Programação semafórica: entenda como funciona

Em um dia estressante, no meio de um congestionamento, você provavelmente já se perguntou porque o semáforo demora tanto a abrir ou fecha tão rápido.

Lemos seus pensamentos?

Nesse post, iremos lhe mostrar como é feita a programação semafórica e ainda ensinaremos a você como calcular corretamente o ciclo de um semáforo.

Boa leitura!

Conceitos básicos

Para iniciarmos, precisamos conhecer alguns conceitos fundamentais a respeito dos semáforos, são eles:

Ciclo: é o tempo necessário à uma sequência completa de indicações luminosas, ou seja, é o tempo em que a sequência verde, amarelo e vermelho aparece por completo.

Fase: é a parte do ciclo reservada à uma combinação qualquer de movimentos de tráfego que recebem, simultaneamente, o direito de passagem.

Estágio: também conhecido como intervalo, é a parte do tempo de ciclo durante o qual não mudam as indicações luminosas.

Offset: também conhecido como defasagem, é a diferença, em segundos, entre os verdes de dois semáforos consecutivos de uma mesma via e está relacionado com o sincronismo dos semáforos.

Split: é a porção de verde associada a cada estágio, ou seja, é a relação entre o período de verdes e o tempo de ciclo.

Entreverdes: é o intervalo de tempo entre o final do verde para uma fase e o início do verde para a fase seguinte, geralmente é composto por um tempo de amarelo e um tempo de vermelho total.

Aproximação: é a parte da via próxima de um cruzamento.

Verde efetivo: é a parte de tempo de verde efetivamente utilizada pelo tráfego, ele é composto por boa parte do tempo de verde e uma parte do tempo de amarelo.

Atraso: é o tempo perdido num semáforo, quando retido pelo sinal vermelho.

Foco: é o conjunto formado pela superfície refletora, lâmpada e a lente colorida.

Grupo focal: é o conjunto de focos, orientado numa mesma direção, ou seja, são as luzes coloridas que compõem os semáforos.

Função do semáforo

O objetivo primordial dos semáforos é organizar o tráfego de pessoas e veículos de modo a evitar qualquer tipo de conflito, como os acidentes.

No entanto, quando não usados corretamente ou usados quando não são realmente necessários, podem provocar atrasos excessivos ao trânsito, congestionamentos e até acidentes pelo desobedecimento das indicações luminosas.

Para tanto, é necessário sempre um estudo do tráfego para avaliar a necessidade de um semáforo e, caso positivo, para calcular o tempo de ciclo ideal para a situação.

Iremos, a seguir, aprender como é feito esse cálculo.

Cálculo do ciclo semafórico

Fator hora de pico

\mathrm{FHP = \dfrac{V_{hp}}{4.V_{15,máx}}}

Onde:

• FHP: é o fator hora de pico;
• V_hp: é o volume de veículos medido na hora de pico (veículos);
• V_15,máx: é o volume máximo de veículos medido em um intervalo de 15 minutos (veículos).

Velocidade de fluxo livre

\mathrm{FFS = 75,4-f_{LW} -f_{LC}-3,22.{TRD}^{0,84}}

Onde:

• FFS: é a velocidade de fluxo livre (mi/h);
• f_LW: é o fator de ajuste segundo a largura da faixa de rolamento (mi/h), tabela 1;
• f_LC: é o fator de ajuste em função do afastamento lateral direito (mi/h), tabela 2;
• TRD: é a densidade total de acessos controlados (acessos/mi).

Tabela 1 – Fator de ajuste segundo a largura da faixa de rolamento.

Largura da pista (ft)	fLW (mi/h)
L≥12	0
11≤L<12	1,9
L≤10	6,6

 

Tabela 2 – Fator de ajuste em função do acostamento.

Largura do acostamento (ft)	Número de faixas em uma direção
	2	3	4	≥5
6	0	0	0,0	0,0
5	0,6	0,4	0,2	0,1
4	1,2	0,8	0,4	0,2
3	1,8	1,2	0,6	0,3
2	2,4	1,6	0,8	0,4
1	3,0	2	1,0	0,5
0	3,6	2,4	1,2	0,6

 Fluxo de saturação

\mathrm{s = 525.L}

Onde:

• s: é o fluxo de saturação (veículo/h);
• L: é a largura da interseção (m).

Taxa de ocupação

\mathrm{yi=\dfrac{qi}{si}}

Onde:

• yi: é a taxa de ocupação para a aproximação;
• qi: é o fluxo na aproximação (veículo/h);
• si: é o fluxo de saturação (veículo/h).

Taxa de ocupação crítica

\mathrm{yi^*=yi,máx}

• yi*: é a taxa de ocupação crítica para cada estágio;
• yi,máx: é a taxa de ocupação máxima entres as aproximações de um estágio;

Taxa de ocupação da interseção

\mathrm{Y=Σyi^*}

Onde:

• Y: é taxa de ocupação da interseção;
• yi*: é a taxa máximo para cada estágio.

Tempos de ciclo

Tempo perdido

\mathrm{T_{p}=ΣT_{vermelho,total}+ΣT_{percepção}}

Onde:

• T_p: é o tempo perdido (s);
• T_{vermelho,total}: é o tempo de vermelho total (s);
• T_percepção: é o tempo de percepção do condutor (s), que geralmente leva 2s.

Tempo de ciclo

\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.T_{p}+5}{1-Y}}

Onde:

• T_co: é o tempo de ciclo ótimo (s);
• T_p: é o tempo perdido (s);
• Y: é taxa de ocupação da interseção.

Tempo de verde efetivo

\mathrm{T_{v,ef,i}=yi^*\left(\dfrac{T_{co}-T_{p}}{Y}\right)}

Onde:

• T_v,ef,i: é o tempo de verde efetivo para cada estágio;
• yi*: é a taxa máximo para cada estágio;
• T_co: é o tempo de ciclo ótimo (s);
• T_p: é o tempo perdido (s);
• Y: é taxa de ocupação da interseção.

Tempo de verde real

\mathrm{T_{v,real,i}=T_{v,ef,i}+T_{percepção}-T_{a}}

Onde:

• T_v,real,i: é o tempo de verde real para cada estágio;
• T_v,ef,i: é o tempo de verde efetivo para cada estágio;
• T_percepção: é o tempo de percepção do condutor (s), que geralmente leva 2s;
• T_a: é o tempo de amarelo (s), é geralmente entre 2 e 3s;

 

Pois bem, para responder à pergunta levantada no início deste post, você sente que o semáforo demora muito para abrir ou fecha muito rápido provavelmente por duas razões:

O semáforo pode estar mal dimensionado, provocando congestionamento e atrasos. Isso pode ocorrer porque o fluxo da via se intensificou ao longo do tempo e não foram feitos os devidos ajustes no ciclo do semáforo, ficando este incapaz de dar vazão suficiente aos pelotões formados.

A outra razão pode se dever à divisão dos estágios, uma vez que isso influencia diretamente no tempo de ciclo. Por exemplo, em um cruzamento comum, uma conversão à direita (figura abaixo), ou seja, o acréscimo de mais um estágio, pode aumentar sensivelmente o tempo de vermelho perdido no semáforo.

Este problema é mais comum do que parece e ocorre muito nos horários de pico, onde há intensificação do fluxo nas vias.

Agora, um exemplo resolvido para solidificar o que foi aprendido até agora.

 Exemplo aplicado

Para a interseção apresentada abaixo, determinar:

1. As taxas de ocupação para cada aproximação;
2. O diagrama de fases.

Dados:

• T_a=3s;
• T_{vermelho,total} (de 1 para 2)=3s;
• T_{vermelho,total} (de 2 para 3)=3s;
• T_{vermelho,total} (de 3 para 1)=5s;
• T_percepção=3s.

Movimentos	Fluxo de veículos (veículo//h)
1A	2400
1B	2200
2A	1250
2B	1000
3A	300
3B	250
3C	250
3D	300

 

RESOLUÇÃO:

Você pode acompanhar a resolução desse exemplo assistindo o vídeo abaixo ou simplesmente acompanhando a leitura do post.

Passo 01: Cálculo do fluxo de saturação

Para calcular o fluxo de saturação de uma aproximação, precisamos apenas conhecer sua largura. Por meio da fórmula abaixo, temos:

s = 525.L

Passo 02: Cálculo da taxa de ocupação da interseção

De posse dos fluxos de cada movimento, o próximo passo será o cálculo da taxa de ocupação. Para isso serão usados os fluxos de saturação, já calculados, e a seguinte fórmula:

\mathrm{yi=\dfrac{qi}{si}}

Vale observar que o fluxo da rua Tulipa é a soma dos fluxos de toda a fase 3, que é igual a 1100 veículo/h.

Após o cálculo da taxa de ocupação, o valor da taxa de ocupação da interseção deverá ser calculado da seguinte fórmula:

\mathrm{Y=Σyi^*}

Portanto:

{Y=0,25+0,16+0,17=0,58}

Passo 03: Cálculo dos tempos de ciclo

\mathrm{T_{p}=ΣT_{vermelho,total}+ΣT_{percepção}}

\mathrm{T_{p}=3+3+5+3.3=20s}

\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.T_{p}+5}{1-Y}}

\mathrm{T_{co}=\dfrac{1,5.20+5}{1-0,58}=83,333=83s}

\mathrm{T_{v,ef,i}=yi^*\left(\dfrac{T_{co}-T_{p}}{Y}\right)}

\mathrm{T_{v,real,i}=T_{v,ef,i}+T_{percepção}-T_{amarelo}}

Os tempos de verde efetivo e real estão mostrados na tabela abaixo:

Passo 04: Diagrama de intervalos luminosos

 

 

Espero que este post tenha lhe ajudado a entender como se programa um semáforos. Se gostou, não deixe de seguir nosso blog e nosso canal no YouTube para receber mais posts como este!

E se ainda ficou com alguma dúvida,  assista o vídeo com a resolução desse exemplo, clicando aqui.