OBTENÇÃO DE VOLUMES DE TRÁFEGO NA MALHA VIÁRIA PRINCIPAL DE FORTALEZA A PARTIR DA CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DE UM MODELO DE ALOCAÇÃO DE TRÁFEGO.

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1 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.

2 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.

3 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 o Anel Viário atualmente se encontra implantado com características de via arterial em toda a sua extensão. Ainda se observa que o 1 o Anel 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 o Anel, 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

4 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 Vias arteriais implantadas (Lei de Uso do Solo) (1) Vias utilizadas pelo tráfego de passagem (Rede Modelagem) (1) (1) Em relação à malha viária de Fortaleza 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.

5 3.3. Matriz O-D e contagens de tráfego. Figura 02: Zoneamento utilizado na modelagem Considerou-se neste trabalho a matriz O-D elaborada pelo Plano de Transporte Urbano de Fortaleza PTUF, com ano base de 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.

6 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) 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 = t f [1 + α ( v/c ) β ] (01) em que: t = tempo de viagem no link congestionado;

7 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, ajustandose os valores dos parâmetros de calibração, a fim de 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. Parâmetros de calibração Modelos calibrados Correlação Alfa Beta Equilíbrio Estocástico do Usuário System Optimum Assignment Equilíbrio do Usuário 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.

8 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 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 CALIPER (1999). Travel Demand Modeling with TransCAD Version 3.5. Caliper Corporation.

9 Genesee County Urban Travel Demand Model (2006). Final Report, May 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 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, 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.