INDICADORES DE DESEMPENO PARA SISTEMAS CENTRALIZADOS DE CONTROLE DO TRÁFEGO URBANO EM TEMPO REAL amfracy Bro Meeses Carlos erque Pres Leadro Ssema Ceralzado de Corole de Tráfego de Foraleza CTAFOR Auarqua Mucpal de Trâso, Servços Públcos e de Cdadaa de Foraleza AMC Carlos Felpe Gragero Lourero Programa de Mesrado em Egehara de Traspores - PETRAN Uversdade Federal do Ceará - UFC RESUMO A esfcação do cogesoameo as grades cdades em levado as auordades a vesr em aleravas meos cusosas e mas efcees de aumeo de capacdade vára, como ssemas ceralzados de corole semafórco. Coudo, uma correa alocação de recursos requer créros para avalar os objevos esabelecdos. Nese coexo, o presee rabalho em como objevo apresear uma dscussão eórca e práca sobre a defção e o uso de dcadores de desempeho para avalar objevos de ssemas de gesão do ráfego urbao. Icalmee, são apreseados coceos báscos sobre a defção de dcadores de desempeho para aferr a efcêca e a efcáca da gesão do ráfego urbao. Em seguda, são descros os prcpas objevos gerecas do ssema CTA de Foraleza e seus respecvos dcadores de desempeho, cludo formulação maemáca e exemplos de aplcação práca, mplemeados uma base SIG, o que permu agregar o arbuo espacal e faclar a compreesão dos resulados obdos com a deermação deses dcadores. ABSTRACT The esfcao of he raffc cogeso pheomeo he bg ces has led he auhores o ves less expesve ad more effce aleraves o crease urba ework capacy, such as ceralzed urba raffc corol sysems. owever, he correc resources allocao requres defg crera o evaluae he esablshed objecves. I such a coex, hs paper preses a heorecal ad praccal dscusso abou he defo ad he applcao of performace measures o evaluae he objecves se o urba raffc maageme sysems. Frsly, some basc coceps are preseed regardg he defo of performace measures o evaluae he effcecy ad he effecveess of urba raffc maageme. Afer ha, hs paper descrbes he ma maageme objecves of Foraleza s UTC sysem ad s performace measures, cludg mahemacal formulao ad examples of praccal applcaos mplemeed o a GIS plaform, wha allowed o corporae he daa spaal arbue ad make easer o udersad he MOE s ed resuls. 1. INTRODUÇÃO Dae da ecessdade de omzação da crculação vára as grades cdades, a gesão mucpal do ráfego em papel mporae o aumeo de produvdade das avdades socas e ecoômcas e coseqüee melhora da qualdade de vda das populações urbaas (Araújo e Porugal, 2001). Desa forma, algumas capas brasleras, como São Paulo, Ro de Jaero e Foraleza, êm mplaado ssemas ceralzados de corole do ráfego urbao (ssemas CTA) para promover uma gesão mas efcee e efcaz dos deslocameos város (Lourero e al., 2002). Os ssemas CTA promovem o moorameo e a omzação da crculação vára, vablzado a mgação do cogesoameo urbao por meo de aumeo de capacdade vára, podedo corbur ambém para a redução da emssão de poluees, do úmero de acdees, do araso e do empo de vagem dos usuáros da rede vára urbaa. Coudo, faz-se ecessáro avalar a efcêca e a efcáca da operação deses ssemas, por meo de dcadores de desempeho capazes de medr as codções de cogesoameo da malha vára urbaa. Ereao, a mesuração do ível de cogesoameo do ráfego urbao ada é fea de forma pouco sasfaóra (Boare e al., 1998), devdo ao caráer subjevo e dâmco dese feômeo urbao, e ao grade volume de dados gerados, especalmee o caso de ssemas
CTA de empo real. Além dso, depededo da aplcação e do usuáro fm, o cogesoameo urbao pode ser meddo em dferees escopos espaço-emporas, íves de dealhes e acuráca, e para dsos modos de raspores. Free a esa ecessdade de avalação da gesão do ráfego urbao, ese rabalho em como objevo apresear os dcadores de desempeho defdos para auxlar a aferção dos objevos de gesão do ráfego esabelecdos pelo quadro écco do ssema de Corole de Tráfego em Área de Foraleza (CTAFOR). 2. CONCEITO DE CONGESTIONAMENTO Thurgood (1995) defe cogesoameo como as codções de operação vára em que a qualdade do fluxo de ráfego se deerora além do ível aceável pelo usuáro, resulado em um cojuo de exeraldades egavas: aumeo do empo de vagem e do araso, da emssão de poluees, do úmero de acdees, da polução soora, ec. A defção do ível aceável de cogesoameo vara coforme o usuáro, o modo de raspore, o período de empo (hora do da, da da semaa e/ou ao) e a localzação geográfca. Embora a defção de cogesoameo seja subjeva, ese feômeo pode ser caracerzado por quaro compoees báscos, coforme Lomax e al. (1997): duração, exesão, esdade e perodcdade. A duração defe o período de empo ao logo do da o qual o cogesoameo afea parcal ou oalmee a rede vára urbaa. A exesão esma o úmero de pessoas ou veículos afeados pelo cogesoameo, a parr da dsrbução geográfca das áreas cogesoadas. A esdade dz respeo à severdade do cogesoameo, em ermos de íves dsos: moderado, pesado e severo. A defção dos lmes de cada classe de cogesoameo é subjeva e codcoada à perspecva do usuáro da rede vára. A perodcdade raa da varação de ocorrêca do cogesoameo, podedo ser de dos pos: recorree e ão recorree. O prmero caracerza suações cogesoadas peródcas, devdo à superação da ofera vára pela demada e/ou a efcêca do equpameo de corole. O segudo dz respeo a suações aleaóras, provocadas por cdees de ráfego esporádcos. Os cogesoameos recorrees são mas fáces de prever que os ão recorrees, mas requerem meddas mgadoras mas cusosas e que levam empo para mplemear. A aferção dos compoees báscos do cogesoameo urbao pode ser fea por meo da medção de suas exeraldades: aumeo de empo de vagem, aumeo de polução (soora e amosférca), meor seguraça vára, redução de mobldade e acessbldade urbaa. Essas exeraldades êm como coseqüêca uma pora a qualdade de vda, com mpaco dreo sobre a saúde públca (Levso e Lomax, 1996). Assm, a quafcação desas exeraldades é fudameal para orear ações gerecas sobre o ráfego urbao que mguem os mpacos egavos decorrees do cogesoameo váro. Esa quafcação deve ser fea por meo de dcadores de desempeho da gesão do ráfego urbao. 2. DEFINIÇÃO DE INDICADORES DE DESEMPENO DO TRÁFEGO URBANO A defção de dcadores de desempeho da gesão do ráfego urbao esá codcoada aos objevos esabelecdos pelo órgão gesor mucpal (Baks, 1998). Ereao, a especfcação de um dcador deal deve aeder aos segues créros: facldade de compreesão; defção formal; cossêca; aplcabldade a múlplos modas de raspore urbao; baxo cuso de deermação; procedmeos smples de colea de dados; vabldade
de deermação para múlplas edades geográfcas; períodos emporas e íves de dealhe (Lomax e al., 1997). Coudo, dfclmee um dcador de desempeho apreseará versaldade sufcee para aeder a odos eses créros. Na verdade, a defção de um dcador deve ser oreada prcpalmee pelo ível de aálse, a aplcação e os usuáros fs, sempre vsado à aferção de um dado objevo da gesão do ráfego urbao. A escala de aálse vara ere as opções: edades dscreas e soladas (ex. erseções), rechos de vas, corredores de ráfego, roas de vagem, redes váras e área de corole. Para cada um deses íves de aálse são recomedados pos dsos de dcadores (Ch e al., 1999). Assm, em íves mas desagregados, como edades soladas e rechos de va, é recomedado o uso de dcadores absoluos e desagregados o espaço e o empo. Já os íves mas agregados de aálse, como corredor e redes váras, podem-se valer de dcadores acumulados o espaço-empo, como axas relavas (ex. muos de araso por km de corredor) ou ídces abragees (ex. ídce de cogesoameo de rede). Quao à aplcação e aos usuáros fs, a defção de dcadores deve vablzar formações cossees e abragees, capazes de caracerzar a efcêca e a efcáca de realzação de um dado objevo da gesão do ráfego, de uma forma smples e percepível pelo usuáro. Assm, a vsualzação dos resulados dos dcadores é fudameal para rasmr a formação de modo sezado e araee para o usuáro. No caso de ssemas de raspores, a vsualzação espacal e/ou gráfca (qualavos e/ou quaavos) de dcadores de desempeho, em dferees íves de agregação espaço-emporas, facla a compreesão do usuáro e revela formações ão rvas sobre as codções operacoas do ráfego urbao, edo em vsa a agregação do arbuo espacal ao processo de aálse (Mller e Shaw, 2001). 3. DEFINIÇÃO DE INDICADORES DE DESEMPENO PARA O SISTEMA CTAFOR Coforme descro em Lourero e al. (2002), o ssema CTAFOR, mplaado em 2001 a área mas cogesoada da malha vára de Foraleza, abrage aualmee o corole de 151 erseções semaforzadas (em uma área de 55 km 2 ), compreededo rês sub-ssemas: CFTV, PMV e Spl Cycle Tme ad Offse Opmzao Techque (SCOOT). O prmero perme o moorameo remoo do ráfego por meo de um crcuo fechado de elevsão, formado por 30 câmeras. O segudo vablza a dssemação de formações aos usuáros, por meo de paés de mesages varáves. O ercero omza em empo real o corole semafórco de erseções semaforzadas com base em dados coleados em campo auomacamee. Durae o processo de omzação semafórca, o SCOOT modela e armazea os dados coleados pelos deeores veculares uma base de dados deomada ASTRID, que fca à dsposção dos éccos. Esa base vablza formações das codções de ráfego a forma de 18 varáves dsas, dspoíves em aé see pos de edades váras modeladas pelo SCOOT. Esa base é modelada para períodos horáros mímos de 15 muos, sedo armazeado dados para aé 12 meses (Peek, 2001). Desa forma, o ssema CTAFOR dspõe de uma base de dados do ráfego a área corolada que pode subsdar a deermação de dcadores de desempeho relavos à gesão do ráfego urbao em Foraleza. Coudo, o cálculo de dcadores pressupõe a defção dos objevos que eses dcadores devem
permr avalar. Porao, fo desevolvdo um esforço cojuo do quadro écco do CTAFOR para deermar os objevos de eresse e seus respecvos dcadores. Vsado faclar a percepção do coceo de dcadores de desempeho do ráfego, fo apreseado aos éccos do CTAFOR um cojuo de 19 dcadores obdos juo à leraura especalzada. Em seguda, foram realzadas dâmcas de grupo para socablzar os cohecmeos apoados em erevsas realzadas dvdualmee com cada écco, de modo a promover o coseso a respeo dos objevos a serem avalados e seus respecvos dcadores. Os resulados desas avdades esão apreseados a Tabela 1. Apesar de város dos dcadores levaados a leraura aederem aos objevos defdos, opou-se por rabalhar com dcadores meos complexos, a maora calculada dreamee a parr das varáves báscas smuladas pelo SCOOT e armazeada o ASTRID. Tabela 1: Objevos gerecas do CTAFOR e seus respecvos dcadores de desempeho Objevos gerecas do CTAFOR Dagósco espaço-emporal de poos crícos de cogesoameo recorree Dagósco da fludez do ráfego urbao Avalar a cofguração espacal de subáreas de corole de ráfego Subsdar a aualzação da programação semafórca de empo fxo Idcador de desempeho Araso vecular médo (AVM), Cogesoameo (CNG) Comprmeo de fla de veículos (CFV) Ídce de velocdade operacoal (IVO) Velocdade operacoal (VO) Número de paradas de veículos (NPV) Perceual de araso vecular perceual por sub-área (PAV), relavamee ao empo de vagem Desvo padrão móvel do fluxo de ráfego (DMF) 4. FORMULAÇÃO MATEMÁTICA DOS INDICADORES PROPOSTOS A Tabela 2 apresea a formulação maemáca dos dcadores proposos pelos éccos do CTAFOR. Os rês prmeros dcadores (AVN, CNG, CFM) auam em cojuo para permr o dagósco espaço-emporal de poos crícos de cogesoameos recorrees a malha vára urbaa. Para ao, os modelos de vsualzação deses dcadores são egrados a uma dmesão espacal uma plaaforma de Ssema de Iformações Geográfcas (SIG), sedo represeados espacalmee o ível de logradouros (lk). Já os rês dcadores subseqüees (VO, NPV e IVO) são agrupados um mesmo modelo de vsualzação espacal para auxlar a caracerzação da fludez do ráfego urbao. Os dcadores VO e NPV são represeados em ambee SIG por meo da edade geográfca lk, equao o dcador IVO é modelado pela edade roa. Todos os dados ecessáros para o cálculo dos dcadores proposos, levado em coa dferees jaelas de empo e íves de agregação, podem ser capurados do ASTRID por meo da erface lógca desevolvda por MENESES (2003), deomada de TRANSCOOT. Esa erface perme a modelagem e o referecameo espacal, a plaaforma SIG-T TrasCAD, dos dados coleados e smulados pelo SCOOT. Sem a ulzação desa erface, orar-se-a vável o processo de deermação dos dcadores, já que o fro ed do ASTRID só perme a cosula a um úco elemeo váro (ex. lk) por vez, além de exporar os dados em formao dfícl de ser modelado dero da plaaforma SIG.
Tabela 2: Formulação maemáca dos dcadores de desempeho do CTAFOR Escopo Formulação Descrção de parâmeros Espacal Temporal AVM : araso vecular médo (s) um lk para um mesmo lk 15 muos AVM CNG CFM VO NPV IVO PAV 00* a DMF a, = F MMF a, = c, = f, = v, = p, = m = r k VO m = 1 k P P = 1 = 1 ( F a, k ( a ( T,, * q * q,, ) ) MMF ) k q, = a, F a, = a, 2 a, período (15 m.), ao logo de um período de das; a, : araso vecular (s) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT; : úmero de períodos de 15 muos usados. CNG : cogesoameo (%) médo um lk para um mesmo um período (15 m), ao logo de um período de das; c, : cogesoameo (%) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. CFM : comprmeo de fla médo (vec) um lk para um mesmo período (15 m.), ao logo de um período de das; f, : comprmeo de fla (vec) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. VO : velocdade operacoal méda (km/h) um lk para um mesmo período (15 m.), ao logo de um período de das; v, : velocdade oper. (km/h) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. NPV : º médo de paradas de veículos (vec) um lk para um mesmo período (15 m), ao logo de um período de das; p, : úmero de paradas (vec) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. IVO r : velocdade operacoal méda (km/h) uma roa r composa por m lks, para um mesmo período de 15 m, ao logo de um dado período de das; PAV a : araso vecular médo relavo (%) de uma área a composa por k lks, para um período de horas com P períodos de 15 muos; T, : empo de vagem (s) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. DMF, a : desvo padrão móvel do fluxo de ráfego uma área a composa por lks, para um período horáro com quaro períodos de 15 muos; F a, : fluxo médo de ráfego os k lks que compõe uma área a, para um período de empo de 15 m; MMF a, : valor médo dos F a, calculados para períodos de uma hora defasados por ervalos de 15 muos cosecuvos. Por exemplo: 7-8h e 7:15-8:15 h ec; q, : fluxo de ráfego (vec/h) um lk um período de 15 m, coforme modelado pelo SCOOT. lk lk lk lk roa área área 15 muos 15 muos 15 muos 15 muos 15 muos Uma ou mas horas o pco ou ere pco de demada de ráfego Períodos cosecuv os de uma hora, defasados por ervalos de 15 m.
4. EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DOS INDICADORES PROPOSTOS De modo a lusrar a aplcação dos ses dcadores proposos, fo selecoado um cojuo de lks que represeam as vas prcpal e rasversas de uma pare do corredor areral da Av. Poes Vera, sob corole do ssema CTAFOR. Em seguda foram deermados valores deses dcadores para cada lk e roa para o horáro de 7:00 às 7:15 horas de uma segudafera ípca, agregado valores de odas as segudas-feras dos meses de agoso a ovembro de 2002, exceo os das aípcos e ferados. A Fgura 1 apresea a represeação vsual dos ses dcadores proposos, agrupados por objevo a que se referem. N Sedo de deslocameo (a) Idcadores CNG, CFM e AVM N (b) Idcadores VO, NPV e IVO Fgura 1: Represeação espacal dos dcadores AVN, CNG, CFM (a), VO, NPV e IVO (b) para um recho do corredor váro da Av. Poes Vera, Foraleza. A aálse da Fgura 1a perme evdecar pelos meos dos poos crícos poecas de cogesoameos recorrees: o lk sul da Av. Vscode do Ro Braco e o lk lese da Av. Poes Vera, o cruzameo com a Av. Barão de Sudar. Pode-se verfcar que eses lks possuem os maores valores de fla e de araso médos ao logo do período aalsado. Quao à fludez de ráfego, a Fgura 1b demosra que o sedo lese/oese (L/O) de deslocameo a Av. Poes Vera apresea méda fludez, com velocdade méda de 24 km/h. Coudo, o íco do referdo recho váro (lk críco localzado a aproxmação lese do cruzameo semaforzado ere as Av. Poes Vera e Av. Barão de Sudar) apresea baxa velocdade méda de ráfego, prejudcado o íco da progressão. Pare desa redução de velocdade é explcada pelo araso ocasoado pelo eságo de coversão à esquerda a Av. Poes Vera, que dá acesso à aproxmação ore da Av. Barão de Sudar. Já o sedo oese/lese (O/L), ão é possível ober uma coclusão cossee a respeo da fludez do
ráfego, edo em vsa que o SCOOT ão modelou dados de velocdade para eses lks o período em aálse, devdo à ausêca de cadasro de parâmeros específcos ese ssema. Por sua vez, o dcador PAV usa uma axa relava de araso vecular para avalar a cofguração espacal de sub-áreas de coordeação semafórca. Esa axa é deermada pela razão ere o araso e o fluxo veculares, devdamee poderados pelo fluxo de ráfego. A lusração dese dcador ão fo possível ese momeo, edo em vsa que sua aplcação práca esá em fase de mplemeação. Já o dcador DMF represea o desvo padrão móvel do fluxo de ráfego uma dada área de corole semafórco, de modo a subsdar a programação dos saes adequados de erada de plaos semafórcos de empo fxo. Ese dcador cosse o desvo padrão móvel das médas dos fluxos de ráfego de odos os lks que compõem a área em esudo, devdamee calculadas para períodos de 15 muos ao logo das horas úes do da. Assm, o referdo desvo é calculado para város períodos de uma hora, defasados de 15 muos ere s (ex. 7:00/8:00h, 7:15-8:15h). De modo a lusrar a aplcação do DMF, o referdo dcador fo calculado para a área de corole semafórco que abrage os lks de um recho do corredor váro da Av. Poes Vera, em Foraleza. Os cálculos foram feos para o período de 6:00 às 21:00 horas de uma seguda-fera ípca do mês de agoso de 2002, cosderado odas as segudas-feras dese mês, exceo os ferados e das aípcos. A segur, a Fgura 2 apresea os valores de DMF obdos. A aálse do gráfco perme defr os períodos horáros adequados para a execução dos plaos de empo fxo uma seguda-fera ípca de agoso, com base os plaôs de baxa dspersão do DMF. Fgura 2: Represeação gráfca do dcador DMF para a área de corole semafórco que abrage os lks de um recho do corredor váro da Av. Poes Vera.
4. CONCLUSÕES A efcêca e a efcáca de ações gerecas sobre o ráfego urbao depedem da avalação coíua dos objevos esabelecdos, por meo de dcadores de desempeho. Os dcadores ecorados a leraura especalzada apreseam formulações e escopos (espaço/empo) ormalmee complexos e de dfícl erpreação práca. No caso do CTAFOR, a defção de meddas de performace para avalar objevos específcos buscou gerar dcadores com formulação maemáca smplfcada e erpreação uva, valedo-se ada do uso do arbuo espacal para agregar formação e faclar a compreesão dos resulados obdos com a deermação deses dcadores. Ereao, cabe desacar que eses dcadores êm caráer prelmar, edo em vsa que a defção adequada de escalas e do escopo espaço-emporal de cálculo ada deve ser reavalada coforme às demadas operacoas e às decsões esraégcas do CTAFOR. Assm, é provável que seja ecessáro efeuar algus ajuses os procedmeos de deermação deses dcadores, de modo a orá-los mas aravos e famlares aos éccos gesores do ráfego urbao. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Araújo, L. A. e L.da S. Porugal (2001) Um Procedmeo de Aálse do desempeho de Redes Váras Urbaas Relacoadas com a Qualdade de Vda. Aas do XV Cogresso de Pesqusa e Eso em Traspores, ANPET, Campas, SP, Vol. 1, p. 199-207. Baks, J.. (1998) Performace Measureme for Traffc Maageme Sysems. Trasporao Research Board, The 77 h Aual Meeg, Washgo, D.C., USA. Boare, M. G.; E. J. Km e E. Parkay (1998) Measurg Traffc Cogeso. Trasporao Research Board, The 77 h Aual Meeg, Washgo, D.C., USA. Ch, S.; D. L. Greee; J. opso;. wabg e B. Thompso (1999) Toward Naoal Idcaors of Vehcle Travel ad Traffc Cogeso Based o Real-Tme Traffc Daa. Trasporao Research Board, The 78 h Aual Meeg, Washgo, D.C., USA. Lourero, C. F. G.; C.. P. Leadro; M.V.T. de Olvera (2002) Ssema Ceralzado de Corole do ráfego de Foraleza: ITS Aplcado à Gesão Dâmca do Trâso Urbao. Aas do XVI Cogresso de Pesqusa e Eso em Traspores, ANPET, Naal, RN, Comucações Téccas, p. 19-26. Lomax, T. J.; S. Turer e G. Shuk (1997) Quafyg Cogeso User s Gude Repor 398 Volume 2. Trasporao Research Board, Naoal Academy Press, Washgo, D.C., USA. Levso, S.. e T. J. Lomax (1996) Developg a Travel Tme Cogeso Idex. Trasporao Research Board, The 75 h Aual Meeg, Washgo, D.C., USA. Meeses,. B. (2003) Ierface lógca em ambee SIG para bases de dados de ssemas ceralzados de corole do ráfego urbao em empo real. Dsseração de Mesrado, Programa de Mesrado em Egehara de Traspores, Uversdade Federal do Ceará. Mller,. J. e S. Shaw (2001) GIS-Based Spaal Aalyss ad Modelg. Is: Oxford Uversy Press (eds) Geographc Iformao Sysems for Trasporao: Prcples ad Applcaos, Lodo, UK. Peek (2001) Operaor Maual ASTRID. Volume D, Peek Traffc LTD, Lodo, UK. Thurgood, G. S. (1995) Developme of a Freeway Cogeso Idex Usg a Isrumeed Vehcle. Trasporao Research Board, The 74 h Aual Meeg, Washgo, D.C., USA. Dvsão de Corole de ráfego em Área de Foraleza CTAFOR Foe/Fax: (0xx85) 488-5732/5736 Av. Borges de Melo, Nº 1677 Prédo Aexo E-mal: hamfracy@zpmal.com Foraleza Ceará carlosherque@amc.ce.gov.br CEP: 60.415-510 felpe@de.ufc.br