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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Fabricio Corrieri Bizonin
ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM
USO DE ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM
BELO HORIZONTE/MG
Santa Maria, RS
2016
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Fabricio Corrieri Bizonin
ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG
Trabalho de conclusão apresentado ao Curso
de Engenharia Civil, da Universidade Federal
de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito
parcial para o grau de Engenheiro Civil.
Orientador: Prof. Dr. Carlos José Antônio Kummel Félix
Santa Maria, RS
2016
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Fabricio Corrieri Bizonin
ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG
Trabalho de conclusão apresentado ao Curso
de Engenharia Civil, da Universidade Federal
de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito
parcial para o grau de Engenheiro Civil.
Aprovado em 13 de julho de 2016:
___________________________________
Carlos José Antônio Kummel Félix, Dr. (UFSM)
(Orientador)
___________________________________
Evelyn Paniz, Eng. (UFSM)
(Banca Avaliadora)
___________________________________
Talles Augusto Araújo, Mestre (UFSM)
(Banca Avaliadora)
Santa Maria, RS
2016
4
AGRADECIMENTOS
São muitas as pessoas que de algum modo me ajudaram e me auxiliaram neste
trabalho. Agradeço de uma forma geral a todas elas que, em algum momento, me fizeram
levantar a cabeça e seguir em frente. No entanto, existem algumas pessoas que, penso eu,
merecem um agradecimento de uma maneira especial, portanto, agradeço:
- ao meu orientador Carlos Félix por ceder o seu tempo e conhecimento na minha
orientação, além, da paciência, compreensão, incentivo e dedicação em me ajudar em todos os
momentos de dúvida, porém, queria realmente agradecer, de coração, pelo amigo que se
tornou para mim;
- aos meus pais Cristiane Corrieri e Carlos Leal, por todo amor verdadeiro, apoio e
carinho apresentado em todos os momentos da minha vida, pois não seria possível eu estar
aqui sem o incentivo deles;
- à minha vó Elenir Corrieri, que é minha maior admiradora, pela sua paciência, afeto
e por sempre apostar na minha capacidade de vencer desafios;
- à minha namorada Melissa Quaresma, que é meu maior presente, pelo amor, carinho,
enorme paciência e vontade de ajudar quando eu mais precisei, é graças a ela que eu consegui
vencer esta etapa;
- aos meus amigos e futuros colegas de trabalho que construí na faculdade, pela
disposição em me ajudar em todas as dúvidas e incertezas que tive ao longo deste trabalho;
- aos Engenheiros da Caixa Econômica Federal, pelo conhecimento repassado,
amizade e pelo exemplo de profissionalismo e dedicação em tudo que fazem;
- aos professores do Curso de Engenharia Civil, por contribuírem, de alguma forma, na
realização deste estudo;
- à Universidade Federal de Santa Maria, pela oportunidade de desenvolver este
trabalho;
Por fim, a todos aqueles que fazem parte da minha vida e estão diretamente atrelados
nesta caminhada.
5
É sempre assim o curso dos fatos que movem
as rodas do mundo: as mãos pequenas os
realizam porque precisam, enquanto os olhos
dos grandes estão voltados para outros lugares.
(J. R. R. Tolkien)
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RESUMO
ESTUDO DA IMPLANTAÇÃO DE CENTRAIS DE TRÁFEGO COM USO DE
ALGORITMOS COMPUTACIONAIS - ESTUDO DE CASO EM BELO
HORIZONTE/MG
AUTOR: Fabricio Corrieri Bizonin
ORIENTADOR: Carlos José Antônio Félix
Este trabalho apresenta um estudo da implantação de centrais de tráfego com o uso de
algoritmos computacionais. Por meio deste, procura-se explicar as principais características
da implantação de uma central de operações de tráfego, bem como os conceitos relativos ao
funcionamento dos algoritmos de controle. Para sua realização, foram abordados referenciais
teóricos acerca do semáforo, os elementos básicos para sua programação, além de um estudo
do controle semafórico por tempo fixo e controle semafórico realizado em tempo real que são
os tipos de controle usualmente empregados em centrais de tráfego brasileiras.
Posteriormente, realizou-se o estudo da operação de uma central de tráfego com a
identificação das ferramentas necessárias para sua operacionalização, monitoração,
gerenciamento e implantação, bem como a explanação de como os algoritmos de controle
semafórico inserem-se neste contexto. Em seguida, foram apresentados os tipos de detectores
veiculares e os tipos de algoritmos de controle comumente utilizados em centrais de tráfego
brasileiras. Por fim, analisou-se a central de tráfego da cidade de Belo Horizonte/MG e o
projeto da sua ampliação, que tinha como objetivo garantir a velocidade operacional adequada
para seu sistema viário, durante e após a Copa do Mundo de Futebol de 2014. Chegou-se a
conclusão de que, não só a ampliação da Central de Tráfego de BH, como qualquer
implantação de uma central semafórica com uso de algoritmos computacionais, são obras
necessárias para maior gerenciamento do tráfego, melhoria nas condições de segurança
pública, além de disponibilizar uma via mais fluida ao usuário.
Palavras-chave: Centrais de Tráfego. Algoritmos de Controle. Controle Semafórico.
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ABSTRACT
THE IMPLEMENTATION OF TRAFFIC CENTRALS STUDY WITH USE OF
COMPUTER ALGORITHMS - CASE STUDY IN BELO HORIZONTE /MG
AUTHOR: Fabricio Corrieri Bizonin
ADVISOR: Carlos José Antônio Félix
This project presents a study of the implementation of traffic centrals with the use of
computer algorithms. Through this, tryed to explain the main features of the implementation
of a central traffic operations and the concepts related to the functioning of the control
algorithms. For your elaboration, were approached theoretical references about the
semaphore, the basic elements for its programming, besides a study of the traffic signal
control for fixed time and traffic signal control performed in real time that are the types of
control usually employed in the Brazilians centrals traffic. After this, it was made a study of
the operation of a central traffic, with the identification of the tools needed for its operation,
monitoration, management and implementation, as well as the explanation of how the traffic
signal control algorithms are part of this context. Subsequent to this, it was presented types of
vehicle sensors and the types of control algorithms commonly used in the Brazilians centrals
traffic. Ultimatelly, it was analyzed the central traffic of the city of Belo Horizonte/MG and
the project of its expansion, which aimed to ensure proper operating speed for its road system,
during and after the 2014 Football World Cup. It was conclused that not only the expansion of
BH traffic Center, like any implementation of a central traffic signal with the use of computer
algorithms are necessary works to a larger traffic management, an improvement in the
security public condiotion, besides that provides more fluid channels to user.
Keywords: Traffic Centrals. Control Algorithms. Traffic Signal Control.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - O primeiro semáforo de 1968 .................................................................................. 17 Figura 2 - Diagrama de estágios ............................................................................................... 24
Figura 3 - Volume de tráfego de acordo com o horário do dia ................................................ 25 Figura 4 - Histograma de acordo com os dias da semana ........................................................ 25 Figura 5 - Volume de tráfego de acordo com os meses do ano ................................................ 26 Figura 6 - Distâncias percorridas pelo veículo ......................................................................... 29 Figura 7 - Fluxo de saturação e tempo perdido total ................................................................ 32
Figura 8 - Diagrama de intervalos luminosos ........................................................................... 35 Figura 9 - Defasagem em uma via de mão única ..................................................................... 38 Figura 10 - Planos distintos em relação à taxa de ocupação da via .......................................... 41
Figura 11 - Possível distribuição semafórica diária ................................................................. 42 Figura 12 - Controlador semafórico ......................................................................................... 43 Figura 13 - Estrutura básica do sistema TRANSYT ................................................................ 44 Figura 14 - Representação de um PFC ..................................................................................... 45
Figura 15 - PFC padrão IN ....................................................................................................... 46 Figura 16 - PFC padrão GO ...................................................................................................... 46
Figura 17 - PFC padrão OUT ................................................................................................... 46 Figura 18 - Imagem do display do simulador SIRI .................................................................. 48
Figura 19 - Processos necessários para o controle em tempo real............................................ 51 Figura 20 - Sistema SCATS ..................................................................................................... 54 Figura 21 - Estrutura das entidades do sistema SCOOT .......................................................... 56
Figura 22 - Bloqueio de interseção devido há uma má escolha de estratégia .......................... 58 Figura 23 - Tipos de redes de sincronização ............................................................................ 59
Figura 24 - Diagrama espaço-tempo em vias de mão dupla..................................................... 61 Figura 25 - Central de tráfego de São Paulo com CFTV em funcionamento ........................... 64
Figura 26 - PMV dando uma mensagem de orientação ........................................................... 67 Figura 27 - PMV informando a distância para chegar ao pedágio ........................................... 67
Figura 28 - Esquema operacional de uma central de controle .................................................. 68 Figura 29 - Câmeras de monitoramento ................................................................................... 69 Figura 30 - Video wall da CET-SP ........................................................................................... 69
Figura 31 - Funcionamento dos laços detectores ..................................................................... 71 Figura 32 - Seção de um laço indutivo embutido na via .......................................................... 72
Figura 33 - Imagem de vídeo com zonas de detecção configuradas na tela ............................. 73 Figura 34 - Representação do feixe de ondas ........................................................................... 73 Figura 35 - Representação dos locais de instalação do RTMS ................................................. 74
Figura 36 - Representação da perturbação no campo magnético ............................................. 75
Figura 37 - Central de operações BHTRANS antes da ampliação ........................................... 77 Figura 38 - Planta baixa da central de tráfego de BH ............................................................... 78 Figura 39 - Locais de atuação do algoritmo de controle ITACA ............................................. 79
Figura 40 - Esquema de comunicação entre os controladores e a central ................................ 79 Figura 41 - Área de cobertura da rádio comunicação ............................................................... 80 Figura 42 - Sistema de mapa operacional digital gráfico ......................................................... 82 Figura 43 - Lançamento da equipe ........................................................................................... 83 Figura 44 - Infotráfego ............................................................................................................. 84
Figura 45 - Imagens das câmeras disponíveis no site da BHTRANS ...................................... 85 Figura 46 - Central de operações .............................................................................................. 87
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Semáforo de advertência ......................................................................................... 19 Tabela 2 - Indicações luminosas ............................................................................................... 20 Tabela 3 - Movimentos em uma interseção .............................................................................. 23 Tabela 4 - Fator de equivalência para os veículos .................................................................... 27
Tabela 5 - Duração mínima do amarelo no tempo de entreverdes ........................................... 30 Tabela 6 - Horário interno desajustado em relação ao controlador mestre .............................. 62
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
BHTRANS Empresa de Transportes e Trânsito de Belo Horizonte
CET Companhia de Engenharia de Tráfego
CET-SP Companhia de Engenharia de Tráfego de São Paulo
CFTV Circuito Fechado de Televisão
CFP Cyclic Flow Profiles
CTA Centrais de Tráfego em Área
CTAFOR Central de Tráfego em Área de Fortaleza
COP Centro de Operações da Prefeitura de Belo Horizonte
CTB Código Brasileiro de Trânsito
DENATRAN Departamento Nacional de Trânsito
GPS Global Positioning System
HCM Highway Capacity Manual
LED Light Emitting Diode
IC Intervalo de Corte
ID Índice de Desempenho
MV Movimento de Pedestres
MP Movimento Veiculares
PBH Prefeitura de Belo Horizonte
PCT Padrões Cíclicos de Tráfego
PDA Personal Digital Assistant
PMV Painéis de Mensagens Variáveis
SAP Seleção Automática de Planos
SIGOP Sistema de Informação e Gestão de Operações de Transporte e Trânsito
UE Unidade de Extensão
UFSM Universidade Federal de Santa Maria
USTDA United States Trade and Development Agency
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 14
1.1 JUSTIFICATIVA ......................................................................................................... 15
1.2 OBJETIVO GERAL ..................................................................................................... 15 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ....................................................................................... 15 1.4 METODOLOGIA ......................................................................................................... 16 2 CONCEITOS DA SINALIZAÇÃO SEMAFÓRICA .............................................. 17 2.1 HISTÓRIA DO SEMÁFORO ...................................................................................... 17
2.2 DEFINIÇÃO DE SEMÁFORO ................................................................................... 18 2.3 MOVIMENTOS ........................................................................................................... 22 2.4 ELEMENTOS BÁSICOS DA PROGRAMAÇÃO SEMAFÓRICA ........................... 23
2.4.1 Estágios e fases ............................................................................................................ 23 2.4.2 Volume de Tráfego e volume de tráfego equivalente .............................................. 24 2.4.3 Taxa de fluxo e taxa de ocupação .............................................................................. 27 2.4.4 Entreverdes e vermelho geral .................................................................................... 28
2.4.5 Fluxo de saturação e tempo perdido ......................................................................... 31 2.4.6 Tempo de ciclo ............................................................................................................ 34
2.4.7 Verde real e verde efetivo .......................................................................................... 37 2.4.8 Capacidade .................................................................................................................. 38
2.4.9 Defasagem ................................................................................................................... 38 3 CONTROLE SEMAFÓRICO................................................................................... 40 3.1 TIPOS DE CONTROLE .............................................................................................. 40
3.1.1 Controle por tempo fixo ............................................................................................. 41 3.1.1.1 Sistema TRANSYT ........................................................................................................ 43
3.1.1.2 Simulador de tráfego SIRI ............................................................................................ 47 3.1.2 Controle em tempo real .............................................................................................. 50
3.1.2.1 Sistema SCATS ............................................................................................................. 53 3.1.2.2 Sistema SCOOT ............................................................................................................ 55
3.2 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE ............................................................................... 57 3.2.1 Semáforo controlado isoladamente ........................................................................... 57 3.2.2 Semáforo controlado em rede .................................................................................... 58
4 OPERAÇÃO SEMAFÓRICA ATRAVÉS DE UMA CENTRAL ......................... 64 4.1 CENTRAL DE RÁDIO E TELEFONE ....................................................................... 65
4.3 CIRCUITO FECHADO DE TELEVISÃO .................................................................. 67 4.3 SISTEMA DE DETECÇÃO DE VEÍCULOS ............................................................. 70 4.3.1 Laços detectores indutivos ........................................................................................ 71
4.3.2 Detecção por laços virtuais ....................................................................................... 72
4.3.3 Detecção através de micro-ondas ............................................................................. 73 4.1.4 Detecção magnética ................................................................................................... 74
5 ANÁLISE DA AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO EM BELO
______.HORIZONTE.............................................................................................................76
5.1 SITUAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO ANTES DA AMPLIAÇÃO................ 76 5.2 PROJETO DE AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO ................................. 80 5.3 CONSIDERAÇÕES .................................................................................................... 88 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................... 91
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 93
14
1 INTRODUÇÃO
Desde a urbanização das cidades é perceptível que a frota de veículos aumenta cada
vez mais. Atualmente com a ineficiência e a má administração dos transportes públicos, uma
grande parte da população está adquirindo um transporte particular. Tal atitude desencadeia
maior volume de tráfego e gera uma grande demanda na via.
A maior parte das vias brasileiras não foi projetada para atender a alta demanda. Deste
modo, a via começa a ficar saturada, gerando conflitos nos deslocamentos e
congestionamentos. Os impactos dos congestionamentos, considerando os aspectos funcionais
da via, resultam em tempo perdido, atrasos e paradas desnecessárias. Além dos impactos
funcionais, estão os problemas relacionados com o usuário. O usuário é o que mais perde com
esta situação, pois além de perder horas no trânsito e consumir mais combustível, ele acaba
por ficar estressado. O stress faz com que o usuário viole leis de trânsito e crie situações
perigosas para conseguir chegar ao seu destino da forma mais rápida possível. Ou seja, nessas
circunstâncias, há maiores chances de acontecer acidentes de trânsito.
Para ter maior controle na via foi criado o semáforo. O semáforo é um subsistema da
sinalização viária, onde indicações luminosas transmitem para o usuário mensagens que
regulamentam o direito de passagem. Com a criação deste sistema foi indispensável criar
diferentes técnicas para programar o semáforo, escolhendo o melhor tempo de ciclo, tempo de
verde e estágios na melhor combinação possível. Além disso, foi fundamental à criação de
formas de controle e operação desses planos semafóricos.
De acordo com Cervantes (2005), o controle semafórico é hoje a tecnologia mais
aplicada em redes urbanas, ou seja, para que se tenha uma operação semafórica mais eficiente
possível, é necessário garantir um bom ajuste dos semáforos.
De acordo com a literatura, existem três tipos de controle. Dentre os tipos de controle
convencionais está o controle por tempo fixo e o controle em tempo real. Atualmente, devido
à necessidade de controles mais eficientes, foram criados softwares de controle semafórico.
Existem os softwares que simulam planos semafóricos de tempo fixo a partir de determinados
parâmetros pré-estabelecidos pelos operadores e os sistemas inteligentes que funcionam em
tempo real e atuam de diversas formas para otimizar o desempenho da via. Eles conseguem
calcular melhores tempos semafóricos e criar uma boa coordenação entre as interseções a
partir de ajustes e cálculos, se obtém uma diminuição nos atrasos veiculares e paradas. Além
disso, há maior descarga de veículos. Todas estas melhorias têm como objetivo reduzir os
impactos causados pela alta demanda de tráfego, criando um trânsito mais fluído.
15
Tais algoritmos de controle são normalmente executados através de um computador.
Deste modo, estes estão sendo incorporados às Centrais de Tráfego em Área (CTAs), que
reúnem diversas ferramentas para criar uma operação mais eficiente do trânsito. Estas centrais
de operação de tráfego são basicamente compostas por computadores munidos de um
algoritmo de controle, que são parametrizados pelos técnicos para realizar o controle
semafórico. Há ainda a utilização de Circuitos Fechados de Televisão (CFTV), Painéis de
Mensagens Variáveis (PMV), rádio comunicação entre as equipes, uso de softwares de gestão
e gerenciamento, entre outros. Todas estas ferramentas trabalham conjuntamente com os
operadores e técnicos de campo para realizar uma operação de tráfego mais completa e
segura.
1.1 JUSTIFICATIVA
A mudança de sistema de operação isolada para centrais de tráfego, que operam com
sistemas computacionais para o controle semafórico, é uma mudança necessária, visto que os
sistemas controlados por operador em campo não estão conseguindo atender a demanda
crescente do número de veículos nas vias brasileiras. Portanto, o conhecimento dos pontos
determinantes para chegar a essa decisão, além das ferramentas usuais para sua implantação,
são conhecimentos importantes para que os centros urbanos possam ter a confiança em
realizar essa migração.
1.2 OBJETIVO GERAL
Analisar as características das Centrais de Tráfego em Área que operam com
algoritmos de controle. A partir disso, apresentar o funcionamento dos algoritmos de controle
que são comumente utilizados em cidades brasileiras.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Apresentar os princípios da sinalização semafórica, como os critérios para sua
implantação e os parâmetros básicos para dimensionar uma programação semafórica;
Comparar e analisar os tipos de controle semafórico e analisar as particularidades da
operação semafórica em centrais de tráfego;
16
Analisar os tipos de algoritmos de controle comumente utilizados no Brasil, bem como
a sua incorporação em centrais de tráfego;
Analisar o projeto da ampliação da Central de Tráfego de Belo Horizonte e sua
posterior implantação.
1.4 METODOLOGIA
A metodologia consiste em realizar uma revisão bibliográfica acerca da sinalização
semafórica. Assim, serão abordados os aspectos gerais sobre os semáforos, os critérios para
sua implantação, e os elementos básicos de uma programação. Posteriormente, através de
estudos descritivos, será feita uma análise dos tipos de controle semafórico, bem como os
algoritmos de controle (sistemas computacionais) comumente utilizados no Brasil. Em
seguida, adotando a mesma metodologia, serão ponderados os princípios e peculiaridades da
operação semafórica realizada através de centrais de tráfego. Por fim, será feita uma pesquisa
descritiva, do tipo estudo de caso, para analisar os aspectos variados da implantação de uma
central de operações de tráfego, a partir de uma análise do projeto de ampliação da central de
tráfego em Belo Horizonte/MG.
17
2 CONCEITOS DA SINALIZAÇÃO SEMAFÓRICA
Nesta seção será apresentada uma revisão bibliográfica acerca da sinalização
semafórica. Primeiramente, o trabalho conterá algumas explicações acerca do surgimento do
semáforo e como ele foi evoluindo tecnicamente ao longo dos anos. Na segunda parte, será
apresentada a definição do funcionamento do semáforo, ou seja, qual sua função e como se dá
sua incorporação dentro do sistema de tráfego. Na seção seguinte, serão apresentados os
movimentos veiculares e de pedestres, e como eles são importantes para se entender o
funcionamento de uma interseção. Por fim, serão abordados os conceitos mais importantes
acerca da programação semafórica de um semáforo.
2.1 HISTÓRIA DO SEMÁFORO
De acordo com Homburger et al. (1992 apud BONETTI; PIETRANTONIO, 2006) o
primeiro semáforo que se tem notícia foi implantado em 10 de dezembro de 1868 em
Londres. O semáforo foi uma criação de J.P. Knight, um engenheiro eletricista que era
especialista em ferrovias. Seu semáforo era composto de dois braços móveis que eram
acionados por cabos a partir de uma torre de controle. O sistema tinha sua concepção
inspirada a partir dos sinais que regulavam os trens na época e tinha duas lâmpadas de gás,
uma na cor verde e outra na cor vermelha. Este semáforo acabou explodindo no ano de 1969.
Na Figura 1 podemos ver uma ilustração de como era sua concepção.
Figura 1 - O primeiro semáforo de 1968
Fonte: (VILANOVA, 2005).
18
Em 1913, James Hoge conseguiu criar o primeiro semáforo que funcionava de modo
elétrico o qual, no ano seguinte, foi aplicado em Clevelend nos Estados Unidos. Esta data foi
um marco histórico, pois a partir dela começou-se a propagação dos semáforos elétricos por
todo os Estados Unidos (Homburger et al. 1992 apud BONETTI; PIETRANTONIO, 2006).
Em meados de 1930, o pensamento da eficiência dos controles semafóricos foi
colocado em evidência, pois com a grande variação do fluxo de veículos surgiu a necessidade
de encontrar novos métodos de funcionamento para os semáforos. O primeiro método
implantado tratava-se do acionamento do controle semafórico a partir de microfones, em que
eram instalados na via e captavam as buzinas dos automóveis. Tal método não foi aprovado
pelos usuários da via, e logo um novo método que utilizava contatos elétricos colocados no
pavimento foi testado. Este sistema funcionava com tubos pneumáticos que, de acordo com a
passagem de veículos, deslocavam o ar no tubo e acionavam um contato elétrico situado ao
lado da via (SALTER, 1989).
Webster e Cobbe (1966) citam que o primeiro semáforo atuado foi implantado na
interseção das ruas Gracechurch e Cornhill na Grã-Bretanha em 1932. No entanto, em 1969,
o sistema semafórico explodiu devido a uma infiltração de gás no gabinete do controlador.
Porém, três anos após o incidente, um sistema totalmente atuado, acionado pela passagem de
veículos em laços detectores foi instalado em Londres.
No Brasil, não se tem dados históricos sobre as primeiras aplicações de semáforos,
visto que a sua implantação foi pautada nas experiências de outros países, principalmente na
década de 70. A CET-SP (Companhia de Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo)
foi uma das pioneiras ao introduzir os controladores multiplanos de tempo fixo.
Posteriormente, houve a instalação de sistemas de controle centralizados e em tempo real.
Atualmente existem diversos controladores eletrônicos nacionais, como exemplo:
BRASCONTROL, BRASLÍNEA, DATAPROM, AUXXI, EPSIS e as mais antigas do
mercado como a TESC e a DIGICON (BONETTI; PIETRANTONIO, 2006).
2.2 DEFINIÇÃO DE SEMÁFORO
De acordo com o DENATRAN (2014), o Semáforo ou a Sinalização Semafórica é um
conjunto de indicações luminosas que funcionam de modo intermitente ou alternado com a
função de orientar o trânsito. Atualmente, estes dispositivos são acionados por energia elétrica
e controlados de modo mecânico ou eletrônico, de acordo com a situação.
19
A sinalização semafórica pode ser dividida em dois grupos, de acordo com sua função
no cruzamento:
a) sinalização semafórica de advertência;
b) sinalização semafórica de regulamentação.
O Semáforo de Advertência é instalado em locais onde há necessidade de advertir o
condutor do veículo acerca de algum obstáculo ou situação de risco na via, onde o mesmo
deve reduzir sua velocidade e ficar atento para continuar seu trajeto de forma segura. Este
dispositivo é composto de uma ou duas luzes de cor amarela que funcionam de modo
intermitente, de acordo com a Tabela 1.
Tabela 1 - Semáforo de advertência
Fonte: (DENATRAN, 2014, p.18).
O Semáforo de Regulamentação, que será o mais estudado nesse trabalho, tem como
finalidade o controle do direito de passagem de um fluxo de veículos e/ou pedestres. Este
dispositivo é composto de um conjunto de cores, onde cada cor indica uma mensagem ao
condutor e/ou pedestre, de acordo com a legislação do Código de Trânsito Brasileiro (CTB).
Para o controle de veículos são utilizadas três indicações luminosas, na qual o foco
deve ser de forma circular na cor vermelha, amarela e verde. O foco com a cor verde indica o
direito e/ou a permissão de iniciar o movimento ou prosseguir seu trajeto; o foco amarelo
indica "atenção", ou seja, o direito de passagem está acabando, então o condutor deve parar o
veículo ou seguir no caso de já estar na metade da transição; e o foco vermelho que indica a
obrigação do motorista de parar o veículo antes da linha de retenção (DENATRAN, 2014).
A Tabela 2, apresentada a seguir, ilustra todos os tipos de indicações luminosas, desde
semáforos veiculares até semáforos de pedestres. É interessante notar que existem indicações
luminosas direcionais que permitem ou restringem o direito de passagem somente para um
movimento da aproximação.
20
Tabela 2 - Indicações luminosas
Fonte: (DENATRAN, 2014, P.17).
No caso da sinalização semafórica voltada para pedestres, as indicações luminosas têm
apenas duas cores: vermelho e verde. Neste caso em específico, o foco é de forma quadrada e
a indicação luminosa amarela para veículos é substituída pelo vermelho intermitente (com a
figura da palma da mão), o qual indica ao pedestre que o direito de travessia está chegando ao
fim. O foco luminoso verde (que possui a figura de uma pessoa em movimento) e vermelho
(que possui a figura de uma pessoa parada) transmite a mesma mensagem que as cores para os
condutores de veículos, porém a mensagens são voltadas para os pedestres. Este tipo de
semáforo está indicado na Tabela 2, na última linha (DENATRAN, 2014).
Toda a implantação de sinalização semafórica deve ser precedida por uma avaliação
do local. Tal estudo deve ter como foco, avaliar o fluxo de pedestres e veículos, as
características físicas e o ambiente que a via está alocada que, de acordo com o DNER (1999)
devem ser predominantemente urbano.
Vilanova (2006) cita os critérios de implantação de uma sinalização semafórica
adotados pela CET-SP. Tais critérios levam em conta os aspectos mais importantes para uma
aplicação em território brasileiro. Primeiramente, existem três motivos para implantar um
21
semáforo: motivos relacionados com aspectos de segurança da via; fluidez dos veículos; e
tempo de espera dos pedestres.
De acordo com Vilanova (2006), no aspecto de segurança viária, leva-se em conta, o
elevado número de acidentes ocorridos no último ano disponível. Para acidentes com vítimas,
esse número, para a implantação de um semáforo, deve ser maior que três acidentes do tipo
corrigível por semáforo. Ou seja, entram nessa contabilização, colisões com vítimas, como
atropelamento. Se não há mais de três acidentes com vítima, deve-se verificar se há indícios
de conflitos graves. Um conflito grave ocorre quando há um processo de colisão que somente
não ocorreu porque pelo menos um usuário conseguiu realizar uma ação evasiva.
Na segunda motivação, a qual é estabelecida com base na fluidez dos veículos, é
necessário realizar uma pesquisa de campo no intervalo da hora mais crítica do dia. Neste
intervalo, deve-se medir o atraso dos veículos das vias não preferenciais. O somatório destes
atrasos será o atraso total da via. Após isso, deve-se calcular o atraso total que ocorrerá na
interseção caso sejam instalados semáforos. Para isso, pode-se calcular manualmente através
de expressões analíticas (no caso de interseção isolada) ou através de simuladores de tráfego
(para redes semafóricas). Após isso, multiplica-se o atraso total da situação sem semáforo por
1,6 e compara com o atraso total na situação com semáforo. Se o atraso total com semáforo
for menor que 80% do atraso total sem semáforo, a implantação é aconselhada (VILANOVA,
2006).
O terceiro motivo, com relação ao tempo de espera de pedestres, descreve que
somente é aconselhável a implantação de semáforo se houver fluxo de pedestres num patamar
mínimo de 190 pedestres na hora crítica. E quando estes indivíduos tenham que esperar, em
média, mais que 25 segundos para fazer sua travessia (VILANOVA, 2006).
Porém, a implantação semafórica só deve ser instalada como último recurso. Deste
modo, antes da sinalização semafórica, é necessário tentar resolver esse problema a partir de
soluções alternativas. São elas, de acordo com a CET-SP:
a) adequação da sinalização vertical e horizontal;
b) solução através de estreitamento de pista e/ou mudança de geometria;
c) alteração de circulação;
d) minirrotarórias e/ou lombadas;
e) condução de pedestres para travessias seguras;
f) desobstrução de obstáculos visuais.
Se as soluções alternativas propostas pelos itens acima não resultarem em um cenário
melhor, deve-se considerar a implantação do semáforo. A implantação da sinalização
22
semafórica pode melhorar em diversos aspectos o funcionando de um cruzamento. Porém,
uma má ou desnecessária implantação pode acabar piorando ainda mais situação.
DENATRAN (2014) cita os resultados de uma instalação feita com estudo e justificada por
critérios técnicos devem apresentar: via com maior fluidez; credibilidade e confiança por
parte dos condutores e pedestres ao fazer os seus movimentos veiculares e/ou a passagem na
faixa de segurança; redução de acidentes; redução de atrasos; e uma distribuição de modo
correto do tempo de verde.
2.3 MOVIMENTOS
Pelas palavras de Allsop (1991 apud WING;WINKEL, 1992, p.1) o termo movimento
é usado para identificar o fluxo de veículos que possuem a mesma origem e mesmo destino.
Se tratando de movimento de pedestres, o termo é usado para identificar o fluxo de pedestres
que se deslocam na mesma direção, porém, não necessariamente no mesmo sentido.
O movimento veicular pode ser ilustrado por um traço e uma seta, onde o traço indica
a direção e a seta indica o sentido deste fluxo de veículos. No caso de movimento de pedestres
o traço é tracejado e a seta se encontra nos dois extremos do traço, indicando que o sentido é
duplo (DENATRAN, 2014).
Segundo Ejzenberg (2005) os movimentos podem ser classificados em conflitantes e
não conflitantes. Os primeiros referem-se aos que convergem ou se interceptam em algum
local da interseção, ou seja, são movimentos que não devem ocorrer ao mesmo tempo. O
contrário se denomina movimentos não conflitantes, onde possuem trajetórias não
convergentes na interseção. São movimentos que podem acontecer ao mesmo tempo sem
gerar algum tipo de conflito ou interação.
A Tabela 3 ilustra uma interseção de mão única onde há movimentos veiculares (MV)
e movimentos de pedestres (MP). Esse tipo de representação é denominado diagrama de
conflitos. Deve-se observar que os movimentos MV3 e MV1 se interceptam no meio do
cruzamento, ou seja, são movimentos conflitantes entre si.
23
Tabela 3 - Movimentos em uma interseção
Fonte: DENATRAN, 2014. Pg. 30.
É interessante notar que há movimento de pedestre MP1 que não deve acontecer
enquanto os movimentos veiculares MV1 e MV2 estiverem ocorrendo. O mesmo acontece
para o movimento MP2 que não deve realizar-se no mesmo momento que os movimentos
MV3 e MV4. Portanto, para esse caso, temos uma interseção com dois grupos semafóricos. O
grupo um é composto pelos movimentos MV1 e MV2, além disso, nesse intervalo o
movimento de pedestres MP2 realizará a travessia. Já o grupo dois é composto pelos
movimentos MV3 e MV4, e o movimento de pedestres MP1 vai realizar sua travessia.
2.4 ELEMENTOS BÁSICOS DA PROGRAMAÇÃO SEMAFÓRICA
Nesta seção, serão abordados os conceitos mais importantes acerca dos parâmetros
utilizados para compor uma programação semafórica, ou seja, os elementos básicos para
entender e calcular uma programação semafórica.
2.4.1 Estágios e fases
Estágio é a denominação dada ao intervalo de tempo em que um grupo ou conjunto de
movimentos não conflitantes recebe o direito de passagem. O estágio compreende o tempo de
verde e o tempo de entreverdes que o segue. Existe uma representação esquemática da
sequência de movimentos que são permitidos em cada estágio da sinalização semafórica, o
qual é denominado diagrama de estágios. Todavia, só se indica o movimento feito por
24
pedestres quando o mesmo for sinalizado por uma sinalização semafórica de pedestres
(DENATRAN, 2014). Na Figura 2 é possível ter um exemplo de diagrama de estágios onde
as setas verdes representam os movimentos veiculares e os vermelhos os movimentos de
pedestres.
Figura 2 - Diagrama de estágios
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 64).
O termo fase é a sequência de cores que acontece no semáforo: verde, amarelo,
vermelho e novamente o verde. Ou seja, de acordo com Allsop (1991 apud WING;WINKEL,
1992, p.6) é a sequência temporal das várias cores indicadas pelo semáforo.
2.4.2 Volume de Tráfego e volume de tráfego equivalente
O volume de tráfego ou fluxo de tráfego 'grifo nosso' é o número de veículos que
passam por uma seção de via durante um período, isto é, refere-se a demanda veicular que da
via naquele instante. O volume de tráfego varia de acordo com a hora do dia, dia da semana,
semana do mês, do mês e do ano. Nos horários entre 07h30min e 08h30min (pico da manhã),
horário do almoço (pico do almoço) e 17h30min às 19h30min (pico da tarde), de um dia útil,
é onde se observa os maiores volumes de tráfego, pois nesses horários acontecem os
deslocamentos de casa para o trabalho e do trabalho para casa. Na Figura 3 é possível
identificar os volumes diários de um dia típico, onde estão indicados os volumes veiculares
para cada horário ao longo do dia. Esse gráfico é chamado de histograma 'grifo nosso' e é
muito utilizado na Engenharia de Tráfego.
25
Figura 3 - Volume de tráfego de acordo com o horário do dia
Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).
No caso da Figura 4 estão sendo representados os volumes de tráfego de acordo com a
hora do dia para cada dia da semana. Este cruzamento de informações tem como objetivo
comparar como ocorre a variação pelo dia da semana. Pode-se perceber que no final de
semana os picos são em horários distintos dos usuais, pois não há os deslocamentos comuns
de casa para o trabalho e do trabalho para casa.
Figura 4 - Histograma de acordo com os dias da semana
Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).
Já na Figura 5, ilustra-se como ocorre a variação de tráfego ao longo dos meses. É
fácil de identificar que nos meses de férias escolares (dezembro, janeiro e julho) a demanda
26
cai consideravelmente. Isso acontece porque não há deslocamentos diários dos professores,
alunos, entre outros servidores.
Figura 5 - Volume de tráfego de acordo com os meses do ano
Fonte: (DENATRAN, 2014, p.72).
As contagens veiculares são geralmente feitas a cada 15 minutos, e o maior valor de
fluxo em um intervalo de contagem é utilizado para o cálculo da taxa de ocupação. Vilanova
(2005) explica que em casos de semáforos consolidados, a contagem pode ser feita a cada
ciclo ao invés de adotar intervalos de 15 minutos. Essa escolha é preferível, segundo ele, pelo
fato de que em intervalos fixos, geralmente, não se consegue começar no mesmo instante do
ciclo em todas as contagens. Isto é, uma contagem sempre começa aleatoriamente, e desse
modo há contagens que contemplam maior tempo de verde e nesse caso terão um maior
volume de tráfego.
A contagem veicular pode ser feita de modo direcional, onde o objetivo é definir o
volume de tráfego de cada aproximação, porém, separado por movimento. O resultado dessa
contagem é expresso em veículos por hora e é utilizada na programação semafórica quando o
fluxo de saturação for calculado nessa unidade. É recomendado que um técnico colete os
dados de, no máximo, três movimentos para que não haja erros de contagem (DENATRAN,
2014).
Todavia, há a pesquisa direcional e classificatória que é realizada quando se tem a
necessidade de analisar a composição do tráfego. Com essa contagem é possível determinar o
volume de tráfego equivalente, que é expresso em unidades de carro de passeio (ucp). Neste
caso, de acordo com DENATRAN (2014), converte os veículos para unidade de carros de
27
passeio, com a adoção de um fator de equivalência para cada tipo, em função de suas
características de agilidade e tamanho, conforme a tabela 4 apresentada a seguir.
Tabela 4 - Fator de equivalência para os veículos
Fonte: (DENATRAN, 2014, p.75).
Essa conversão é necessária, pois veículos maiores e mais pesados demoram mais para
cruzar a via. Por exemplo, um caminhão de dois eixos demora aproximadamente duas vezes
mais que o carro de passeio, por isso o seu fator de equivalência é igual a dois.
2.4.3 Taxa de fluxo e taxa de ocupação
A partir do volume de tráfego (fluxo de tráfego) ou do volume de tráfego equivalente,
é possível se identificar a taxa de fluxo de um movimento. A taxa de fluxo é o número de
carros projetado para o período de uma hora, a partir das contagens medidas na via, em
intervalos de 15 minutos ou a cada ciclo. DENATRAN (2014) salienta que em programações
por tempo fixo, deve-se utilizar, para fins de cálculo, o volume máximo observado nos
intervalos de coleta, ao longo do período do plano.
A taxa de ocupação é calculada a partir da relação entre taxa de fluxo e fluxo de
saturação, que será exposto adiante. Ela estabelece a quantificação da taxa de uso na via
naquela hora, isto é, se a taxa de ocupação é de 100%, a via está sendo utilizada na sua
máxima capacidade de utilização. A Equação 1 estabelece o cálculo da taxa de ocupação,
representada por y.
(1)
28
Onde:
y – taxa de ocupação;
F – taxa de fluxo do grupo de movimentos, em veículos por hora, ou ucp por hora;
FS – fluxo de saturação do grupo de movimentos, em veículos por hora ou ucp por hora.
2.4.4 Entreverdes e vermelho geral
O tempo entre o fim do verde de uma fase (que está perdendo o direito de passagem) e
o início de outra fase (a qual está ganhando esse direito de passagem) é denominado
entreverdes (DENATRAN, 1984). Para os semáforos veiculares, calcula-se o tempo de
entreverdes somando o tempo de amarelo com o tempo de vermelho geral (vermelho de
segurança). Entretanto, quando os semáforos são específicos para pedestres, é necessário
somar o tempo de vermelho intermitente com o tempo de vermelho geral (DENATRAN,
2014).
Vilanova (2005) explica que o período de entreverdes é necessário para que diminua
(ou acabe com as colisões) e aumente a segurança na via. O autor inferiu que os semáforos
criam situações de acidentes e, quando não há uma boa programação do período de
entreverdes, o número de acidentes graves aumenta.
É importante frisar que esses acidentes ocorrem, na maioria das vezes, quando há
veículos na faixa crítica de frenagem no momento em que o semáforo entra em amarelo, ou
seja, eles não conseguem frear antes da faixa de retenção e necessitam cruzar a interseção.
Todavia, se o tempo de entreverdes não contempla o tempo para o veículo cruzar a faixa de
conflito em segurança, o mesmo estará no meio do cruzamento quando o outro estágio
começar. Tal situação poderá gerar acidentes, pois os veículos que receberam o direito de
passagem podem colidir com este veículo. A seguir apresenta-se a Figura 6 que tem como
objetivo explicar o cálculo do tempo de entreverdes levando em conta as distâncias da via.
29
Figura 6 - Distâncias percorridas pelo veículo
Fonte: (NETO, 2015, p. 2).
De acordo com Neto (2015) e considerando a Figura 6 acima, é possível calcular o
tempo de entreverdes pela Equação 2. É possível perceber que o tempo de entreverdes é
formado pela soma de três parcelas.
(2)
Onde:
– tempo de entreverdes para o grupo focal de veículos, em segundos;
– tempo de percepção e reação do condutor, em segundos;
v – velocidade do veículo, em m/s;
– máxima taxa de frenagem admissível em via plana, em ;
i – inclinação da via na aproximação, sendo “+” em rampas ascendentes e “-“ em rampas
descendentes (m/m);
g – aceleração da gravidade (9,8 );
– extensão da trajetória do veículo entre a linha de retenção e o término da área de conflito,
em metros;
c – comprimento do veículo, em metros.
Neto (2015) afirma que em situações usuais onde as vias que não apresentem uma
topografia ou composição de tráfego especial, são utilizados valores tabelados para o cálculo
da equação acima. Por exemplo, a máxima frenagem admissível é relativa ao veículo e a via.
No entanto, utiliza-se um valor médio de 3,0 para vias urbanas, que é um valor indicado
no manual australiano e próximo ao recomendando pela AASHTO. Esse valor não
corresponde à máxima aceleração possível aplicada em um veículo, na verdade ele é um valor
que permite atender aos aspectos de segurança e conforto dos passageiros. Em relação ao
tempo de percepção e reação do condutor, admite-se o valor entre 0,8 e 1,2 segundos. Para
comprimento do veículo é utilizado o valor médio de 5 metros, porém, em casos onde há
maior ocorrência de veículos comerciais, esse valor deve ser calculado (VILANOVA, 2005).
30
A velocidade, extensão da trajetória e inclinação da via irão variar em relação ao local
onde será implantada a sinalização semafórica. Deste modo, são esses coeficientes que
realmente determinarão os tempos de entreverdes a serem utilizados para cada via em
específico. No caso da velocidade, é recomendado por Vilanova (2005), adotar a velocidade
máxima permitida na via, pois assim criando-se uma situação de segurança para os veículos
que trafegam de acordo com a regulamentação.
Portanto, com o cálculo do tempo de entreverdes tem-se o tempo de amarelo somado
com o tempo de vermelho geral. Porém, para saber qual a porcentagem de tempo que cada um
terá, é necessário somar as duas primeiras parcelas da Equação 2 para encontrar o tempo de
amarelo (onde a última parcela será o tempo de vermelho geral) (DENATRAN, 2014). Há
ainda, de acordo com Neto (2015) o uso de uma tabela específica que varia os tempos de
amarelo de acordo com a velocidade máxima regulamentada na via que está representada pela
Tabela 5.
Tabela 5 - Duração mínima do amarelo no tempo de entreverdes
Fonte: (NETO, 2015, p. 4).
De acordo com DENATRAN (2014), vermelho geral refere-se ao período decorrido
entre o final do amarelo (ou vermelho intermitente no caso de pedestres) de um estágio e o
começo do verde (direito de passagem) do próximo estágio. Como visto anteriormente, o
vermelho geral é calculado a partir da subtração do tempo de entreverdes com o tempo de
amarelo, porém, é necessário que o tempo de vermelho de segurança seja acrescido de 1
segundo sempre quando o estágio subsequente atender a uma travessia de pedestres.
No caso de semáforos exclusivos para pedestres, o entreverdes para pedestres 'grifo
nosso' deve ser calculado também, neste caso é composto pelo tempo de vermelho
intermitente e de vermelho geral. Onde o tempo de vermelho intermitente deve ser suficiente
para que o pedestre que iniciou a travessia no último segundo de verde possa concluí-la com
31
sucesso antes do sinal verde para os veículos abrir (NETO, 2015). O cálculo do entreverdes
para pedestres pode ser feito com uso da equação abaixo:
(3)
Onde:
– tempo do intervalo de vermelho intermitente para o grupo focal de pedestres, em
segundos;
- tempo de percepção e reação do pedestre, em segundos;
l – extensão da travessia, em metros;
– velocidade do pedestre, em m/s.
Com base na afirmação de Neto (2015), o tempo de percepção e reação é
aproximadamente 1 segundo e a velocidade usual é de 1,2 . Em locais onde nota-se
menor velocidade por algum motivo especial, é necessário fazer uma análise mais realista
para o local em questão.
2.4.5 Fluxo de saturação e tempo perdido
Para entender o que é tempo perdido total (ou tempo morto) é necessário compreender
que a cada estágio de uma via saturada, há dois intervalos perdidos pelos veículos. O primeiro
é quando o sinal verde termina e começa o período de entreverdes, deste modo o fluxo de
veículos vai reduzindo até ficar nulo, e o segundo é quando se inicia o direito de passagem, de
modo que os veículos delongam alguns segundos para perceber que o sinal abriu e reagir
colocando-se em movimento. Portanto, durante esses intervalos existe a perda concebida pela
diferença entre o número de veículos que poderia ter cruzado a interseção se o movimento
continuasse no patamar do fluxo de saturação, e o número de veículos que passou realmente.
Há ainda o tempo perdido quando há um estágio exclusivo para pedestres, pois nesse
momento em específico há a interrupção do movimento de veículos (VILANOVA, 2005).
Deste modo, considerando a Figura 7 a seguir, tem-se que é o tempo perdido no
inicio do estágio e é o tempo perdido quando se termina o tempo de verde e começa o
tempo de entreverdes. Portanto, temos que os segmentos de retas AB e CD estão dispostos de
forma que as áreas hachuradas no inicio do verde sejam iguais, e as áreas hachuradas no fim
do verde também sejam. De acordo com DENATRAN (2014) é correto afirmar que a situação
real é aquela onde e são nulos e o resto do estágio é dado pelo retângulo igual ao
fluxo de saturação.
32
Figura 7 - Fluxo de saturação e tempo perdido total
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 76).
Concluindo, tem-se que o tempo perdido total , será calculado de acordo com a
Equação 3. Onde se soma o tempo de estágio exclusivo para pedestres (quando houver) com o
tempo perdido total (inicial e final).
(3)
Onde:
– tempo perdido total, em segundos;
– tempo de estágio exclusivo para pedestres, caso existente, em segundos;
n – número de estágios veiculares existentes;
– tempo perdido no início do estágio i, em segundos;
– tempo perdido no final do estágio i, em segundos.
Depois da explicação do tempo perdido total em um estágio semafórico, pode-se
apresentar um conceito de suma importância na análise do tráfego que é o Fluxo de Saturação.
O fluxo de saturação 'grifo nosso' pelas falas de Vilanova (2006, p.12) pode ser entendido
como,
[...] o máximo fluxo que pode passar pela seção que corresponde à faixa de retenção.
Corresponde à capacidade da via. Medir o Fluxo de Saturação é, portanto, contar
qual é o número máximo de veículos que consegue atravessar a linha de retenção na
situação prevalecente de trânsito.
Portanto, para entender o que é fluxo de saturação é importante entender o princípio
do tempo perdido onde explica que quando o semáforo abre, os veículos demoram certo
tempo para sair da inércia e começar seu movimento. Portanto, uma vez que alcancem um
patamar uniforme de fluxo e enquanto houver fila acumulada à montante, os veículos estarão
33
trafegando na maior capacidade de fluxo da via, o que é exatamente o fluxo de saturação
(VILANOVA, 2006).
O fluxo de saturação é a oferta de fluxo que a via pode oferecer, ou seja, se a taxa de
fluxo naquele momento é igual ao seu fluxo de saturação, a via está funcionando na
capacidade máxima. O fluxo de saturação pode ser dimensionado de diversos métodos, do
mais simples e intuitivo aos mais técnicos e minuciosos. Nesse trabalho será apresentada a
visão de Luis M. Vilanova e do Manual Brasileiro de Sinalização de Trânsito.
De acordo com Vilanova (2006), o fluxo de saturação da aproximação é dimensionado
através de dois métodos, o primeiro é consultando ábacos e tabelas, enquanto que o segundo é
dado pela obtenção através de histogramas. O primeiro método é basicamente entrar com os
valores característicos do tráfego em ábacos e tabelas para retirar o Fluxo de Saturação.
Entretanto, para Vilanova (2006) esse método não reflete as peculiaridades da via, isto é, ele
se utiliza de modelos de via que podem não apresentar a realidade da via a ser estudada. Por
este motivo este não será apresentado no presente trabalho.
O segundo método, chamado de método do histograma ou método expedito, consiste
em uma análise de campo detalhada. De acordo com Vilanova (2006), o método permite a
medição in loco do Fluxo de Saturação. Este método indica que deve passar cinco segundos
após o começo do verde para acionar o cronômetro, neste momento é iniciada a contagem dos
veículos que passam na retenção. A contagem continua até que o técnico perceba que a
demanda veicular começou a diminuir, então a contagem é encerrada e o cronômetro parado.
O quadro ideal para que essa contagem seja feita, é quando não existe nenhum bloqueio ou
veículos parados por pelo menos cem metros à frente dos veículos pesquisados.
A quantidade de amostras deve ser na faixa de seis leituras por aproximação para
alcançar resultados satisfatórios. É necessário também analisar os valores, a fim de que
amostras com valores muito distantes dos outros, sejam descartadas e substituídas por nova
medição. É importante que essa análise seja feita de modo estatístico e não subjetivamente,
portanto é indicado que se substitua os valores que estão fora do limite superior e inferior pela
Equação 4.
(4)
Onde:
- média aritmética dos valores da amostra
- desvio-padrão dos valores da amostra
34
2.4.6 Tempo de ciclo
De acordo com DENATRAN (2014), tempo de ciclo é o tempo decorrido para que
ocorram todos os estágios de uma programação semafórica, em uma interseção. Desse modo,
o programador deve calcular o tempo de ciclo ótimo para a interseção, isto é, o tempo que
garanta que o semáforo trabalhe na sua melhor configuração, onde o atraso veicular seja o
menor possível e o semáforo trabalhe com folga para que não ocorra a formação de filas, pois
como a chegada de veículos é na maioria das vezes de forma aleatória, é necessário guardar
uma parte do ciclo para absorver essas flutuações de fluxo.
Existem alguns métodos para dimensionar o tempo de ciclo, porém, os métodos mais
utilizados atualmente são apenas dois, o Método de Webster e o Método do Grau de
Saturação. A diferença básica entre esses dois métodos está na sua concepção teórica, onde o
Método de Webster assume que a chegada de veículos ocorre de forma totalmente aleatória
enquanto que o Método do Grau de Saturação assume que os veículos chegam na forma de
"pelotões" (VILANOVA, 2005).
Para esboçar o ciclo semafórico foi criado o diagrama de intervalos luminosos
ilustrado na Figura 8, que consiste na representação da sequência de intervalos luminosos de
cada grupo semafórico, com suas respectivas durações por meio de barras retangulares. Este
diagrama de intervalos luminosos também chamado de diagrama de barras é muito utilizado,
de tal maneira que na maioria dos programas para programação semafórica o mesmo aparece
em evidência.
35
Figura 8 - Diagrama de intervalos luminosos
Fonte: (HOFFMANN, D. F.; DE SOUZA, M., 2005, p. 23).
O Método de Webster 'grifo nosso' foi criado para calcular o tempo de ciclo ótimo,
como o autor denomina. Como já dito, esse método é feito com base em aproximações
aleatória e não é aconselhável utilizá-lo em vias que apresentam alto grau de saturação, onde
os veículos cheguem na forma de "pelotões" (DENATRAN, 2014). O tempo de ciclo ótimo é
calculado pela Equação 10.
(10)
Onde:
– tempo de ciclo ótimo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
n – número de estágios.
Já o Método do Grau de Saturação 'grifo nosso' foi criado com uma análise diferente
da via, onde primeiramente o técnico responsável deve inferir, de acordo com a via, o grau de
saturação em que a via vai operar. Posteriormente, se calcula o tempo de ciclo e de verde
dessa via para o grau de saturação adotado. A grande vantagem desse método, de acordo com
Vilanova (2005), está em estabelecer uma conexão entre a teoria e os conhecimentos práticos
dos técnicos que trabalham na área.
36
A escolha de qual grau de saturação escolher é uma parte fundamental do método, e
deve ser representado pelo símbolo x, que acaba por representar o nível de carregamento da
via. Ou seja, se o grau de saturação é 100% (x=1), o tempo de verde é igual ao tempo
decorrido para que exatamente todos os veículos passem pelo cruzamento, agora se algum
veículo ficou retido antes do tempo acabar o grau de saturação é maior que 100%. Porém, é
interessante escolher um grau de saturação abaixo de 100%, para que a via tenha uma folga
devido às flutuações do trânsito (VILANOVA, 2005).
Vilanova (2005) destaca que, na faixa de 80% a 90% obtêm os menores valores de
atraso total, e que se não existir nenhum fator especial é indicado que vias críticas operem
com grau de saturação igual a 88% (x=0,88). Com base em DENATRAN (2014), para o
cálculo do tempo de ciclo são necessários alguns cálculos, primeiramente de inicio pelo
cálculo da fração de verde necessária para cada estágio, por meio da Equação 11.
(11)
Onde:
- fração de verde requerida para o estágio i;
- taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
- grau de saturação máximo definido para o grupo de movimentos crítico do estágio i.
Depois de se calcular a fração de verde para cada estágio, utiliza-se a Equação 12 para
o cálculo do tempo de ciclo pelo Método do Grau de Saturação, onde relaciona o tempo
perdido total com as frações de verde requeridas.
(12)
Onde:
– tempo de ciclo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– fração de verde requerida para o estágio i;
n – número de estágios.
Todavia, quando há a necessidade de utilizar o mesmo grau de saturação xm para os
grupos de movimentos críticos de todos os estágios, existe uma fórmula correlata a anterior
para o cálculo do tempo de ciclo em questão. Esta formula está indicada abaixo pela Equação
13.
(13)
37
2.4.7 Verde real e verde efetivo
O tempo de verde real é o tempo de verde programado para o controlador semafórico,
ou seja, é o tempo de verde calculado para o ciclo que está em funcionamento no semáforo.
Porém, existe o tempo de verde efetivo, que é o tempo de verde que seria utilizado pelo fluxo
do grupo de movimentos críticos, no caso do descarregamento igual ao fluxo de saturação
(DENATRAN, 2014).
O cálculo do tempo de verde efetivo pode ser calculado de diversos modos, porém,
nesse trabalho serão informadas as equações necessárias para calcular quando o ciclo for
dimensionado pelo Método de Webster 'grifo nosso' pela Equação 15 e no caso do Método
do Grau de Saturação Máximo apresentado na Equação 16. Relacionando o tempo de verde
real com o efetivo, tem-se que o tempo real é dado pelo tempo de verde efetivo, somado com
os tempos perdidos (inicial e final) e subtraído o tempo de entreverdes.
(15)
Onde:
– tempo de verde efetivo do estágio i, em segundos;
– tempo de ciclo, em segundos;
– fração de verde requerida para o estágio i.
(16)
Onde:
– tempo de verde efetivo do estágio i, em segundos;
– tempo de ciclo, em segundos;
– tempo perdido total, em segundos;
– taxa de ocupação do grupo de movimentos crítico do estágio i;
n – número de estágios.
No caso de estágio específico para pedestres, DENATRAN (2014) afirma que o tempo
de verde real é igual ao tempo de verde efetivo, onde o valor mínimo de verde deve ser de
quatro segundos, onde o recomendado para uma via comum é de sete segundos. Todavia, no
caso de “travessia tipo carona”, onde a travessia de pedestres acontece durante a perda do
direito de passagem daquele estágio, o tempo de verde é igual ao tempo do estágio veicular
que recebeu o direito de passagem subtraído do tempo de vermelho intermitente. Esse tempo
pode ser acrescido ou não do tempo de vermelho geral, conforme escolha do técnico e
levando em conta as características da via.
38
2.4.8 Capacidade
Capacidade é dita como a capacidade máxima de veículos que cruzam a seção de uma
via controlada por semáforo durante uma hora, considerando condições normais de tráfego em
dia típico. A capacidade pode ser calculada a partir da Equação 15 (DENATRAN, 2014).
(17)
Onde:
Cap – capacidade, em veículos por hora ou ucp/h;
FS – fluxo de saturação, em veículos por hora ou ucp/h;
– tempo de verde efetivo, em segundos;
tc – tempo de ciclo, em segundos.
2.4.9 Defasagem
De acordo com DENATRAN (2014), defasagem é a diferença entre os instantes de
abertura de dois semáforos consecutivos. O valor da defasagem geralmente é estabelecido em
relação ao início do tempo de verde da sinalização semafórica, imediatamente a montante.
Para que haja defasagem, é necessário que os semáforos que pertencem à mesma rede operem
com o mesmo tempo de ciclo, ou na situação particular em que o tempo de ciclo de um local é
submúltiplo de outro. A Figura 9 consegue representar de modo simples o que é defasagem
em uma via de mão única.
Figura 9 - Defasagem em uma via de mão única
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 183).
39
DENATRAN (2014) explica que, o valor da defasagem é sempre expresso em relação
ao início do verde. No entanto, esse valor pode ser calculado tomando como base:
a) os inícios dos intervalos de verde dos estágios entre duas interseções coordenadas;
b) os térmicos dos intervalos de verde dos estágios entre duas interseções coordenadas;
c) outro ponto de referência, como por exemplo, o ponto central da sua duração.
Na Figura 9, o que foi visto é o conceito de defasagem tomando como base o início do
tempo de verde. A referência ao início do tempo de verde é a mais utilizada nas aplicações
práticas (DENATRAN, 2014).
O conceito de defasagem é um dos mais importantes quando se deseja criar uma
coordenação semafórica. Essa coordenação pode ser feita dentro do sistema de controle em
corredor ou dentro do sistema de rede. A explicação desses sistemas e como a defasagem é
utilizada para criar essa coordenação será mais bem explicada na seção mais à frente.
40
3 CONTROLE SEMAFÓRICO
Os dispositivos que realizam os comandos necessários para originar uma programação
semafórica são chamados de controladores semafóricos. DENATRAN (2014) cita três tipos
de controle semafórico, o primeiro é o controle por tempo fixo e o segundo o controle atuado.
O fator determinante para essa escolha está no modo de funcionamento dos planos
semafóricos, onde o primeiro tem planos semafóricos com tempos pré-estabelecidos,
enquanto o outro varia de acordo com a demanda. Atualmente esta sendo utilizado o controle
em tempo real que é semelhante ao controle atuado, entretanto opera em rede e tem o
processamento de dados feito por um software específico em uma central de tráfego.
Depois de definir o tipo de controle semafórico, é necessário que o projetista decida
entre duas estratégias de controle. A primeira é denominada controle semafórico isolado, e a
segunda estratégia são chamados de controle em rede. A diferença entre as duas está em
permitir uma coordenação ou não entre semáforos próximos, ou seja, o semáforo em rede
possui uma interdependência entre as sinalizações semafóricas dentro da sua área de atuação.
DENATRAN (2014) ainda menciona dois modos de operação para controladores de
tráfego. O modo de operação Local, onde há entrada de programações, é diretamente no
contrador. Nesse caso, o operador vai até o local de operação e pratica a entrada manual de
dados. Há ainda a alternativa que é estudo nesse trabalho, que refere-se a operação através de
Centrais de Tráfego. Tal operação acontece numa sala de comando, onde um computador
central envia os comandos para os controladores. É através desse computador que ocorrem
todos os gerenciamentos de dados e operação dos equipamentos de controle semafórico.
Neste trabalho em específico, terá ênfase na operação através de Centrais de Tráfego
em Área (CTA). Esse conjunto vem sendo utilizado em grandes e médias cidades já que
possui inúmeras vantagens.
3.1 TIPOS DE CONTROLE
Nesta seção serão apresentados os sistemas de controle de tráfego que estão em uso
atualmente, contendo uma descrição do funcionamento, características e locais para sua
utilização. Nesse contexto existem três tipos: controle por tempo fixo, controle em tempo real
e controle atuado. Porém, como o uso de controle atuado em centrais de tráfego são
incomuns, neste trabalho serão apresentados somente os dois primeiros.
41
3.1.1 Controle por tempo fixo
Este controle utiliza-se de planos semafóricos pré-calculados com base em
levantamentos de campo e contagens de fluxo. Quando um plano semafórico está em
funcionamento, o ciclo é constante e a duração dos estágios é sempre a mesma, ou seja, isso
significa ter o mesmo tempo de verde, amarelo e vermelho para cada corrente de tráfego,
independente da mudança do volume de veículos que chegam ao cruzamento.
O controle por tempo fixo pode ser feito com apenas um plano durante todo o dia ou
com a utilização de diversos planos semafóricos ativados em função da hora do dia. Deste
modo é possível ordenar planos de tráfego para diferentes períodos do dia, definidos em
função da demanda. Os horários com grandes picos de tráfego têm planos distintos de
horários de baixo volume de tráfego. A Figura 10 ilustra como é subdividido os planos
durante um dia típico.
Figura 10 - Planos distintos em relação à taxa de ocupação da via
Fonte: (VILANOVA, 2005, p.7).
Há simulações apontando que quando se está operando no pico de tráfego, os planos
fixos se bem atualizados e aperfeiçoados, são uma ótima alternativa, pois possuem capacidade
de produzir resultados tão bons quanto os controles por tempo atuado ou real (LOUREIRO;
GOMES; LEANDRO, 2005). Na Figura 10 os planos são subdivididos de acordo com o
tráfego, do mesmo modo na Figura 11, porém, com a repetição de planos durante o dia.
42
Figura 11 - Possível distribuição semafórica diária
Fonte: (NETO, 2015, Pg. 30).
Os problemas encontrados nesse tipo de controle estão nos levantamentos de dados.
Esses levantamentos devem ser feitos de modo contínuo, pois a adoção de dados históricos
antigos pode acarretar em tempos de ciclo equivocados com a situação atual da via. Esses
levantamentos são raramente feitos, pois acaba por aumentar o custo de manutenção deste
semáforo, o que é inviável para certas cidades. Outro viés citado por Vilanova (2005) são as
contagens tradicionais. Elas são feitas por pessoas que não tem conhecimento em
programação, ou seja, estas pessoas anotam valores, sem condições de interpretar a dinâmica
do fluxo na via.
Quando não há uma central de tráfego, esse tipo de controle é o mais utilizado, pois o
cálculo da programação e sua posterior entrada de dados são feitos de forma simples. Como já
foi explanada, a programação através do tempo fixo pode ser feita a partir de métodos de
cálculo (Webster, Grau de Saturação, etc). A entrada de dados, quando não utilizado em
centrais, é feita diretamente nos controladores através de agentes de campo. Os controladores
de tráfego tem uma capacidade de armazenamento de oito a 16 planos de planos podendo em
regime de controle central expandir sua capacidade para até 64 planos por dia. (BHTRANS,
2010). Na Figura 12 é ilustrado como é um controlador semafórico.
43
Figura 12 - Controlador semafórico
Fonte: (BHTRANS, 2010, p.12).
Desse modo, pode-se dizer que tal tipo de controle é muito fácil de ser utilizado e
implantado, porém, há boas práticas para que ele funcione com melhor capacidade. É por esse
motivo que se utiliza atualmente o controle por tempo fixo como controle secundário em uma
central de tráfego por tempo real.
Nesse capítulo serão apresentados dois algoritmos que geram planos de tempo fixo. O
primeiro é o já citado TRANSYT, enquanto que o segundo é o algoritmo de programação
criado por Luis M. Vilanova, o Simulador de tráfego SIRI.
3.1.1.1 Sistema TRANSYT
TRANSYT, Traffic Network Study Tool, é um sistema utilizado para gerações de
planos de tempo fixo 'grifo nosso'. Esse sistema permite testar, encontrar e estudar os
melhores planos para coordenar a semaforização nas interseções. Cervantes (2005) diz que
esses testes são feitos de forma iterativa, onde para valores conhecidos de defasagem (offset),
split e tempo de ciclo, o modelo forma combinações, gerando índices de desempenho.
Carlson (2006) explica que o índice de desempenho (PI) da rede é uma medida do
custo total de congestionamento do tráfego que é feita com a combinação entre o atraso total e
o número de paradas. Esse processo de otimização de desempenho é verificado a partir de
tentativa e erro, dentro do modelo, isto é, o modelo utiliza os dados de entrada e vai
44
realizando ajustes de defasagem, split e tempo de ciclo que pode reduzir ou não o
desempenho. Quando se chega ao menor PI (Performance Index), o sistema adota os ajustes e
a temporização é sucessivamente melhorada. Na Equação 18 apresenta-se o cálculo feito pelo
sistema.
(18)
Onde:
N - número de vias;
W - Custo médio por unidade de atraso;
K - custo médio para 100 unidades de parada;
- coeficiente de ponderação de atraso na via i;
- atraso médio da via;
- coeficiente de ponderação do número de paradas na via i;
- número médio de paradas na via i.
Loureiro, Gomes e Leandro (2005) ressaltam que o tempo de ciclo não é otimizado,
porém, existe o programa chamado CYOP que pode ser utilizado em paralelo para avaliar os
tempos de ciclo. O modelo pode ser mais bem entendido com a Figura 13, onde é apresentada
a estrutura básica, a estratégia de controle TRANSYT.
Figura 13 - Estrutura básica do sistema TRANSYT
Fonte: (Cervantes, 2005, p. 30).
Carlson (2006) afirma que o sistema TRANSYT assume três hipóteses para seu
funcionamento que estão listadas abaixo:
a) as interseções da rede possuem uma regra de prioridade;
b) os semáforos que constituem a rede devem ter o mesmo tempo de ciclo ou metade
desse valor, e detalhes dos estágios e valores mínimos são conhecidos;
45
c) para cada aproximação diferente entre interseções, o fluxo médio é conhecido e
constante.
Como ocorre no sistema SCOOT, a base do modelo de simulação é a representação
dos Perfis de Fluxo Cíclico (PFC) 'grifo nosso'. O PFC é o nome dado aos histogramas
obtidos através de contagens veiculares realizadas nos links de entrada. O exemplo de um
PFC pode ser visto na Figura 14. O PFC pode ser chamado de padrões cíclicos de tráfego
(PCT) (LOUREIRO; GOMES; LEANDRO, 2005).
Figura 14 - Representação de um PFC
Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 31).
De acordo com Loureiro, Gomes e Leandro (2005) os PFC´s definidos pelo
TRANSYT são três: IN, GO e OUT. O primeiro representa o fluxo que chegaria à linha de
retenção caso não houvesse semáforo forçando sua parada, ele está representado pela Figura
15. O segundo representa o valor máximo que o fluxo pode assumir, ou seja, é o fluxo de
saturação da via e está ilustrado no histograma da Figura 16. E a terceira representa o
comportamento do tráfego que abandona a via e se desloca para outra via conforme a Figura
17.
46
Figura 15 - PFC padrão IN
Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).
Figura 16 - PFC padrão GO
Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).
Figura 17 - PFC padrão OUT
Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 32).
47
Portanto, para chegar ao cálculo do PI o programa faz uso do perfil de fluxo cíclico,
onde calcula os atrasos e as paradas. A técnica descrita pode ser mais bem entendida pela
explicação de Loureiro, Gomes e Leandro (2005, p.6),
O perfil do tráfego que entra em cada link (IN) é dado através da aplicação de um
modelo empírico de dispersão de pelotões sobre os padrões de saída dos arcos a
montante dele (OUT). O atraso total da rede é calculado pela soma das parcelas de
atraso sofridas por cada uma das aproximações desta rede. Ao contrário dos modelos
tradicionais que consideram apenas o atraso uniforme e aleatório, o TRANSYT
ainda calcula o atraso devido à saturação, correspondente aos casos nos quais a
demanda supera a capacidade do link. A quantidade de paradas é dada pela soma das
taxas de parada em cada um dos links da rede, e é obtida pela soma dos valores das
paradas uniformes, aleatórias e de saturação.
Em suma, o modelo TRANSYT permite uma coordenação entre as interseções para
conseguir a chamada "onda verde" para os pelotões que são identificados através do PFC.
Essa coordenação funciona através do ajuste das defasagens no plano de tempos fixos e pelo
ajuste do split.
3.1.1.2 Simulador de tráfego SIRI
De acordo com Vilanova (2009), Siri é um simulador de tráfego, na forma de software
computacional. Sua função é calcular programações de semáforos coordenados operando em
tempo fixo. O programa tem como conceito diminuir o número de paradas e o atraso veicular.
Atualmente, 250 semáforos de São Paulo estão operando com tempos calculados pelo
programa.
O simulador trata o fluxo de veículos como pelotões. Os veículos não são
considerados como elementos discretos, mas sim, componentes de um fluido contínuo que
percorre a via. Uma das características do algoritmo do programa é trabalhar com
formulações teóricas aliadas a prática adquirida pelos engenheiros de trânsito (VILANOVA,
2009).
Pelas falas de Vilanova (2009),
A estratégia fundamental da operação do Siri é a de construir uma fotografia da rede
a cada segundo. Tal procedimento exaustivo tem o inconveniente de incrementar
significativamente o tempo de processamento, mas, em contrapartida, permite
representar direta e objetivamente a situação do trânsito na rede estudada. O respeito
ao tamanho finito das caixas entre semáforos fica extremamente simples de tratar e,
consequentemente, pode-se dispensar a utilização de algumas expressões analíticas
bastante questionáveis.
48
Vilanova (2009) ainda explica que, a partir dessa estratégia, cria-se um resultado final
ao usuário do programa muito mais amigável e intuitivo. A rede de semáforos formada pelo
programa é composta pelos nós (representação das interseções semaforizadas) e os links
(representação dos movimentos de veículos que chegam num semáforo). Este link pode ser do
tipo "entrada" ou "interno". Ou seja, os links internos partem de um nó conhecido e chegam a
outro, já os de entrada provém de um local "desconhecido" à rede. A Figura 18 apresenta a
tela do programa com a representação dos nós e links da rede de semáforos da Av. Nove de
Julho, São Paulo.
Figura 18 - Imagem do display do simulador SIRI
Fonte: (VILANOVA, 2009, p. 3).
O processo de simulação ocorre em duas etapas. A primeira tem a duração igual a oito
vezes o tempo de ciclo calculado e tem a função de preencher todos os links internos para
levar o processo a um regime estável de distribuição de fluxo. A segunda etapa é onde se
contabiliza os atrasos e paradas. Desse modo, para situações não congestionadas a duração da
simulação é igual ao número inteiro de ciclos que couber em 600 segundos. Já em situações
congestionadas, é igual ao número inteiro de ciclos que couber em 3600 segundos
(VILANOVA, 2009).
O programa contabiliza as filas na medida em que os veículos vão se acumulando
devido ao semáforo em vermelho ou existência de congestionamento. A análise de tais
informações permite o cálculo do número de paradas e atraso de cada link. Além disso, é
49
possível calcular a fila máxima que ocorreu e um eventual perigo de "estouro de caixa"
(VILANOVA, 2009).
Depois dessa análise é possível a criação da programação da rede de semáforos
operando em tempo fixo. Para o cálculo da programação é necessário calcular:
a) o tempo de ciclo (igual para toda rede);
b) o conjunto de distribuição (para cada nó) desse tempo de ciclo em relação a duração
dos tempos de verde e vermelho;
c) os tempos de amarelo e vermelho geral (ambos fornecidos pelo usuário do
programa);
d) defasagens entre os semáforos.
De acordo com Vilanova (2009), o programa calcula o tempo de ciclo da rede através
do Método do Grau de Saturação adotando um grau de saturação de 0,88 para os links mais
críticos. Em situações supersaturadas onde não há como obedecer ao grau de saturação
padrão, o tempo de ciclo deve ser calculado para o valor máximo: 120 segundos. No cálculo
do tempo de verde é utilizado o critério da equalização dos graus de saturação dos links
críticos. E para as defasagens é utilizado o parâmetro de índice de desempenho (ID), dada
pela Equação 19.
(19)
Onde:
l - cada um dos links da rede;
- número total de links da rede;
- Atraso do link l;
- Número de paradas do link l.
Do mesmo modo que no sistema TRANSYT, o programa na sua primeira versão
efetuava a busca do valor mínimo de ID através do modelo hill-climbing. No entanto, a partir
da versão 2.0, o programa optou por utilizar um procedimento de varredura mais detalhado
que levou a melhores resultados. Portanto, depois de escolher as defasagens dos nós pelo
parâmetro de ID, o Siri recorre à técnica utilizada pelos engenheiros, em suas regulagens em
campo, para construir o conjunto de defasagens de rede. Pelas falas de Vilanova (2009),
Em primeiro lugar, identifica-se a chamada rota principal da rede. O primeiro link
desta rota é o link externo de maior fluxo. A partir daí, os maiores fluxos de
contribuição vão configurando a sequencia dos links internos até que se chega ao
último link, isto é, a um link que não contribui para mais ninguém. Uma vez
conseguida a rota principal da rede, vão se construindo rotas secundárias, vinculadas
à rota principal por, geralmente, um ou dois links.
50
Ou seja, o programa calcula as defasagens para a rota principal na mesma sequência
da construção da rota principal. Com os valores da rota principal fixados, parte-se para a
determinação das defasagens das rotas secundárias de modo análogo. Vilanova (2009) explica
que o cálculo das defasagens é a parte mais completa de qualquer simulador, seja em controle
em tempo real ou tempo fixo.
Vilanova (2009) comparou o simulador de tráfego Siri com o sistema TRANSYT. Os
dois programas foram submetidos aos mesmos dados de entrada e uma mesma programação.
Os resultados obtidos em questão de indicadores (dimensionamento de filas, paradas e
atrasos), foram praticamente análogos. Isso demonstra que o sistema apesar de novo sua
programação é muito sólida e eficiente.
3.1.2 Controle em tempo real
Os controladores semafóricos em tempo real, conhecidos como "semáforos
inteligentes" são um tipo de controle semafórico que oferece a possibilidade de operação à
distância, ou seja, através de terminais de computador, recurso que é denominado operação
centralizada. Eles possuem uma inteligência artificial que, garante uma programação
adequada para diferentes situações no trânsito, momento a momento. Portanto, eles recebem
os dados de fluxo da via, que foram identificados pelos detectores, e convertem em
programações semafóricas (CHRISTIANINI; HAGIWARA, 2008).
Vilanova (2005) destaca que, atualmente com um aumento da demanda veicular
devido ao aumento da aquisição de veículos, os técnicos de trânsito trabalham principalmente
para aumentar a fluidez das vias e impedir que ocorrências como acidentes, reparações da via,
construções, entre outros, não gerem congestionamentos e atrasos. É por esse motivo que nos
últimos anos, houve um aumento na utilização da tecnologia de semáforos que operam em
tempo real.
Como já dito anteriormente, é um tipo de controle que se assemelha ao modo atuado,
porém operando em rede, onde o processamento é feito por meio de um software específico
'grifo nosso' em uma central de tráfego. Por meio de um detector de tráfego há a coleta de
dados necessários, após isto, há o envio destes dados para os terminais de um computador. O
sistema acaba recebendo estes dados e calcula os parâmetros de programação a serem
colocados em prática na via através dos semáforos.
51
Este controle está revolucionando a modelagem de tráfego nos grandes centros
urbanos, e isso deve-se a sua grande adaptação e flexibilidade de uso. O seu funcionamento
depende de três núcleos bem definidos que vão ser apresentados nesta seção.
Vilanova (2005) divide o procedimento de controle em três núcleos. O primeiro é
chamado de modelagem de trânsito ou sistema de medição. É nessa etapa que o detector capta
as condições vigentes de tráfego na via e transforma em parâmetros relativos à ocupação e
fluidez. A otimização da programação semafórica (ou módulo de controle) é o segundo
núcleo. Nessa etapa ocorre a análise da melhor alternativa de programação, ou seja, a
programação que diminuirá ao máximo o número de paradas e tempo de espera para as
condições vigentes. O terceiro e última núcleo, nada mais é que executar os valores
calculados na segunda etapa. Portanto, refere-se ao repasse dos valores calculados para os
semáforos. Essa explicação é ilustrada na Figura 19, onde estão esquematizadas todas as
etapas do processo, desde a captação de dados, passando pelo processamento e retornando
para a via.
Figura 19 - Processos necessários para o controle em tempo real
Fonte: (SOUZA, 2012, p.8).
O controle em tempo real não tem tabela horária e modifica os tempos conforme a
demanda e necessidade. Se há determinado problema na via que acaba por originar uma fila
inesperada, o sistema detecta e recalcula os tempos de verde, tempo de ciclo, defasagens,
entre outros, para que haja uma normalização da fila resultando em menor tempo de espera
dos motoristas (NETO, 2012). Nesse contexto, é importante frisar que a grande parte dos
programas que trabalham em tempo real oferece a possibilidade dos técnicos intervirem
52
manualmente nos parâmetros de programação. Portanto, é possível funcionar com
programações de tempos fixos ao invés de tempo real conforme a necessidade.
Além disso, Souza (2012) explica que, ao contrário dos controles que trabalham com
dados históricos, o controle em tempo real não sofre obsolescência. Desse modo, ele não
perde sua capacidade de funcionamento ao longo do tempo, opostamente ao que ocorre no
sistema em tempo fixo, pois, na maioria dos casos a pesquisa de fluxo veicular não ocorre
constantemente, o que acaba por gerar planos que não condizem com a situação da via
naquela ocasião.
Atualmente, devido ao avanço da tecnologia na área de softwares e o elevado número
de ferramentas que um sistema online oferece, o controle em tempo real em centrais de
tráfego revela maior eficácia em relação aos outros sistemas. Essa eficácia pode ser vista no
menor atraso veicular, sincronização com exatidão e melhor escoamento de fluxo
(LOUREIRO; GOMES; LEANDRO, 2005).
Almeida e Meneses (2008) explicam que o controle em tempo real, além de todas as
vantagens que o sistema apresenta, ainda permite a criação de "ondas verdes" em área, pois
com a detecção de tráfego é possível criar inúmeras progressões semafóricas atendendo o
fluxo real naquele horário em questão. A "onda verde" e, pelas falas de Bosse (2011),
[...] o resultado da tecnologia aliada a uma boa engenharia de tráfego para garantir o
sincronismo dos semáforos. O motorista sai de um cruzamento em uma avenida, e
na medida em que se aproxima do cruzamento seguinte, o semáforo abre. O
fenômeno se repete nos demais cruzamentos, permitindo que os veículos façam
grande parte do trecho com “onda verde” sem ter que parar, considerando-se uma
velocidade razoável.
Portanto, o controle em tempo real é um controle semafórico que utiliza softwares
específicos para programar os tempos de ciclo, duração de estágio, calcular defasagens para
uma progressão semafórica, entre outros elementos necessários para se calcular uma
programação semafórica ajustada à situação real. Logo, se a entrada de dados ocorre em um
estágio n, no estágio n+1 a nova programação já está em funcionamento.
Nesse capítulo será esclarecido sobre os algoritmos de programação que estão no
mercado, bem como suas características e funcionalidades. Eles são os responsáveis pelo
cálculo dos planos que são posteriormente implementados na via. Faz parte do conceito de
plano: o tempo de ciclo; defasagem; e tempos de estágio. Para o cálculo desse plano é
necessário que se tenha os dados do ciclo em curso, ou seja, os dados captados pelo detector
no ciclo anterior ao que está se calculando.
53
De acordo com Carlson (2006), os sistemas de controle de tráfego em tempo real
podem ser divididos em dois tipos: os cíclicos e os acíclicos. Os cíclicos são baseados na
geração do plano seguinte utilizando o plano que está corrente. Já os acíclicos não levam em
conta o conceito de ciclo e alteram a indicação semafórica a cada intervalo de controle. Nesse
trabalho não será abordado os sistemas acíclicos, pois no Brasil os sistemas mais utilizados
pelas empresas são os cíclicos, como por exemplo, o sistema SCATS utilizado pela empresa
DIGICON e o sistema SCOOT utilizado pela CET-SP, CTAFOR, entre outras.
3.1.2.1 Sistema SCATS
SCATS, Sydney Coordinated Adaptative Traffic System, é um sistema que atua em
tempo real 'grifo nosso'. Ele busca otimizar o atraso veicular e parada de veículos através do
controle ciclo a ciclo de porcentagens de verde, tempo de ciclo e defasagem (LOWRIE,
1982). De acordo com Carlson (2006), o sistema tem a capacidade de comunicação entre
todos seus elementos, onde cada região pode ser composta por até 120 controladores, o que é
um número interessante para a maioria das cidades brasileiras.
O sistema funciona em hierarquia de comando, isto é, ele possui um computador
central que monitora o desempenho da região e o estado dos sistemas. "Abaixo" do
computador central estão os computadores regionais, estes que são responsáveis pela
programação de um sistema (grupo de semáforos que não tem interação com outros grupos,
pois estão em regiões geograficamente distantes) e dentro de cada sistema há os subsistemas
(semáforos que tem interação entre si e podem ter ligação para compor os sistemas). Essa
hierarquia de comando pode ser vista na Figura 20 (CARLSON, 2006).
54
Figura 20 - Sistema SCATS
Fonte: (CERVANTES, 2005, p. 36).
Cada subsistema é composto por no máximo 10 interseções semaforizadas. A
estratégia de controle selecionada é feita pelo algoritmo, como resultado das informações
retiradas da via pelo detector de tráfego, relativo à capacidade e demanda observada. Essa
estratégia é implantada na via com o arranjo dos tempos de verde, tempo de estágio, duração
do ciclo e defasagens para cada subsistema e entre os subsistemas se for necessário
(CERVANTES, 2005).
Geralmente, o sistema SCATS contém uma biblioteca de planos. No caso do split
(forma de como o ciclo está dividido entre os estágios), contém quatro planos para cada
interseção baseado nas necessidades e variação de tráfego observada. A escolha do plano é
feita para todo subsistema levando em conta a interseção crítica. Para a defasagem existem
cinco planos internos (defasagem entre as interseções dos subsistemas) e cinco planos
externos (defasagem entre os subsistemas). Lembrando que todas as interseções de um
subsistema devem ter o mesmo ciclo para que as defasagens possam ser calculadas
(CERVANTES, 2005).
De acordo com Carlson (2006) o parâmetro mais importante para a escolha de planos é
um conceito análogo ao grau de saturação. Ela é definida como a razão entre o tempo de
verde efetivamente utilizado e o tempo de verde disponível. Os planos são definidos para
manter um grau de saturação de 90% na pista que apresentou um maior grau de saturação no
55
ciclo anterior. A duração do ciclo é limitada a uma variação de ± 6 segundos em relação ao
ciclo anterior.
3.1.2.2 Sistema SCOOT
O nome SCOOT, Split, Cycle and Offset Optimization Technique, consegue resumir
muito bem sua função, pois o modelo funciona com um algoritmo para otimização em
tempo real de repartições de verde, ciclo e defasagens 'grifo nosso' (LOUREIRO; GOMES;
LEANDRO, 2005). De acordo com Carlson (2006), o sistema SCOOT se baseia nos conceitos
e critérios do sistema TRANSYT, de certa forma ele funciona como um modelo aprimorado
para uso em tempo real do conceituado TRANSYT para tempo fixo.
O SCOOT então se utiliza do índice de desempenho para reduzir as filas médias das
áreas controladas, levando em consideração o número de paradas, atraso veicular e
congestionamento. Pelo fato do modelo funcionar em tempo real, ele se utiliza dos detectores
de tráfego em todas as aproximações de interseções semaforizadas para coleta dos dados que
são armazenados em Cyclic Flow Profiles (CFPs). Os CFPs são a medida média do fluxo em
um sentido de veículos que cruzaram sobre determinado ponto da via, em intervalos de quatro
segundos. Dessa forma, o algoritmo tem a informação das indicações semafóricas,
velocidades e fluxos de saturação pré-estabelecidos. Logo, ele consegue prever o tamanho da
fila formada e seu final, e tais dados são utilizados para os otimizadores gerarem as
alternativas e ajustes para encontrar a melhor temporização possível de forma interativa.
(CARLSON, 2006).
Vilanova (2005) explica que o programa funciona de modo análogo ao sistema
TRANSYT, onde ele aplica alterações pequenas nos parâmetros de tempo de ciclo, estágio e
defasagens. A cada final de estágio, novos valores são calculados para que o sistema possa
atender os novos valores de fluxo que foram observados. Ele ainda cita que os laços
detectores devem ser instalados em locais o mais longe possível da faixa de retenção, pois
assim o programa conseguirá ter uma antecipação maior da demanda que atingirá a
interseção. Os detectores ainda servem para detectar condições de congestionamento, pois
como os laços estão instalados há uma distância maior que a normalmente ocupada pela fila
gerada pelo semáforo, quando existe uma presença constante de veículos sobre o laço, ele
entende que há uma situação de congestionamento e corrige a sua modelagem para resolver o
problema.
56
Portanto, o sistema funciona com três módulos de otimização, no qual o primeiro
refere-se ao ciclo onde o programa busca manter uma capacidade suficiente para a via (grau
de saturação menor que 90%) variando sua duração de 4 a 8 segundos. O segundo módulo é a
defasagem ou offset, que atua de modo a criar a coordenação entre as interseções, fazendo
com que os pelotões não encontrem o sinal fechado na sua trajetória, desse modo chega-se a
operações com um valor mínimo de atraso, paradas e congestionamento. Ou seja, antes de
cada alteração de fase, o sistema de decide se mantém, estende ou diminui em quatro
segundos o verde da fase. E por último, os percentuais de verde que são chamados de split,
onde o sistema define as durações dos estágios, buscando diminuir o grau de saturação
máximo nas aproximações da interseção (SOUZA, 2012).
A estrutura do sistema SCOOT é feita conforme a Figura 21. De acordo com Vilanova
(2005): área contempla todos os elementos que são operados pelo computador; região, o
conjunto de nós que possuem o mesmo tempo de ciclo e funcionam de forma coordenada e
sincronizada a partir dos ajustes de defasagem; nó é o nome dado a uma interseção
semaforizada ou semáforo de pedestre em meio de quadra; link é a seção da via que faz a
ligação entre dois nós, ou seja, representa o movimento de veículos entre dois semáforos; e os
detectores são os equipamentos que captam a passagem de veículos ao longo do tempo num
determinado link.
Figura 21 - Estrutura das entidades do sistema SCOOT
Fonte: (VILANOVA, 2005, p. 30).
Portanto, o SCOOT é um sistema em tempo real criado a partir de conceitos do
sistema TRANSYT para tempo fixo, porém, estudos mostram que para as situações
57
contemporâneas de trânsito ele tem melhor desempenho. Esta afirmação é pautada em cima
do trabalho realizado por Loureiro, Gomes e Leandro (2005) na cidade de Fortaleza em 2005.
No estudo seis interseções semaforizadas integrantes do Sistema Centralizado de Controle do
Tráfego de Fortaleza (CTAFOR) foram utilizadas para comparar o desempenho da operação
com planos de tempo fixos programados pelo programa TRANSYT em relação ao controle
por tempo real, programado pelo sistema SCOOT. Foram analisados os resultados referentes
ao atraso veicular e volume atendido e constatou-se que o sistema SCOOT tem uma
superioridade crescente à medida que as demandas atingem o ápice, ou seja, situações em que
a via está saturada.
3.2 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE
3.2.1 Semáforo controlado isoladamente
Esse tipo de estratégia tem como característica operar de forma isolada e independente
de outras interseções semaforizadas. Ela é utilizada quando não existem semáforos próximos
ou quando os semáforos próximos não seguem uma linha de fluxo, ou seja, há dispersão dos
pelotões ao longo do percurso entre o semáforo a montante e a jusante (DENATRAN, 2014).
DENATRAN (1984) explica que o uso dessa técnica não é interessante, pois a
ausência de sincronização pode fazer com que um semáforo indique verde e outro vermelho.
E neste caso, no trecho entre os dois semáforos haverá uma saturação. Essa saturação pode
levar a uma redução de capacidade da via e acarretar em um bloqueio na interseção. Dessa
forma, o fluxo perpendicular não poderá seguir seu caminho, devido aos automóveis que estão
detidos no local, como é apresentado na Figura 22.
58
Figura 22 - Bloqueio de interseção devido há uma má escolha de estratégia
Fonte: (DENATRAN, 1984, p. 52).
DENATRAN (1984) ainda ressalta que quando essa estratégia é utilizada
erroneamente em semáforos próximos, há aumento desnecessário do número de paradas e
maior tempo de atraso total. De acordo com ele, a sincronização entre dois ou mais semáforos
que estão funcionando próximos, reduz cerca de 50 a 80% os valores de atrasos e números de
parada. Ou seja, é possível a instalação de vários semáforos em linha sem prejudicar a fluidez
do trânsito.
3.2.2 Semáforo controlado em rede
Este tipo de estratégia tem como conceito o agrupamento de semáforos que operam
coordenados entre si. Este sistema pode ser utilizado ao longo de uma rede aberta ou de uma
rede fechada. A rede aberta visa à circulação do tráfego em um corredor. Já a rede fechada
tem em vista aperfeiçoar determinada região como um todo, por isso é chamada de controle
em área (DENATRAN, 2014). A diferença entre os tipos de rede é vista na Figura 23.
59
Figura 23 - Tipos de redes de sincronização
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 186).
De modo geral, ter uma interligação em rede é essencial para que haja sincronismo
entre os controladores semafóricos, ou seja, é necessário que todos os controladores estejam
marcando o mesmo horário em seu relógio interno. Tendo como base o estudo de Azeredo
(2014), para que isso aconteça existem três tipos de estrutura de interligação que são usadas
atualmente:
a) ligação entre os controladores via cabos de comunicação: existe um controlador
mestre que envia seu horário e os comandos de programação periodicamente para os
outros controladores da rede através de cabos. Possui o viés de atrasar ou adiantar o
horário, logo é necessário uma revisão periódica para que não haja problemas;
b) sistema GPS (Global Positioning System): os controladores recebem o horário via
satélite por meio de um módulo-GPS. Podem ser ligados ou não a uma central.
Quando não ligados a central, é necessário fazer a ação em cada um cada vez que
mudar a programação. Já no caso de sistemas GPS ligados a uma central de tráfego,
todos os controladores são programados através de um único computador;
c) sistema combinado: é a combinação entre o sistema de cabos e o sistema GPS,
aonde somente o controlador central é ligado ao satélite, enquanto os outros
controladores são ligados ao mestre por cabos. É o sistema com melhor custo-
benefício do mercado.
A principal vantagem desse tipo de estratégia é instituir a "onda verde", que é obtida
por meio da sincronização entre os semáforos. A sequência de semáforos é programada de
forma que os pelotões tenham uma passagem fluída e sem paradas (contanto que não haja um
obstáculo na via e que os veículos estejam na velocidade permitida). A criação da "onda
verde" é essencial em interseções semaforizadas próximas, justamente para evitar os
60
problemas citados anteriormente. Além disso, a coordenação semafórica é uma ótima
alternativa para aumentar a segurança da via. Isso acontece porque os veículos acabam por
trafegar na velocidade permitida para aproveitarem ao máximo a coordenação.
No entanto, de acordo com DENATRAN (1984), quando a via não está saturada, o
sistema progressivo chamado de "onda verde" não irá funcionar como deveria. Mais que isso,
poderá acarretar em atrasos maiores do que produzidos por sistemas coordenados, de forma
que vias secundárias terão um atraso desnecessário devido à prioridade da via principal.
Com base em Azeredo (2014), além da interligação entre os semáforos já comentada,
alguns fatores são essenciais para o funcionamento da “onda verde”. São eles:
a) programação semafórica;
b) monitoramento em campo;
c) manutenção semafórica;
d) procedimentos de trabalho;
e) fator humano.
De acordo com DENATRAN (2014), a programação semafórica dos semáforos que
estão interligados para criar a sincronização é de suma importância para o funcionamento da
“onda verde”. Os parâmetros principais na coordenação semafórica são a defasagem e o
tempo de ciclo.
O tempo de ciclo para esses casos deve ser igual para todos os semáforos que estão na
rede. Para a determinação desse ciclo único pode ser utilizado o método do grau de saturação
ou o método de Webster. Porém, é importante ressaltar que a via não deve ser programada
para atuar com grau de saturação maior que 90% para que a via tenha certa folga para
absorver demandas superiores que aconteçam (DENATRAN, 2014).
Neto (2015) ressalta que, em vias de mão única, é recomendável utilizar o tempo
médio de deslocamento dos veículos entre duas faixas de retenção próximas como o valor de
defasagem. Já no caso de vias de mão dupla é mais complexo, pois a defasagem programada
em um sentido pode não funcionar no outro sentido. Neste caso é utilizado para cálculo da
defasagem o método do diagrama espaço-tempo 'grifo nosso' que está sendo ilustrado na
Figura 24. O cálculo desse tipo de diagrama se dá geralmente por meio de programas
computacionais específicos, pois o cálculo sem o uso desses programas é complexo e sem
exatidão.
61
Figura 24 - Diagrama espaço-tempo em vias de mão dupla
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 189).
O diagrama espaço-tempo é um gráfico onde os intervalos de duração dos estágios são
plotados no eixo y (vertical), enquanto as distâncias das interseções estão plotadas no eixo x
(horizontal). A banda de passagem (ou banda) denomina-se o espaço entre duas retas que
possuem a mesma velocidade. A largura da banda, isto é, os segundos entre uma linha
paralela e outra, é o intervalo de tempo disponível para o deslocamento dos pelotões entre
interseções sucessivas sem que haja paradas (DENATRAN, 2014).
Esse tipo de diagrama é necessário para que encontrem os parâmetros necessários
para que duas faixas consigam fazer o deslocamento simultâneo e coordenado. Porém em
condições de baixo tráfego, o sistema progressivo provavelmente acarretará em maiores
atrasos do que o ideal. Pois ele sempre determinará a regra de prioridade para a via principal
(DENATRAN, 1984).
No sistema de tempo fixo, para realizar o sincronismo, é necessário que os ciclos dos
planos e as tabelas horárias das interseções coordenadas tenham valores idênticos. Para esse
caso, normalmente utiliza-se o software TRANSYT, que será mais estudado a frente, para
simular progressões semafóricas (ALMEIDA; MENESES, 2008).
Já no sistema em tempo real a configuração é mais complexa, para isso existem
softwares específicos que já realizam este cálculo, como é o caso do sistema SCATS e
SCOOT, comumente utilizado no Brasil. No entanto, quando há uma sincronização
operacionalizada através da central de tráfego, há maior nível de confiabilidade. Isso acontece
62
porque o software instalado no computador consegue promover essas mudanças de forma
rápida e prática. Todavia, independente do tipo de controle e operação semafórica, os
softwares não tem capacidade de calcular uma sincronização sem que haja estudos prévios e
uma boa parametrização por parte dos técnicos (AZEREDO, 2014).
Azeredo (2014) ainda cita que para o correto funcionamento da sincronia, o
monitoramento em campo é importante. Pois é natural que ocorram problemas nos
controladores, os quais podem causar erro nas defasagens. A vistoria frequente acaba por ser
uma das ferramentas que pode constatar mau funcionamento previamente. As causas mais
comuns de mau funcionamento da "onda verde" são as falhas na comunicação entre os
controladores locais e o controlador mestre. Elas podem ser causadas por rompimento dos
cabos, que ligam esses controladores no dispositivo ou por falha de comunicação com a
central. A consequência disso é o desajuste do relógio interno, que provoca um inadequado
tempo de defasagem desconfigurando a "onda verde". Esse atraso pode ser observado na
Tabela 6, onde o Cruzamento CT 05 está desregulado em relação aos outros.
Tabela 6 - Horário interno desajustado em relação ao controlador mestre
Fonte: (AZEREDO, 2014, p. 12).
Assim, a manutenção semafórica acaba por se um fator de suma importância para
manter o sincronismo. Azeredo (2014) explica que todo equipamento necessitará de
manutenção periódica para funcionar de maneira correta. Os controladores semafóricos são
custosos em relação à manutenção, pois estão expostos às condições climáticas. Isso faz com
que eles tenham que ser consertados e ajustados mais frequentemente que os outros
equipamentos.
Como comentado anteriormente, os controladores ou até mesmo os programas
computacionais não calculam as programações sozinhas, por isso o fator humano é mais um
63
ponto de grande importância para o conjunto da rede. É necessário que os profissionais que
atuem nessa tarefa sejam capacitados para que tudo funcione perfeitamente. Logo, desde os
técnicos (que praticam contagens de tráfego) até os operadores (que introduzem as
programações semafóricas na via) devem ter competência técnica para tal.
64
4 OPERAÇÃO SEMAFÓRICA ATRAVÉS DE UMA CENTRAL
Este modo de operação é realizado a partir de centrais de tráfego em área, onde a
entrada de dados é mais fácil e rápida, pois todos os controladores são conectados com
computadores da central de operações. Desse modo, com uso de um mouse e teclado, em
poucos segundos a programação já está em funcionamento. Todavia é necessário cuidados
para que essa facilidade não acabe por gerar equívocos desnecessários (DENATRAN, 2014).
A Figura 25 representa uma das maiores centrais de tráfego do Brasil, a CET-SP.
Figura 25 - Central de tráfego de São Paulo com CFTV em funcionamento
Fonte: (MRV Engenharia, 2014).
Pereira e Ribeiro (2007) citam alguns dos objetivos que são esperados ao implantar essas
centrais de tráfego:
a) gerenciamento do tráfego mais eficiente;
b) melhoria das condições de tráfego;
c) melhoria das condições de segurança viária;
De acordo com Pereira e Ribeiro (2007), para conseguir alcançar estas melhorias no
desempenho é necessário que a central de tráfego em área opere com um software
computacional específico, ou seja, é necessário escolher entre os algoritmos de controle em
tempo real ou os simuladores de tempo fixo. Normalmente uma central faz o controle
semafórico a partir de sistemas em tempo real, porém, em algumas interseções de menos
importância, é possível fazer a simulação de tráfego através de programas que trabalham com
planos de tempos fixos.
65
Vilanova (2005) explica que, quando há o uso do controle inteligente ou controle em
tempo real, a central funciona com eficiência máxima, que resulta numa operação mais
satisfatória tecnicamente. Isto porque os softwares que funcionam em tempo real tem a
capacidade de gerar as reprogramações automaticamente. No entanto, nos corredores com
menor saturação, o cálculo da programação pode ser realizado através de estudos históricos de
fluxo, informações de agentes de campo e câmeras de monitoramento.
Ainda que se conheça a maior eficiência do sistema em tempo real em relação ao
tempo fixo, quando ambos estão sendo controlados através de uma central, a maioria dos
sistemas CTA, que estão em atuação no Brasil, funcionam através da programação de tempo
fixo (LOUREIRO; GOMES; LEANDRO, 2005). As explicações para essa relutância podem
estar na questão financeira da implantação de um sistema controlado em tempo real ou na
questão da desconfiança de um sistema que "funciona sozinho" por parte da equipe de
operação.
Depois da escolha do algoritmo de controle é necessário, para obter um funcionamento
com a máxima capacidade possível, o uso de equipamentos que realizam o monitoramento,
detecção veicular, gestão, gerenciamento e comunicação interligados às centrais CTAs. É com
a utilização desses sistemas que se obtém uma integração do centro de operações com a
equipe de campo e da central com os acontecimentos da via. Loureiro, Gomes e Leandro
(2005) explicam que, nos dias de hoje, o controle de tráfego em área está sendo implantado
em grandes centros urbanos com o uso de diversas técnicas, como: uso de rádio
telecomunicação, telefone celular e PDAs, para troca de informações entre as equipe e para
encaminhar os técnicos de campo para alguma ocorrência. Desse modo, cria-se uma
integração entre tais ferramentas de comunicação, os softwares de gestão e gerenciamento, e
os programas específicos de programação semafórica, que acaba por reduzir os atrasos e
número de paradas.
4.1 CENTRAL DE RÁDIO E TELEFONE
Para a comunicação entre as equipes é necessário que se tenha equipamentos de
telecomunicação do tipo rádio ou telefone. É através desse sistema que acontece a troca de
informações entre os operadores de uma central de tráfego e os agentes de campo, ou entre os
operadores e alguns órgãos competentes como o serviço de emergência, polícia civil, polícia
federal, entre outros. Desse modo, é possível realizar uma troca de dados sobre
congestionamentos imprevisíveis, incidentes com veículos, acidentes, furtos, etc.
66
Normalmente, em uma central de tráfego, é usual ter uma rede de atendimento à comunidade
local, para que os usuários tenham a possibilidade de solicitar informações, fazer reclamações,
bem como informar as possíveis ocorrências já citadas (TRINDADE FILHO, 2002).
4.2 SISTEMA DE PAINÉIS VARIÁVEIS
O Sistema de Painéis de Mensagens Variáveis (PMVs) são painéis instalados na via que tem
como função repassar mensagens dos operadores das centrais de tráfego aos usuários. Os
PMVs podem exibir alerta de algum congestionamento que está à frente, notificar os
motoristas sobre rotas alternativas ou apenas apresentar uma mensagem padrão (PIRES E
SOUZA, 2015). Ou seja, a implantação dos PMVs baseia-se nos seguintes tópicos:
a) Segurança;
b) Fluidez;
c) Conforto.
De acordo com Pires e Souza (2015), quando o motorista é informado previamente
sobre uma condição adversa da via, é provável que ele adote medidas de segurança e tome
mais cuidado ao trafegar. É permitida ainda a possibilidade de o usuário refazer sua rota para
prevenir o congestionamento ou atraso. Este tipo de manobra implica em uma redução da
lentidão no local do incidente e diminuição de estresse no condutor que não precisará realizar
a passagem pelo local que está com problemas.
Mesmo quando a via está em situação normal de funcionamento, os PMVs podem ser
utilizados para informar mensagens relativas a rotas ou informações úteis ao usuário, como
velocidade permitida, cuidado com o pedestre, desvio, entre outros. Isso faz com que o
condutor se sinta mais confortável e seguro ao trafegar na via. A maior parte desses painéis
possui uma matriz de lâmpadas de LED que formam os caracteres das mensagens. As Figuras
26 e 27 ilustram como é um Painel de Mensagens Variadas.
67
Figura 26 - PMV dando uma mensagem de orientação
Fonte: (PIRES; SOUZA, 2015, p. 27).
Figura 27 - PMV informando a distância para chegar ao pedágio
Fonte: (PIRES; SOUZA, 2015, p. 36).
4.3 CIRCUITO FECHADO DE TELEVISÃO
Vilanova (1996) explica que o circuito fechado de televisão (CFTV) é um sistema de
câmeras que são instaladas na via para o monitoramento do trânsito. As imagens desse
sistema de câmeras podem ser vistas dentro da central de tráfego com o auxílio de monitores.
Nesse contexto, os técnicos podem identificar visualmente os problemas que estão ocorrendo
em campo, como por exemplo, veículos com problemas, acidentes, obras, entre outros. Isto
permite resolver os problemas na via mais rapidamente e evitar uma situação de
congestionamento, pois, ao realizar a identificação do problema, os operadores comunicam os
agentes de campo para irem ao local efetuar as medidas necessárias para a solução de
ocorrências. Além disso, se houver a necessidade, os operadores podem ajustar a programação
68
semafórica para evitar uma lentidão na via e retomar a fluidez do trânsito, como está ilustrado
na Figura 28.
Figura 28 - Esquema operacional de uma central de controle
Fonte: (NETO, 2012, p.10).
Outro emprego para esse sistema de monitoramento está na questão de segurança
pública. Existe a possibilidade de realizar a comunicação com os órgãos competentes quando
os operadores notarem alguma situação estranha ou situação de furto ou roubo que tenha sido
identificado nos arredores da via, como calçadas e edifícios.
Estas câmeras de monitoramento de tráfego, ilustradas na Figura 29 são chamadas de
Telecâmeras. Elas possuem um ângulo de rotação e zoom que são controladas diretamente da
central. É necessário realizar o estudo de implantação para analisar os locais que realmente
necessitam da instalação e quais os locais de instalação que disponibilizam o maior ângulo de
imagem. Muitas vezes é difícil prever o campo de visão que será propiciado por um
determinado posicionamento da câmera, por isso, em regiões densamente edificadas é
necessário realizar um teste prévio (VILANOVA, 2005).
69
Figura 29 - Câmeras de monitoramento
Fonte: (G1 SANTOS, 2015).
As imagens normalmente são observadas através de monitores e video wall (conjunto
de telas de LED integradas), onde um computador faz a intermediação, permitindo que se
possam visualizar as imagens individualmente ou multiplexadas através do video wall e
realizar a gravação das imagens que estão sendo visualizadas. A Figura 30 ilustra como se
utiliza o sistema na CET-SP na central de operações da Marginal/Bandeirantes.
Figura 30 - Video wall da CET-SP
Fonte: (RIBEIRO, 2014).
70
4.3 SISTEMA DE DETECÇÃO DE VEÍCULOS
Esses dispositivos têm a função principal de detectar o tráfego na via e enviar esses
dados para a central, onde programas específicos irão utilizar esses dados para calcular a
programação semafórica. Quando não há programas específicos com controle em tempo real,
tais dispositivos podem ser utilizados por técnicos de tráfego para criarem gráficos do volume
de tráfego diário, semanal, mensal ou anual. A partir do comportamento dos veículos é
possível calcular programações semafóricas, onde as durações dos planos e os outros
parâmetros terão suas informações retiradas a partir desta análise.
Outro caso de utilização de detectores veiculares ocorre nos sistemas de modo atuado.
Os detectores são muito importantes para esse tipo de controle, pois sem eles não é possível
detectar se ainda há demanda veicular. Se não houver detector não é possível realizar a
extensão de verde, que é a funcionalidade que tem maior importância para esse controle.
Dissertando mais propriamente do uso de detectores para o controle em tempo real,
que é o objetivo desse trabalho, tem-se que a conservação do sistema de detecção é um fator
essencial para o funcionamento correto do controle em tempo real. Vilanova (2005) mostra-se
preocupado com a ideia de que “tudo funciona sozinho”. Segundo o autor, essa frase é
somente necessária quando os equipamentos que formam o conjunto estiverem operando
corretamente, pois o sistema real funciona a partir de dados reais, ou seja, a partir dos dados
de fluxo de veículos que os detectores estão identificando na via. Portanto, é necessário que
faça manutenções periódicas para obter dados corretos.
Quando há a implantação desses equipamentos, é de responsabilidade da empresa
oferecer um curso de treinamento em instalação e manutenção do equipamento. Além do
treinamento técnico é necessário também que a empresa ofereça para os técnicos de
engenharia de tráfego um curso completo de parametrização dos dados e treinamento nas
configurações gerais que serão necessárias para a programação do sistema (CET-SP, 2015).
Deste modo, é correto afirmar que essas medições “alimentam” os algoritmos de
controle, que acabam por compor a formação do desmanche de filas, calcularem o atraso
veicular e o número de paradas. Então, a partir dessas informações, os algoritmos conseguem
determinar qual deve ser o tempo de ciclo, tempo de verde e defasagens entre semáforos
vizinhos para o cálculo da sincronização para que se obtenha o maior desempenho da rede
(VILANOVA, 2005).
71
4.3.1 Laços detectores indutivos
São os dispositivos mais utilizados para detecção veicular. Esses dispositivos
funcionam a partir de cabos metálicos enrolados que são embutidos no pavimento (em uma
fenda retangular da pista) e conectados aos controladores semafóricos. O modo de
funcionamento é bem simples: funciona com base no campo magnético gerado pela corrente
elétrica que passa por esses laços, isto é, cada vez que um veículo passa sobre o detector, ele
gera uma variação no campo magnético devido a sua massa metálica e essa alteração indica
aos controladores que houve a passagem de um veículo (DENATRAN, 2014). A Figura 31
representa o funcionamento dos laços detectores indutivos.
Figura 31 - Funcionamento dos laços detectores
Fonte: (NETO, 2015, p. 37).
A Figura 32 é uma representação real de como ocorre à implantação dos laços na via.
A faixa azul é feita para demarcar onde está embutido o laço, para que os técnicos possam
encontrar sua localização mais facilmente.
72
Figura 32 - Seção de um laço indutivo embutido na via
Fonte: (NETO, 2015, p. 38).
Vilanova (2005) explica que, para alcançar um bom índice de confiabilidade nos
dados detectados pelo sistema, é necessário que os cuidados comecem na fase de projeto
inicial. É necessário, portanto, que os laços detectores estejam posicionados longe dos locais
onde há ocupação de veículos pela fila de espera do semáforo, caso contrário, não será
possível detectar se a via está realmente congestionada.
4.3.2 Detecção por laços virtuais
Este sistema de detecção é composto por sistemas que não dependem de sensores
instalados no pavimento. O funcionamento se dá por videodetecção onde se utiliza sinais de
vídeo como entrada para a unidade detectora (CET-SP, 2015).
De acordo com DENATRAN (2014), configuram-se os sistemas para justapor zonas
de detecção sobre a imagem da via, conforme está indicado pelos retângulos de cor laranja na
Figura 33. Desse modo, toda vez que um veículo cruzar a zona de detecção pré-alocada, o
sistema compreende que esta variação na imagem padrão é uma detecção veicular. Se há
combinação de vários pontos é possível detectar presença, ocupação, velocidade, tamanho da
fila, tempo de viagem e detecção de acidentes.
73
Figura 33 - Imagem de vídeo com zonas de detecção configuradas na tela
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 25).
4.3.3 Detecção através de micro-ondas
Esse método de detecção veicular é feito através do processo de Sensor Remoto de
Tráfego a Micro-ondas (RTMS – Remote Traffic Microwave Sensor). Essa detecção se dá
pela projeção de um feixe de micro-ondas no pavimento, de forma oval, cuja área de atuação
depende da configuração utilizada, distância instalada e ângulo de funcionamento do sensor,
como representado na Figura 34. O equipamento é configurado geralmente transversalmente à
via e consegue captar veículos, se os mesmos estão parados ou em movimentos e qual o tipo
de veículos pelo tamanho correspondente (DENATRAN, 2014).
Figura 34 - Representação do feixe de ondas
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 26).
74
A figura 35 representa onde são colocados os detectores. É necessário que coloque os
detectores com distância teoricamente longe da linha de retenção para que possam detectar os
veículos que estão mais distantes e calcular o tamanho da fila a ser dissipada.
Figura 35 - Representação dos locais de instalação do RTMS
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 26).
4.1.4 Detecção magnética
Pelas especificações técnicas da CET-SP (2015, p.2),
[...] entende-se por Sistema de Detecção “MAGNÉTICO” qualquer sistema de
detecção veicular que, instalados sob o pavimento, tenha autonomia no
funcionamento. Assim o sensor “MAGNÉTICO” instalado não deverá ter nenhum
tipo de ligação física com fontes de alimentação elétrica, controladores, ou qualquer
outro equipamento externo.
Isto é, o funcionamento se dá com a perturbação que os veículos provocam no campo
magnético terrestre, ou seja, quando essa alteração acontece, o dispositivo entende que houve
uma detecção veicular, como ocorre na Figura 36. Geralmente não é possível detectar
veículos parados ou em velocidade abaixo de 15 km/h, pois há necessidade de alteração
razoavelmente grande para que haja a detecção veicular.
Esses detectores são fixados na superfície do pavimento e é por este motivo que
podem ser utilizados de forma permanente ou com intuito de uma medição temporária. Desse
modo, o uso de tal dispositivo é bastante difundido no caso de estudos isolados em locais
onde não se tem detecção veicular permanente.
75
Figura 36 - Representação da perturbação no campo magnético
Fonte: (DENATRAN, 2014, p. 27).
76
5 ANÁLISE DA AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO EM BELO
HORIZONTE
Em 2010 foi firmado à contratação da Empresa DIGICON para realizar a ampliação
da central de controle de tráfego de Belo Horizonte. O projeto foi desenvolvimento pela
Empresa de Transportes e Trânsito de Belo Horizonte - BHTRANS. De acordo com a
BHTRANS (2010), a ampliação tinha como objetivo garantir a velocidade operacional
adequada para o sistema de transporte coletivo e melhorar o uso do sistema viário. Nesse
caso, ainda foi levada em conta a necessidade em garantir uma boa circulação do transporte
coletivo e tráfego em geral, durante os jogos da Copa do Mundo de Futebol de 2014.
Conforme a BHTRANS (2014), o investimento de todo projeto foi de R$ 38 milhões, como
parte do PAC da Mobilidade Urbana para a Copa do Mundo de 2014.
5.1 SITUAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO ANTES DA AMPLIAÇÃO
Antes da ampliação da central de controle de tráfego já existia uma central bastante
completa. Ela contava com todos os requisitos básicos e ferramentas para realizar uma
operação semafórica funcional e satisfatória. Desse modo, de acordo com BHTRANS (2010)
a central possuía os seguintes sistemas:
a) controle centralizado de semáforos, incluindo o controle de tráfego por área em
tempo real;
b) 23 câmeras que eram reproduzidas por 18 monitores e um vídeo wall, ou seja,
CFTV para monitoração do trânsito;
c) 10 painéis de mensagens variáveis - PMV para informação das condições do
trânsito aos usuários da via;
d) registro e controle das ocorrências e ações operacionais;
e) comunicação com os agentes de campo, Polícia Militar, SAMU, Bombeiros e
Guarda Municipal via rádio;
f) comunicação com a mídia para informação das principais ocorrências do trânsito.
´ É interessante observar que a central de tráfego já trabalhava de forma conjunta com
os órgãos de segurança e serviços de atendimento de urgência. Ou seja, eles já tinham a
possibilidade de informar a Polícia Militar de Minas Gerais sobre alguma ocorrência de furto,
roubo, entre outros, que estava ocorrendo na via. Ao mesmo tempo, caso houvesse algum
77
acidente de trânsito, os operadores informavam os órgãos competentes e realizavam a
comunicação com a SAMU. Esse trabalho, de forma conjunta, vai além do esperado numa
central, é por isso, que a BHTRANS já realizava um trabalho exemplar para outras centrais.
Outra importante ferramenta que a empresa utilizava era a comunicação com o usuário
da via por meio da mídia, ou seja, de acordo com a BHTRANS (2010) existia um convênio
com três emissoras de TVs abertas. Desse modo, algumas informações relacionadas com o
trânsito podiam ser noticiadas em tempo real para os moradores da cidade de Belo Horizonte.
Na Figura 37 pode-se ver como funcionava a central de operações da central de tráfego. Os
monitores e o painel vídeo wall era aonde os técnicos observavam a via através do CFTV.
Figura 37 - Central de operações BHTRANS antes da ampliação
Fonte: (BHTRANS, 2010, p.6).
Portanto, a central já apresentava um sistema de controle de tráfego através do uso de
algoritmos de controle, incluindo tempo real. Conforme a BHTRANS (2010), a central já
realizava o controle semafórico centralizado em 625 interseções, onde 25 das 306 interseções
da área central da cidade já operavam em tempo real durante 24 horas por dia. Ou seja, 78,6%
das interseções da cidade já eram controladas pela central de tráfego. Tal controle era feito
por sistemas fornecidos por três fabricantes: TELVENT, DIGICON e TESC. Os três sistemas
eram operacionalizados na mesma central de tráfego, onde a sua atuação era dividida por
determinadas áreas da cidade. A central de tráfego era dividida em quatro módulos. O
primeiro módulo, que foi representado pela Figura 37, é a central de operações. Além disso,
continha a sala de controle, onde era realizado o controle do tráfego e as intervenções nas
78
programações semafóricas, a sala de equipamentos e a sala técnica. A Figura 38 ilustra a
planta baixa da central de tráfego.
Figura 38 - Planta baixa da central de tráfego de BH
Fonte: (BHTRANS, 2010, p. 5).
Conforme a BHTRANS (2010), os sistemas de controle centralizado de semáforos
ITACA e OPTIMUS da empresa TELVENT eram o que estavam em funcionamento na área
central da cidade. O OPTIMUS é um software de controle e gestão, já o ITACA é um
algoritmo de controle em tempo real com conceitos parecidos com o algoritmo SCOOT.
Segundo Pereira e Ribeiro (2007), que realizaram um estudo de caso na central BHTRANS,
após a implantação do sistema de controle inteligente de tráfego (CIT), os dois softwares já
apresentavam falhas na sua operação devido a serem softwares novos no mercado. Desta
forma, aconteciam problemas no funcionamento desses programas que levava a transtornos
no trânsito. Tais falhas incidiam nas trocas de estruturas, tempos mínimos errados,
descumprimento de parâmetros fixados pelos técnicos como tempos de defasagens e etc. Na
Figura 39 é possível identificar as áreas da cidade que eram controladas pelo sistema ITACA.
79
Figura 39 - Locais de atuação do algoritmo de controle ITACA
Fonte: (BHTRANS, 2010, p. 9).
Os sistemas de controle DIGICON e TESC operavam em outros corredores menos
importantes e em pontos isolados da cidade. Eram sistemas que contavam com o controle de
tempo fixo, ou seja, funcionavam com planos previamente definidos e com intervenção
frequente. O funcionamento desses sistemas era feito através de uma ligação entre a central, o
controlador mestre e os controladores isolados. De acordo com a BHTRANS (2010), as redes
isoladas eram comandadas pelo controlador mestre, o qual recebia as informações da central
de tráfego. Desse modo, era possível criar "ondas verdes" nos corredores através de
defasagens pré-calculadas. Os controladores tinham a capacidade de armazenar oito planos e
16 horários de entrada. O esquema de comunicação é apresentando na Figura 40.
Figura 40 - Esquema de comunicação entre os controladores e a central
Fonte: (BHTRANS, 2010, p.11).
80
Como já foi comentado, o sistema de comunicação entre os agentes de campo,
técnicos da central, Polícia Militar, SAMU, Bombeiros e Guarda Municipal era feito via
rádio. No entanto, a partir de 2007, o sistema foi terceirizado e contava com 290 rádios
portáteis e 76 fixos. A cobertura tinha um raio de 50 km que alcançava uma área muito grande
da cidade como pode-se ver na Figura 41 (BHTRANS, 2010). Eles possuíam um sistema de
comunicação próprio que garantia grande cobertura e contribuía diretamente com a
comunidade local. Portanto, não existia falta de diálogo entre as equipes, o que pode ser um
grande problema em algumas centrais de tráfego.
Figura 41 - Área de cobertura da rádio comunicação
Fonte: (BHTRANS, 2010, p. 18).
5.2 PROJETO DE AMPLIAÇÃO DA CENTRAL DE TRÁFEGO
A atual central de controle da BHTRANS já contava com uma operação muito
avançada e desenvolvida tecnicamente. No entanto, conforme a BHTRANS (2010), deixava a
desejar na capacidade de resposta de alguns controladores, uma abrangência territorial
pequena (considerando o tamanho da cidade) e recursos operacionais que não estavam agindo
de forma adequada por falta de logística.
Desse modo, a BHTRANS notou que era necessário criar um projeto de ampliação que
permitisse o controle efetivo das equipes de campo e dos recursos existentes. Os agentes,
radares, reboques para remoção de veículos, equipes de limpeza da via, entre outros,
81
precisavam ser identificados, acompanhados e empregados de melhor forma, obtendo assim, o
desempenho e qualidade que a empresa esperava para o controle e operação do sistema viário
(BHTRANS, 2010).
Além disso, havia corredores que estavam funcionando com sistema de controle de
tempo fixo. Esse tipo de controle não estava mais atendendo as demandas da empresa, pois,
devido à alta variação de fluxo e quantidade de veículos, não era possível alcançar o grau de
saturação esperado para o sistema viário. De acordo com a BHTRANS (2010) essa situação
promovia uma rápida saturação da via e provocava congestionamentos.
Portanto, a BHTRANS (2010) desenvolveu o projeto com os seguintes objetivos a
serem alcançados:
a) ampliar os sistemas existentes e a área de abrangência;
b) implantar uma central de controle mais moderna com efetivo controle da equipe e
dos recursos existentes;
c) implantar um algoritmo de controle de semáforos nos corredores com o objetivo de
otimização dos tempos semafóricos e priorização do transporte coletivo;
d) promover o fluxo de informações entre a central e as equipes de trânsito mais
eficiente e ágil.
Assim sendo, para conseguir alcançar os objetivos traçados e considerando as
características da antiga central e seus sistemas já existentes foi criado o projeto que
contempla sete fases. Onde cada fase contém a modernização ou ampliação de um recurso da
central que estava em obsolescência ou necessitando de uma expansão, respectivamente.
A primeira fase 'grifo nosso' foi relativa à instalação de câmeras de vídeo (CFTV).
Foi prevista a instalação em novos locais, para o aumento da área de cobertura na área central
da cidade, e expansão para alguns corredores de tráfego que não continham. Além disso,
foram levadas em consideração as vias de acesso ao Estádio Magalhães Pinto (Mineirão). O
número de câmeras previstas foi de 62, em acréscimo as 23 já existentes (BHTRANS, 2010).
A segunda fase 'grifo nosso', referente à instalação de novos painéis de mensagens
variáveis (PMVs), foi pensada com o intuito de aumentar a comunicação com o usuário da
via, para informar as condições do trânsito, em locais onde não havia esse recurso. A
implantação foi prevista em locais com sentido centro-bairro, nos principais corredores da
cidade. O número de PMVs foi de nove, em acréscimo aos 10 existentes (BHTRANS, 2010).
Em paralelo à primeira fase e segunda fase, foi feita a terceira fase 'grifo nosso' do
projeto. Ela consiste na implantação da nova rede de transmissão de dados por meio de fibra
82
ótica, em complementação a rede existente. A instalação será através de tubulações
subterrâneas, eletrodutos e via aérea.
A quarta fase 'grifo nosso' do projeto foi relativa ao software de gestão de centros de
emergência. Conforme a BHTRANS (2010), esse sistema fará a integração entre os registros
de ocorrências, despacho de equipes e dispositivos móveis de dados (PDAs). A partir disso,
haverá a operação através da interface de integração, ou seja, o mapa operacional digital
gráfico. Todas as chamadas de operação e solicitações de intervenções emergenciais da via,
provenientes de todas as portas de entrada da BHTRANS, estarão disponíveis nesse sistema.
Portanto, as solicitações serão processadas e, a partir de regulamentos já pré-definidos,
fornecerão aos operadores as alternativas de mobilização de equipe (levando em conta os
recursos disponíveis no momento). A Figura 42 ilustra como funciona todo esse
procedimento.
Figura 42 - Sistema de mapa operacional digital gráfico
Fonte: (BHTRANS, 2010, p.30).
A BHTRANS registra as ocorrências de dois modos: registro através da central de
atendimento e via rádio comunicação. De acordo com a BHTRANS (2010), as informações
retiradas dos registros de ocorrências serão tabuladas com a elaboração de relatórios diários,
mensais e anuais. Esses relatórios serão anexados ao painel gráfico, de modo referenciado.
83
Assim, as informações serão utilizadas pela central para a análise de problemas que estão
ocorrendo em determinado local. Desse modo, os operadores terão dados e ferramentas
suficientes para elaborar soluções para os problemas, resultando num constante
aperfeiçoamento viário.
Para a solução de ocorrências, a central contará com equipes de campo devidamente
treinadas. Porém, como já foi explanado, quem irá propor a ordem de prioridade das
ocorrências e os recursos disponíveis é o software de gestão de recursos. Ele funcionará do
seguinte modo: o sistema fornecerá ao operador os relatórios em tempo real e, a partir disso, o
operador terá a tarefa de empenhar uma equipe para o local. Quando esta tarefa for
empenhada, ela ficará visível no painel como é ilustrado na Figura 43.
Figura 43 - Lançamento da equipe
Fonte: (BHTRANS, 2010, p. 29).
De acordo com a BHTRANS (2010), os dispositivos móveis (PDAs) e os automóveis
da BHTRANS possuirão localizadores GPS. Desse modo, os operadores terão a posição
geográfica de onde estão as equipes naquele momento. Essa ferramenta é interessante para
que os operadores empenhem as equipes que estão mais próximas do local de ocorrência, e
terem um controle geral de seus recursos.
Além de todos esses recursos que o sistema permite utilizar, o mapa gráfico ainda
comportará o registro de planos de contingência, obras, eventos e desvios no trânsito que
estão acontecendo na cidade, além de condições de trânsito nas vias, como
congestionamentos. Isso estará disponível tanto para os operadores, quanto para os usuários
84
das vias, órgãos competentes, Polícia Militar de Minas Gerais, concessionárias de serviços
públicos, entre outros.
O módulo de integração Infotráfego disponibilizará essas informações através da
internet (site da BHTRANS), com a utilização de layers que poderão ser facilmente ativados
de acordo com os critérios de pesquisa que o usuário desejar. O Infotráfego está ilustrado na
Figura 44.
Figura 44 - Infotráfego
Fonte: (BHTRANS, 2016).
Ainda estarão disponíveis as imagens das câmeras de vídeo monitoramento, conforme
Figura 45 e as mensagens dos PMVs. Assim sendo, existe a possibilidade do sistema calcular
rotas alternativas, para acessos de ambulâncias e viaturas de resgate em situações de
emergência. Essa ferramenta ainda poderá ser utilizada para o desvio de tráfego em situações
congestionadas, onde os Painéis de Mensagens Variáveis comunicarão os usuários sobre rotas
alternativas (BHTRANS, 2010).
85
Figura 45 - Imagens das câmeras disponíveis no site da BHTRANS
Fonte: (BHTRANS, 2016).
A quinta fase 'grifo nosso' da ampliação será à implantação do sistema de
comunicação de dados através dos dispositivos móveis (PDAs). Essa etapa será mais técnica,
no sentido de aquisição e configuração de equipamentos que realizarão toda a coleta de dados,
que permitirá uma comunicação direta entre os operadores da central e os agentes de trânsito.
A sexta fase 'grifo nosso' será à modernização do sistema de centralização de
semáforos, em outras palavras, à instalação de todos os equipamentos e softwares necessários
para realizar o controle do tráfego em tempo real através da central de tráfego em área
BHTRANS.
Conforme a BHTRANS (2010) essa etapa é uma das principais para realizar a
otimização do controle do trânsito na cidade de Belo Horizonte. Ela consistirá em realizar a
substituição dos controladores da marca TESC e DIGICON, que fazem o controle semafórico
através de tempo fixo, por controladores da marca TESC e DIGICON, respectivamente, que
realizarão o controle em tempo real. Portanto, a modernização consiste na:
a) substituição dos controladores de tempo fixo por controladores de tempo real, que
fazem a programação de planos específicos para eventos e fluxos veiculares variáveis
gerados através da análise dos dados coletados em campo (detectores veiculares);
b) nova rede de transmissão de dados que consiste em cabos de fibra óptica de melhor
desempenho e confiabilidade;
c) melhoria do sistema semafórico de forma geral, pois contribuirá na diminuição de
atrasos, otimização dos tempos de verde e melhor desempenho dos ciclos ao longo do dia,
com ênfase para o transporte coletivo e travessia de pedestres.
86
Assim, nos corredores Av. Pedro II, Av. Carlos Luz e Av. Cristiano Machado, que
possuem controladores de tempo fixo da marca TESC, será feita a substituição por
controladores com sistema em tempo real que realizam a seleção automática de planos (SAP)
da marca TESC. Esse sistema permitirá a implantação de diversas técnicas estratégicas de
trânsito, além de aperfeiçoar o controle semafórico, pois ele funciona com a escolha
automática de planos de acordo com a flutuação do trânsito, priorizando o transporte coletivo,
reduzindo atrasos, diminuindo paradas (provocadas por semáforo) e melhorando a segurança
viária. O projeto prevê a operação pela TESC durante três meses em conjunto com os
operadores da BHTRANS, para que os operadores tenham pleno treinamento e condições de
operar o sistema (BHTRANS, 2010).
Do mesmo modo, nos corredores Av. Antônio Carlos e Amazonas, os quais possuem
controladores de tempo fixo da marca DIGICON, será feita a substituição por controladores
com sistema em tempo real SCATS da marca DIGICON. O sistema com algoritmos de
controle do tipo SCATS já foi elucidado nesse trabalho, porém, de acordo com a BHTRANS
(2010), o sistema ainda consegue proporcionar a facilidade compreensiva de direito
preferencial para veículos especiais e de emergência. Através da central de tráfego, os
operadores têm o recurso de "acelerar" ou "atrasar" a velocidade de progressão semafórica,
em resposta a mensagem via rádio do condutor ou através da observação do CFTV.
A sétima e última fase 'grifo nosso' do projeto foi idealizada para modernizar e
ampliar as instalações e equipamentos da central de tráfego. De acordo com a BHTRANS
(2010) em setembro de 2007, a BHTRANS realizou um acordo de doação de verba a fundo
perdido com a Agência Americana USTDA - United States Trade and Development Agency.
Tal acordo custeará um estudo que foi desenvolvido pela Texas A&M Reserach Foundation
para:
a) avaliação dos processos existentes e levantamento das novas funcionalidades
requeridas pela BHTRANS;
b) levantamento das interfaces com outros órgãos de interesse da BHTRANS;
c) elaboração do leiaute e infraestrutura arquitetônica para atendimento à operação de
sistemas, além das especificações técnicas dos equipamentos e mobiliário da sala de
operações e seus sistemas de sustentação;
d) elaboração do mapa de processos e funcionalidades a serem adotadas na gestão.
Porém, para a compatibilização dos recursos tecnológicos propostos pela consultora
americana com as funcionalidades definidas para a central de controle de tráfego, a
BHTRANS optou pela contratação dos serviços de uma empresa de consultoria brasileira.
87
Essa consultora dará o apoio na validação dos relatórios a serem elaborados, na criação dos
estudos e nas definições das funcionalidades da central (BHTRANS, 2010).
O projeto previa duas alternativas para modernização das instalações da central de
tráfego: a primeira era a ampliação do espaço no próprio terreno da BHTRANS ou; a
utilização de espaços existentes em edificações da PBH ou do Governo do Estado. No
entanto, de acordo com o Portal da Prefeitura de Belo Horizonte (2013), a escolha foi por
construir um novo prédio na sede da BHTRANS, no Bairro Buritis. O edifício conta com três
andares e área de 3000 m². Como podemos ver na Figura 46, a sala de operações conta com
múltiplos equipamentos de informática, além de um painel video wall.
Figura 46 - Central de operações
Fonte: (BHTRANS, 2014).
De acordo com a BHTRANS (2014), o novo local foi inaugurado em 2014 com o
nome de Centro de Operações da Prefeitura de Belo Horizonte (COP). O sistema ainda faz a
operação do BRT MOVE da BHTRANS.
88
5.3 CONSIDERAÇÕES
O caso da ampliação da Central de Tráfego de Belo Horizonte foi um projeto completo
com a utilização de inúmeras ferramentas e softwares de informática. É possível perceber que
a proposta da BHTRANS era modernizar seus sistemas de controle semafórico em
determinados corredores que não atendiam a demanda requerida pela empresa, além de
ampliar seus recursos de gestão, comunicação, monitoramento, entre outros.
Na questão da modernização do sistema de controle semafórico, o autor entendeu
como apropriada a escolha pelo sistema de controle semafórico em tempo real devido aos
inúmeros recursos que esse sistema disponibiliza para o operador e a central como um todo. O
conceito de centrais que operam e controlam o tráfego a partir de um único local, com o uso
de algoritmos de controle em tempo real, é o novo paradigma da Engenharia de Tráfego no
Brasil e no Mundo. Nesse caso em específico, alguns corredores já contavam com a operação
através de uma central de operações, porém, não possuíam controladores que funcionavam em
tempo real. Desse modo, a falta de equipamentos que acompanhasse os picos de demanda foi
um dos notáveis estímulos desse projeto.
Em suma, os controladores que possuíam o sistema TESC a tempo fixo, foram
substituídos por sistemas que trabalham em tempo real da mesma empresa. O mesmo
aconteceu com os controladores do sistema DIGICON. Dessa forma, a escolha pela
conservação das mesmas empresas que realizaram a primeira implantação dos sistemas de
tempo fixo foi de grande valia, pois as companhias já conheciam o primeiro projeto e sua
equipe já conhece suas instalações. Portanto, foi possível deduzir, que a transição do antigo
controle para o novo foi algo mais simples e rápido, pois se outra empresa precisa realizar tais
serviços, é provável que houvesse grande número de transtornos pela falta de conhecimento
com aquele sistema.
Nota-se que o sistema da TESC é um sistema com um algoritmo de controle próprio, o
qual foi desenvolvido, fabricado e implantado pela própria empresa. Já no caso da DIGICON,
o seu algoritmo de controle é o SCATS, o qual se refere um sistema já conhecido
mundialmente e explanado nesse trabalho por ser um sistema muito utilizado no Brasil. A
BHTRANS (2010) explicou que o sistema SCATS seria de grande valia para a cidade de Belo
Horizonte, devido ao fato de o sistema proporcionar grande facilidade compreensiva do
direito preferencial para veículos especiais e de emergência. Essa informação foi de grande
valor para o estudo do autor, pois é um conhecimento prático que não foi encontrado nas
literaturas e que engrandece muito mais o sistema como um todo.
89
Foi interessante perceber que, além da modernização do sistema, a BHTRANS
procurava atualizar seu sistema de redes de comunicação, pois como a BHTRANS (2010)
descreveu, sua rede de comunicação era constituída por redes aéreas. E, de acordo com a
empresa, suas redes de comunicação de dados apresentavam tráfego limitado de dados e
estavam suscetíveis às intempéries climáticas, descargas elétricas e detrimento da sua
qualidade devido à umidade e ruídos. Portanto, foi possível inferir, que a modernização da
rede de dados aérea para rede de fibra óptica, foi uma modernização necessária para que os
operadores exercessem seu trabalho da melhor forma possível dentro da central de tráfego.
A ampliação dos recursos de gestão foi à área de maior investimento do projeto. Foi
uma novidade para o autor, a implantação do sistema de Mapa Operacional Digital Gráfico,
em uma central de tráfego, pois entendo como ela funciona, conclui-se que é uma ferramenta
muito útil numa central de tráfego, pois todas as ocorrências, despacho de equipes e gestão da
operação estarão integradas nesse sistema. Desse modo, além das solicitações serem
processadas através do software, é ele que disponibiliza as prioridades de solução para o
operador e informa os recursos disponíveis naquele momento. Portanto, esse sistema
proporciona maior êxito de soluções de eventos não previstos como resultado do trabalho do
operador mais rápido e eficiente.
O uso do módulo de integração Infotráfego, foi outra inovação trazida pela
BHTRANS. Esse sistema, na opinião do autor, traz muitos benefícios, uma vez que ele é útil
para os operadores do sistema e para o usuário. Visto que, a partir do portal da BHTRANS há
a disponibilização das ocorrências, nível de fluidez do tráfego, vias com congestionamentos,
desvios, acesso a câmeras de monitoramento, entre outros. A partir disso, o usuário tem as
ferramentas necessárias para programar a sua rota e realizar seus movimentos diários sem a
causalidade de encontrar vias inoperantes. Ou seja, o usuário deixa de "ser cego" e passa a
monitorar a cidade conjuntamente com a central. Isso gera confiança na operação por parte
dos usuários, o que torna a diálogo entre empresa e população mais amigável.
Foi notável que a questão da ampliação e aprimoramento da comunicação é de suma
importância para a BHTRANS. Isso é um aspecto exemplar da empresa, pois em uma central
de operações a falha de comunicação entre a equipe pode gerar transtornos no dia a dia. No
entanto, o recurso que mais chamou atenção na central de operações, foi a comunicação em
tempo real com a Polícia Militar, SAMU, Bombeiros, Guarda Municipal, entre outros órgãos
do governo. Essa troca de informações é de grande proveito para a cidade, pois, além de
prevenir tragédias, ajuda de forma constante na logística de trabalho desses órgãos.
90
Por fim, para comportar os novos recursos e equipamentos, o projeto previa duas
alternativas: ampliar o espaço no próprio terreno da BHTRANS ou a utilizar os espaços
existentes em edificações da PBH ou do Governo do Estado. De acordo com BHTRANS
(2014) a primeira proposta foi à escolhida e, o novo prédio na sede da BHTRANS já está em
pleno funcionamento e operação, com o nome de Central de Operações da Prefeitura de Belo
Horizonte. No julgamento do autor, a escolha foi acertada, pois com a construção de um novo
prédio foi possível adequar a arquitetura às necessidades da BHTRANS. Desse modo, a
consultora americana USTDA - United States Trade and Development Agency, pode realizar a
elaboração da infraestrutura arquitetônica e técnica para atendimento da operação dos
sistemas, além de orientar a BHTRANS na aquisição de equipamentos e mobiliário da sala de
operações e seus sistemas de sustentação.
Conclui-se que foi uma obra necessária para maior controle do tráfego, e para
disponibilizar uma via mais fluida em corredores que estavam saturados. Percebeu-se que,
mesmo quando há uma central de operações já em funcionamento, existem sempre novas
tecnologias, recursos e ferramentas para aumentar a eficácia do controle e operação. Deste
modo, a BHTRANS, na visão do autor, conseguiu realizar um projeto de ampliação que
auxiliou tanto na melhoria da infraestrutura de operação da empresa, quanto na ampliação e
modernização de seus recursos, nos quesitos de comunicação, tecnologia da informação,
gestão e gerenciamento.
91
6 CONCLUSÃO
O estudo revelou que ao implantar um centro de operações com uso de algoritmos de
controle computacionais, há otimização no controle semafórico em conjunto na melhoria da
gestão e gerenciamento do trânsito. Isto se deve ao fato dos sistemas computacionais obterem
tempos de ciclo, tempos de verde e estágios semafóricos adequados às particularidades do
cruzamento e do fluxo veicular que está em exercício.
Além disso, percebeu-se que os algoritmos de controle em tempo real, em situações
em que há eventos inesperados na via ou oscilações constantes na demanda de tráfego,
possuem vantagem em relação aos sistemas que funcionam a partir de tempos fixos. Isto
acontece porque, os softwares (no caso SCATS e SCOOT) habilitados em tempo real,
recebem informações da via de forma constante a partir dos detectores, e conseguem
processar esses dados (em questão de segundos), com o objetivo de realizar uma nova
programação, a qual atende a condição em que a via está imposta naquele momento. Desse
modo, na opinião do autor, em um projeto de uma central de tráfego é de grande necessidade
a utilização de controle em tempo real em todas as interseções. Pois além dos motivos citados,
fica, de certa forma, dispensável a tarefa de gestão de programações, gerando assim uma
otimização do tempo, que vai ser utilizado para a resolução de problemas e ocorrências nas
vias. No entanto, como a implantação do sistema é mais complexa e onerosa que os outros
controles semafóricos, é possível a utilização de sistemas que funcionam a tempo fixo em
interseções menos importantes e que não possuem um grande fluxo veicular.
Ademais, comparando os Métodos Webster e Grau de Saturação, com os programas
específicos para criação de planos em tempo fixo, notou-se que os softwares específicos
vieram para facilitar o cálculo de programações e melhorar o desempenho das vias de uma
forma geral. Pois, com o uso desses algoritmos computacionais é muito mais fácil simular
programações, inferir novos parâmetros, realizar testes, e criar uma sincronização entre
semáforos próximos utilizando o princípio da defasagem, entre outras ferramentas que
auxiliam os técnicos no dia a dia. Nos dias atuais, em que as cidades estão crescendo de forma
exponencial e o trabalho de operação se volta quase que totalmente para a resolução de
problemas, é inadmissível que os técnicos calculem programações "à mão". Portanto, os
programas estão no mercado para ajudar os programadores a realizarem essa programação.
Por outro aspecto, a implantação de centrais de tráfego também indicou o aumento no
desempenho de operação de tráfego em uma cidade, pois, ela consegue agregar grande
número de recursos de gestão, comunicação, monitoramento e gerenciamento em paralelo
92
com o controle semafórico. Isto ocorre porque em um centro de operações é possível fazer o
uso de softwares, que auxiliam e facilitam o trabalho do técnico operacional como foi
apresentado no projeto de ampliação da BHTRANS. Onde o registro de ocorrências era
processado pelo sistema, que já disponibilizava ao operador os recursos disponíveis e as
medidas que poderiam ser tomadas naquele momento.
Outro ponto bastante importante, na visão do autor, é o Circuito Fechado de Televisão,
pois ele ampara os técnicos no diagnóstico do comportamento do trânsito e na identificação
de ocorrências. No entanto, o monitoramento através do CFTV se mostrou um sistema que vai
muito além da geração de informação para o controle semafórico, a literatura e a BHTRANS
mostraram que ele pode ser utilizado para monitorar casos de furtos, assaltos, acidentes e
colisões. Desse modo, realizando uma parceria com os órgãos competentes, há um aumento
da segurança pública da cidade e maior agilidade no socorro de pacientes. Além de todos
esses benefícios que esse sistema já traz consigo, a BHTRANS ainda conseguiu mostrar que
esse programa não serve só para uso da empresa, mas funciona como uma ferramenta ao
usuário. A ideia de colocar as imagens das câmeras, em tempo real, no portal BHTRANS foi
uma atitude de grande visão da empresa.
Já os PMVs se mostraram como o meio de comunicação da central com o usuário,
pois, a partir das mensagens contidas nos PMVs, que ocorre a troca de informações com o
usuário. De tal modo que quando há rotas descongestionadas e desvios, acontecimentos na
via, congestionamentos, entre outros, esse dispositivo tem as características necessárias para
realizar avisos e direcionar o usuário para rotas seguras e em melhores condições. É por esse
motivo, que o autor considera essa ferramenta tão importante, pois, ele gera um sentimento de
confiança e proteção por parte do usuário e uma nova linha de ação por parte dos operadores.
Por fim, o estudo de caso revelou que, mesmo quando há uma central de operações já
em funcionamento, há sempre como se reinventar, utilizando-se de novas tecnologias e
recursos para aumentar a eficácia do controle e operação. Além disso, o estudo de caso, na
visão do autor, evidenciou que os recursos de comunicação, tecnologia da informação, gestão
e gerenciamento, possuem uma grande importância dentro de uma central. Portanto, a grande
dificuldade é conseguir integrar todos os sistemas.
Finalmente, fica evidente que a implantação de centrais de operações com o uso de
sistemas de controle computacionais melhora, não somente o trânsito (nas medidas cabíveis
ao sistema semafórico), mas o funcionamento da cidade como um todo. Permitindo assim, um
movimento de veicular mais fluído, com redução de atrasos e paradas, além de uma segurança
pública mais eficaz e gerenciada.
93
Um tema que não pude abordar nesse trabalho, mas que é de suma importância, é
como acontece a incorporação e o funcionamento das travessias semaforizadas de pedestres
dentro das programações realizadas pelos algoritmos de controle computacionais. Nos dias
atuais o tema da mobilidade urbana está sendo muito debatido, e os principais estudos estão
focados em projetar uma cidade para as pessoas e não para os veículos. Portanto, o autor
destaca como sugestão para trabalhos futuros, analisar esse novo paradigma.
94
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