Incorporação de rota de atravessamento para veículos autónomos em ferramentas de modelação

Abstract

Esta Dissertação de Mestrado tem como principal objetivo incluir novos critérios de definição de escolha de rotas em veículos autónomos (VA) numa rede urbana pertencente a uma área metropolitana usando ferramentas de modelação de tráfego e emissões. Assim, foi feita a caracterização da rede viária relativa à cidade do Porto de forma a identificar as zonas potenciais onde a mobilidade autónoma possa ser implementada. Posteriormente, foram comparados cenários relativos a taxas de penetração de VA na rede face à situação atual de veículos convencionais em termos das emissões de dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de azoto (NOx) e hidrocarbonetos (HC), e ainda velocidade média, atraso relativo e densidade. Para atingir os objetivos desta dissertação, foi utilizado um modelo microscópico de tráfego rodoviário (VISSIM) e uma metodologia de cálculo de emissões de poluentes baseada na potência específica dos veículos (VSP). A monitorização experimental consistiu na recolha de dados de volumes de tráfego ao longo da rede, e ainda na análise da dinâmica do veículo (velocidade e aceleração/desaceleração) para a calibração e validação do modelo de tráfego. Os cenários avaliados foram relativos a diferentes taxas de penetração de VA que atravessam a Via de Cintura Interna (VCI): 1) 10% VA; 2) 20% VA; 3) 30% VA; e 4) 50% VA. Os resultados sugerem que a penetração de VA na VCI permitem a redução das emissões absolutas dos diferentes poluentes (entre os 3% e 4%, de acordo com o poluente analisado) no domínio de estudo. No que diz respeito aos parâmetros de desempenho, foram observados aumentos da velocidade média (até 5% para veículos convencionais e 4% para autocarros urbanos) e diminuições nos atrasos relativos (até 16% para os veículos convencionais e 12% para os autocarros urbanos). Na VCI apesar do aumento do volume de tráfego nos cenários alternativos e consequente aumento das emissões absolutas, verificou-se uma redução das emissões locais (6% e 11% para o CO2 e NOx, respetivamente), o que se deveu aos parâmetros de condução (menos agressivos) dos VA, e, portanto, uma condução mais de acordo com critérios ambientais. Para além disso, verificou-se que os veículos autónomos têm a capacidade de diminuir o tempo de evacuação de uma via, mesmo quando se aumenta o volume de tráfego na mesma.

The main objective of this Master Dissertation is to include new route choice criteria in Autonomous Vehicles (AV) along a freeway corridor in a metropolitan area using a microscopic traffic model paired with an emission methodology. Thus, the road network of Porto was characterized to identify the potential areas where autonomous mobility could be implemented. Subsequently, mobility scenarios regarding AV penetration rates were compared to current situation (conventional vehicles only) in terms of carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx) and hydrocarbon (HC) vehicular emissions, as well as average speed, relative delay and density. To accomplish the posed objectives, a microscopic traffic model (VISSIM) and an emission methodology based on vehicle specific power were used (VSP). Traffic volumes and vehicle dynamic (speed and acceleration/deacceleration on a second-by-second basis) data were collected from the studied locations, and then the modelling tool was calibrated and validated for the baseline scenario. The following scenarios concerning the different AV penetration rates for through traffic along Via de Cintura Interna (VCI) were implemented: 1) 10% AV; 2) 20% AV; 3) 30% AV; and 4) 50% AV. The results suggested that the AV penetration in the VCI reduced vehicular emissions (between 3% and 4%, depending on the pollutant) in the study domain compared to the existing situation. Concerning the traffic performance parameters, average speed increased (up to 5% for conventional vehicles and 4% for transit buses) and relative delay decreased (up to 16% for conventional vehicles and 12% for transit buses). Despite the increase in traffic volumes in the alternative scenarios and increased in emissions, a reduction of emissions per unit distance (6% and 11% for CO2 and NOx, respectively) was observed in the VCI. This was mostly due to the AV driving behavior parameters (smooth driving). Furthermore, it was found that AV have the capacity to decrease the evacuation time of a route, even when the volume of traffic is higher.