minutos ou a cada ciclo. DENATRAN (2014) salienta que em programações
por tempo fixo, deve-se utilizar, para fins de cálculo, o volume máximo observado nos
intervalos de coleta, ao longo do período do plano.
A taxa de ocupação é calculada a partir da relação entre taxa de fluxo e fluxo de
saturação, que será exposto adiante. Ela estabelece a quantificação da taxa de uso na via
naquela hora, isto é, se a taxa de ocupação é de 100%, a via está sendo utilizada na sua
máxima capacidade de utilização. A Equação 1 estabelece o cálculo da taxa de ocupação,
representada por y.

(1)

Onde:
y – taxa de ocupação;
F – taxa de fluxo do grupo de movimentos, em veículos por hora, ou ucp por hora;
FS – fluxo de saturação do grupo de movimentos, em veículos por hora ou ucp por hora.

2.4.4 Entreverdes e vermelho geral

O tempo entre o fim do verde de uma fase (que está perdendo o direito de passagem) e
o início de outra fase (a qual está ganhando esse direito de passagem) é denominado
entreverdes (DENATRAN, 1984). Para os semáforos veiculares, calcula-se o tempo de
entreverdes somando o tempo de amarelo com o tempo de vermelho geral (vermelho de
segurança). Entretanto, quando os semáforos são específicos para pedestres, é necessário
somar o tempo de vermelho intermitente com o tempo de vermelho geral (DENATRAN,
2014).
Vilanova (2005) explica que o período de entreverdes é necessário para que diminua
(ou acabe com as colisões) e aumente a segurança na via. O autor inferiu que os semáforos
criam situações de acidentes e, quando não há uma boa programação do período de
entreverdes, o número de acidentes graves aumenta.
É importante frisar que esses acidentes ocorrem, na maioria das vezes, quando há
veículos na faixa crítica de frenagem no momento em que o semáforo entra em amarelo, ou
seja, eles não conseguem frear antes da faixa de retenção e necessitam cruzar a interseção.
Todavia, se o tempo de entreverdes não contempla o tempo para o veículo cruzar a faixa de
conflito em segurança, o mesmo estará no meio do cruzamento quando o outro estágio
começar. Tal situação poderá gerar acidentes, pois os veículos que receberam o direito de
passagem podem colidir com este veículo. A seguir apresenta-se a Figura 6 que tem como
objetivo explicar o cálculo do tempo de entreverdes levando em conta as distâncias da via.

Figura 6 - Distâncias percorridas pelo veículo

Fonte: (NETO, 2015, p. 2).

De acordo com Neto (2015) e considerando a Figura 6 acima, é possível calcular o
tempo de entreverdes pela Equação 2. É possível perceber que o tempo de entreverdes é
formado pela soma de três parcelas.

(2)
Onde:
– tempo de entreverdes para o grupofocal de veículos, em segundos;
– tempo de percepção e reação do condutor, em segundos;
v – velocidade do veículo, em m/s;
– máxima taxa de frenagem admissível em via plana, em
;
i – inclinação da via na aproximação, sendo “+” em rampas ascendentes e “-“ em rampas
descendentes (m/m);
g – aceleração da gravidade (9,8 );
– extensão da trajetória do veículo entre a linha de retenção e o término da área de conflito,
em metros;
c – comprimento do veículo, em metros.

Neto (2015) afirma que em situações usuais onde as vias que não apresentem uma
topografia ou composição de tráfego especial, são utilizados valores tabelados para o cálculo
da equação acima. Por exemplo, a máxima frenagem admissível é relativa ao veículo e a via.
No entanto, utiliza-se um valor médio de 3,0 para vias urbanas, que é um valor indicado
no manual australiano e próximo ao recomendando pela AASHTO. Esse valor não
corresponde à máxima aceleração possível aplicada em um veículo, na verdade ele é um valor
que permite atender aos aspectos de segurança e conforto dos passageiros. Em relação ao
tempo de percepção e reação do condutor, admite-se o valor entre 0,8 e 1,2 segundos. Para
comprimento do veículo é utilizado o valor médio de 5 metros, porém, em casos onde há
maior ocorrência de veículos comerciais, esse valor deve ser calculado (VILANOVA, 2005).
30

A velocidade, extensão da trajetória e inclinação da via irão variar em relação ao local
onde será implantada a sinalização semafórica. Deste modo, são esses coeficientes que
realmente determinarão os tempos de entreverdes a serem utilizados para cada via em
específico. No caso da velocidade, é recomendado por Vilanova (2005), adotar a velocidade
máxima permitida na via, pois assim criando-se uma situação de segurança para os veículos
que trafegam de acordo com a regulamentação.
Portanto, com o cálculo do tempo de entreverdes tem-se o tempo de amarelo somado
com o tempo de vermelho geral. Porém, para saber qual a porcentagem de tempo que cada um
terá, é necessário somar as duas primeiras parcelas da Equação 2 para encontrar o tempo de
amarelo (onde a última parcela será o tempo de vermelho geral) (DENATRAN, 2014). Há
ainda, de acordo com Neto (2015) o uso de uma tabela específica que varia os tempos de
amarelo de acordo com a velocidade máxima regulamentada na via que está representada pela
Tabela 5.

Tabela 5 - Duração mínima do amarelo no tempo de entreverdes

Fonte: (NETO, 2015, p. 4).

De acordo com DENATRAN (2014), vermelho geral refere-se ao período decorrido
entre o final do amarelo (ou vermelho intermitente no caso de pedestres) de um estágio e o
começo do verde (direito de passagem) do próximo estágio. Como visto anteriormente, o
vermelho geral é calculado a partir da subtração do tempo de entreverdes com o tempo de
amarelo, porém, é necessário que o tempo de vermelho de segurança seja acrescido de 1
segundo sempre quando o estágio subsequente atender a uma travessia de pedestres.
No caso de semáforos exclusivos para pedestres, o entreverdes para pedestres 'grifo
nosso' deve ser calculado também, neste caso é composto pelo tempo de vermelho
intermitente e de vermelho geral. Onde o tempo de vermelho intermitente deve ser suficiente
para que o pedestre que iniciou a travessia no último segundo de verde possa concluí-la com
31

sucesso antes do sinal verde para os veículos abrir (NETO, 2015). O cálculo do entreverdes
para pedestres pode ser feito com uso da equação abaixo:

(3)
Onde:
– tempo do intervalo de vermelho intermitente para o grupo focal de pedestres, em
segundos;
- tempo de percepção e reação do pedestre, em segundos;
l – extensão da travessia, em metros;
– velocidade do pedestre, em m/s.

Com base na afirmação de Neto (2015), o tempo de percepção e reação é
aproximadamente 1 segundo e a velocidade usual é de 1,2 . Em locais onde nota-se
menor velocidade por algum motivo especial, é necessário fazer uma análise mais realista
para o local em questão.

2.4.5 Fluxo de saturação e tempo perdido

Para entender o que é tempo perdido total (ou tempo morto) é necessário compreender
que a cada estágio de uma via saturada, há dois intervalos perdidos pelos veículos. O primeiro
é quando o sinal verde termina e começa o período de entreverdes, deste modo o fluxo de
veículos vai reduzindo até ficar nulo, e o segundo é quando se inicia o direito de passagem, de
modo que os veículos delongam alguns segundos para perceber que o sinal abriu e reagir
colocando-se em movimento. Portanto, durante esses intervalos existe a perda concebida pela
diferença entre o número de veículos que poderia ter cruzado a interseção se o movimento
continuasse no patamar do fluxo de saturação, e o número de veículos que passou realmente.
Há ainda o tempo perdido quando há um estágio exclusivo para pedestres, pois nesse
momento em específico há a interrupção do movimento de veículos (VILANOVA, 2005).
Deste modo, considerando a Figura 7 a seguir, tem-se que é o tempo perdido no
inicio do estágio e é o tempo perdido quando se termina o tempo de verde e começa o
tempo de entreverdes. Portanto, temos que os segmentos de retas AB e CD estão dispostos de
forma que as áreas hachuradas no inicio do verde sejam iguais, e as áreas hachuradas no fim
do verde também sejam. De acordo com DENATRAN (2014) é correto afirmar que a situação
real é aquela onde e são nulos e o resto do estágio é dado pelo retângulo igual ao
fluxo de saturação.

Figura 7 - Fluxo de saturação e tempo perdido total

Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 76).

Concluindo, tem-se que o tempo perdido total , será calculado de acordo com a
Equação 3. Onde se soma o tempo de estágio exclusivo para pedestres (quando houver) com o
tempo perdido total (inicial e final).

(3)
Onde:
– tempo perdido total, em segundos;
– tempo de estágio exclusivo para pedestres, caso existente, em segundos;
n – número de estágios veiculares existentes;
– tempo perdido no início do estágio i, em segundos;
– tempo perdido no final do estágio i, em segundos.

Depois da explicação do tempo perdido total em um estágio semafórico, pode-se
apresentar um conceito de suma importância na análise do tráfego que é o Fluxo de Saturação.
O fluxo de saturação 'grifo nosso' pelas falas de Vilanova (2006, p.12) pode ser entendido
como,

[...] o máximo fluxo que pode passar pela seção que corresponde à faixa de retenção.
Corresponde à capacidade da via. Medir o Fluxo de Saturação é, portanto, contar
qual é o número máximo de veículos que consegue atravessar a linha de retenção na
situação prevalecente de trânsito.

Portanto, para entender o que é fluxo de saturação é importante entender o princípio
do tempo perdido onde explica que quando o semáforo abre, os veículos demoram certo
tempo para sair da inércia e começar seu movimento. Portanto, uma vez que alcancem um
patamar uniforme de fluxo e enquanto houver fila acumulada à montante, os veículos estarão
33

trafegando na maior capacidade de fluxo da via, o que é exatamente o fluxo de saturação
(VILANOVA, 2006).
O fluxo de saturação é a oferta de fluxo que a via pode oferecer, ou seja, se a taxa de
fluxo naquele momento é igual ao seu fluxo de saturação, a via está funcionando na
capacidade máxima. O fluxo de saturação pode ser dimensionado de diversos métodos, do
mais simples e intuitivo aos mais técnicos e minuciosos. Nesse trabalho será apresentada a
visão de Luis M. Vilanova e do Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito.
De acordo com Vilanova (2006), o fluxo de saturação da aproximaçãoé dimensionado
através de dois métodos, o primeiro é consultando ábacos e tabelas, enquanto que o segundo é
dado pela obtenção através de histogramas. O primeiro método é basicamente entrar com os
valores característicos do tráfego em ábacos e tabelas para retirar o Fluxo de Saturação.
Entretanto, para Vilanova (2006) esse método não reflete as peculiaridades da via, isto é, ele
se utiliza de modelos de via que podem não apresentar a realidade da via a ser estudada. Por
este motivo este não será apresentado no presente trabalho.
O segundo método, chamado de método do histograma ou método expedito, consiste
em uma análise de campo detalhada. De acordo com Vilanova (2006), o método permite a
medição in loco do Fluxo de Saturação. Este método indica que deve passar cinco segundos
após o começo do verde para acionar o cronômetro, neste momento é iniciada a contagem dos
veículos que passam na retenção. A contagem continua até que o técnico perceba que a
demanda veicular começou a diminuir, então a contagem é encerrada e o cronômetro parado.
O quadro ideal para que essa contagem seja feita, é quando não existe nenhum bloqueio ou
veículos parados por pelo menos cem metros à frente dos veículos pesquisados.
A quantidade de amostras deve ser na faixa de seis leituras por aproximação para
alcançar resultados satisfatórios. É necessário também analisar os valores, a fim de que
amostras com valores muito distantes dos outros, sejam descartadas e substituídas por nova
medição. É importante que essa análise seja feita de modo estatístico e não subjetivamente,
portanto é indicado que se substitua os valores que estão fora do limite superior e inferior pela
Equação 4.
(4)
Onde:
- média aritmética dos valores da amostra
- desvio-padrão dos valores da amostra

2.4.6 Tempo de ciclo

De acordo com DENATRAN (2014), tempo de ciclo é o tempo decorrido para que
ocorram todos os estágios de uma programação semafórica, em uma interseção. Desse modo,
o programador deve calcular o tempo de ciclo ótimo para a interseção, isto é, o tempo que
garanta que o semáforo trabalhe na sua melhor configuração, onde o atraso veicular seja o
menor possível e o semáforo trabalhe com folga para que não ocorra a formação de filas, pois
como a chegada de veículos é na maioria das vezes de forma aleatória, é necessário guardar
uma parte do ciclo para absorver essas flutuações de fluxo.
Existem alguns métodos para dimensionar o tempo de ciclo, porém, os métodos mais
utilizados atualmente são apenas dois, o Método de Webster e o Método do Grau de
Saturação. A diferença básica entre esses dois métodos está na sua concepção teórica, onde o
Método de Webster assume que a chegada de veículos ocorre de forma totalmente aleatória
enquanto que o Método do Grau de Saturação assume que os veículos chegam na forma de
"pelotões" (VILANOVA, 2005).
Para esboçar o ciclo semafórico foi criado o diagrama de intervalos luminosos
ilustrado na Figura 8, que consiste na representação da sequência de intervalos luminosos de
cada grupo semafórico, com suas respectivas durações por meio de barras retangulares. Este
diagrama de intervalos luminosos também chamado de diagrama de barras é muito utilizado,
de tal maneira que na maioria dos programas para programação semafórica o mesmo aparece
em evidência.

Figura 8 - Diagrama de intervalos luminosos

Fonte: (HOFFMANN, D. F.; DE SOUZA, M., 2005, p. 23).

O Método de Webster 'grifo nosso' foi criado para calcular o tempo de ciclo ótimo,
como o autor denomina. Como já dito, esse método é feito com base em aproximações
aleatória e não é aconselhável utilizá-lo em vias que apresentam alto grau de saturação, onde
os veículos cheguem na forma de "pelotões" (DENATRAN, 2014). O tempo de ciclo ótimo é
calculado pela Equação 10.

(10)
Onde:
– tempo de ciclo ótimo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
n – número de estágios.

Já o Método do Grau de Saturação 'grifo nosso' foi criado com uma análise diferente
da via, onde primeiramente o técnico responsável deve inferir, de acordo com a via, o grau de
saturação em que a via vai operar. Posteriormente, se calcula o tempo de ciclo e de verde
dessa via para o grau de saturação adotado. A grande vantagem desse método, de acordo com
Vilanova (2005), está em estabelecer uma conexão entre a teoria e os conhecimentos práticos
dos técnicos que trabalham na área.
36

A escolha de qual grau de saturação escolher é uma parte fundamental do método, e
deve ser representado pelo símbolo x, que acaba por representar o nível de carregamento da
via. Ou seja, se o grau de saturação é 100% (x=1), o tempo de verde é igual ao tempo
decorrido para que exatamente todos os veículos passem pelo cruzamento, agora se algum
veículo ficou retido antes do tempo acabar o grau de saturação é maior que 100%. Porém, é
interessante escolher um grau de saturação abaixo de 100%, para que a via tenha uma folga
devido às flutuações do trânsito (VILANOVA, 2005).
Vilanova (2005) destaca que, na faixa de 80% a 90% obtêm os menores valores de
atraso total, e que se não existir nenhum fator especial é indicado que vias críticas operem
com grau de saturação igual a 88% (x=0,88). Com base em DENATRAN (2014), para o
cálculo do tempo de ciclo são necessários alguns cálculos, primeiramente de inicio pelo
cálculo da fração de verde necessária para cada estágio, por meio da Equação 11.

(11)
Onde:
- fração de verde requerida para o estágio i;
- taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
- grau de saturação máximo definido para o grupo de movimentos crítico do estágio i.

Depois de se calcular a fração de verde para cada estágio, utiliza-se a Equação 12 para
o cálculo do tempo de ciclo pelo Método do Grau de Saturação, onde relaciona o tempo
perdido total com as frações de verde requeridas.

(12)
Onde:
– tempo de ciclo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– fração de verde requerida para o estágio i;
n – número de estágios.

Todavia, quando há a necessidade de utilizar o mesmo grau de saturação xm para os
grupos de movimentos críticos de todos os estágios, existe uma fórmula correlata a anterior
para o cálculo do tempo de ciclo em questão. Esta formula está indicada abaixo pela Equação
13.

(13)

2.4.7 Verde real e verde efetivo

O tempo de verde real é o tempo de verde programado para o controlador semafórico,
ou seja, é o tempo de verde calculado para o ciclo que está em funcionamento no semáforo.
Porém, existe o tempo de verde efetivo, que é o tempo de verde que seria utilizado pelo fluxo
do grupo de movimentos críticos, no caso do descarregamento igual ao fluxo de saturação
(DENATRAN, 2014).
O cálculo do tempo de verde efetivo pode ser calculado de diversos modos, porém,
nesse trabalho serão informadas as equações necessárias para calcular quando o ciclo for
dimensionado pelo Método de Webster 'grifo nosso' pela Equação 15 e no caso do Método
do Grau de Saturação Máximo apresentado na Equação 16. Relacionando o tempo de verde
real com o efetivo, tem-se que o tempo real é dado pelo tempo de verde efetivo, somado com
os tempos perdidos (inicial e final) e subtraído o tempo de entreverdes.
(15)
Onde:
– tempo de verdeefetivo do estágio i, em segundos;
– tempo de ciclo, em segundos;
– fração de verde requerida para o estágio i.

(16)
Onde:
– tempo de verde efetivo do estágio i, em segundos;
– tempo de ciclo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
n – número de estágios.

No caso de estágio específico para pedestres, DENATRAN (2014) afirma que o tempo
de verde real é igual ao tempo de verde efetivo, onde o valor mínimo de verde deve ser de
quatro segundos, onde o recomendado para uma via comum é de sete segundos. Todavia, no
caso de “travessia tipo carona”, onde a travessia de pedestres acontece durante a perda do
direito de passagem daquele estágio, o tempo de verde é igual ao tempo do estágio veicular
que recebeu o direito de passagem subtraído do tempo de vermelho intermitente. Esse tempo
pode ser acrescido ou não do tempo de vermelho geral, conforme escolha do técnico e
levando em conta as características da via.

2.4.8 Capacidade

Capacidade é dita como a capacidade máxima de veículos que cruzam a seção de uma
via controlada por semáforo durante uma hora, considerando condições normais de tráfego em
dia típico. A capacidade pode ser calculada a partir da Equação 15 (DENATRAN, 2014).

(17)
Onde:
Cap – capacidade, em veículos por hora ou ucp/h;
FS – fluxo de saturação, em veículos por hora ou ucp/h;
– tempo de verde efetivo, em segundos;
tc – tempo de ciclo, em segundos.

2.4.9 Defasagem

De acordo com DENATRAN (2014), defasagem é a diferença entre os instantes de
abertura de dois semáforos consecutivos. O valor da defasagem geralmente é estabelecido em
relação ao início do tempo de verde da sinalização semafórica, imediatamente a montante.
Para que haja defasagem, é necessário que os semáforos que pertencem à mesma rede operem
com o mesmo tempo de ciclo, ou na situação particular em que o tempo de ciclo de um local é
submúltiplo de outro. A Figura 9 consegue representar de modo simples o que é defasagem
em uma via de mão única.

Figura 9 - Defasagem em uma via de mão única

Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 183).

DENATRAN (2014) explica que, o valor da defasagem é sempre expresso em relação
ao início do verde. No entanto, esse valor pode ser calculado tomando como base:
a) os inícios dos intervalos de verde dos estágios entre duas interseções coordenadas;
b) os térmicos dos intervalos de verde dos estágios entre duas interseções coordenadas;
c) outro ponto de referência, como por exemplo, o ponto central da sua duração.
Na Figura 9, o que foi visto é o conceito de defasagem tomando como base o início do
tempo de verde. A referência ao início do tempo de verde é a mais utilizada nas aplicações
práticas (DENATRAN, 2014).
O conceito de defasagem é um dos mais importantes quando se deseja criar uma
coordenação semafórica. Essa coordenação pode ser feita dentro do sistema de controle em
corredor ou dentro do sistema de rede. A explicação desses sistemas e como a defasagem é
utilizada para criar essa coordenação será mais bem explicada na seção mais à frente.

3 CONTROLE SEMAFÓRICO

Os dispositivos que realizam os comandos necessários para originar uma programação
semafórica são chamados de controladores semafóricos. DENATRAN (2014) cita três tipos
de controle semafórico, o primeiro é o controle por tempo fixo e o segundo o controle atuado.
O fator determinante para essa escolha está no modo de funcionamento dos planos
semafóricos, onde o primeiro tem planos semafóricos com tempos pré-estabelecidos,
enquanto o outro varia de acordo com a demanda. Atualmente esta sendo utilizado o controle
em tempo real que é semelhante ao controle atuado, entretanto opera em rede e tem o
processamento de dados feito por um software específico em uma central de tráfego.
Depois de definir o tipo de controle semafórico, é necessário que o projetista decida
entre duas estratégias de controle. A primeira é denominada controle semafórico isolado, e a
segunda estratégia são chamados de controle em rede. A diferença entre as duas está em
permitir uma coordenação ou não entre semáforos próximos, ou seja, o semáforo em rede
possui uma interdependência entre as sinalizações semafóricas dentro da sua área de atuação.
DENATRAN (2014) ainda menciona dois modos de operação para controladores de
tráfego. O modo de operação Local, onde há entrada de programações, é diretamente no
contrador. Nesse caso, o operador vai até o local de operação e pratica a entrada manual de
dados. Há ainda a alternativa que é estudo nesse trabalho, que refere-se a operação através de
Centrais de Tráfego. Tal operação acontece numa sala de comando, onde um computador
central envia os comandos para os controladores. É através desse computador que ocorrem
todos os gerenciamentos de dados e operação dos equipamentos de controle semafórico.
Neste trabalho em específico, terá ênfase na operação através de Centrais de Tráfego
em Área (CTA). Esse conjunto vem sendo utilizado em grandes e médias cidades já que
possui inúmeras vantagens.

3.1 TIPOS DE CONTROLE

Nesta seção serão apresentados os sistemas de controle de tráfego que estão em uso
atualmente, contendo uma descrição do funcionamento, características e locais para sua
utilização. Nesse contexto existem três tipos: controle por tempo fixo, controle em tempo real
e controle atuado. Porém, como o uso de controle atuado em centrais de tráfego são
incomuns, neste trabalho serão apresentados somente os dois primeiros.

3.1.1 Controle por tempo fixo

Este controle utiliza-se de planos semafóricos pré-calculados com base em
levantamentos de campo e contagens de fluxo. Quando um plano semafórico está em
funcionamento, o ciclo é constante e a duração dos estágios é sempre a mesma, ou seja, isso
significa ter o mesmo tempo de verde, amarelo e vermelho para cada corrente de tráfego,
independente da mudança do volume de veículos que chegam ao cruzamento.
O controle por tempo fixo pode ser feito com apenas um plano durante todo o dia ou
com a utilização de diversos planos semafóricos ativados em função da hora do dia. Deste
modo é possível ordenar planos de tráfego para diferentes períodos do dia, definidos em
função da demanda. Os horários com grandes picos de tráfego têm planos distintos de
horários de baixo volume de tráfego. A Figura 10 ilustra como é subdividido os planos
durante um dia típico.

Figura 10 - Planos distintos em relação à taxa de ocupação da via

Fonte: (VILANOVA, 2005, p.7).

Há simulações apontando que quando se está operando no pico de tráfego, os planos
fixos se bem atualizados e aperfeiçoados, são uma ótima alternativa, pois possuem capacidade
de produzir resultados tão bons quanto os controles por tempo atuado ou real (LOUREIRO;
GOMES; LEANDRO, 2005). Na Figura 10 os planos são subdivididos de acordo com o
tráfego, do mesmo modo na Figura 11, porém, com a repetição de planos durante o dia.

Figura 11 - Possível distribuição semafórica diária

Fonte: (NETO, 2015, Pg. 30).

Os problemas encontrados nesse tipo de controle estão nos levantamentos de dados.
Esses levantamentos devem ser feitos de modo contínuo, pois a adoção de dados históricos
antigos pode acarretar em tempos de ciclo equivocados com a situação atual da via. Esses
levantamentos são raramente feitos, pois acaba por aumentar o custo de manutenção deste
semáforo, o que é inviável para certas cidades. Outro viés citado por Vilanova (2005) são as
contagens tradicionais. Elas são feitas por pessoas que não tem conhecimento em
programação,ou seja, estas pessoas anotam valores, sem condições de interpretar a dinâmica
do fluxo na via.
Quando não há uma central de tráfego, esse tipo de controle é o mais utilizado, pois o
cálculo da programação e sua posterior entrada de dados são feitos de forma simples. Como já
foi explanada, a programação através do tempo fixo pode ser feita a partir de métodos de
cálculo (Webster, Grau de Saturação, etc). A entrada de dados, quando não utilizado em
centrais, é feita diretamente nos controladores através de agentes de campo. Os controladores
de tráfego tem uma capacidade de armazenamento de oito a 16 planos de planos podendo em
regime de controle central expandir sua capacidade para até 64 planos por dia. (BHTRANS,
2010). Na Figura 12 é ilustrado como é um controlador semafórico.

Figura 12 - Controlador semafórico

Fonte: (BHTRANS, 2010, p.12).

Desse modo, pode-se dizer que tal tipo de controle é muito fácil de ser utilizado e
implantado, porém, há boas práticas para que ele funcione com melhor capacidade. É por esse
motivo que se utiliza atualmente o controle por tempo fixo como controle secundário em uma
central de tráfego por tempo real.
Nesse capítulo serão apresentados dois algoritmos que geram planos de tempo fixo. O
primeiro é o já citado TRANSYT, enquanto que o segundo é o algoritmo de programação
criado por Luis M. Vilanova, o Simulador de tráfego SIRI.

3.1.1.1 Sistema TRANSYT

TRANSYT, Traffic Network Study Tool, é um sistema utilizado para gerações de
planos de tempo fixo 'grifo nosso'. Esse sistema permite testar, encontrar e estudar os
melhores planos para coordenar a semaforização nas interseções. Cervantes (2005) diz que
esses testes são feitos de forma iterativa, onde para valores conhecidos de defasagem (offset),
split e tempo de ciclo, o modelo forma combinações, gerando índices de desempenho.
Carlson (2006) explica que o índice de desempenho (PI) da rede é uma medida do
custo total de congestionamento do tráfego que é feita com a combinação entre o atraso total e
o número de paradas. Esse processo de otimização de desempenho é verificado a partir de
tentativa e erro, dentro do modelo, isto é, o modelo utiliza os dados de entrada e vai
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realizando ajustes de defasagem, split e tempo de ciclo que pode reduzir ou não o
desempenho. Quando se chega ao menor PI (Performance Index), o sistema adota os ajustes e
a temporização é sucessivamente melhorada. Na Equação 18 apresenta-se o cálculo feito pelo
sistema.

(18)
Onde:
N - número de vias;
W - Custo médio por unidade de atraso;
K - custo médio para 100 unidades de parada;
- coeficiente de ponderação de atraso na via i;
- atraso médio da via;
- coeficiente de ponderação do número de paradas na via i;
- número médio de paradas na via i.

Loureiro, Gomes e Leandro (2005) ressaltam que o tempo de ciclo não é otimizado,
porém, existe o programa chamado CYOP que pode ser utilizado em paralelo para avaliar os
tempos de ciclo. O modelo pode ser mais bem entendido com a Figura 13, onde é apresentada
a estrutura básica, a estratégia de controle TRANSYT.

Figura 13 - Estrutura básica do sistema TRANSYT

Fonte: (Cervantes, 2005, p. 30).

Carlson (2006) afirma que o sistema TRANSYT assume três hipóteses para seu
funcionamento que estão listadas abaixo:
a) as interseções da rede possuem uma regra de prioridade;
b) os semáforos que constituem a rede devem ter o mesmo tempo de ciclo ou metade
desse valor, e detalhes dos estágios e valores mínimos são conhecidos;
45

c) para cada aproximação diferente entre interseções, o fluxo médio é conhecido e
constante.
Como ocorre no sistema SCOOT, a base do modelo de simulação é a representação
dos Perfis de Fluxo Cíclico (PFC) 'grifo nosso'. O PFC é o nome dado aos histogramas
obtidos através de contagens veiculares realizadas nos links de entrada. O exemplo de um
PFC pode ser visto na Figura 14. O PFC pode ser chamado de padrões cíclicos de tráfego
(PCT) (LOUREIRO; GOMES; LEANDRO, 2005).

Figura 14 - Representação de um PFC

Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 31).

De acordo com Loureiro, Gomes e Leandro (2005) os PFC´s definidos pelo
TRANSYT são três: IN, GO e OUT. O primeiro representa o fluxo que chegaria à linha de
retenção caso não houvesse semáforo forçando sua parada, ele está representado pela Figura
15. O segundo representa o valor máximo que o fluxo pode assumir, ou seja, é o fluxo de
saturação da via e está ilustrado no histograma da Figura 16. E a terceira representa o
comportamento do tráfego que abandona a via e se desloca para outra via conforme a Figura
17.

Figura 15 - PFC padrão IN

Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).

Figura 16 - PFC padrão GO

Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).

Figura 17 - PFC padrão OUT

Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).

Portanto, para chegar ao cálculo do PI o programa faz uso do perfil de fluxo cíclico,
onde calcula os atrasos e as paradas. A técnica descrita pode ser mais bem entendida pela
explicação de Loureiro, Gomes e Leandro (2005, p.6),

O perfil do tráfego que entra em cada link (IN) é dado através da aplicação de um
modelo empírico de dispersão de pelotões sobre os padrões de saída dos arcos a
montante dele (OUT). O atraso total da rede é calculado pela soma das parcelas de
atraso sofridas por cada uma das aproximações desta rede. Ao contrário dos modelos
tradicionais que consideram apenas o atraso uniforme e aleatório, o TRANSYT
ainda calcula o atraso devido à saturação, correspondente aos casos nos quais a
demanda supera a capacidade do link. A quantidade de paradas é dada pela soma das
taxas de parada em cada um dos links da rede, e é obtida pela soma dos valores das
paradas uniformes, aleatórias e de saturação.

Em suma, o modelo TRANSYT permite uma coordenação entre as interseções para
conseguir a chamada "onda verde" para os pelotões que são identificados através do PFC.
Essa coordenação funciona através do ajuste das defasagens no plano de tempos fixos e pelo
ajuste do split.

3.1.1.2 Simulador de tráfego SIRI

De acordo com Vilanova (2009), Siri é um simulador de tráfego, na forma de software
computacional. Sua função é calcular programações de semáforos coordenados operando em
tempo fixo. O programa tem como conceito diminuir o número de paradas e o atraso veicular.
Atualmente, 250 semáforos de São Paulo estão operando com tempos calculados pelo
programa.
O simulador trata o fluxo de veículos como pelotões. Os veículos não são
considerados como elementos discretos, mas sim, componentes de um fluido contínuo que
percorre a via. Uma das características do algoritmo do programa é trabalhar com
formulações teóricas aliadas a prática adquirida pelos engenheiros de trânsito (VILANOVA,
2009).
Pelas falas de Vilanova (2009),

A estratégia fundamental da operação do Siri é a de construir uma fotografia da rede
a cada segundo. Tal procedimento exaustivo tem o inconveniente de incrementar
significativamente o tempo de processamento, mas, em contrapartida, permite
representar direta e objetivamente a situação do trânsito na rede estudada. O respeito
ao tamanho finito das caixas entre semáforos fica extremamente simples de tratar e,
consequentemente, pode-se dispensar a utilização de algumas expressões analíticas
bastante questionáveis.

Vilanova (2009) ainda explica que, a partir dessa estratégia, cria-se um resultado final
ao usuário do programa muito mais amigável e intuitivo. A rede de semáforos formada pelo
programa é composta pelos nós (representação das interseções semaforizadas) e os links
(representação dos movimentos de veículos que chegam num semáforo). Este link pode ser do
tipo "entrada" ou "interno".