1 ANALISE COMPARATIVA ENTRE SIMULADORES DE FLUXO DE

ANALISE COMPARATIVA ENTRE SIMULADORES DE FLUXO DE
TRÁFEGO
Veridianne Soares Nazareth
Luiz Afonso Penha de Sousa
Paulo Cezar Martins Ribeiro
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Programa de Engenharia de Transportes
RESUMO
Os expressivos avanços da tecnologia da informação têm colaborado para o aumento do desenvolvimento
de modelos de simulação de tráfego. Estes simuladores estão, cada vez mais, ampliando as áreas de
aplicação que vão desde a modelagem dos componentes específicos do sistema de transporte a uma rede
inteira, tendo diferentes tipos de cruzamentos e links, abordando em alguns casos, a modelos de demanda
de viagens. Visando buscar subsídios para uma correta utilização destes modelos, este artigo apresenta
uma avaliação e comparação entre os simuladores utilizados O trabalho analisa a influência de parâmetros
como fluxo, regime de tráfego e calibração entre os simuladores.
ABSTRACT
The significant advances in information technology have contributed to the increased development of
traffic simulation models. These simulators are increasingly broadening areas of application ranging from
the modeling of individual components of the transport system to an entire network, having different
types of junctions and links, approaching in some cases, the travel demand models. Aiming to seek grants
for correct use of these models, this article presents an evaluation and comparison of the simulators used
The paper analyzes the influence of parameters such as flow, traffic regime and calibration between the
simulators.
1. INTRODUÇÃO
O transporte eficiente, seguro e menos poluente de pessoas e bens veem se destacando
para uma utilização otimizada da infraestrutura disponível por meio de uma aplicação
adequada de uma variedade de medidas de controle de tráfego. As ampliações recentes e
os avanços nas áreas de computação e comunicações podem apoiar este esforço, a fim
de se verificar a eficiência e a relevância empregada no gerenciamento, por meio da
utilização de micro simuladores de tráfego.
Os diagnósticos entre as alternativas propostas para gerenciamento do tráfego são muito
importantes, pois diversos estudos vêm sendo realizados em todo o mundo no que diz a
utilização de softwares de simulação. Verificam-se níveis avançados de pesquisas
aplicando os simuladores de tráfego nas mais variadas formas de análise de rede.
Os simuladores são úteis para prever o resultado de um sistema real, submetido à
diversas situações, sem necessitar que o evento ocorra para saber como irá se
comportar. Construir um sistema assim exige compreender como o trânsito funciona, se
comporta e evolui. É necessário ressaltar que não existe uma única forma de modelar
um sistema (Barceló, 2010).
O uso desta ferramenta de micro simulação agrupada aos procedimentos de sistemas
especialistas necessita de ser mais difundida, a fim de que seja admissível diminuir a
1
subjetividade nas ações de tomada de decisão do gerenciamento do tráfego (Kotsialos &
Papageorgiou, 2004).
O objetivo deste artigo é fornecer uma visão geral sobre os principais simuladores mais
utilizados pelos especialistas em Engenharia de Tráfego. A estrutura deste artigo é como
se segue. A seção 2 descreve os modelos de simulação utilizados para uma rede de
tráfego. Uma descrição sobre os simuladores de tráfego e suas aplicabilidades no tópico
3. No item 4 é a parte principal do trabalho que compara as diferentes estratégias
adotadas entre os simuladores. Finalmente a seção 5, conclui este trabalho, apresentando
as principais conclusões.
2.
MODELOS DE TRÁFEGO
Os modelos de simulação podem ser categorizados por funcionalidade, ou seja, estradal
ou integrado. As outras divisões podem incluir o tráfego, segurança e os efeitos de
sistemas de informação e controle de tráfego avançadas (Boxill e Yu, 2000).
De acordo com Ratrout e Rahman, (2009), os modelos de simulação de tráfego são
decompostos em três abordagens (microscópica, mesoscópica e macroscópica). Ao se
escolher um simulador, devem-se verificar quais resultados experimentais são esperados
dependendo do nível de detalhe adotado.
2.1. Modelo microscópico
As teorias de fluxo de tráfego procuram descrever de maneira matemática as interações
entre os veículos, vias e os elementos da infraestrutura, como semáforos, sinalizações,
entre outros (Lima, 2007). A abordagem da simulação microscópica afere o tráfego
veículo a veículo e as suas alusivas interações. Neste tipo de abordagem, os veículos são
medidos como partículas sem massa. Dentre esta abordagem, destacam-se os modelos
car-following e lanechanging.
O modelo car-followingexibe como conceito base a relação entre o estímulo e a
resposta. Cada condutor controla o seu automóvel em função do estímulo que recebe do
veículo que o antecede. O modelo expõe a analogia entre a alteração da velocidade de
um veículo, denominado seguidor (following-car), em resposta ao estímulo que aufere
de um veículo que o precede, designado por líder (leading-car). De um modo geral,
pondera-se que para o n-ésimo veículo (n = 1; 2;;;) a resposta é proporcional ao
estímulo e sumariza-se pela seguinte relação: [Resposta]n α [Estimulo]n. (Li e Sun
2012).
Na Figura 1, dois veículos consecutivos deslocando sobre um eixo OX num
determinado instante t em que (i + 1)-ésimo veículo é o leading-car e i-ésimo veículo o
following-car. O condutor do veículo i que segue o (i+1)-nésimo veículo (i = 1; : : : ;N
+1), ele portanto acelera (ou desacelera) em função do estímulo que recebe do (i + 1)nésimo veículo.
2
Figura 1: Diagrama cinética do modelo car-following
No modelo Lane changing os algoritmos controlam como os veículos irão conseguir
realizar as mudanças de faixa dentro do fluxo de tráfego. As mudanças de faixa são
manobras complexas que envolvem o comportamento do motorista, o veículo e as
condições de tráfego. Os motoristas podem mudar de faixa por diferentes razões, que
compreendem a mudança de faixa obrigatória (por exemplo, uma faixa está obstruída),
posicionamentos para retornos (por exemplo, colocando-se na pista correta, a fim de
fazer um giro ou conversão) e mudança de faixa para ultrapassagem.
Os modelos de simulação possuem os três tipos de mudanças de faixa e permitem ao
usuário modificar os parâmetros, a fim de calibrar a mudança de comportamento para o
mundo real. Em geral, cada motorista no modelo é conferido a uma característica, que
incluem:
 Taxas máximas de desaceleração, a fim de fazer uma mudança de pista;
 Tempo médio/distância sobre a qual eles irão conseguir realizar uma mudança
de faixa;
 Distância mínima admissível em um fluxo de tráfego adjacente; e
 Vontade para trocar de faixa.
2.2.
Modelo Macroscópico
Esse modelo abandona a escala microscópica do tráfego em analogia às velocidades
individuais dos veículos ou os termos individuais do sistema como: as ligações ou as
interseções.
A categoria do sistema é descrita por quantidades médias localmente calculadas, como a
densidade, o momento linear e a energia cinética dos veículos. Estas variáveis são
dependentes do tempo e do espaço.
Os modelos matemáticos referentes a esta escala são baseados na teoria hidrodinâmica
dos fluidos e admitem um fluxo contínuo de veículos. As equações de conservação e
modelos fenomenológicos são empregadas para descrevera evolução das variáveis,
densidade, momento linear e energia, por sistemas de equações diferenciais parciais. Os
modelos são limitados geralmente às primeiras duas quantidades, a equação de evolução
da densidade de veículos e velocidade como variáveis notáveis do fluxo de veículos.
3
2.3.
Modelo Mesoscópico
No modelo mesoscópico o estado do sistema é identificado pela posição e pela
velocidade dos veículos. Contudo esta assimilação não se refere a cada veículo, mas a
uma distribuição apropriada de probabilidade sobre o sistema viário. Assim, a análise
mesoscópica busca um tratamento individualizado, mas afronta os veículos como
elementos constituintes das correntes de tráfego e não como veículos individuais, mas
os pelotões que eles formam e se deslocam no sistema viário.
De uma forma geral, esse tipo de modelo é utilizado em áreas estritamente urbanas e em
vias interrompidas, onde se considera o deslocamento do tráfego em pelotões, típicos de
zonas sujeitas a um forte controle de tráfego. O estudo dos pelotões é feito no espaço e
tempo, e a principal aplicação destes modelos é no estudo e elaboração das políticas de
controle de tráfego.
3.
SIMULADORES DE TRÁFEGO
 AIMSUN é um software de modelagem de tráfego que admite modelar a partir
de um único corredor para toda uma região. Destaca-se pela alta velocidade de
suas simulações e pela fusão de modelagem da demanda de viagens, alocação
de tráfego estático e dinâmico nas escalas mesoscópica e microscópica. Este
simulador proporciona uma opção adicional para modelar aspectos dinâmicos
de amplas redes e remover a maioria da carga de calibração, quando
comparada com outro micro simulador. (AIMSUN, 2014).
 SIMTRAFFIC é um simulador microscópico empregado para simular uma
ampla variedade de controles de tráfego. Cada veículo no sistema é controlado
particularmente por meio do modelo e medidas operacionais abrangentes de
eficácia nas quais são colhidos em cada veículo durante cada 0,1 segundo da
simulação. Os modelos microscópicos são mais realistas, mas aqui estão
algumas desvantagens a avaliar: grande tempo de armazenamento; a calibração
é demorada; e um único erro pode originar resultados imprecisos em todas as
interseções de estudo (Trafficware, 2014).
 VISSIM se fundamenta em um modelo de fluxo de tráfego microscópico. O
modelo analisa cada veículo como uma entidade individual e os movimentos
seguem os modelos de car-following e lane-changing. Os princípios de
simulação do VISSIM consistem em um modelo de fluxo de tráfego e um sinal
modelo de controle. Ele remete valores dos detectores para o programa de
controle de sinal a cada segundo e utiliza os valores dos detectores para
determinar os aspectos dos sinais atuais (Fellendorf, 1994).
 ACTSIM é um modelo de micro simulação dinâmico onde cada veículo atua de
forma autônoma utilizando os modelos de mudanças na densidade, com um
pico na demanda, estacionamento na calçada, e faixas de pedestres e
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providencia uma imagem contínua da rede. Os dados estatísticos recolhidos ao
longo de um período preveem uma estimativa das condições. Parâmetros do
veículo individuais, incluindo a velocidade do veículo, tamanho do veículo, a
velocidade máxima desejada, local de destino, tempo de permanência e
aceitação, são conferidos por variantes aleatórias derivadas de características
do modo do veículo.
 CORSIM é um programa microscópico, estocástico e com embasamento em
simulação de tráfego para a análise das autoestradas, via urbana, corredores ou
redes. A combinação de arterial (NETSIM) e autoestrada (FRESIM) faz do
CORSIM um dos modelos de análise disponível para engenheiros de tráfego
que admite a todos os componentes individuais do sistema arterial e rodovia
serem avaliados e simulados como um sistema completo. O CORSIM produz
as propriedades específicas de cada veículo, tais como: o comprimento do
veículo, agressividade do motorista, taxa de aceleração, distância mínima
aceitável e a velocidade máxima livre, entre outros.
 PARAMICS é um instrumento de software de alto desempenho para simulação
de tráfego microscópico. Veículos individuais são modelados com precisão
para a duração de uma viagem inteira, fornecendo o fluxo de tráfego conciso,
bem como permite a modelagem da interface entre motoristas e ITS. O
software Paramics é portátil e escalável, admitindo uma abordagem unificada
para a modelagem de tráfego em todo o aspecto de tamanhos de rede, a partir
de cruzamentos individuais até redes nacionais. A solução de computação pode
ser escolhida para coincidir com o tamanho do problema. A interface do
Paramics possui formatos de dados macroscópicos padrão, bem como a
contagem de veículos individuais de indução loops e sensores ópticos de dados.
Paramics sobressai supostamente em modelagem de redes altamente
congestionadas. (Abdulhaiet. al., 1999).
 DRACULA é um micro simulador de tráfego extenso. A sugestão original do
DRACULA é fazer parte integrante de nova geração de modelos urbanos de
transportes. A finalidade do DRACULA é simular a evolução do tráfego em
redes urbanas, medindo as ocorrências entre o estado da rede e a demanda,
consentindo a variabilidade dentro do dia e no dia a dia (Liu, 1994). O modelo
avalia o comportamento particular de cada indivíduo. O micro simulador de
tráfego DRACULA concebe o caminho dos veículos ao longo de rotas préfixadas. A simulação dos veículos na rede é medida por meio de modelos de
car-following e lane-changing, ponderando a conduta dos motoristas, a
sinalização e os controles nas interseções.
 TRANSMODELER é um simulador de tráfego com aplicabilidade em uma
grande multiplicidade de planejamento de tráfego e tarefas de modelagem. Este
software pode simular redes de estradas, de vias expressas para áreas centrais, e
redes urbanas. Ele se associa com o TransCAD, o software de previsão de
demanda de viagem mais popular nos EUA. O instrumento TransModeler
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apresenta modelos com escolhas de rotas dinâmicas com base no tempo, e
igualmente modelos de viagens com base em tabelas de contagem de origemdestino ou decompor volumes de movimentação nos cruzamentos. Ele simula o
transporte público, bem como o tráfego de automóveis e caminhões e lida com
uma grande variedade de suas propriedades, tais como a coleta eletrônica de
pedágio, orientação de rota, e detecção de tráfego e vigilância (Caliper, 2014).
A Tabela 1 resume as principais aplicações dos diversos tipos de modelos de simulação
por ora apresentados.
Tabela 1. Modelos de simulação e as suas principais aplicabilidades
Nome
Aplicações
Ruas, rodovias, semáforos, incidentes, painéis de
CORSIM
mensagem variável. Animação 2D
SimTraffic
Ruas, semáforos, pedestres, rotatórias, animação 3-D.
Ruas, estradas, semáforos, painéis de mensagem
AIMSUN
variáveis. Animação 3-D.
Ruas, rodovias, medição de rampa, pedestres,
VISSIM
operações de trânsito, animação 3-D.
Ruas, rodovias, operações de trânsito, animação 3-D.
Paramics
Redes congestionadas.
Ruas, estradas, semáforos, painéis de mensagem
DRACULA
variáveis.
Ruas, semáforos, pedestres, rotatórias, painéis de
Transmodeler
mensagem variável, animação 3-D.
4.
COMPARAÇÃO ENTRE OS MODELOS
Os modelos macroscópicos não têm a habilidade de modelagem com mudanças
complexas de geometria viária e com funções detalhadas e recursos de controle de
tráfego e gestão. Como consequência, a simulação microscópica de tráfego é mais
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amplamente utilizada para realizar a análise de operações de tráfego e avaliar os méritos
de novas tecnologias de controle e gestão do tráfego.
Os modelos AIMSUN, CORSIM e VISSIM são considerados como os mais adequados
por representar as vias arteriais, estradas e redes integradas de rodovias e ruas. As
propriedades do AIMSUN são favoráveis à criação de grandes redes urbanas e
regionais. Os simuladores AIMSUN, Paramics e CORSIM são potencialmente
favoráveis para os Sistemas Inteligentes de Transportes (Ratrout e Rahman, 2009).
Jones et al. (2004) mediram a aplicabilidade entre o CORSIM, SimTraffic e AIMSUN
empregando uma variedade de critérios, incluindo requisitos de hardware/software;
dificuldade/facilidade de codificação de rede; condições de dados e adaptação de
inadimplência; e relevância/precisão de medidas de desempenho relatados na saída.
Cada pacote de simulação foi analisado aproveitando todos os tipos de corredores,
incluindo autoestradas, vias arteriais principais sinalizadas e uma via coletora urbana. O
SimTraffic foi o mais fácil de usar entre os três modelos e se mostrou com o menor
tempo de codificação do que os outros dois modelos. Já o CORSIM, pode modelar
situações mais complicadas do que SimTraffic e simular os impactos do trânsito e
estacionamento nas operações de trânsito. O AIMSUN trabalhou razoavelmente bem
com saídas confrontáveis ao SimTraffic e CORSIM. Este simulador se destaca por
possuir recursos úteis para a criação de grandes redes urbanas. Sua dinâmica de
capacidade de alocação de tráfego se mostrou superior ao SimTraffic e CORSIM. Já o
programa AIMSUN requer mais tempo na codificação se comparado ao SimTraffic e
CORSIM (Jones et al., 2004).
Shaw e Nam (2002, apud Ratroutet. al., 2009) confrontaram os simuladores VISSIM e
Paramics em termos de "facilidade de utilização", que é composta por dados de entrada,
codificação de rede/edição e revisão de entrada/saída. O estudo avaliou que a
codificação de rede/edição e revisão de entrada/saída em Paramics são bons, mas por
outro lado, todos os três critérios, no VISSIM são mais aceitáveis.
Hidas (2005) avaliou o micro simulador AIMSUN e Paramics no que diz respeito à
capacidade de construção do modelo. Os métodos de entrada de AIMSUN são mais
fáceis e mais rápidos do que em Paramics.
VISSIM e CORSIM são empregados para modelar interações de veículos individuais
em redes viárias e complexas e requerem insumos como atribuições (geometria,
volumes na interseção, velocidade do veículo, percentagens de veículos por tipo e
tempo de sinal). No geral, são ajustados para CORSIM os modelos que não contêm um
elemento de trânsito, tais como ônibus, sistemas de Bus Rapid Transit (BRT), dentre
outros. Por outro lado, VISSIM é aconselhado para usuários pela sua fácil capacidade
de manipulação no âmbito da geometria complexa e de controle de tráfego.
Há três considerações significativas entre os modelos. CORISM usa uma estrutura de
ligação do nó enquanto a rede de VISSIM é construída ao longo de um mapa gráfico. A
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modelagem em CORSIM delibera a quantidade desejada de avançar para o indivíduo
motorista, mas VISSIM conta com o modelo de comportamento motorista psicofísico.
VISSIM relata atraso total por ligação e não para cada movimento, mas CORSIM
fornece controle atraso médio para cada abordagem (Hidas, 2005).
5.
CONCLUSÃO
Os principais elementos necessários a avaliar na escolha de um modelo de simulação
para um estudo de uma via expressa compreendem o desenvolvimento do modelo, a
calibração de campo, os requisitos de validação, simulação ou animação e saída do
modelo e consistência com o Highway Capacity Manual (HCM).
Quanto aos modelos de micro simulação ponderados, pôde-se analisar que o CORSIM é
o que promove menor tempo entre a montagem da rede, a entrada dos dados e os ajustes
dos parâmetros. O VISSIM foi mais adequado, de acordo com a literatura, que o
CORSIM e o PARAMICS, nas condições em que se foi necessário à representação da
interação entre vias urbanas e vias expressas por meio de rampas de acesso e
entrelaçamento.
Em função das distintas condições de tráfego e diversos parâmetros de calibração, os
autores aconselham, sempre que possível, utilizar mais de um modelo. Caso utilize
somente um modelo, recomendam a comprovação da existência das restrições para seu
bom emprego no caso característico, e que se calibre cuidadosamente o modelo.
Outra conclusão apresentada nos estudos analisados, é que nenhum destes modelos foi
desenvolvido ou seus parâmetros calibrados em cidades brasileiras. Deste modo, por
meio dos estudos comparativos entre modelos de micro simulação apontados na revisão
bibliográfica, concluiu-se que também deve-se verificar como critério de escolha de um
modelo, a facilidade de cesso, a familiaridade e a experiência que se tem no uso.
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