Proposição de um método de codificação de rodovia de pista simples em região montanhosa a partir dos dados do Google Earth no microssimulador VISSIM : estudo de caso da rodovia ERS-115

Abstract

A malha rodoviária brasileira é constituída predominantemente de rodovias de pista simples e boa parte delas encontra-se em regiões montanhosas. Rodovias de pista simples em regiões montanhosas possuem dificuldades de modelagem, porque as rampas elevadas e os raios de curvatura pequenos possuem impacto significativo no desempenho do tráfego. Adicionalmente, existem poucos estudos de simulação de tráfego de veículos em rodovias de pista simples, sobretudo em regiões montanhosas. Sendo assim, a combinação de rodovias de pista simples com região montanhosa é ainda mais restrita para codificação dessas redes em microssimuladores de tráfego. Dados de geometria de rodovias são comumente obtidos por meio de plataformas como o Google Earth, contudo sua precisão pode ser insuficiente para uma boa representação em regiões montanhosas, devido à influência significativa dos perfis planialtimétricos no desempenho do tráfego em rodovias de pistas simples. O presente trabalho desenvolveu uma metodologia para a codificação de rodovias de pista simples em região montanhosa. Esta metodologia foi aplicada em um estudo de simulação de tráfego através do microssimulador de tráfego VISSIM. O trecho de estudo de caso corresponde à 16 km de extensão da ERS-115 entre as cidades de Três Coroas e Gramado na Serra Gaúcha. A partir de dois bancos de dados (Google Earth e levantamento veicular a Laser), foram desenvolvidos três modelos: (i) modelo baseado nos dados originais do Google (Google original), (ii) modelo com perfil altimétrico suavizado (LOESS) e (iii) modelo com perfil planialtimétrico baseado em levantamento de campo a Laser (Laser). A comparação do perfil altimétrico dos três modelos revelou diferenças significativas entre o modelo do Google original em relação aos demais. O perfil altimétrico decorrente dos dados originais do Google Earth apresentou grandes declividades, na prática, incompatíveis com a classe da rodovia. O método proposto de suavização (LOESS) resultou em um modelo bem mais próximo do perfil real da rodovia, representado pelo modelo construído a partir do levantamento a laser. Com o objetivo de avaliar o desempenho através da simulação de tráfego nos 3 modelos foram executados 11 cenários de simulação. Os cenários envolveram 2 níveis de demanda: demanda baixa, compatível com condições de fluxo livre e uma demanda representativa das condições típicas de tráfego verificadas no trecho. Em relação à demanda em fluxo livre, veículos nos modelos Laser e LOESS apresentaram velocidades similares ao longo do estaqueamento, enquanto que o modelo Google original revelou diferenças significativas de velocidades. A análise do desempenho do tráfego nos cenários de demanda típica foi baseada nos tempos de viagem. Cenários nesta análise envolveram a segmentação da rodovia em trechos homogêneos e variações na proporção de veículos por sentido (split direcional). A comparação entre os tempos de viagem dos modelos LOESS e Laser resultou em R²=0,99, enquanto que R² obtidos entre os modelos Google original e Laser variaram no intervalo de 0,04 a 0,99. Os resultados obtidos apontam a importância da metodologia desenvolvida pelo presente trabalho na modelagem de rodovias de pista simples, sobretudo em região montanhosa.

The Brazilian road network consists predominantly of two-lane highways and great part of them are in mountainous regions. Two-lane highways in mountainous regions have modeling difficulties because high slopes and small bend radii have a significant impact on traffic performance. Additionally, there are few simulation studies of vehicle traffic on two-lane highways, especially in mountainous regions. Thus, the combination of two-lane highways and mountainous region is even more restricted for coding these networks into traffic microsimulators. Road geometry data are commonly obtained through platforms such as Google Earth, but their accuracy may be insufficient for good representation in mountainous regions due to significant influence of planialtimetric profiles on traffic performance on two-lane highways. The present work developed a methodology for the codification of two-lane highways in mountainous region. This methodology was applied in a simulation study of traffic through the VISSIM traffic microsymulator. The case study section corresponds to the 16 km extension of the ERS-115 between the cities of Três Coroas and Gramado in the Serra Gaúcha. From two databases (Google Earth and Laser Vehicle Survey), three models were developed: (i) model based on original Google data (Google original), (ii) model with smoothed altimetric profile (LOESS) and (iii) model with planialtimetric profile based on laser field survey (Laser). The comparison of altimetric profiles of the three models revealed significant differences between the Google original model in relation to the others. The altimetric profile derived from the original data of Google Earth presented great slopes, in practice, incompatible with the highway class. The proposed smoothing method (LOESS) resulted in a model that is closer to the actual road profile, represented by the model constructed from the laser survey. In order to evaluate the performance through the simulation of traffic in the three models, 11 simulation scenarios were executed. The scenarios involved two levels of demand: low demand, compatible with free flow conditions and a representative demand of the typical traffic conditions verified in the road segment. Regarding the free-flow demand, vehicles in Laser and LOESS models presented similar speeds along the road, while the Google original model revealed significant differences in speeds. The analysis of traffic performance in typical demand scenarios was based on travel times. Scenarios in this analysis involved the segmentation of the highway in homogeneous segments and variations in the proportion of vehicles by direction (directional split). The comparison of travel times of the LOESS and Laser models resulted in R² = 0.99, while R² obtained between the Google original and Laser models varied in the range of 0.04 to 0.99. The results obtained point out the importance of the methodology developed by the present work in the modeling of two-lane highways, especially in the mountainous region.