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OBTENÇÃO DE VOLUMES DE TRÁFEGO NA MALHA VIÁRIA PRINCIPAL DE
FORTALEZA A PARTIR DA CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM MODELO DE
ALOCAÇÃO DE TRÁFEGO.
Filipe Ribeiro Viana¹, Francisco Suliano Mesquita Paula¹, Dante Diego de Moraes Rosado
e Souza¹
1) Autarquia Municipal de Trânsito, Serviços Públicos e de Cidadania de Fortaleza - AMC.
filiperibeiroviana@yahoo.com.br
,
suliano@det.ufc.br
, danterosado@gmail.com
Resumo
A inexistência de dados de volume de tráfego na maioria dos trechos da malha viária
principal de Fortaleza representa um grande problema no planejamento da circulação viária da
cidade, bem como em medidas que possam ser implementadas visando à fluidez do tráfego de
veículos. A constante escassez de recursos financeiros no sistema público torna a utilização de
contagens manuais do volume de tráfego para toda a cidade praticamente inviável. Por isso, os
planejadores da circulação viária do órgão de trânsito de Fortaleza (AMC) partiram para a
elaboração de uma base georeferenciada de volume de tráfego na malha viária principal da cidade a
partir de contagens volumétricas nas interseções semaforizadas desse sistema viário. Para identificar
o melhor método de alocação para a cidade, a metodologia proposta utilizará um SIG-T (TransCad),
juntamente com uma matriz O-D do pico-manhã do tráfego geral. Os métodos estudados foram:
Restrição da Capacidade, Equilíbrio do Usuário, Equilíbrio do Usuário Estocástico e Equilíbrio do
Sistema. Uma análise comparativa entre estes modelos será realizada a fim de se obter a alocação
que melhor represente a atual situação. Ao final do processo, espera-se obter volumes de tráfego em
qualquer ponto da malha viária principal da cidade, podendo utilizá-los para auxiliar na elaboração
do ranking dos pontos críticos de acidentes, em possíveis alterações no sistema de circulação e
planejar intervenções no sistema viário nas proximidades de trechos saturados.
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OBTENÇÃO DE VOLUMES DE TRÁFEGO NA MALHA VIÁRIA PRINCIPAL
DE FORTALEZA A PARTIR DA CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM
MODELO DE ALOCAÇÃO DE TRÁFEGO.
1. INTRODUÇÃO
A inexistência de dados de volume de tráfego na maioria dos trechos da malha viária principal
de Fortaleza representa um grande problema no planejamento da circulação viária da cidade,
bem como em medidas que possam ser implementadas visando à fluidez do tráfego de veículos.
A constante escassez de recursos financeiros no sistema público torna a utilização de contagens
manuais do volume de tráfego para toda a cidade praticamente inviável. Diante deste contexto,
os planejadores da circulação viária do órgão de trânsito de Fortaleza (AMC) partiram para a
elaboração de uma base georeferenciada de volume de tráfego na malha viária principal da
cidade, na qual pudessem ser feitos estudos de demanda para a cidade.
Esse estudo foi desenvolvido baseado no método tradicional quatro etapas, que vem sendo
bastante utilizado desde a década de 60 no planejamento de transportes el é representado como
uma seqüência de quatro sub-modelos: geração de viagens, distribuição de viagens, divisão
modal e alocação de tráfego. Apesar de ser um método bastante difundido devido à facilidade de
implantação, ele vem sendo criticado quanto a sua eficácia., por existiram diversas
considerações simplificadoras. Porém o trabalho concentrou-se somente na etapa de alocação de
tráfego e por se tratar de transporte individual, não foi considerada a etapa de divisão modal.
Os modelos de alocação de tráfego representam à última parte do Modelo de Quatro Etapas e
geram estimativas de fluxo de veículos e tempos de viagens para cada link. Os dados de saída
desses modelos são fundamentais para auxiliar nas tomadas de decisões nos que diz respeito à
infra-estrutura de transportes, tais como expansão das redes de estradas ou de trânsito; em
formulação de políticas de transportes, tais como implantação de pedágios em pontes, em vias
expressas ou em rodovias.
O presente trabalho busca obter um mapa de carregamento do transporte individual, por sentido
de tráfego, nas vias do sistema viário principal da cidade de Fortaleza, utilizando um SIG-T
(TransCad), juntamente com uma matriz O-D do pico-manhã do tráfego geral. Os métodos
estudados foram: Tudo ou Nada, Modelo Incremental, Restrição da Capacidade, Equilíbrio do
Usuário, Equilíbrio Estocástico do Usuário e System Optimum Assignment. Uma análise
comparativa entre estes modelos foi realizada a fim de se obter a alocação que melhor
represente a atual situação. Onde ao final do processo, obtiveram-se volumes de tráfego, em
qualquer ponto da malha viária principal da cidade, que poderão ser utilizados no auxílio na
elaboração do ranking dos pontos críticos de acidentes, em possíveis alterações no sistema de
circulação e no planejamento de intervenções no sistema viário nas proximidades de trechos
saturados.
O TransCAD é um pacote computacional de sistema de informação geográfica que foi
desenvolvido com a finalidade de auxiliar no planejamento, controle e análise de sistemas de
transportes. O pacote computacional apresenta ferramentas que podem ser usadas em todas as
etapas do processo de modelagem da demanda – geração de viagens, distribuição de viagens,
divisão modal e alocação de tráfego. Além disso, possui também potencialidades para a
gerência de base de dados geográficos, apresentação de gráficos e modelos de transportes.
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Diante do exposto, os planejadores da circulação viária da AMC utilizaram o software para
auxiliar a atingir o objetivo geral desse trabalho.
2. BASE DE DADOS
2.1. Rede Viária básica existente no Município
A rede viária básica de Fortaleza é composta de vias com diferentes características físicas,
operacionais e de padrões de demandas, localizadas nas mais diversas regiões do Município.
Além dessa diversidade, ocorre que a classificação viária planejada, a qual se encontra presente
na legislação municipal, não reflete o que é observado no cenário real (PAULA, 2006).
No Município de Fortaleza, quase todo o deslocamento do tráfego de passagem é realizado por
vias arteriais, tendo somente a BR-116 como via expressa ligando a região Sudeste à Área
Central da cidade. Embora haja a previsão em lei de existirem dois anéis viários expressos,
observa-se no cenário real que o 2
oAnel Viário atualmente se encontra implantado com
características de via arterial em toda a sua extensão. Ainda se observa que o 1
oAnel se acha
implementado somente do lado Leste da cidade, também com características de via arterial. Isso
se deve basicamente a limitações de recursos financeiros da administração pública para
implementação de toda a infra-estrutura requerida por uma via expressa.
Outro fato que ocorre, é que na região planejada da cidade de Fortaleza, que é parte da área
interna do 1
oAnel, o sistema viário foi projetado de forma que as vias se cruzam
ortogonalmente a cada cem metros, formando um “xadrez” quase perfeito onde existem vias
arteriais para atender o tráfego de passagem. Acontece que o grande adensamento dessa região
(edificações de grande porte) ao longo dos anos acarretou tanto o aumento da quantidade de
viagens realizadas como a impossibilidade de aumento da capacidade do sistema viário
(PAULA, 2006).
Diante desse cenário, algumas vias planejadas para atender somente à demanda local passaram a
absorver o tráfego de passagem, tendo em vista que essas vias, embora com seção transversal
reduzida (duas faixas de tráfego), têm continuidade no sistema viário, algumas até mais que as
próprias arteriais. Assim, foram identificadas como uma opção de baixo custo financeiro para
receber o tráfego de passagem não mais suportado somente pelas arteriais. Em sua maioria,
essas vias operam em sentido único, com apoio de outra via semelhante em sentido contrário,
formando binários de fluxos de tráfego, com funções de vias coletoras e até mesmo de arteriais.
Dessa forma, o sistema viário básico de Fortaleza – responsável pelo deslocamento do tráfego
de passagem – é um conjunto misto formado, em grande parte, por vias classificadas como
arteriais, tendo também a presença de algumas vias coletoras e até mesmo de vias locais.
Considerando todas essas características da rede viária, foi definida uma amostra dessa rede a
ser modelada. Na definição dessa rede, buscou-se ter uma boa representatividade do sistema
viário básico utilizado pelo transporte individual. A Figura 01 apresenta a rede viária da cidade
de Fortaleza, como também a rede viária a ser modelada, denominada “Rede Modelagem”
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Figura 01: Vias utilizadas pelo tráfego de passagem de Fortaleza – Rede Modelagem.
Após a escolha da rede viária a ser modelada, ela foi representada no pacote computacional
TransCAD. Para cada segmento da rede (link) foram relacionados os atributos de velocidade
média, velocidade de fluxo livre, capacidade e classificação viária, onde os três primeiros
seriam necessários para a etapa de alocação de tráfego. È importante destacar que não
consideradas as rotas do transporte público, já que a alocação seria realizada somente para o
transporte individual.
Na tabela
3.1
, a seguir, são mostrados alguns dados numéricos relativos à malha viária total do
Município, às vias arteriais planejadas e à “Rede Modelagem”, que é a rede que efetivamente
absorve o tráfego de passagem.
Tabela 3.1: Dados gerais da malha viária de Fortaleza.
Sistema viário Comprimento (km) %
Malha viária de Fortaleza 3601 100
Vias arteriais implantadas (Lei de Uso do Solo) 235 7(1)
Vias utilizadas pelo tráfego de passagem (Rede Modelagem) 365 10(1)
(1) Em relação à malha viária de Fortaleza.
3.2. Zoneamento
Nesta etapa, adotou-se o mesmo zoneamento utilizado pelo Plano de Transporte Urbano de
Fortaleza – PTUF, totalizando 132 zonas internas à área de estudo, conforme apresentado na
Figura 02. Esta escolha deveu-se principalmente ao fato dos dados referentes às demandas de
viagens (Matriz Origem/Destino) estarem agrupados para este zoneamento. Colocar alguma
observação sobre esse zoneamento.
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Figura 02: Zoneamento utilizado na modelagem
3.3. Matriz O-D e contagens de tráfego.
Considerou-se neste trabalho a matriz O-D elaborada pelo Plano de Transporte Urbano de
Fortaleza – PTUF, com ano base de 1999. Esta matriz é referente ao transporte individual no
pico da manhã no horário das 07:00h às 08:00h. E ainda, dados de contagens de tráfego obtidos
em campo e pelo Controle de Tráfego em Área de Fortaleza (CTA/FOR). Estas contagens
volumétricas referem-se ao pico da manhã dos anos de 1997 e 2003, os quais serviram para a
calibração e validação do modelo de alocação de tráfego.
4. CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM MODELO DE ALOCAÇÃO DE TRÁFEGO
4.1. Alocação de tráfego
Primeiramente, foram realizados testes de conectividade com o intuito de verificar problemas de
conexão entre link e os nós da rede. Após isso, foi criada uma matriz de penalidades para cada
interseção com limitações de movimentos e locais com giros à esquerda proibidos. Para
movimentos não permitidos, com conversão à esquerda ou retorno, foram atribuídas penalidades
elevadas, inibindo a realizações desses movimentos. Para movimentos não era representado,
como no caso de laços de quadra, atribuiu-se uma penalidade ao movimento equivalente ao
tempo.
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Antes de fazer a alocação de tráfego é de suma importância que se tenha o conhecimento dos
seguintes elementos, os quais foram considerados nesse trabalho:
•
Matriz O-D (fluxos em veículos/hora);
•
Rede viária com enumeração de nós e links;
•
Comprimento de cada link, em km;
•
Classificação funcional de cada via;
•
Número de Faixas de Tráfego;
•
Direção de Fluxos;
•
Tempo de viagem, em minutos;
•
Capacidade nos links e
•
Penalidades dos nós.
Para a alocação do tráfego na rede viária criada que melhor representasse a realidade de
Fortaleza, foram estudados os seguintes modelos já implementados no software TransCAD 3.6:
Tudo ou nada (TN) – Aloca todo o tráfego entre os pares de O-D pelo menor caminho,
desconsiderando a capacidade dos links e o efeito do congestionamento.
Modelo Incremental – Ele não permite uma solução de equilíbrio e seus resultados são
influenciados pela ordem na quais os volumes dos pares de O-D são alocados.
Restrição de Capacidade (RC) – Se aproxima de uma solução de equilíbrio, pela iteração
entre a metodologia do TN e o cálculo dos tempos de viagem derivados da função de
congestionamento dos arcos baseada na capacidade dos links.
Equilíbrio do Usuário (EU) – Ele assume que os viajantes têm um conhecimento perfeito dos
atributos das alternativas da rede, das escolhas das rotas que minimizem seus tempos ou custos
de viagens, e que todos os viajantes têm as mesmas estimativas dos atributos da rede.
Equilíbrio Estocástico do Usuário (EEU) – É uma generalização do EU, porém mais realista,
pois assumem que os viajantes não têm uma informação perfeita sobre os atributos da rede e de
seus custos de viagens em diferentes percursos, considerando os efeitos de aleatoriedade nesse
processo de seleção.
System Optimum Assignment (SO) – Trabalha com a minimização do tempo total de viagem
na rede. É muito usado na análise de cenários de ITS (Intelligent Transportation System).
4.2. Calibração e validação
Dentre os modelos estudados, foram escolhidos os modelos: Equilíbrio do Usuário, Equilíbrio
Estocástico do Usuário e System Optimum para realizar a calibração. Pois, conceitualmente,
esses modelos explicam mais fidedignamente à realidade dos deslocamentos de veículos em
Fortaleza.
Para a alocação com modelos escolhidos foram necessários dados de entrada da rede viária,
contendo os atributos de velocidade e capacidade. Para a representação dos tempos de viagens
nos links da rede utilizou-se a função BPR (Traffic Assignment Manual, BPR, 1964), mostrada
na equação 01. É importante destacar que se considerou que a velocidade de fluxo livre de cada
link era igual a velocidade máxima regulamentada para a via e que o tempo de viagem de fluxo
livre foi obtido a partir da mesma.
t = tf [1 + α ( v/c )
β] (01)
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t
f= tempo de viagem do link na velocidade de fluxo livre;
v = volume do link;
c = capacidade do link;
α, β = parâmetros de calibração.
Historicamente, os valores dos parâmetros de calibração da função BPR “alfa” e “beta” foram
ajustados como 0,15 e 4,0, respectivamente. Entretanto, esses valores devem ser calibrados
dependendo da situação, a fim de se obter melhores resultados. Com isso, cada modelo foi
calibrado baseado nas contagens de tráfego existentes sobre a rede viária em estudo,
ajustando-se os valores dos parâmetros de calibração, a fim de ajustando-se obter a melhor correlação entre o volume
modelado e o volume observado em campo. A Tabela 01 mostra esses resultados encontrados
para cada modelo, e os seus respectivos valores de alfa e beta. Além disso, mostra também que,
o modelo Equilíbrio Estocástico do Usuário foi o modelo que apresentou a maior correlação
quando comparados a outros modelos, para o caso de Fortaleza.
Tabela 1 – Resultado da correlação após calibração dos modelos de alocação.
Modelos calibrados Parâmetros de calibração Correlação
Alfa Beta
Equilíbrio Estocástico do Usuário 0.95 9.00 0.695
System Optimum Assignment 1.00 9.00 0.683
Equilíbrio do Usuário 0.88 9.80 0.681
A Figura 02 mostra o resultado gráfico, onde é possível visualizar o carregamento dos links, da
alocação utilizando o modelo Equilíbrio Estocástico do Usuário e os parâmetros alfa e beta igual
a 0.95 e 9.00, respectivamente. Mesmo não levando em consideração as interseções
semaforizadas, os carregamentos foram considerados coerentes, embora não tenha sido feita
uma validação mais rigorosa.
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Figura 2 – Representação Gráfica da alocação utilizando o modelo Equilíbrio Estocástico do Usuário.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
Este trabalho teve como objetivo obter um mapa de carregamento, por sentido de tráfego, nas
vias do sistema viário principal da cidade de Fortaleza. Além disso, teve como objetivo
específico identificar e calibrar os modelos de alocação de tráfego, existentes no software
TransCAD 3.6, que melhor represente a realidade de Fortaleza. Além de elaborar uma base
georeferenciada de volumes de tráfego na malha viária principal de Fortaleza.
Dessa forma, recomenda-se a consideração das zonas externas, as quais podem representar
grande número de viagens. Além disso, os conectores dos centróides devem ser avaliados mais
criteriosamente, de forma a garantir os acessos reais às zonas. Com relação à matriz O-D,
recomenda-se sua atualização, já que ela se refere às viagens realizadas em 1999.
Com relação aos processos de validação, foram utilizadas as contagens de tráfego dos anos de
1997 e 2003, o que não é recomendável. O ideal seria utilizar as contagens de tráfego do mesmo
ano da matriz O-D.
Recomenda-se por fim, calibrar a função BPR para cenários urbanos de fluxo interrompido, ou
utilizar outra função para avaliar a performance dos links que não esta que vem como defaut no
software TransCAD, pois a função BPR utilizada neste trabalho não leva em consideração as
interseções semaforizadas e outros locais de fluxo interrompido. Com esse refinamento pode-se
obter resultados mais próximos dos reais.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Genesee County Urban Travel Demand Model (2006). Final Report, May 2006. Calibration and Validation Report.
HAIDER, M; SPURR, T (2005). The Design and Development of Large-Scale Traffic Assignment Models using Geographic Information Systems. For presentation at the Transportation Research Board 2006 Annual Meeting.
Kingston Transportation Master Plan (2005). Final Report, July 2004. Appendix IV: Modelling
LOPES FILHO, J. I. de O. (2003). Pós-Avaliação da Previsão de Demanda por Transportes no Município de Fortaleza. Dissertação de Mestrado, Programa de Mestrado de Engenharia de Transportes, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, 179 fl.
PORTUGAL, L. S (2005). Simulação de Tráfego: Conceitos e Técnicas de Modelagem. 1 ed. Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2005. v. 1.
RAMACHANDRAN, B (2002). Calibration of the Demand Simulator in a Dynamic Traffic Assignment System, Master's thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.
PAULA, F. S. M. (2006). Proposta de Adaptação da Metodologia do Highway Capacity Manual 2000 para Análise de Vias Arteriais Urbanas em Fortaleza. Dissertação de Mestrado, Programa de Mestrado em Engenharia de Transportes, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, 158 fl.
