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Avaliação do Compromisso entre Segurança e Emissões para o Tráfego
Rodoviário
Margarida Coelhoa; Guilhermina Torrãoa; Paulo Fernandesa; Rúben Silvaa; Nagui
Rouphailb
a Centro de Tecnologia Mecânica e Automação (TEMA), Departamento de
Engenharia Mecânica, Universidade de Aveiro, Portugal; margarida.coelho@ua.pt;
guilhermina.torrao@ua.pt; paulo.fernandes@ua.pt; a36351@ua.pt b Institute for Transportation Research and Education (ITRE) – North Carolina State
University, EUA; rouphail@ncsu.edu
Resumo
O objetivo principal desta investigação consiste em analisar em simultâneo e de forma integrada o efeito das características do veículo em três domínios: segurança rodoviária, ambiente e energia. No domínio da segurança, pretendeu-se desenvolver um modelo inovador de previsão da gravidade do acidente, com aplicação na área da análise e prevenção de acidentes. Nos domínios da energia e do ambiente, esta investigação explorou a correlação entre as características do veículo e o consumo de combustível e emissões. Como produto final, pretende-se a análise do compromisso entre gravidade do acidente, risco e desempenho em termos energéticos e ambientais, permitindo definir orientações assertivas para o design do veículo, com aplicação na esfera da política de transportes. Foi desenvolvida uma plataforma de modelação com dados de acidentes da Polícia Portuguesa. Deste modo, os efeitos das características do veículo, como por exemplo: a marca, o modelo, a cilindrada, a massa (tara), a distância entre eixos, a dimensão (comprimento), o ano de registo da primeira matrícula (idade do veículo), quilometragem e tipo de combustível estao a ser correlacionados com a gravidade do acidente. Este estudo focaliza-se nas consequências pós-acidente e não os potenciais fatores que poderão estar envolvidos na origem do evento. Foram ainda utilizadas as características do parque automóvel para quantificar o consumo de combustível e as emissões.
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1 Introdução e Objetivos
Na última década tem-se assistido a um aumento generalizado do volume de tráfego, o que resulta em congestionamento, emissões de poluentes, atrasos e consumo de tempo, com a inevitável perda de produtividade, para além do impacto humano, social e económico provocado pelos acidentes de viação e as suas vítimas. Dados recentes publicados pela Organização Mundial de Saúde (OMS) sobre segurança rodoviária revelam que 1,2 milhões de pessoas morrem anualmente nas estradas, OMS (2009a). Os acidentes de tráfego são um dos maiores problemas de saúde pública na Europa e são responsáveis pela morte prematura de 120 000 pessoas anualmente, OMS (2009b). Para além disso, estima-se que cerca de 2,4 milhões de pessoas são gravemente feridas anualmente, requerendo internamento hospitalar (OMS, 2009b). Um estudo que comparou a adoção de medidas de redução da sinistralidade rodoviária pelos países da União Europeia revelou uma diminuição em termos médios de 40% tendo Portugal atingido -47% (CETS, 2010). Apesar destes progressos, Hermans et al. (2009) analisou 21 países europeus, revelando que Portugal apresenta a mais baixa classificação no que se refere ao desempenho de segurança rodoviária, sugerindo este indicador que o nosso país deveria investir mais na tecnologia disponível para os veículos para além de incentivar a compra de modelos mais recentes. O último relatório da Autoridade Nacional de Segurança Rodoviária (ANSR) revela que se registou um total de 35.426 acidentes com feridos e/ou vítimas. Destes acidentes resultaram em 741 vítimas mortais e 2637 feridos graves (ANSR, 2011).
Os consumidores tendem a interpretar a segurança do veículo em função da presença de determinadas tecnologias, em detrimento dos resultados dos testes de impacto (Koppel et al., 2008). A New Car Assessment Program (EuroNCAP) desencoraja os consumidores a compararem os ratings atribuídos a modelos pertencentes a diferentes segmentos, no entanto, nos acidentes reais não há obviamente nenhum controle nas categorias dos veículos envolvidos em colisão, (EuroNCAP, 2009a e 2009b). A esta restrição, soma-se ainda o facto de as condições laboratoriais em que esses testes são conduzidos, têm limitações. Em primeiro lugar, não equacionam o diferencial de massa entre os veículos envolvidos na colisão, sem segundo lugar, em estradas reais a velocidade praticada tende a ser superior ou igual a 80Km/h, pelo que a velocidade a que se regista o impacto de uma colisão é frequentemente superior aos 64Km/h, que é a velocidade a que os testes frontais são simulados pela EuroNCAP (2009a, 2009b) e Coelho et al. (2010). Os três principais objetivos que movem este projeto são:
- Explorar com profundidade as características técnicas dos veículos e analisar as que estão mais fortemente correlacionadas com a gravidade do acidente;
- Desenvolver um modelo analítico inovador para prever o grau de gravidade do acidente em função das características do veículo, incorporadas nos componentes de segurança passiva;
- Desenvolver uma metodologia que integre as características dos veículos relacionadas com a segurança rodoviária, consumo de combustível e emissão de poluentes.
Este artigo apresenta o projeto em curso SAFENV: Compromisso entre Segurança e Emissões para o Tráfego Rodoviário. É um estudo pioneiro que está a ser realizado
3 em Portugal com base na análise de acidentes reais resulta de uma parceria entre membros do Luso-American Transportation Impacts Group (LATIS-G), através do Centro de Tecnologia Mecânica e Automação (TEMA) da Universidade de Aveiro (UA) e o Institute for Transportation Research and Education (ITRE) da North Carolina State University, nos Estados Unidos.
Este projeto visa permitir uma resposta às seguintes questões: Será a massa de um veículo, ou diferença de massas entre dois veículos envolvidos no acidente, fundamental para a segurança rodoviária? Será a relação entre massa/comprimento do veículo um factor primordial para melhorar a segurança do veículo? Será possível reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO2) sem afectar a segurança do
veículo? Poderá a indústria automóvel cumprir com a redução dos valores de CO2
para 130 g/Km até 2015, e ainda, lucrar com uma melhor gestão das forças envolvidas no impacto decorrente de um acidente?
Em conclusão, esta investigação pretende suportar o processo de decisão na política de transportes, conduzindo-a no sentido da melhoria da segurança e da mobilidade sustentável em Portugal.
2 Revisão Bibliográfica
Diversos estudos tentaram correlacionar a segurança do veículo com o design e os atributos do mesmo. Evans (2004) explorou a massa do veículo e o seu tamanho e concluiu que estas variáveis estão fortemente relacionadas, o que torna difícil determinar a contribuição individualizada de cada uma delas na gravidade de um acidente. Wood e Simms (1997) demonstraram que em colisões envolvendo veículos de tamanhos desiguais, o parâmetro fundamental é a massa (peso) e a capacidade de absorção de energia pela estrutura da carroçaria. Wenzel e Ross (2005) sugeriram que o risco poderia estar mais associado à qualidade de fabrico dos veículos do que propriamente à massa, contudo esta correlação não era forte. Para estes autores, a maior contribuição para o risco deve ser atribuída ao design do veículo e à dificuldade de quantificar tanto as características do condutor como o seu comportamento. Broughton (2008) demonstrou que a taxa de mortalidade decresce com o tamanho (comprimento) do veículo, contudo, essa mesma taxa cresce com o tamanho do outro veículo envolvido na colisão. Tolouei e Titheridge (2009) demonstraram que o aumento da massa (peso) do veículo tende a decrescer o risco de ferimentos no condutor.
Os modelos de regressão são populares na análise de factores que interferem no grau de gravidade dos ferimentos (Boufous et al., 2008; Al-Ghamdi, 2002; e Chang e Wang, 2006. Kononen et al. (2011) identificou e validou um modelo de regressão logística para prever ferimentos graves associados aos acidentes dos veículos motorizados. Martin e Lenguerrand (2008) estimaram a proteção oferecida ao condutor pelos veículos de passageiros através da aplicação da regressão de Poisson ao parque automóvel Francês. Mendez et al. (2010) avaliou a “crashworthiness” e a agressividade imposta pelo parque automóvel Espanhol através da aplicação de modelos logísticos.
Investigações futuras são necessárias para analisar o feito das características técnicas dos veículos na gravidade do acidente.
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3 Metodologia
Este estudo centra-se exclusivamente nas consequências pós-acidente em vez dos fatores que poderão estar na causa do acidente, como por exemplo, o comportamento do condutor e a idade do mesmo. A Figura 1 resume a metodologia aplicada neste estudo.
Na análise da segurança, os dados técnicos individuais de cada um dos veículos, assim como a contribuição dos dois veículos envolvidos na colisão (diferencial de idade, peso, cilindrada e distância entre eixos) estão a ser modelados para compreender o seu efeito na gravidade do acidente.
Na área do ambiente e da eficiência energética dos veículos pretendeu-se determinar a estimativa de emissões em função das características técnicas de automóveis ligeiros a gasolina e a diesel envolvidos em colisões.
3.1 Recolha e desenvolvimento da base de dados
Os dados utilizados para o desenvolvimento do modelo de previsão da gravidade do acidente foram recolhidos no Destacamento de Trânsito da Guarda Nacional Republicana (GNR). As PAVs que envolveram veículos ligeiros e que resultaram em ferimentos e ou mortos foram selecionadas. Os dados foram recolhidos para o triénio de 2006 a 2008 e são referentes às ocorrências de acidentes registados na área metropolitana do Porto.
Os acidentes envolvendo a colisão entre dois veículos, que correspondem aproximadamente a 1/3 do total de acidentes recolhidos, 1354, na GNR, foram selecionados para o desenvolvimento da base de dados. Para cada observação de acidente, a informação recolhida das PAVs era referente: ao tipo de via e local do acidente, condições meteorológicas, resultado do teste de alcoolemia e/ou drogas dos condutores, tipo de colisão, matrícula dos veículos, e consequências do acidente, mais especificamente, o número de ocupantes feridos e/ou mortos em cada um dos dois veículos envolvidos na colisão.
As características da ficha técnica dos veículos foram solicitadas ao Instituto de Mobilidade dos Transportes Terrestres (IMTT).
Como exemplo, apresentam-se as características técnicas para um veículo e que foram incorporadas na observação referente ao acidente que envolve esse automóvel: Marca (Toyota), Modelo (Corolla), Distância entre eixos (2465 mm), Comprimento (4095 mm), Peso (1045), Cilindrada (1332 cm3), Combustível
(Gasolina).
Uma vez completa, esta base de dados (completa informação detalhada para um total de 342 observações) foi utilizada para um treino de modelação da gravidade do acidente e para análise das emissões e dos consumos desses veículos, tal como se apresenta na secção 3.2.
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Figura 1 – Metodologia adoptada para a análise integrada entre segurança, ambiente e eficiência energética.
3.2 Modelação estatística
A base de dados foi organizada e formatada de forma a ser importada para o Statistical Analysis Software, SAS® v9.2, e posteriormente importada para o software SAS®Enterprise MinnerTM6.2 (SAS, 2009). A variável resposta (target) foi convertida a variável binária: se o acidente não apresentou nenhum ferido grave (Serious Injured (SI)) nem vítima mortal (Killed (K)), FatalSIK “1”, caso contrário, FatalSIK “0”.
Características Veículo
Classe
RELATÓRIOS DE ACIDENTES DA GNR
Idade Cilindrada Peso Distância
entre eixos Mortos
Feridos Graves
Feridos Leves # mortos e/ou feridos
Modelação da gravidade do acidente Emissões e
Consumos
Criação de um Index integrado
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3.3 Estimativa dos consumos e emissões
O desenvolvimento do cálculo das emissões no software Copert4 (CORINAIR, 2010) centra-se no tipo de veículo e a respetiva norma europeia de emissões, e numa segunda, refere-se às características da via e à velocidade praticada pelo mesmo. Como alternativa à metodologia do Copert4, utilizou-se o modelo “Vehicle Specific Power” (VSP), que pressupõe uma análise distinta, baseada na potência específica do veículo, que por sua vez é obtida através do perfil de velocidades e das variações de declive da viagem (US EPA, 2002; Coelho et al., 2009). Para o cálculo do VSP segundo a segundo, utiliza-se a equação seguinte, em função do perfil de velocidades e inclinação da via:
VSP = v [1,1 . a + 9,81. sen(atan(inc)) + 0,132] + 0,000302.v3
onde: VSP - Potência específica do veículo (kW/ton); ν - Velocidade instantânea (m/s); a - Aceleração instantânea (m/s2); inc - Inclinação da estrada (±%).
Para o cálculo dos consumos / emissões, e uma vez que os acidentes registados ocorreram na Área Metropolitana do Porto, utilizaram-se dados de dinâmica de veículos referentes a um percurso definido entre Aveiro e o Porto, utilizando duas vias distintas na maior parte do trajeto: a Estrada Nacional 109 (N109) com aproximadamente 74 quilómetros de viagem e a Autoestrada 29 (A29) com cerca de 76 quilómetros.
4 Discussão de Resultados
Nesta secção apresentam-se os resultados preliminares no que se refere à previsão da gravidade do acidente, FatalSIK, e também às emissões e aos consumos obtidos.
4.1
Previsão da gravidade do acidente – Modelação do FatalSIK
O resultado da aplicação da regressão logística à modelação do FatalSIK é apresentado na Figura 2 e descrito pela equação analítica indicada no gráfico. P(Y=1) é a probabilidade de um acidente resultar num ferido grave e/ou morto (FatalSIK) durante a colisão de dois veículos, e ccV2 é a cilindrada do veículo envolvido nesse acidente. Este modelo comprova que a dimensão do motor do veículo envolvido na colisão poderá ser um factor determinante para a gravidade (FatalSIK(1)) do acidente. À medida que aumenta o valor de ccV2, cresce a probabilidade da colisão entre esses dois veículos resultar num acidente grave. A Figura 2 evidencia que o impacto da cilindrada de V2 é mais significativo a partir dos 2450 cm3.
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Figura 2 – Efeito da Cilindrada do Veículo 2 no FatalSIK para colisões envolvendo dois veículos
4.2
Estimativa das emissões e consumos
Na Figura 3 representam-se as emissões de CO2, estimadas pelo modelo Copert4,
em função da idade dos veículos de passageiros a gasolina, em vias com limite geral de velocidade a 120 (km/h). Verifica-se uma redução das emissões, quando comparando os modelos mais recentes com os mais antigos para a mesma categoria de cilindrada. Constata-se que tanto a velocidade como a cilindrada, têm influência direta na quantidade de emissões de dióxido de carbono, sendo que o aumento destes dois parâmetros resulta numa maior quantidade de CO2 emitida.
Figura 3 – Emissões de CO2, estimadas pelo Copert, em função da idade dos veículos de passageiros a gasolina, em vias com limite geral de velocidade a 120 (km/h).
A Figura 4 apresenta os resultados das emissões para o mesmo poluente, através da metodologia VSP, provando que os veículos a gasolina emitem mais CO2 do que
os veículos a diesel (a média das emissões é de cerca de 190 g/km e 150 g/km, respetivamente). 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 950 1450 1950 2450 2950 3450 3950 P ( F at al S IK (1 ))
Engine Size of Vehicle V2 (ccV2)- cm3
160 170 180 190 200 210 220 230 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 E m is sõ e s d e C O 2 ( g /k m )
Idade do veículo (anos)
G <1.4L G 1.4-2.0 L G >2.0L
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Figura 4 – Representação das emissões de CO2 por cada quilómetro (g/km) para um veículo a gasolina e um diesel (barras a azul e verde, respetivamente) com a velocidade média de cada
quilómetro representada por uma série linear (vermelho).
Os resultados para os consumos estão apresentados na Figura 5 e foram calculados pela metodologia VSP. Verifica-se que ocorrem consumos de combustível mais elevado para o percurso pela estrada EN109, em oposição ao trajeto pela A29, apesar de na autoestrada o percurso ser ligeiramente maior (mais dois quilómetros). Contudo na estrada nacional há mais congestionamento e maiores oscilações do perfil de velocidades.
Figura 5 – Consumo de combustível estimado para um percurso de 100km, para os veículos a gasolina e a diesel em autoestrada e em estrada nacional.
5 Conclusões
O atual progresso do projeto SAFENV revela resultados promissores, relativamente à análise da segurança, bem como revelações importantes face à análise das emissões e consumos dos veículos envolvidos em acidentes reais.
Os resultados da metodologia VSP para comparar a viagem desde Aveiro ao Porto, por dois percursos EN109 e AE29, permitem concluir que para a EN os consumos são 33% mais elevados para percorrer 100 quilómetros (L/100km), face ao trajeto
20 35 50 65 80 95 110 125 0 50 100 150 200 250 300 350 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75 V e lo ci d a d e m é d ia d e c a d a q u il ó m e tr o ( k m /h ) E m is sõ e s p o r q u il ó m e tr o C O 2 ( g /k m ) Distância percorrida (km)
Emissões por quilómetro (Gasolina) Emissões por quilómetro (Diesel)
0 1 2 3 4 5 6 7 N109 A29 co n su m o d e c o m b u st ív e l (l /1 0 0 k m ) Via de circulação Gasolina Diesel
9 pela AE29. As emissões de CO2 e os VOC são maiores no percurso pela EN109,
enquanto as emissões de CO e de NOx são superiores no trajeto pela A29.
No que diz respeito à analise da segurança rodoviária, o modelo de regressão logística para o FatalSIK revela que a cilindrada do veículo V2 aumenta a probabilidade de um acidente com feridos graves e ou vítimas mortais.
6 Agradecimentos
Este trabalho é financiado por Fundos Nacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia no âmbito do projecto PTDC/SEN-TRA/113499/2009. Agradece-se igualmente à FCT pelas Bolsas SFRH/BPD/21317/2005 e SFRH/BD/4135/2007, bem como à FLAD – Fundação Luso-Americana (Projeto 91-03/2010, no âmbito do programa FLAD/NSF – “Project-USA: Networks and Partnerships for Research”). M.C. Coelho e N. Rouphail colaboram no âmbito do Luso-American Transportation Impacts Study Group (LATIS-G).
Referências
Al-Ghamdi, Al. (2002). Using logistic regression to estimate the influence of accident factors on accident severity. Journal of Accident Analysis & Prevention, 34(6): 729-741.
ANSR (2010). Relatório Anual para o Ano 2010. Vitimas na Estrada. Autoridade Nacional da Segurança Rodoviária. http://www.ansr.pt/Default.aspx?tabid=273&language=pt-PT, Acedido a 31 Jul., 2011.
Bedard, M., Guyatt, G.H., Stones, M.J., Hirdes, J.P. (2002). The independent contribution of driver, crash, and vehicle characteristics to driver fatalities. Journal of Accident Analysis & Prevention, 34(6): 717-727.
Boufous, S., Finch, C., Hayen, A., Williamson, A. (2008). The impact of environmental, vehicle and driver characteristics on injury severity in older drivers hospitalized as a result of a traffic crash. Journal of Safety Research, 39(1): 65-72.
Broughton, J. (2008). Car driver casualty rates in Great Britain by type of car. Journal of Accident Analysis & Prevention, 40(4): 1543-1552.
Chang, L., Wang, H. (2006). Analysis of traffic severity: an application of non-parametric classification tree techniques. Journal of Accident Analysis & Prevention. 38(5): 1019-1027. Coelho, M., Frey, H.C., Rouphail, N.M., Zhai, H., Pelkmans, L. (2009). Assessing methods for comparing emissions from gasoline and diesel light-duty vehicles based on microscale measurements. Transportation Research Part D, 14(2): 91-99.
Coelho, M. C., Andrade, J., Soares, D., Frey, H.C., Rouphail, N. (2010). A Vehicle Energy Use and Safety Information Support System, 89th Annual Meeting of the Transportation Research Board, Washington, D.C.
CORINAIR (2010). EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook - 2009. Technical report No 9/2009, EEA.
10 Euro NCAP (2009a). Euro NCAP - For safer cars | comparable Cars. European New Car Assessment Program. http://www.euroncap.com/tests/frontimpact.aspx, Acedido a Nov. 23, 2009.
Euro NCAP (2009b). Frontal Impact. European New Car Assessment Program. http://www.euroncap.com/tests/frontimpact.aspx, Acedido a Nov. 23, 2009.
European Transport Safety Council (2009). 2010 on the Horizon, 3rd Road Safety PIN Report2008.
http://www.etsc.eu/documents/ETSC%20PIN%20Annual%20Report%202009.pdf, Acedido a 31 Jul., 2011.
Evans, L., (2004). How to make a car lighter and safer. Paper 2004-01-1172, SAE International.
Hermans, E., Brijs, T., Vanhoof, K. (2009). Benchmarking road safety: lessons to learn from a data envelopment analysis. Journal of Accident Analysis & Prevention, 41(1): 174-182. Kononen, D., Flannagan, C., Wang, S. (2011). Identification and validation of a regression model for predicting serious injuries associated with motor vehicle crashes. Journal of Accident Analysis & Prevention, 43(1): 112-122.
Koppel, S., Charlton, J., Fildes, B., Fitzharris, M. (2008). How important is vehicle safety in the new vehicle purchase process?. Journal of Accident Analysis & Prevention, 40(3): 994-1004.
Martin, J., Lenguerrand, E. (2008). A population based estimation of the driver protection provided by passenger cars: France 1996–2005, Journal of Accident Analysis & Prevention, 40(6): 1811-1821.
Mendez, A., Izquierdo, F., Ramirez, B. (2010). Evolution of the crashworthiness and aggressively of the Spanish car fleet. Journal of Accident Analysis & Prevention, 42(6): 1621-1631.
SAS Institute Inc.. (2009) Applied Analytics Using SAS®Enterprise MinerTM 5. Instructor-based training. Cary, NC, USA. ISBN 978-1-59994-515-6.
Tolouei, R., Titheridge, H. (2009). Vehicle mass as a determinant of fuel consumption and secondary safety performance. Transportation Research Part D, 14(6): 385-399.
US EPA (2002). Methodology for Developing Modal Emission Rates for EPA’s Multi-Scale Motor Vehicle & Equipment Emission System. Prepared by North Carolina State University for US Environmental Protection Agency, Ann Arbor, US EPA - United States Environmental Protection Agency.
Wenzel, T., Ross, M. (2005). The effects of vehicle model and driver behavior on risk. Journal of Accident Analysis & Prevention, 37(3): 479-494.
Wood, D., Simms, C. (1997). Safety and the car size effect: a fundamental explanation. Journal of Accident Analysis & Prevention, 29(2): 139-151.
World Health Organization (WHO) (2009a). Global Status Report on Road Safety. Time for Action. 2009. http://whqlibdoc.who.int/publications/2009/9789241563840_eng.pdf, Acedido a 22 Apr., 2010.
World Health Organization (WHO) (2009b) European Status Report on Road Safety. Towards safer roads and healthier transport choices. 2009. http://www.euro.who.int/document/e92789.pdf, Acedido a 22 Apr., 2010.
