elementos dos sistemas e teoria do fluxo de tráfego

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O que é Tráfego? • Trânsito x Tráfego O que é Engenharia de Tráfego? • Objetos: Planejamento, projeto geométrico e operação de tráfego em vias, suas redes, terminais, lotes lindeiros e relações com outros modos de transporte. • Objetivo: Assegurar o movimento seguro, eficiente e conveniente de pessoas e bens.

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Page 1: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

O que é Tráfego?• Trânsito x Tráfego

O que é Engenharia de Tráfego?• Objetos: Planejamento, projeto geométrico e

operação de tráfego em vias, suas redes, terminais, lotes lindeiros e relações com outros modos de transporte.

• Objetivo: Assegurar o movimento seguro, eficiente e conveniente de pessoas e bens.

Page 2: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Uma importante distinção:• A Engenharia de Tráfego trata não apenas de

problemas físicos: inclui o comportamento humano e suas inter-relações com a complexidade do ambiente

Interfaces: • Engenharia • Arquitetura• Urbanismo• Paisagismo• Sociologia

• Economia • Psicologia• Pedagogia• Direito• ...

Page 3: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Os três “Es”

Tráfego

Engenharia

FiscalizaçãoEducação

Page 4: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Elementos do Tráfego• O usuário• O veículo• A via •Motoristas

•Passageiros•Pedestres•Ciclistas•Moradores•...

Page 5: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

O usuário

Estímulo Reaçãot(P + I + D + A)

• Visão• Audição• Tato• (outros)

Tempo total de reação:• Percepção• Identificação• Decisão• Ação

Page 6: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

VisãoVELOCIDADE

(km/h)VISÃO PERIFÉRICA

(graus)DISTÂNCIA FOCAL

(metros)

40 100 180

50 90 230

75 60 365

100 40 500

Campo Frontal : 25° , centrados no eixo da direção do movimento

Campo Periférico

: 65° a 90° , centrados no eixo da direção do movimento

Page 7: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Veículo - visibilidade

28,5

31,5

58

12,2

9,35,7o

Figura 2 - A visibilidade permitida por automóveis

o

o

o

o

o

Page 8: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Força de frenagem

ttdd PPPF ga

gPm

amF

Distância de frenagem

fgvs

2

2

ifgvs

2

2

Page 9: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Frenagem e controle

Figura 3 - Tendências de movimento de veículos cujo freio bloqueia rodas

Page 10: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Aceleração

Automóveis médios 0,85 a 2,20 m/s2

Automóveis esportivos 3,33 a 4,50 m/s2

Veículos comerciais 0,21 a 0,56 m/s2

Page 11: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Hierarquia funcional do sistema viário

Page 12: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Funções no sistema viário

sistema arterial

sistema coletor

sistema local

Page 13: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Alinhamento horizontal – superelevação

cossencos2

fPPgRvP

gRvPif

2

sencos2

PgRvP

P

sencos2

gRvPPN

fN

gRvPFc

2

Page 14: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Superelevação - cálculo

1. Velocidade de projeto

2. Velocidade média

3. Variação linear

4. Parábola tangente a AB e BC

Page 15: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Superelevação - transição

Page 16: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Superelevação – pistas duplas

Page 17: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Alinhamento vertical

21 iiA

1i 2i

•Circular

•Parábola simples ou quadrada: y=mx2

•Parábola cúbica: y=mx3

Page 18: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Distância de visibilidade – curvas verticais

h1 h2 L

S

A

AKL

Page 19: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Distância de visibilidade – ultrapassagem

d1

d2

d3 d4d2

23

C

AB

Figura 13 - Distância de visibilidade para ultrapassagem fonte: HOBBS (1979)

seg. de dist.

21

3

222

2111

dtvd

attvd

Page 20: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Distância de visibilidade – paradas

gfvtvS ADIP 2

2

Page 21: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Distância de visibilidade – interseção R2 Y

A

Z B

X

(PIEV)

distância de segurança

Figura 14 - Distância de visibilidade numa interseçãofonte: HOBBS (1979)

via principal

via secundária

l

l

1

2

CL

segtttvXZ

lAButYZa

uACaut

LllBCduAB

PIEVt

21

11

2

2

21

2

1

2

2

Page 22: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Distância de visibilidade – interseção R1

d

S

aSt

PIEVtttvd

22

1

21

Page 23: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Teoria do Fluxo de Tráfego

• Propõe-se a traduzir o comportamento das correntes de tráfego no sistema viário

• ABORDAGENS BÁSICAS:– Análise macroscópica

• Tráfego como meio contínuo e fluido– Análise microscópica

• Cada veículo “seguidor” em função de seu “líder”– (Análise mesoscópica)

Page 24: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Análise Macroscópica

• Fluxo ou volume: q [veíc/h]

x

Txnxq (Variável temporal)

Page 25: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Análise Macroscópica

• Concentração ou densidade: k [veíc/km]X

Xtntk (Variável espacial)

Page 26: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Análise Macroscópica

• Velocidade: [km/h]– Velocidade média no tempo:

n

vv

n

ii

t

1

n

i i

n

i

in

i

is

v

n

dtn

nt

dv

111

1

–Velocidade média no espaço:

–Relação entre velocidades médias no tempo e no espaço:

s

sst vvv

2

Page 27: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Valores particulares

• vf é a velocidade de fluxo livre

• kj é a concentração máxima (congestionamento)

• qmáx é o fluxo máximo (capacidade)

• vo é a velocidade “ótima”

• ko é a concentração “ótima”

Em regime permanente: vkq

Page 28: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Relação velocidade-concentração•Modelo linear (Greenshields)

jf k

kvv 1vf

ko kj

vo

v

k

Page 29: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Relação velocidade-concentração•Modelos logarítmicos

• Greenberg (baixas concentrações)

• Underwood (altas concentrações)

kk

vv jo ln

okk

f evv

vf

ko kj

vo

v

k

Page 30: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos de regime único1 com ,1

nkkvv

n

jf•Pipes & Munjal

•(n=1: Greenshields)

•Drew

•(n=1: Greenshields)

•n=0: modelo parabólico:

•Drake

1 com ,12

1

nkkvv

n

jf

jf k

kvv 12

21

okk

f evv

Page 31: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelo multi-regime

• Edie:

– Underwood para baixas concentrações

– Greenberg para altas concentrações

Page 32: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos de fluxo-concentração•Modelo parabólico (oriundo de Greenshields)

221

20210

2

f

j

jfo

jo

j

ofmáx

jf

vkk

vv

kk

kkv

dkdqq

kkkvvkq

ko kj

qmáx

q

k

Page 33: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos logarítmicos de qxk

ek

vq

ek

kdkdqq

kk

vkvkq

jomáx

jomáx

jo

0

ln

•Oriundo de Greenberg:

ev

kq

ev

vdkdqq

evkvkq

fomáx

fomáx

kk

fo

0

•Oriundo de Underwood:

ko kj

qmáx

q

k

Page 34: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos de fluxo-velocidade•Modelo parabólico (oriundo de Greenshields)

fj

fj

fjfj

jf

jf

vvvk

vvkvqvkq

vvkvvkk

kkvv

kkvv

2

1

1

1

vvo vf

qmáx

q

Page 35: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos logarítmicos de qxv

ovv

jkevq

ln

•Oriundo de Greenberg: •Oriundo de Underwood:

vv

ofvkq ln

q

v

qmáx

vo

Page 36: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Teoria das Ondas Cinemáticas

• Lighthill e Whitham (1955) “On kinematic waves”

• Estuda a propagação de pequenas perturbações na concentração k ao longo de uma via

Page 37: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Perturbação ocorrida na via

x0 x1 x2

Page 38: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Mudanças nas características do tráfego

k

x 0

A q

1

k 1

q 2

k 2 B

k 1 k 2

1 v 2 v

C

x 0 x 1 x 2

Page 39: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Perturbação instantânea na via

• Em cada lado do septo C (regiões A e B) formam-se ondas que se propagam com velocidade uw

kquw

q x k

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

k

q

AB

Page 40: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Onda de choque

• O septo C vai se deslocar ao longo da via com velocidade Uw

BA

BAw kk

qqU

q x k

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

k

q

AB

Page 41: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Análise microscópica

v e íc u lo p e rs e g u id o r v e íc u lo l í d e r

O n + 1 n

s = x - x n n + 1

X

Page 42: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos clássicos de perseguição

21nn

1nn1n

1nn21nn

1n1n

1nn

1nn1n

1nn1n

txtxtvtvcTta

tvtvtxtx

TtvcTta

txtxtvtvcTta

tvtvcTta

Page 43: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos clássicos de perseguição

M1nn

L1n

1nn1n

txtxTtvc

tvtvTta

1o. caso: L = 0 e M = 0

2o. caso: L = 0 e M = 1

3o. caso: L = 1 e M = 2

4o. caso: L = 0 e M = 2

Page 44: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelos do tipo “collision avoidance”

• Desenvolvidos primeiramente para simular operação intermitente em rodovias expressas congestionadas

• Veículos perseguidores mantêm distância segura de seus líderes

Page 45: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelo de Gipps

n

n

n

nnnn V

tv025.0V

tv1a5.2tvtv

b

tvtvtxstx2bbbtv2

1nnn1n1nn

22nnn

ou:

Page 46: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Análise mesoscópica

Page 47: Elementos dos Sistemas e Teoria do Fluxo de Tráfego

Modelo de Robertson (TRANSYT)

tKF

qFpqFq tkktk

1001

1

1 11

1

t

k0

1