Transcript experimentos com simulação - Universidade de São Paulo

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
O que é um modelo?
Sistema real
Modelo
USP Escola de Engenharia de São Carlos
2
O que é um modelo?

Realidade artificial

Second life (metaverso)

Hipóteses simplificadoras

Suposições sobre
comportamentos

Complexidade depende do
problema a ser resolvido
Modelo
USP Escola de Engenharia de São Carlos
3
O que é simular?

Imitar a operação ou
funcionamento de sistema
real

Criar uma história
artificial

Modelo é um arremedo
da realidade
Modelo
USP Escola de Engenharia de São Carlos
4
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
USP Escola de Engenharia de São Carlos
5
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)
USP Escola de Engenharia de São Carlos
6
Simulador de tráfego

Modelo de “car-following”
 velocidade do seguidor em função da
velocidade e distância do líder
seguidor
líder
USP Escola de Engenharia de São Carlos
7
Simulador de tráfego

Modelo de “car-following”
 velocidade do seguidor em função da
velocidade e distância do líder
seguidor
líder
USP Escola de Engenharia de São Carlos
8
Car-following:
ondas de choque
USP Escola de Engenharia de São Carlos
9
Rede viária:
representação no modelo
Nós: cruzamentos,
entradas e saídas
Tramos: trechos entre
cruzamentos
Complexidade da
rede depende
dos objetivos da
simulação
USP Escola de Engenharia de São Carlos
10
Rede viária:
representação no modelo
1
Nós: cruzamentos,
entradas e saídas
Tramos: trechos entre
cruzamentos
Complexidade da
rede depende
dos objetivos da
simulação
4
5
2
3
USP Escola de Engenharia de São Carlos
11
Rede viária:
representação no modelo
1
Nós: cruzamentos,
entradas e saídas
Tramos: trechos entre
cruzamentos
Complexidade da
rede depende
dos objetivos da
simulação
4
5
2
3
USP Escola de Engenharia de São Carlos
12
Simulação de
interseções em nível
USP Escola de Engenharia de São Carlos
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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
USP Escola de Engenharia de São Carlos
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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
Origens
Destinos
1
1
2
3
4
1
—
V12
V13
V14
2
V21
—
V23
V24
3
V31
V32
—
V34
4
V41
V42
V43
—
4
USP Escola de Engenharia de São Carlos
5
2
3
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Simular requer dados

Fluxos de tráfego
ou
http://img.dailymail.co.uk/i/pix/2007/01/china_468x312.jpg
http://www.flickr.com/photos/katkasamkova/2507613869
USP Escola de Engenharia de São Carlos
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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
Sistema real
Modelo
USP Escola de Engenharia de São Carlos
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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
USP Escola de Engenharia de São Carlos
22
Simuladores são modelos
USP Escola de Engenharia de São Carlos
23
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
Formulação
do problema
Definição dos
objetivos e
abordagem geral
(2)
Codifição
do modelo
Não
Verificação
Sim
N
Construção
do modelo
Coleta de
dados
Validação
S
USP Escola de Engenharia de São Carlos
30
Passos numa simulação
Projeto do
experimento
Execução do
experimento e
análise dos
resultados
S
(3)
Documentar modelo
e preparar relatório
Implementar
resultados
Mais
rodadas?
N
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Exemplos de projetos
de
simulação de tráfego
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
USP Escola de Engenharia de São Carlos
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


Simular fluxos formados
por
 caminhões + carros
 carros
Comparar fluxos com
mesma impedância
Impedância: medida de
desempenho escolhida
 densidade
Impedância
Abordagem geral
Fluxo misto
(carros + caminhões)
L
Fluxo básico
(só carros)
qM
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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%

1 km
variável
1 km
Dados coletados no link central
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Medida de desempenho:
densidade
k 
q
v
v  6 0 .L
n i  n i 1
t v i  t v i 1
q 
3.6 0 0 n i  n i  1
N
t
ni, ni-1 : número acumulado de veículos que passaram pelo tramo desde o
início da simulação (t=0) 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 (t=0) 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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40
Fim da parte 1