Métodos de Alocação e Escopo Operacional¶
Esta página detalha os métodos de alocação de tráfego disponíveis no Desire Lines, as diferenças conceituais entre as abordagens de rede sintética e rede real, a classificação aproximada de Nível de Serviço (LOS), as limitações de escopo em áreas urbanas e o envelope de desempenho do motor de alocação.
1. Métodos de Alocação de Tráfego¶
O plugin disponibiliza dois métodos principais de alocação de tráfego sobre redes viárias (definidos no módulo traffic/assignment.py): All-or-Nothing (AoN) e Equilíbrio por Médias Sucessivas (MSA + BPR).
1.1 All-or-Nothing (AoN / Tudo-ou-Nada)¶
O método All-or-Nothing (AoN) aloca 100% da demanda de cada par Origem/Destino (OD) sobre o caminho mínimo de tempo em fluxo livre (t0), calculado via algoritmo de Dijkstra.
- Mecanismo: Passada única (1 iteração). Não considera a degradação de velocidade ou o aumento de tempo decorrentes do congestionamento.
- Custo Computacional: Baixo (~10× mais rápido que uma alocação MSA típica de 10 iterações).
- Interpretação da razão
v/c: Como os tempos de viagem não são atualizados no AoN, a capacidade calculada serve apenas para avaliação posterior. Se a razão volume/capacidade resultar maior que 1.0 (v/c > 1), isso representa um diagnóstico direto de sobrecarga/déficit de capacidade física no segmento viário, e não um estado de equilíbrio do sistema.
Quando usar o AoN:¶
- Diagnóstico rápido de demanda potencial: Para identificar corredores principais de desejo de viagem antes de aplicar restrições de capacidade.
- Malhas com pouca concorrência de rotas: Quando a topologia da rede viária oferece poucas ou nenhuma rota alternativa relevante entre as origens e destinos.
- Demanda muito abaixo da capacidade: Em redes rurais com baixo volume de tráfego, onde o congestionamento é insignificante e
v/cfica bem abaixo de 1. - Linha de base (Baseline): Como cenário de referência para comparar contra o equilíbrio saturado do MSA.
1.2 Equilíbrio MSA + BPR (Method of Successive Averages)¶
O método de Equilíbrio MSA distribui iterativamente o tráfego considerando o efeito do congestionamento sobre os tempos de viagem, utilizando a equação de impedância do Bureau of Public Roads (BPR).
- Mecanismo Iterativo: A cada iteração
k(k= 1, 2, ..., N):- Os tempos de viagem
t_ade cada arcoasão recalculados pela curva BPR:t_a = t0_a * [1 + alfa * (v_a / C_a) ^ beta]em quet0_aé o tempo em fluxo livre,v_aé o volume corrente,C_aé a capacidade por sentido, ealfa = 0,15ebeta = 4,0são os parâmetros padrão BPR. - Realiza-se um carregamento AoN completo sobre os novos tempos
t_a, gerando volumes auxiliaresy_a^(k). - Atualiza-se o fluxo acumulado combinando o resultado anterior com o auxiliar via média sucessiva:
v_a^(k) = v_a^(k-1) + (1 / k) * (y_a^(k) - v_a^(k-1))
- Os tempos de viagem
- Convergência: O progresso da alocação é monitorado pelo gap relativo de iteração, registrando a estabilização dos fluxos entre passos sucessivos.
- Custo Computacional: Moderado (proporcional ao número máximo de iterações configurado, padrão: 10 iterações).
Quando usar o MSA + BPR:¶
- Redes viárias com rotas concorrentes: Quando existem caminhos alternativos que disputam a mesma demanda OD.
- Trechos com demanda próxima ou superior à capacidade: Em cenários onde a sobrecarga de vias principais força o desvio do tráfego para vias secundárias.
- Simulação de gargalos: Para mapear a redistribuição real do tráfego decorrente de restrições de capacidade viária.
2. Comparativo de Métodos no Desire Lines¶
| Característica | AoN Sintético (Delaunay — Aba 3) | AoN Rodoviário (Aba 4) | MSA + BPR (Aba 4) |
|---|---|---|---|
| Tipo de Rede | Sintética (Triangulação de Delaunay entre centroides) | Real (Malha rodoviária do SNV/DER via GISBR) | Real (Malha rodoviária do SNV/DER via GISBR) |
| Passadas / Iterações | Passada única (1-shot) | Passada única (1-shot) | Iterativo (padrão: 10 iterações) |
| Considera Capacidade? | Não (rede abstrata sem atributos físicos) | Sim (calcula HCM, mas não realimenta tempo) | Sim (calcula HCM e realimenta tempos via BPR) |
| Redistribuição de Rotas? | Não | Não | Sim (redistribui tráfego saturado) |
Interpretação do v/c > 1 |
N/A | Diagnóstico de sobrecarga local | Tendência ao equilíbrio (redireciona para rotas livres) |
| Desempenho relativo | Instantâneo | ~10× mais rápido que MSA | Moderado |
3. Classificação de Nível de Serviço (LOS) Aproximado¶
O Nível de Serviço (LOS — Level of Service) do HCM varia formalmente de A (melhor condição operacional) a F (colapso/congestionamento severo).
Aproximação por Faixas de v/c (Decisão D3)¶
No HCM 6ª Edição, a determinação rigorosa do LOS exige densidade de tráfego (veq/km/faixa) ou porcentagem do tempo gasto em fila (PTSF), parâmetros que necessitam de contagens contínuas e medições de campo indisponíveis no cadastro nacional do SNV.
Em cumprimento à Decisão D3, o Desire Lines reporta o LOS baseado estritamente em faixas da razão Volume/Capacidade (v/c), conforme a tabela abaixo:
| Nível de Serviço (LOS) | Intervalo de v/c |
Condição Operacional Identificada |
|---|---|---|
| A | v/c <= 0,35 |
Fluxo Livre: Veículos trafegam sem restrições de velocidade; manobras são completamente livres. |
| B | 0,35 < v/c <= 0,55 |
Fluxo Estável: Pequenas restrições de velocidade e manobrabilidade. |
| C | 0,55 < v/c <= 0,75 |
Fluxo Estável Controlado: Velocidade afetada pelo volume de tráfego; retenções pontuais. |
| D | 0,75 < v/c <= 0,90 |
Próximo à Saturação: Restrições severas de manobra; pequenas flutuações de demanda causam filas. |
| E | 0,90 < v/c <= 1,00 |
Capacidade Máxima: Operação no limite de capacidade da via; fluxo instável. |
| F | v/c > 1,00 |
Sobrecarga / Colapso: Demanda excede a capacidade; formação de gargalos e filas extensas. |
[!WARNING] Nota de Aproximação: O LOS calculado por faixas de
v/cé um indicador de diagnóstico visual rápido para destacar gargalos na malha rodoviária. Ele não substitui os procedimentos microscópicos de campo do HCM quando há dados detalhados disponíveis.
4. Escopo Operacional e Sinalização Urbana¶
4.1 Escopo Exclusivamente Rodoviário (Decisão D2)¶
O módulo de cálculo de capacidade do Desire Lines foi desenvolvido especificamente para rodovias rurais e interurbanas:
- Pistas Simples / Duas Faixas: Procedimento completo segundo o HCM 6ª Edição, Capítulo 15.
- Pistas Duplas / Multilane e Freeways: Procedimento completo segundo o HCM 6ª Edição, Capítulo 12.
Fora de Escopo: Interseções semaforizadas, cruzamentos urbanos, rotatórias, rampas de acesso e trechos de weaving (Capítulos 16 a 19 do HCM). A base oficial do SNV/DNIT não fornece parâmetros operacionais urbanos (como tempos de ciclo de semáforo, faseamento e distâncias entre cruzamentos), inviabilizando a aplicação rigorosa do HCM urbano sem invenção de dados.
4.2 Aviso e Marcação de Travessias Urbanas (Decisão D11)¶
Em trechos de travessia urbana integrados à malha rodoviária, a capacidade real da via é governada por controles semafóricos e cruzamentos, e não pelas características geométricas do segmento. Aplicar a fórmula rodoviária nesses trechos superestima a capacidade real da via urbana.
Para tratar essa limitação com total transparência:
- Conectividade Mantida: O plugin não remove as travessias urbanas do grafo, garantindo a integridade dos caminhos mínimos de transporte.
- Marcação de Escopo: Cada arco urbano processado é etiquetado com o atributo
escopo = 'urbano'(enquanto os demais recebemescopo = 'rodoviario'). - Alerta no Log: Ao finalizar o cálculo de capacidade e a alocação, o log do plugin reporta explicitamente a quantidade de trechos urbanos processados com a aproximação rodoviária.
- Filtragem pelo Analista: O analista pode utilizar o campo
escopopara isolar ou filtrar trechos urbanos em relatórios e pós-processamentos cartográficos.
5. Envelope de Desempenho (Decisão D4)¶
Para contornar as limitações de desempenho do motor de redes C++ nativo do QGIS — que não permite atualizar custos de arcos in-place sem recriar todo o grafo a cada iteração do MSA —, o Desire Lines utiliza um motor de grafo próprio em Python puro (traffic/graph.py).
Capacidades e Limites de Processamento¶
- Tamanho de Malha Recomendado: Confortável para redes contendo até ~50.000 arcos direcionados.
- Iterações MSA: Excelente desempenho com o padrão de 10 iterações em áreas de estudo estaduais e regionais.
- Dijkstra por Origem: A busca de menor caminho é executada uma vez por origem única (e não por par OD individual), reduzindo drasticamente o tempo total de processamento.
- Ganho do AoN: Como a alocação All-or-Nothing realiza apenas uma passada de Dijkstra, sua execução é aproximadamente 10× mais rápida que o MSA, permitindo processar malhas maiores em poucos segundos.