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Mudança de faixa, vissim
 

Mudança de faixa, vissim

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Apresentação de conceitos de mudança de faixa (lane change) e modelos - com foco no software de simulação VISSIM.

Apresentação de conceitos de mudança de faixa (lane change) e modelos - com foco no software de simulação VISSIM.

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  • Na Figura a seguir são ilustrados os efeitos dos parâmetros anteriormente referidos.

Mudança de faixa, vissim Mudança de faixa, vissim Presentation Transcript

  • SUBMODELOS COMPORTAMENTAIS Lane Change Alunos: Camila Maia Heron FélixEngenharia de Tráfego Outubro / 2011
  • IntroduçãoModelo de Mudança de Faixa:determina a forma com a qual os veículos mudam de faixa de rodagem ecomo entram e saem de um dado fluxo de trânsito.Em contraste ao processo de “car following”, que faz referência aoveículo da frente ou a alguns poucos veículos predecessores na mesmafaixa, ao mudar de faixa todo o ambiente do tráfego precisa serconsiderado (à frente, nas laterais e atrás).
  • IntroduçãoA ocorrência de mudança de faixa depende de três questões:• Existe o desejo de mudança de faixa?• A dirigibilidade atual na faixa vizinha é favorável?• É possível se movimentar para a faixa vizinha?Se todas as três questões forem respondidas positivamente, haverámudança de faixa.
  • Mudança de FaixaNo modelo de car following, a influência de um veículo mais lento é definidaatravés da distância SDX (limite de percepção do aumento da distância entreveículos) e o limite percentual para diferenças de velocidade SDV (limite depercepção de diferença de velocidades).No modelo de decisões de mudança de faixa, este tipo de influência é chamadoinfluência real. Um motorista observa os veículos circundantescontinuamente, as distâncias e diferenças de velocidade. Percebe as mudanças eportanto torna-se apto a estimar como essas mudanças irão evoluir.Pode-se levar em consideração situações futuras potenciais para sua decisão demudar para esta determinada faixa. No modelo, isto é representado definindo-seum tipo adicional de influência, chamado influência potencial.
  • Mudança de Faixa SDVP = FV * SDVonde:SDVP: limite potencial de percepção de diferença de velocidades;FV: fator de multiplicação;SDV: limite de percepção de diferença de velocidades a grandesdistâncias. SDXP = AX + FX * BXonde:SDXP: limite potencial de percepção do aumento da distância entreveículos;AX: distância desejada entre veículos (medida de frente à frente)FX: fator de multiplicação;BX: parâmetro de calibração, definindo a amplitude de variação.
  • Mudança de FaixaOs fatores de multiplicação FX e FV variam de acordo com qual dosveículos circundantes é levado em consideração.Esta variação considera uma estimativa diferente do usuário acerca dadiferença de distância e velocidade entre os veículos à frente e osveículos atrás.Estes últimos somente podem ser vistos através do espelho retrovisor.Além disso, consideram-se diferentes sensibilidades acerca do nível deobstrução causado por veículos em diferentes faixas.
  • Modelo de Willmann e Sparmann (1978)A avaliação do desempenho geral dos modelos de mudança de faixa érealizada através de três decisões: conveniência, viabilidadee capacidade de manobra com base no processo de tomada dedecisão do motorista.Conveniência avalia a precisão de um motorista ao fazer uma mudançade faixa, assumindo-se que o tipo de mudança de faixa é conhecida.Avaliação de viabilidade envolve a avaliação de condiçõesenvolventes para realizar uma mudança de faixa.Capacidade de manobra avalia variáveis tais como velocidade,aceleração ou desaceleração do veículo em questão.
  • IntroduçãoExemplo de dois parâmetros utilizados para modelar o processo de mudança de faixas: asbrechas dianteira e traseira.Ilustração:Ahmed, 1999
  • Mudança de FaixaExistem dois tipos de mudança de faixa:Mudança de Faixa COMPULSÓRIA (“Mandatory Lane Change”): ummotorista deve mudar de faixa para seguir uma determinada rota. Suanecessidade sobrepõe-se a todas as demais possibilidades.Mudança de Faixa DISCRICIONÁRIA (“Discretionary Lane Change”):um motorista muda para uma faixa por percebê-la como oferecendomelhores condições de dirigibilidade. (Ben-Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Mudança de FaixaMUDANÇADE FAIXA COMPULSÓRIA NÃO COMPULSÓRIACOMPULSÓRIAMUDANÇA DISCRICIONÁRIA NÃO DISCRICIONÁRIADE FAIXADISCRICIONÁRIA não sim não simACEITAÇÃO SEMDE MUDANÇA SEM SEMBRECHA MUDANÇA MUDANÇA MUDANÇA MUDANÇA Estrutura usual dos modelos de mudança de faixa – não há trade-off entre as duas modalidades de mudança de faixa (Ben-Akiva, Choudhury e Toledo).
  • Mudança de FaixaRelação entre velocidade e brechas dianteira e traseiraMudanças de faixa discricionária (DLC) e compulsória (MLC)Ilustração: Ahmed, 1999
  • Mudança de Faixa – “subtipos”Debruçando-se sobre o fenômeno em um engarrafamento, percebe-seque a reação do próprio ambiente é crucial. Se os veículos ao redor nãoagirem de forma cooperativa não haverá mudança de faixa – uma vezque as distâncias (gaps) são demasiado pequenas.(Ehmanns & Hochtädter, 2001)Por outro lado, o motorista pode forçar a passagem para a outrafaixa, compelindo o veículo de trás a diminuir sua velocidade.Uma análise da percepção antecipada da brecha (“anticipated gap”)define a escolha entre uma destas duas modalidades de mudança defaixa – os valores de brechas utilizados nestas situações são diferentesdos utilizados em uma mudança de brecha convencional.(Ben Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Mudança de Faixa – “subtipos” Ilustração: Webster, 2007No caso de estruturas do tipo multi-lane, apenas uma parcela das faixasdisponíveis é avaliada no fenômeno de mudança de faixa. No entanto, paracompreendê-lo, deve-se perceber que há por vezes uma faixa alvo e que, paraatingi-la, outras faixas são utilizadas – havendo então uma sucessão de mudançasde faixas intermediárias (passando por faixas com características indesejáveis dedirigibilidade) até que se alcance a faixa desejada.(Ben Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Mudança de Faixa – “subtipos” Ilustração: Webster, 2007 Ilustração: HCM, 2000
  • Mudança de Faixa – “subtipos” Ilustração: Webster, 2007Concluir a mudança de faixa dependerá de sua VIABILIDADE, analisada através de modelos deaceitação de brecha. Estimativas de modelos com dados de trajetória demonstram que fatoresque afetam as utilidades das várias faixas são: características macroscópicas e microscópicasdo fluxo de tráfego (presença de veículos pesados, velocidade média e densidade, etc), oimpacto do caminho planejado em si (se seria correto segui-lo), um fator de inércia (se trata-seda faixa adjacente e, caso não, qual número de mudanças de faixas é necessário para chegar aela) e, por fim, características do motorista (agressividade, etc).(Ben Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Mudança de Faixa – “subtipos” Uma variação: a mudança de faixa tática Ilustração: Webster, 2007
  • CalibraçãoHELLINGA descreve um processo de calibração como consistindo de sete passos:• (a) definição de objetivos e metas do estudo;• (b) determinação dos dados de campo necessários;• (c) escolha de medidas de desempenho;• (d) estabelecimento de critérios de avaliação;• (e) representação da rede;• (f ) comportamento do motorista quanto à escolha de rotas;• (g) avaliação dos resultados do modelo.
  • Mudança de Faixa - VISSIM DISTÂNCIA DE MUDANÇA DE FAIXA (lane change distance) Define a distância na qual os veículos começarão a tentar mudar de faixa . A distância de mudança de faixa (percepção do conector) é utilizada juntamente ao parâmetro distância de parada de emergência (distância com a qual o motorista vai mudar para as faixas que viabilizam o acesso ao conector) para modelar o comportamento de motoristas, tendendo a permanecer em suas rotas desejadas. Também é aqui que se calibra o comportamento dos motoristas em uma situação de “lane drop”.
  • Mudança de Faixa - VISSIM DISTÂNCIA DE MUDANÇA DE FAIXA (lane change distance) Seu valor default é 200m. Valores aceitáveis variando entre 150 e 300m. Tais valores foram selecionados de forma a garantir que um veículo mantivesse uma distância razoável de forma a efetuar a mudança de faixa antes de atingir a interseção. Valores muito baixos forçam os veículos a caírem na condição de parada de emergência. (Park & Schneeberger)
  • Mudança de Faixa - VISSIM A distância de mudança de faixa trabalha em conjunto com a própria rota do veículo. Assim, para que ela surta efeito, a decisão por uma rota precisa ser tomada a uma distância anterior ao conector – e, claro, maior que a distância de mudança de faixa.
  • Mudança de Faixa - VISSIMNo que concerne às mudanças de vias, o VISSIM possui dois tipos, queaqui chamaremos:• mudança compulsória (“Necessary Lane Change”);• mudança discricionária (“Free Lane Change”).
  • Mudança de Faixa - VISSIMNecessary Lane Change:Os parâmetros de condução devem conter uma aceleração máximaaceitável, tanto para o veículo que efetua a mudança, como para o quecircula à sua direita.Um exemplo deste tipo é quando o veículo que circula na via maisinterior de uma rotatória vai em direção a uma saída e é obrigado amudar para a via da direita.
  • Tipos de Mudança de Faixa Exemplo de mudança de faixa compulsória, numa situação que envolve questões de segurança (risco de colisão) – representação de uma área de conflito no VISSIM. Ilustrações: Webster, 2007 (acima) Department of Civil and Environment Engineering of Portland State University (esquerda)
  • Tipos de Mudança de FaixaExemplo de mudança de faixa cooperativa obtida no VISSIM (irrealístico)(Chatterjee, 2008)
  • Mudança de Faixa - VISSIM
  • Mudança de Faixa - VISSIM
  • Mudança de Faixa - VISSIM Define-se o tipo de ultrapassagem: - Free Lane Selection: veículos podem ultrapassar para qualquer faixa - Right Side Rule : permite ultrapassagens para a faixa rápida apenas se a velocidade for maior que 60km/h. Para velocidades mais baixas, veículos na faixa lenta podem ultrapassar com uma diferença máxima de velocidade de 20 km/h.
  • General Behavior No modelo de OREGON, devia-se definir esse parâmetro como “Free Lane Selection”, salvo quando veículos pesados se encontrassem obrigados a trafegar nas faixas da direita, caso em que a “Right Side Rule” era aplicada.
  • Mudança de Faixa - VISSIMEm ambos os casos, quando um motorista tenta mudar de faixa, oprimeiro passo é encontrar um tempo de brecha (time gap) adequado(headway) no fluxo de destino. O tamanho da brecha é dependente davelocidade de ambos os veículos e do veículo que vem de trás (na faixapara a qual se quer mudar).
  • Mudança de Faixa - VISSIMFree Lane ChangeO VISSIM verifica sempre uma distância de segurança desejada emrelação ao veículo que segue na via para a qual este pretendecircular. Existem ainda outros parâmetros configuráveis, como otempo máximo de espera do condutor na posição de parada deemergência até o fluxo estar livre e a distância mínima disponível(em relação ao veículo seguinte) para efetuar uma mudança de via.(Fernandes, 2010)
  • Mudança de Faixa - VISSIM Mudanças de faixa compulsórias dependem da agressividade dos motoristas, expressa por sua aceitação/rejeição de brechas nas faixas adjacentes, o que é representado por parâmetros como desaceleração aceitada e máxima, e o fator de redução de distância. (Chatterjee, 2008)
  • Mudança de Faixa - VISSIMO usuário pode definir o nível de agressividade dos veículosenvolvidos através dos limites de desaceleração entre um valor máximoe aceitável. Para além disso, uma Taxa de Redução (TR), em metrospor cada 1 m/s² é usada para reduzir a desaceleração máxima com oaumento da distância em relação à paragem de emergência, do seguinteconector da rota do veículo. Através desta, tem-se uma estimativa dadistância para a qual a desaceleração passa do seu valor máximo até aovalor aceitável.Portanto, quanto menor for o intervalo entre as desacelerações máximae desejada e maior TR, mais agressiva se torna a mudança de via, pois ocondutor tem um espaço de manobra menor em relação à paragem deemergência.
  • Mudança de Faixa - VISSIM
  • Mudança de FaixaExemplo de influência da agressividade do motorista (definido comoagressivo ou tímido) sobre a a faixa, determinada em termos de distânciapara efetuar-se uma mudança de faixa compulsória, em relação a brechasdianteiras (esquerda) e traseiras (direita).(Ben Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Mudança de FaixaExemplos de modelagem de diferentes estilos de direção.(Fellendorf, 2010)
  • Outros parâmetros • Tempo de espera antes da difusão • Headway mínimo • “To slower lane if collision time” • Fator de distância de segurança (valor default de 0,6  distância durante a mudança de faixa é reduzida em 40% ) • Desaceleração máxima para frenagem cooperativa • “Áreas com velocidade de ultrapassagem reduzida”
  • Outros parâmetros No modelo de OREGON, manteve-se este parâmetro com o valor default de 60s tanto para vias do tipo freeways como para arteriais. Os veículos que excederem este valor limite ficavam registrados em um arquivo de erro (extensão *.err) – e recomendava-se a análise esse registro, para descobrir a razão desta imobilidade por mais de um minuto.
  • Outros parâmetros dxsafe = CC0+CC1* v (v = velocidade do veículo) (dxsafe determina a capacidade da via) A sensibilidade de dxsafe a CC0 é bem menor que a CC1; uma vez que a distância de “car following” é dependente de outro parâmetro, CC2, e é afetada no processo, este é também um parâmetro a ser calibrado no modelo de mudança de faixas.CC1 – headway temporal desejado;CC2 – limiar longitudinal (car following) (Chatterjee, 2008)
  • Via Urbana x Freeway
  • Via Urbana x Freeway
  • Outros parâmetrosA distância mínima lateral entre veículos (em ultrapassagem ou em faixas adjacentes) édefinida segundo classes de veículos e para uma situação estática (a 0 km/h) bem como para 50 km/h. Para outros valores de velocidade, seu valor é obtido por interpolação linear. (manual do VISSIM)
  • Outros parâmetrosEmbora não esteja no escopo desta análise, convém citar parâmetrosrelacionados; assim:Relativamente ao comportamento lateral dos veículos, alguns parâmetros podemser configuráveis tais como a posição desejada na pista num fluxo sem veículos, amínima distância lateral (relacionada com ocorrência de colisões e com acapacidade da via), seleção dos veículos passíveis de ultrapassar ou ainda ocomportamento dos mesmos quando se aproximam de um dado sinal de controle(por exemplo, um semáforo).(Fernandes, 2010)
  • Outros parâmetros Exemplo de valores sugeridos para calibração da modelagem do fenômeno de mudança de faixa utilizados em Oregon; alertava-se que quaisquer valores fora destes intervalos poderiam causar um comportamento errático nas simulações e gerar colisões. (ODOT VISSIM Protocol, 2011)
  • Estimação e Obtenção de Dados
  • DADOS DESAGREGADOS COLETA DE DADOS REFINAMENTO DOESTIMAÇÃO DO MODELO MODELO DADOS AGREGADOS IMPLEMENTAÇÃO E VERIFICAÇÃOCALIBRAÇÃO AGREGADA DO MODELO DE SIMULAÇÃOVALIDAÇÃO AGREGADAMODELO DE SIMULAÇÃOCALIBRADO E VALIDADO Processos de Estimação, Calibração e Validação (Ben-Akiva, Choudhury e Toledo).
  • Estimação e Obtenção de DadosDados macroscópicos: volume, densidade, velocidade média,número de mudanças de faixas.Registro de tempo em série (mensuração in situ).Dados microscópicos: relações entre tempo e distância e de doisobservadores independentes determinando os tempos de início etérmino das manobras de mudança de faixa. A combinaçãodestes dados permite determinar velocidades e distâncias entreveículos.
  • DADOS DESAGREGADOS COLETA DE DADOS Dados de trajetórias de veículos REFINAMENTO DO detalhadas com detalhe emESTIMAÇÃO DO MODELO MODELO relação ao tempo; são utilizados na fase de estimação do modelo. IMPLEMENTAÇÃO E Nesta fase o modelo é especificado e variáveis VERIFICAÇÃO explicativas (como velocidades e relações entre o veículo em questão e outros veículos) são geradas, a partir das coordenadas do veículo extraídas dos dados da trajetória. Os parâmetros do modelo são estimadosCALIBRAÇÃO AGREGADA através de uma técnica de máxima verossimilhança DO MODELO DE para que correspondam às mudanças ocorridas nos SIMULAÇÃO dados ao observar-se a via.VALIDAÇÃO AGREGADAMODELO DE SIMULAÇÃOCALIBRADO E VALIDADO Processos de Estimação, Calibração e Validação (Ben- Akiva, Choudhury e Toledo).
  • COLETA DE DADOS REFINAMENTO DOESTIMAÇÃO DO MODELO MODELO IMPLEMENTAÇÃO E VERIFICAÇÃOCALIBRAÇÃO AGREGADA DO MODELO DE SIMULAÇÃOVALIDAÇÃO AGREGADAMODELO DE SIMULAÇÃOCALIBRADO E VALIDADO Processos de Estimação, Calibração e Validação (Ben- Akiva, Choudhury e Toledo).
  • DADOS AGREGADOS COLETA DE DADOS REFINAMENTO DO Tem obtenção mais barata e, emESTIMAÇÃO DO MODELO muitos casos, estão facilmente MODELO disponíveis. Parte deste banco de dados agregados é primeiramente IMPLEMENTAÇÃO E utilizado para ajustar parâmetros-chave do modelo de VERIFICAÇÃO mudança de faixa, bem como parâmetros de outros modelos comportamentais, e para estimar a demanda por viagens. O problema de calibração agregada é formulado como um problema de otimização, que busca minimizar uma função doCALIBRAÇÃO AGREGADA desvio entre as mensurações do tráfego simulado e do tráfego DO MODELO DE SIMULAÇÃO observado, bem como de desvios dos valores calibrados por estimativas a priori, se disponíveis. O Restante dos dados é utilizado para a validação, que consiste em comparar medidas de desempenho, que podemVALIDAÇÃO AGREGADA ser calculadas a partir das disponíveis com os valores correspondentes no simulador, como por exemplo velcidades e fluxos, a distribuição de veículos ao longo das vias, quantidade e localização e mudança de faixas.MODELO DE SIMULAÇÃOCALIBRADO E VALIDADO Processos de Estimação, Calibração e Validação (Ben- Akiva, Choudhury e Toledo).
  • Estimação e Obtenção de DadosDados úteis fornecidos pelo VISSIM(exemplo aplicado a um experimento em particular)Volume de tráfegoTaxa de OcupaçãoVelocidade veicularComprimento da fila (Chatterjee, 2008)
  • Estimação e Obtenção de DadosGráfico ilustrativo do efeito de interrupção de faixas (lanedrop) naprodução de mudanças de faixas (Laval & Daganzo, 2005)
  • Dados úteis fornecidos pelo VISSIM(exemplo aplicado a um experimento em particular) Capacidade (relacionada a mudança de faixas) (Chatterjee, 2008)
  • Estimação e Obtenção de DadosExemplos de mensurações de parâmetros de mudança de faixa.(Ehmanns & Hochtädter, 2001)
  • Estimação e Obtenção de Dados Exemplo de análise de mudança de faixa envolvendo questões de segurança (risco de colisão – medições do deslocamento lateral). Ilustração: Hetrick, 1997
  • Estimação e Obtenção de Dados Exemplo de medição de parâmetros, através de análise de vídeos (programa VIVA). Ilustração: Ahmed, 1999
  • Exemplo de medição deparâmetros, através deanálise de vídeos(programa VIVA).Ilustração: Ahmed, 1999
  • CríticaAlguns fatores que afetam o comportamento da mudança de faixa em viasurbanas não estão presentes em tráfego de freeways; como exemplo cita-se o impacto de ônibus (e paradas de ônibus), manutenções emvegetação e equipamentos urbanos, semáforos e as filas que lhes sãoconsequentes. Além disso, uma proporção expressiva de mudanças defaixa em vias arteriais urbanas pode ocorrer em interseções, não emtrechos observados.(Ben Akiva, Choudhury e Toledo)
  • Exemplo de aplicação Aplicação de mudança de faixa tática Ilustração: Webster, 2007
  • Material Consultado1. Fellendorf, Martin (2010). VISSIM: past – present – future. University of Technology, Graz, Austria.2. Fellendorf, Martin & Vortisch, Peter (). Microscopic Traffic Flow Simulator VISSIM.3. VISSIM Overview (PTV Vision) http://cgi.ptv.de/download/traffic/library/VISSIM%20Slideshow.pdfAINDA POR SER DIGITADO; 21 PDFs NO DROPBOX.