Neste capítulo são apresentados os principais elementos relacionados à implantação da sinalização semafórica, dado que essa implantação foi justificada com base nos critérios definidos no Capítulo 4 deste Manual. O presente capítulo aborda os elementos básicos que caracterizam a concepção do controle semafórico, e apresenta as diferentes estratégias, tipos de controle e os modos de implementação do controle semafórico. Na seção final do capítulo é feita uma análise geral dos diferentes tipos de controle e operação apresentados.
Na definição do controle semafórico são empregados os termos apresentados a seguir.
a) Grupo de movimentos
É o conjunto de movimentos presentes em uma mesma aproximação que recebem simultaneamente o direito de passagem (ver Figura 5.1).
b) Grupo semafórico
É o conjunto de semáforos (grupos focais) com indicações luminosas idênticas que controlam grupos de movimentos que recebem simultaneamente o direito de passagem (ver Figura 5.1)
Grupo de Movimentos 1: conjunto formado pelos movimentos MV1 e MV2 Grupo de Movimentos 2: conjunto formado pelo movimento MV3 Grupo de Movimentos 3: conjunto formado pelos movimentos MV4, MV5 e MV6 Grupo semafórico 1 (G1): conjunto de semáforos que controla os grupos de movimentos 1 e 2 Grupo semafórico 2 (G2): conjunto de semáforos que controla o grupo de movimentos 3 Figura 5.1: Ilustração do conceito de grupo de movimentos e grupo semafórico
c) Estágio
Denomina-se estágio o intervalo de tempo em que um ou mais grupos de movimentos recebem simultaneamente o direito de passagem. O estágio compreende o tempo de verde e o tempo de entreverdes que o segue.
d) Entreverdes
É o intervalo de tempo compreendido entre o final do verde de um estágio e o início do verde do estágio subsequente.
Para semáforos veiculares, o entreverdes é composto de um tempo de amarelo, acrescido de um tempo de vermelho geral sempre que necessário.
Para semáforos de pedestres, o entreverdes corresponde ao tempo de vermelho intermitente seguido de um tempo de vermelho geral.
e) Vermelho geral
É o intervalo de tempo entre o final do amarelo (ou do vermelho intermitente) de um estágio e o início do verde do próximo estágio.
f) Ciclo
Denomina-se ciclo a sequência completa dos estágios de uma sinalização semafórica. A duração do ciclo (tempo de ciclo) em uma interseção, ou seção de via, é definida pela soma dos tempos de todos os estágios programados para o controle do tráfego no local.
g) Intervalo luminoso
É o período de tempo em que permanece inalterada a configuração luminosa dos semáforos (grupos focais) que controlam o tráfego em um determinado local.
h) Plano semafórico
Denomina-se plano semafórico ao conjunto de elementos que caracteriza a programação da sinalização semafórica (ver Capítulo 6 do Manual) para uma interseção ou seção de via, num determinado período do dia. O diagrama de estágios e o de intervalos luminosos são partes integrantes do plano semafórico.
i) Diagrama de estágios
O diagrama de estágios é a representação gráfica da alocação dos movimentos que podem ser realizados (motorizados e não motorizados) em cada estágio do ciclo. O movimento de pedestres e/ou ciclistas só deve ser representado no diagrama de estágios quando for sinalizado por grupos focais específicos. A Figura 5.2 mostra um exemplo de diagrama de estágios para o controle dos movimentos apresentados na Figura 5.1.
Figura 5.2: Exemplo de diagrama de estágios
j) Diagrama de intervalos luminosos ou diagrama de barras
Consiste na representação da duração e sequência dos intervalos luminosos e estágios por meio de barras horizontais, associando-os aos grupos semafóricos correspondentes. A Figura 5.3 apresenta um exemplo de diagrama de barras para o diagrama de estágios mostrado na Figura 5.2.
Figura 5.3: Exemplo de diagrama de intervalos luminosos
O controle do tráfego em uma interseção ou seção de via por meio da sinalização semafórica pode ser realizado de acordo com diferentes tipos e estratégias e ser implementado por diferentes modos. Nesta seção as principais alternativas são apresentadas.
Basicamente, são dois os tipos de controle proporcionados pela sinalização semafórica. O primeiro é o controle em tempo fixo e o segundo o controle atuado pelo tráfego, que possuem níveis distintos de resposta a variações observadas nos movimentos controlados.
a) Tempo fixo
O controle em tempo fixo utiliza planos semafóricos calculados com base em dados de tráfego disponíveis, obtidos por contagens volumétricas e outros levantamentos de campo. As contagens volumétricas, sempre que possível, devem ser classificatórias. O controle pode ser efetuado com base em um único plano semafórico, ou na adoção de planos específicos para atender a demanda de tráfego histórica de períodos distintos do dia e de diferentes dias da semana.
Ao longo do período de ação de um plano semafórico, o tempo de ciclo, a sequência de estágios, a duração dos intervalos luminosos e a defasagem, no caso das redes semafóricas, são mantidos constantes. Os procedimentos para a determinação desses elementos são apresentados no Capítulo 7 do Manual.
b) Atuado
Os principais tipos de controle atuado pelo tráfego são: semiatuado e totalmente atuado.
b.1) Semiatuado
O controle semiatuado é, em geral, empregado em cruzamentos de vias de grande volume (vias principais) com vias de baixo volume de tráfego (vias secundárias).
Nesse tipo de controle a indicação verde é dada continuamente para os veículos da via principal, sendo interrompida quando detectores implantados nas aproximações da via secundária indicarem a presença de veículos motorizados.
Quando o controle semiatuado for empregado em travessias de pedestres ou ciclistas, a interrupção da indicação verde para os veículos da via principal ocorre quando as botoeiras forem acionadas.
O momento de interrupção do verde da via principal, a partir da detecção na via secundária ou do acionamento da botoeira, e a duração do tempo de verde a ser atribuído à via secundária, são definidos com base em parâmetros de programação específicos, estabelecidos de acordo com os procedimentos indicados no Capítulo 8 deste Manual.
b.2) Totalmente atuado
O controle totalmente atuado decorre do monitoramento da demanda de tráfego na interseção, mediante a implantação de detectores de tráfego em todas as suas aproximações, permitindo alterações nos tempos dos estágios.
O princípio básico do funcionamento em modo totalmente atuado é o da determinação do tempo de verde associado a cada estágio de sinalização, variando entre um valor mínimo e um valor máximo pré-estabelecidos.
Esse tipo de controle pode permitir o ajuste em tempo real dos valores de alguns dos parâmetros de programação, como por exemplo, a prioridade a ser dada para uma aproximação congestionada.
Sua implantação requer a definição desses e de outros parâmetros de programação, apresentados no Capítulo 8 deste Manual.
Ao definir o controle semafórico o projetista deve decidir entre duas estratégias básicas de controle: controle isolado ou controle em rede.
a) Controle isolado
No controle semafórico isolado, cada interseção é controlada independentemente das demais, ou seja, não ocorre nenhum tipo de coordenação semafórica. Nesse caso, a definição da programação semafórica leva em conta apenas a demanda (histórica ou atual) do tráfego em todas as aproximações.
Essa estratégia pode comprometer seriamente o desempenho da circulação do tráfego em situações onde as interseções controladas por sinalização semafórica estiverem muito próximas entre si. As situações em que o uso do controle isolado não é recomendado são apresentadas no Capítulo 9.
b) Controle em rede
O controle em rede pode visar o aumento do desempenho da circulação do tráfego ao longo de uma rede aberta ou de uma rede fechada. O controle em rede aberta visa privilegiar a circulação do tráfego em uma via (ou em um percurso pré-estabelecido) e, por isso, é comumente referido como controle em corredor. O controle em rede fechada, que visa melhorar o desempenho geral do tráfego em uma determinada região, é denominado controle em área.
A estratégia de controle em rede permite a programação da sinalização semafórica visando não somente o desempenho do tráfego em cada interseção mas, sobretudo, o seu desempenho global ao longo do conjunto de cruzamentos. Esse desempenho é avaliado com base em critérios definidos pelo órgão gestor do trânsito, em função do propósito do controle.
A programação da sinalização semafórica operando em rede implica, além da determinação dos parâmetros necessários para a programação isolada, a definição de um parâmetro adicional, denominado defasagem. Esse parâmetro estabelece, tomando como base uma
referência temporal especificada, o momento de iniciar o verde de um estágio para cada interseção que integra a rede.
A definição da defasagem considera a chegada do tráfego nas aproximações na forma de pelotões. Tem-se, nesse caso, uma operação dita coordenada. Essa operação requer que a duração do ciclo seja a mesma para todas as interseções.
A determinação da defasagem é baseada no comportamento dos pelotões de veículos que circulam entre as interseções e, por isso, é relativamente complexa. A defasagem pode ser calculada manualmente ou com o auxílio de ferramentas computacionais. Existem diferentes programas computacionais comerciais para esse fim, tanto para o caso de operação em tempo fixo quanto de operação atuada pelo tráfego.
No caso do controle em rede aberta, procedimentos mais simples podem ser adotados, dentre os quais se destaca a utilização do diagrama espaço-tempo, apresentado no Capítulo 6 deste Manual.
As características do controle em rede são detalhadas no Capítulo 9 deste Manual.
a) Controle local (descentralizado)
A programação semafórica é implementada diretamente no controlador, em campo. Qualquer alteração desejada na programação é feita usando os recursos disponíveis no controlador para a entrada manual de dados.
b) Controle centralizado
Nesse modo de operação, os controladores eletrônicos de tráfego são ligados a um computador central que gerencia a operação conjunta dos equipamentos.
O controle centralizado é utilizado para agilizar a operação do sistema de interseções semaforizadas, admitindo vários níveis de funcionamento.
No nível básico, são executadas as seguintes funções:
Monitoração do estado de funcionamento dos controladores e semáforos (grupos focais);
Implementação remota de alguns elementos da programação dos planos semafóricos.
Em outros níveis, quando da disponibilidade de sistemas de detecção de veículos, outras funções podem ser incorporadas, tais como:
Coleta de dados do tráfego;
Monitoração das condições de circulação;
Seleção e implementação de planos semafóricos em função da demanda;
Geração e implementação de planos semafóricos em função da demanda.
Quando da implantação do controle centralizado, as seguintes características devem ser, também, consideradas:
O controle depende da confiabilidade do computador central e, por isso, são utilizadas algumas técnicas para evitar que problemas com o computador central comprometam as ações de controle;
O controle centralizado requer uma rede de comunicação de alta confiabilidade e, portanto, de uma manutenção eficiente e eficaz;
O controle centralizado requer a adoção de um protocolo de comunicação que facilite a sua futura expansão (recomenda-se a adoção de protocolo aberto);
A operação do controle centralizado requer a atuação de equipe técnica especificamente treinada para esse fim;
Custo de implantação, operação e manutenção superior ao do modo local (descentralizado).
Devido às características do controle centralizado, recomenda-se que a decisão para sua adoção seja justificada por um estudo de viabilidade técnica, econômica e financeira.
Para operação de sistemas centralizados em tempo fixo e atuados, encontram-se disponíveis no mercado diversos programas.
O órgão gestor deve utilizar o programa que melhor atender suas necessidades de controle e sua disponibilidade de dados, de pessoal técnico e de equipamentos.
As principais vantagens e desvantagens dos controles em tempo fixo e atuado são apresentadas na Tabela 5.1.
Tabela 5.1: Vantagens e desvantagens do controle em tempo fixo e atuado
TIPO DE VANTAGENS DESVANTAGENS CONTROLE
Planos semafóricos elaborados com dados de volume que não refletem a real situação
operação inferior ao do controle atuado.
Pouco eficiente para o
Quando bem programado, controle em locais, ou períodos
planos para a operação coordenada exige conhecimentos específicos.
O custo de implantação e manutenção do sistema atuado é
Desempenho favorável no mais elevado do que o de tempo controle do tráfego em situações fixo. de volume muito variável.
Nem todos os
Minimiza tempos de controladores podem operar em verde ociosos. modo totalmente atuado.
É o mais indicado para o
A instalação dos controle de travessias de pedestres detectores é dispendiosa e requer Atuado em meio de quadra, quando a inspeção e manutenção sinalização semafórica for periódicas para sua adequada justificada. operação.
O controle atuado
A definição dos permite a omissão de estágios. Na parâmetros para a operação dos situação de múltiplos estágios, o controladores atuados, aspecto de segurança deve ser especialmente no controle cuidadosamente observado. totalmente atuado, exige conhecimentos específicos.
Com relação à comparação entre o modo de controle local (descentralizado) e centralizado, levando em conta as estratégias de controle (isolado e em rede) além dos aspectos referidos nas seções 5.2.2 e 5.2.3, cabe destacar:
O modo de controle centralizado facilita a gestão semafórica, pois permite modificações rápidas na programação da sinalização semafórica, reduzindo os transtornos ocasionados pelas diversas ocorrências que obstruem o sistema viário, como colisões, veículos em pane, obras, desvios de tráfego etc.;
O controle centralizado permite também que a programação semafórica seja aperfeiçoada sistematicamente, pois é mais conveniente planejar e aplicar as alterações pela central do que em campo;
Em modo centralizado são eliminados ou minimizados os problemas de erro no relógio do controlador;
No modo centralizado, a rápida identificação de falhas no funcionamento dos equipamentos permite um atendimento mais eficiente das equipes de manutenção;
O modo local tem custo de implantação e, geralmente, de manutenção inferior ao do modo centralizado.