Uma proposta para avaliar nível de serviço e emissões veiculares em rotatórias aplicando simulação computacional

Abstract

As rotatórias são recursos utilizados por gestores para apoiar a mobilidade e o controle de tráfego conflitante, operando conforme o fluxo de veículos que chegam e são atendidos em um nível de serviço. Assim, falhas são comuns nesses sistemas, principalmente devido ao crescimento no número de veículos de maneira não prevista, ocasionando congestionamentos que afetam a mobilidade urbana com o aumento de filas. Outro problema, que surge do aumento no número da frota, é a consequente emissão de poluentes que conforme os períodos de aceleração e frenagem oriundos da formação de filas, ficará maior. Para lidar com esses problemas, a utilização de dados provenientes de sistemas de monitoramento de tráfego e modelos matemáticos pode auxiliar gestores na avaliação de questões relacionadas à mobilidade e ao meio ambiente. Um exemplo é o uso de técnicas de simulação estocástica, como o Método de Simulação Monte Carlo via Cadeias de Markov (Monte Carlo Markov Chain Method - MCMC), que serve para parametrizar amostras de dados, eliminando discrepâncias. Aliado a ferramentas estatísticas existem programas que podem ser desenvolvidos em linguagens livres orientados a contagem veicular e estimação de poluentes emitidos por veículos automotores, como o COPERT (Computer Program to Calculate Emissions from Road Transport). Este trabalho tem como objetivo propor um sistema para apoiar a avaliação do nível de serviço e das emissões veiculares em rotatórias, utilizando desenvolvimento de um contador de veículos em Python, análise viária pelo método DNIT (2006), simulação computacional embasado nos princípios do MCMC e avaliação da carga poluidora pelo COPERT. Aplicou-se esta proposta numa rotatória com grande demanda, em uma cidade média em crescimento acelerado, e constatou-se que a mesma apresenta falhas no controle de tráfego de veículos com nível de serviço igual a E. Ocasionando a emissão dos poluentes de CO2 representando cerca de 91,72% e CO com 8,02% mais emitidos, originados principalmente de veículos de uso individual: automóveis e motocicletas. Redimensionando e simulando a frota para uma nova taxa de ônibus, com possibilidade de redução dos veículos de uso individual, obteve-se uma redução do nível de serviço de E para A e mitigação na taxa dos níveis de CO2 e CO em 12,51% e 24,75%, respectivamente. A adoção de sistemas de corredores de ônibus, veículos menos poluidores e melhor uso da infraestrutura urbana sugerem possibilidades que beneficiam a mobilidade e o meio ambiente.

Abstract: Roundabouts are resources used by managers to support mobility and conflicting traffic control, operating according to the flow of vehicles that arrive and are served at a service level. Therefore, failures are common in these systems, mainly due to the unforeseen growth in the number of vehicles, causing congestion that affects urban mobility with an increase in queues. Another problem, which arises from the increase in the number of the fleet, is the consequent emission of pollutants which, depending on the periods of acceleration and braking resulting from the formation of queues, will become greater. To deal with these problems, the use of data from traffic monitoring systems and mathematical models can help managers in evaluating issues related to mobility and the environment. One example is the use of stochastic simulation techniques, such as the Monte Carlo Simulation Method via Markov Chains (Monte Carlo Markov Chain Method - MCMC), which serves to parameterize data samples, eliminating discrepancies. Combined with statistical tools, there are programs that can be developed in free languages aimed at vehicle counting and estimation of pollutants emitted by motor vehicles, such as COPERT (Computer Program to Calculate Emissions from Road Transport). This work aims to propose a system to support the assessment of the level of service and vehicle emissions at roundabouts, using the development of a vehicle counter in Python, road analysis using the DNIT method (2006), computer simulation based on the principles of MCMC and assessment of the pollution load by COPERT. This proposal was applied to a roundabout with high demand, in a medium-sized city experiencing rapid growth, and it was found that it presents flaws in vehicle traffic control with a service level equal to E. Causing the emission of CO2 pollutants representing around 91.72% and CO with 8.02% more emitted, mainly originating from vehicles for individual use: cars and motorcycles. By resizing and simulating the fleet for a new bus rate, with the possibility of reducing vehicles for individual use, a reduction in the level of service from E to A was obtained and a mitigation in the rate of CO2 and CO levels by 12.51% and 24.75%, respectively. The adoption of bus lane systems, less polluting vehicles and better use of urban infrastructure suggest possibilities that benefit mobility and the environment.