Semáforos Atuados pelo Tráfego
- Utilização, Parametrização,
Monitoração e Avaliação de
Desempenho
Eng.Hugo Pietrantonio, Prof.Dr.
Laboratório de Estudos Metodológicos em Tráfego
e Transportes - LEMT-PTR/EPUSP
Departamento de Engenharia de Transportes
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Objetivos da Apresentação
➲
Como modernizar o controle de tráfego
➲
O que é um semáforo “atuado” pelo tráfego
➲
Onde utilizar e quais cuidados de instalação
➲
Como parametrizar a atuação pelo tráfego
➲
Como monitorar e avaliar o desempenho
➲
...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Impasses e Caminhos
➲
➲
➲
➲
Passado recente: dos semáforos
eletromecânicos aos eletrônicos
(variação de planos por tabela horária)
Modernização não concluída:
centralização ...
responsividade ...
... supervisãoXmonitoração centralizada,
... geraçãoXseleção automática de planos,
+ coordenação de semáforos em rede
... investimentos razoáveis ...
... salto tecnológico ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
uma Estratégia de Modernização
➲
➲
➲
Uma estratégia:
Responsividade mais importante ...
Centralização depois ...
Implantação progressiva...
Direção consistente ...
Instrumento: controle atuado tradicional:
- disponível nos controladores eletrônicos;
- implantação da detecção de tráfego ...
...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
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➲
Atuação tradicional:
tempos semafóricos ajustados em função
do intervalo entre veículos sucessivos ...
... é necessário ter detectores de tráfego ...
- para veículos: laços detectores (usual)
- para pedestres: botoeiras (mais usual)
... é necessário ter módulos de detecção ...
- informa detecção para o controlador
detectores veiculares tem custo razoável
- instalação e também manutenção ...
(cuidados de instalação são críticos)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
➲
Estratégia de controle da atuação:
alocar o menor tempo a cada estágio, até
dissipar filas acumuladas, sucessivamente
Modos de atuação usuais:
- atuação total: todos os fluxos tem
detecção e todos os estágios são atuados
pelo tráfego ...
- semi-atuação: os fluxos secundários são
atuados e recebem o menor tempo possível
para sua operação, respeitadas as
necessidades dos fluxos principais
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Funcionamento para os fluxos atuados:
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
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➲
➲
Atuação tradicional pode ser combinada
com a coordenação com defasagens fixas
(usual em diversos países, exceto no Brasil
... em geral limitado à semi-atuação ...)
... estágios atuados podem ser opcionais
(somente serão executados se houver
demanda memorizada no vermelho) e ter
duração fixa ou variável (por extensão ...)
... usual no Brasil: pedestre com botoeira
(opcional) e semi-atuação simples ...
... atuação é pouco explorada ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
Vantagens
- normalmente reduz o atraso (com parâmetros bem
ajustados);
- adapta-se às flutuações do fluxo de tráfego e
capacidade de escoamento das filas;
- normalmente aumenta a capacidade (pelo contínuo
acréscimo de verde);
- pode continuar operando em condições de baixos
fluxos, enquanto o semáforo a tempos fixos deve
operar em amarelo intermitente;
especialmente
efetivo
em
interseções
de
múltiplos estágios;
Desvantagens
- o custo de instalação é maior que o semáforo a
tempos fixos;
- os detectores têm um custo de instalação
significativo e requerem manutenção específica.
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
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➲
➲
Detectores veiculares: modos de operação
- ocupação (ou presença): indica todo o
tempo de ocupação do laço ...
- pulso (ou passagem): indica apenas a
chegada do veículo (contagem)
Modos de operação especiais:
- memorização ou não (pode indicar total ou
apenas se houve detecção no vermelho) ...
- contagem veicular ou não (pode acumular
total por período, classificada ou não) ...
Chama/Cancela, Emergência/Urgência ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Parâmetros:
- Intervalo de corte (IC) – período máximo
no qual o controlador espera uma detecção
para decidir estender (ou não) o verde
corrente, após o verde inicial; inclui o tempo
de ocupação do detector;
- Brecha de corte (BC) – definido de forma
similar mas como brecha, não inclui o
tempo de ocupação do detector
(utilizado para identificar o fim das filas
também ...)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Parâmetros:
- Unidade de extensão (UE) – unidade
(passo) de acréscimo do tempo de verde
ocasionado pela detecção ainda no
intervalo de corte, após o verde inicial,
adicionado a partir do início da espera pela
detecção durante o intervalo ou brecha de
corte; o mesmo parâmetro pode também
ser definido como
Extensão de verde (EV), excluido
o tempo de ocupação do detector
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Parâmetros:
- a diferença entre a Unidade de extensão e
o intervalo de corte pode ser estabelecida
por um parâmetro complementar, o
Retardo de verde (RV), que é o acréscimo,
se positivo, para ter a Unidade de extensão
RV=UE-IC=EV-BC
(é igual no controle por intervalo ou brecha)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Parâmetros:
- Verde inicial - período de verde que é
definido para a operação de um estágio ou
grupo de tráfego, no início do estágio em
que ele opera, independente de atuação
(pode ser fixo ou calculado a partir do
número de veículos detectados no tempo
de vermelho anterior);
(deve ser maior ou igual ao Verde mínimo
de segurança, que depende das
condições físicas das interseções)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Parâmetros:
- Verde máximo – tempo máximo de verde
para um estágio ou grupo de tráfego
(parâmetro que força o encerramento do
estágio, independente de detecção
adicional)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Componentes e Funcionamento
➲
Outros Parâmetros:
- existem diversos outros modos de atuação
que utilizam parâmetros específicos ou
regras de funcionamento específicas ...
- exemplo: modo emergência e modo
urgência nos controladores DATAPROM
(adianta estágio prioritário, imediatamente
ou encurtando os estágios intermediários)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
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➲
Controle Atuado pelo Tráfego exige:
controlador eletrônico capaz de executar o
controle atuado (usual), módulos de
detecção (adicionar em função do número
de detectores; cada módulo=2,4 canais),
instalação de detectores (laços, botoeiras)
Custo adicional deve ser compensado pelo
melhor funcionamento e por reduzir a
necessidade de revisão dos planos ...
menor com melhor instalação/manutenção
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
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CE ~ 2000 a 5000
Obras ~ 2500 a 7500
+ MDet ~ 250 a 500 /m2c, 500 a 750 /m4c
+ LoopInd ~ 250 a 850 /u
+ Botoeira ~ 50 a 100 /u ...
Loop 1,8x2,0m: 850u
...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
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Formas de instalação:
- por faixa: 1 detector/faixa até conexão
- por seção: 1 detector único (toda seção)
Recomendação: instalar detector por faixa
e usar caixa de conexão para interligar ...
(contratar por aproximação: 100%+50%/ad)
Cuidados iniciais:
- verificar estado do pavimento
- regularizar base do corte
- verificar presença de ferragens
- verificar outras interferências
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
➲
Laços detectores: dimensões usuais
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
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➲
➲
Laços detectores: execução especializada
- evita problemas de funcionamento ...
- reduz problemas de manutenção ...
Laços detectores: cuidados de execução ...
- profundidade do corte uniforme
- envolvimento total, recobrimento mínimo
- trançado após laço em duto (50mm)
- transição+caixa de conexão na calçada
- cabo de alimentação (par trançado)
- caixa de passagem cada 30m, espera
- ... sem água ou umidade ...
Processos alternativos: à quente x à frio ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
➲
Laços detectores: seguir especificações
Cabo alimentador:
pares trançados
(cerca de 10 tranças
por metro)
Laço detector:
espiras (2 a 4
voltas) com fio
simples.
cabos
alimentadores,
após a caixa de
conexão
(preferencialment
e instalada na
calçada), podem
usar um par
trançado comum
por detecção,
seguindo para a
placa do módulo
de detecção,
subindo pela
coluna de suporte
para o
controlador.
laços detectores
por seção (laço
único em toda a
largura da via)
ou por faixa (se
desejado, os
laços por faixa
podem ser
ligados em série
na caixa de
conexão).
Especificação básica para confecção do laço detector:
Dimensões do laço: usual 1,00 x 2,00m;
Número de espiras: 03, não trançado, 1,5 mm2;
Cabo alimentador: par trançado, 2x1,5 mm2.
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Instalação do Controle Atuado
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➲
Laços detectores: recomendações
- para estágios obrigatórios (de maior
demanda) adotar distância de 30m ou mais
da linha de retenção (fila usual, compacta)
- para estágios opcionais é, em geral,
necessário adotar posição junto à linha de
retenção (exceto esquema call/cancel)
Botoeiras: recomendações
- em geral apenas uma botoeira por sentido
de fluxo em cada travessia de pedestres,
centralizada (exceto com faixa estreita ...)
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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➲
Critérios de Utilização: 2 visões
- visão restrita (como no MUTCD ...):
atuação quando semáforo não se justifica
pelo fluxo (pedestres, escola, acidentes)
- visão genérica (teórica ...): sempre
superior para operação; apenas uma
questão de benefícioXcusto ...
Recomendação: se não há opção superior
- atuação total aplicável nas interseções de
maior fluxo, onde há grande variação e não
há necessidade crítica de coordenação
- aplicável para estágios de baixa demanda
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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➲
Temporização X Parametrização
- a tempos fixos, duração é programada
entreverdes: fixos, critérios de segurança
ciclo e verdes: variação histórica (hora/dia)
- com atuação, parâmetros de operação
entreverdes: usualmente fixos como antes
parâmetros: regulação com variação real
Parâmetros usuais:
- Intervalo/Brecha de Corte,
- Extensão/Retardo de Verde
(... posição do detector)
- Verde Inicial e Verde Máximo
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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Operação semafórica:
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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Temporização a Tempos Fixos: revisão
- Webster:
TC 
TCmín
1,5. TP  5seg
1  y
VE i 
yi
y
.TC   TP 
T


1   y ótimo>mínimo
P
taxa de solicitação de verde/estágio: y  QD FS
demanda de tráfego: QD (VH)
fluxo de saturação (com filas): FS Cap  VE Tc .FS
tempo perdido entre estágios: Tp
verde de foco/estágio: VD  VE  TP  I
Lped
entreverdes: I  IA  IV
t ped  p 
Vped
V
verde mínimo: VD min,veic  t ped  IA
ped =1,2m/s
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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Temporização a Tempos Fixos: especiais
- com estágios de pedestres ou mínimos:
TC 
1,5. TP   Tfixo  5seg
1  y
VE i 
yi


y
. TC   TP   Tfixo
- com estágios opcionais (fixos/variaveis):
pAt  e

Q.Tc
3600
, VEi  pAt .VE i , Tp  pAt .Tp , Tfixo  pAt .Tfixo
- com coordenação: ciclo comum (crítico)

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Utilização e Parametrização
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Dimensionamento do Entreverdes: revisão

 máxI 
IA  máx Ia
IV
- intervalo de amarelo:
x P  V.t R 
V2
2.b
xP
V
Ia 
 tR 
V
2.b
t R =1 seg, b =10km/h/seg
- i.vermelho de segurança:
zS   v z E
Iv 

 seg
(limpeza do cruzamento)
VS
VE
- intervalo de piscante:
I pisc
Lped

ped
V

Vped
=2,0m/s
v
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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➲
Verde Inicial:
- mínimo de segurança ... ped ou fun ...
- escoar filas normais mínimas ... dem ...
... para posicionamentos usuais:
- condição 1: g ini,veic  g min,veic ou gini,veic  g min,veic  EV
- condição 2: gini,veic  75% a 90% yi .TCmin 
veículos entre detector e retenção: z metros
nf 
➲
z
z(m)
n
z(m)

 g mín  f  2.n f 
v
6a8m
sf
3a 4
z(m)  3a 4. gini  2
do verde inicial obrigatório: ...
uso
semi: g

mín, prin

y prin
1  y prin
. g máx,sec   TP
, g
mín, prin

y prin
X prin

.t com
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
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➲
Verde Máximo:
- verde de tempos fixos ... ou ...
- 20% a 50% maior ... ou ...
- sobre-demanda de 25%
simples e, em geral, eficaz: VD max  1,25.VD TF
com saturação (sobre-demanda inesperada
ou incidente que reduz capacidade), o
estágio afetado tende ao verde máximo ...
... afeta os demais estágios tb
... todos podem tender ao verde máximo
... margem para sobre-demanda
... margem para incidentes
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
➲
➲
Intervalo de Corte (ou Brecha de Corte):
- critérios “práticos/empíricos” ... ou ...
- limitar cortes prematuros (teórico)
fórmula teórica simples (fluxo Poisson):
IC: Hc da fila crítica (dissipa depois ...)
p=5% (via principal) p=10%(via secundária)
HC  3
➲
➲
➲
➲
FS
 3.H S
H C  2,3
FS
 2,3.H S
observação de campo: p real pouco maior
... corte prematuro maior, menos ocioso ...
... corte prematuro menor, mais ocioso ...
exige ajuste de campo ...
d  v
p 
BC

IC


...
Vn ~2/Nf seg
p , se ocupação:
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Utilização e Parametrização
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➲
Unidade de Extensão ou Retardo de Verde
- permitir passar pela retenção
(quem foi detectado deve poder passar)
... infelizmente não é usual ...
d s ou
ds
ds
ds
,
ou
UE 
UE 
 Ia
EV 

EV 

Vn
➲
Vn
Vn
p
Vn
... ou RV  UE  IC  EV  BC
Posição do Detector limitada ...
ds  Vn .IC  10.IC ou ds  Vn .IC  Ia   f   10.IC  2seg
... adiante do final da fila usual
... onde a fila ainda é compacta
... em um trecho sem interferências
p
 Ia
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Utilização e Parametrização
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➲
Estágio Opcional:
- visão 1: sempre (elimina ociosidade ...)
- visão 2: nunca (mal funcionamento ...)
Ociosidade relevante (modelo Poisson)
p=50%:
ou p=25%
QD  3600. 0,69
➲
TC
 42
TC (min)
QD  3600.1,39
 83
TC
TC (min)
mais saturado
mais variável
com semáforos próximos (onde a
coordenação seria importante), a atuação
total com estágios opcionais pode
prejudicar muito a operação do tráfego
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
➲
Recomendações – Resumo:
- atuação total em semáforos críticos
- semi-atuação com baixos fluxos
- principalmente com variação grande
- detetores a 30m (20 a50) se obrigatório
- detetores por faixa, ligação na conexão
- verde inicial: demanda e máx{fila,mín,ped}
- verde máximo: 25%*VE tempos fixos
- extensão: 3*HS (prin) e 2,3*HS (sec)
- opcional se QD<80/TC(min) sem sincro ...
- atuação c/coordenação ... centralização
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
➲
Ajuste de Campo ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
➲
Análise de Desempenho ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Utilização e Parametrização
➲
Fluxo de Saturação ...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Exercício: Interseção Exemplo
➲
...
Semáforos Atuados pelo Tráfego –
Monitoração: Interseção Exemplo
➲
...