Simula

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Simulação de fluxos de tráfego

• Prof. Dr. José Reynaldo Setti
• Programa de Pós-Graduação em Engenharia de
  Transportes
• Escola de Engenharia de S. Carlos
• UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

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O que é um modelo?
3
O que é um modelo?

• Realidade artificial
• Second life (metaverso)
• Hipóteses simplificadoras
• Suposições sobre comportamentos
• Complexidade depende do problema a ser resolvido

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O que é simular?

• Imitar a operação ou funcionamento de sistema
  real
• Criar uma história artificial
• Modelo é um arremedo da realidade

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Modelo de um sistema

• Representação do sistema real
• lógica,
• matemática ou
• computacional
• Conjunto de suposições relativas ao
• sistema e
• seu funcionamento
• Resultados do modelo
• medidas de desempenho

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Usos dos modelos de simulação

• Prever o impacto de uma alteração no sistema real
• Estudar alternativas para modificações no sistema
  real
• Estudar sistemas que não existem
• Estudar situações improváveis (difíceis de serem
  observadas)

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Simulador de tráfego

• Modelo de car-following
• velocidade do seguidor em função da velocidade e
  distância do líder

seguidor
líder
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Simulador de tráfego

• Modelo de car-following
• velocidade do seguidor em função da velocidade e
  distância do líder

seguidor
líder
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Car-following ondas de choque
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Rede viária representação no modelo

• Nós cruzamentos,entradas e saídas
• Tramos trechos entre cruzamentos
• Complexidade da rede depende dos objetivos da
  simulação

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Rede viária representação no modelo
1

• Nós cruzamentos,entradas e saídas
• Tramos trechos entre cruzamentos
• Complexidade da rede depende dos objetivos da
  simulação

5
2
4
3
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Rede viária representação no modelo
1

• Nós cruzamentos, entradas e saídas
• Tramos trechos entre cruzamentos
• Complexidade da rede depende dos objetivos da
  simulação

5
2
4
3
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Simulação de interseções em nível
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O que é um simulador de fluxos de tráfego?

• Linguagem de simulação especializada
• Capaz de representar
• redes viárias e seus componentes
• semáforo, PARE, Preferencial etc.
• freeways, arteriais e vias locais
• pontos de ônibus
• uso de faixas de tráfego e conversões

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O que é um simulador de fluxos de tráfego?

• Linguagem de simulação especializada
• Capaz de representar
• comportamento dos veículos
• car-following
• mudanças de faixas opcionais e obrigatórias
• fenômenos do tráfego veicular
• demanda por viagens
• fluxos nas vias a partir de matriz O/D

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Demandas O/D
Destinos
1 2 3 4
1 V12 V13 V14
2 V21 V23 V24
3 V31 V32 V34
4 V41 V42 V43
Origens
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Simular requer dados

• Fluxos de tráfego

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Simular requer dados

• Fluxos de tráfego
• Curva fluxo-velocidade
• fluxos de saturação (capacidade)
• densidade de congestionamento
• Número de faixas de tráfego
• Geometria, etc.
• Matriz O/D
• pode ser sintética

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Simuladores

• CORSIM (TSIS)
• antigo, mas é o mais usado no mundo
• INTEGRATION
• pioneiro da representação integrada
• VISSIM, AIMSUN, Paramics etc.
• pacotes comerciais, bem acabados, representação 3D

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Simuladores são modelos
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Simuladores são modelos

• Todos têm vantagens
• Todos têm desvantagens
• Um é diferente do outro
• simuladores diferentes
• resultados discrepantes para o mesmo caso
• Conhecer as capacidades e os limites

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Simuladores são modelos
23
Simuladores são modelos
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Quem deve usar simulador de tráfego?

• Engenharia de tráfego
• Facilidade com programação de computadores
• Conhecer bem o simulador

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Qual simulador usar?

• Custo total de aquisição
• Treinamento, documentação, suporte etc.
• Capacidades e limitações
• Integração com outros usuários
• projetistas, consultores, outros órgãos públicos
  etc.

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Vantagens da simulação

• Analisar alterações no funcionamento e na
  estrutura do sistema
• Analisar situações e alternativas que não existem
• Visualização do funcionamento de cada alternativa
  estudada
• Ajuda a avaliar uma proposta quando os dados de
  entrada são insuficientes

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Desvantagens da simulação

• Modelos complexos
• tempo e dados para elaboração e validação
• Requer calibração adequada
• Replicações para garantir a qualidade dos
  resultados
• Abandono de soluções expeditas mais fáceis

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Modelos de simulação

• Modelo discreto, estocástico e dinâmico
• estado do sistema muda a intervalos discretos de
  tempo
• Usam métodos numéricos (e não analíticos)
• variáveis de saída dos modelos de simulação
• medidas de desempenho
• variáveis de saída usadas para avaliar os
  resultados da simulação

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Passos numa simulação (1)

• Formulação do problema
• Determinação dos objetivos e do projeto geral de
  abordagem do problema
• Modelagem (criação do modelo)
• focalizar características essenciais do problema
• elaboração de hipóteses realistas
• aperfeiçoamento até representação adequada do
  sistema real
• nível de complexidade adequado

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Passos numa simulação (2)
Formulação do problema
Codifiçãodo modelo
Não
Definição dos objetivos e abordagem geral
Verificação
Sim
N
Validação
Construçãodo modelo
Coleta de dados
S
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Passos numa simulação (3)
Projeto do experimento
Documentar modelo e preparar relatório
Execução doexperimento e análise dos resultados
Implementar resultados
S
Maisrodadas?
N
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Exemplos de projetos de simulação de tráfego
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Equivalentes para caminhões em rodovias de pista
dupla

• Objetivo
• Determinar fatores de equivalência para caminhões
  em rodovias de pista dupla do Brasil, para
  substituição dos valores que aparecem no HCM2000
• Fator de equivalência

ET 2 cpe
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Abordagem geral

• Simular fluxos formados por
• caminhões carros
• carros
• Comparar fluxos com mesma impedância
• Impedância medida de desempenho escolhida
• densidade

Impedância
Fluxo misto (carros caminhões)
L
Fluxo básico (só carros)
qM
qB
Fluxo
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Modelo de simulação

• 2 faixas de tráfego
• Links de 1 km no início e no fim
• Link central de comprimento e inclinação
  variáveis
• 0,5 a 2 km
• 0 a 8
• Dados coletados no link central

1 km
1 km
variável
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Medida de desempenho densidade
ni, ni-1 número acumulado de veículos que
passaram pelo tramo desde o início da simulação
(t0) até os instante ti e ti-1 ?t intervalo
de medição das variáveis de tráfego (300 s) N
número de faixas de tráfego (N 2) tvi, tvi-1
soma dos tempos de viagem no tramo analisado de
todos veículos que passaram pelo tramo desde o
início da simulação (t0) até os instantes ti e
ti-1 L comprimento do tramo (km)
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Codificação, calibração e validação

• Codificado no INTEGRATION e no CORSIM
• Calibrado com dados da SP330 e SP310
• modelo de car-following
• modelo de desempenho dos caminhões
• Validado com dados coletados na SP310
• capaz de representar adequadamente o
  comportamento dos caminhões no aclive

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Projeto do experimento (1)

• Coleta de dados da densidade a cada 5 minutos
• Tempo de simulação para cada cenário
• 7 horas (84 intervalos de 5 minutos)
• 2 horas de warm-up (24 intervalos)
• 60 observações para cada simulação

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Projeto do experimento (2)

• 4.200 horas simuladas
• tempo de processamento de cada simulação depende
  de
• comprimento do greide,
• rampa
• fluxo de veículos
• computador usado

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Resultados

• Médias dos valores encontrados para a densidade
• Usadas para o procedimento de cálculo dos fatores
  de equivalência

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Fim da parte 1