Para estimar o nível de serviço em rodovias de pista simples, o Highway Capacity Manual 2010 (HCM2010) adota como medidas de desempenho a Porcentagem de Tempo Viajando em Pelotões (PTSF) e a Velocidade Média de Viagem (ATS). A PTSF, no entanto, é praticamente impossível de ser obtida de observações em campo. Na literatura, algumas pesquisas propõem medidas de desempenho alternativas que podem ser coletadas diretamente da observação do tráfego. A meta deste trabalho consistiu em avaliar e propor medidas de desempenho que pudessem ser adequadas para descrever a qualidade de serviço em rodovias de pista simples no Brasil. Foi utilizado um conjunto de dados de tráfego coletados em diversas rodovias no estado de São Paulo para calibrar e validar o simulador de tráfego escolhido, o CORSIM, a partir de um Algoritmo Genético (AG). Com o simulador recalibrado, foi gerado um conjunto de dados sintéticos, para diversas condições de geometria viária e composição de tráfego. Com esses dados sintéticos, foram produzidos modelos teóricos para estimar a PTSF a partir de dados de tráfego que seriam \"observáveis em campo\": a porcentagem de veículos em pelotões (PF); o modelo porposto por Pursula (1995); o modelo de Laval (2006); o criado por Polus e Cohen (2009); e um modelo polinomial baseado na PF e outras variáveis. As estimativas obtidas com esses modelos divergiram significativamente da PTSF produzida pelo CORSIM, sugerindo a necessidade de substituir a PTSF por uma outra medida de desempenho. Assim sendo, nove medidas de desempenho alternativas foram estudadas. Usando dados de tráfego sintéticos produzidos com o CORSIM, foram desenvolvidos modelos que relacionavam medidas de desempenho alternativas com o fluxo de tráfego unidirecional. Comparações dos valores provenientes dessas relações com dados de campo indicaram que três medidas de desempenho (a velocidade média de viagem dos automóveis; a densidade para automóveis e a densidade de veículos em pelotões) poderiam ser usadas para propor critérios para estimar o nível de serviço em rodovias de pista simples no Brasil. / The Highway Capacity Manual 2010 uses Percent-Time-Spent Following (PTSF) and Average Travel Speed (ATS) to estimate level of service on two-lane rural highways. As it is almost impossible to observe PTSF directly in the field, the literature suggests alternative measures of effectiveness (MOEs) that can be obtained from traffic stream parameters. The objective of this thesis was to analyze MOEs that could adequately describe quality of service on two-lane rural highways in Brazil. Traffic data collected on several roads in the state of São Paulo were used to calibrate and validate the traffic simulation model CORSIM, using a Genetic Algorithm (GA). The recalibrated CORSIM was used to create a synthetic set of traffic data, comprising a wide range of traffic flows and road geometries. Using this synthetic data, several models relating PTSF to \"directly observable\" traffic parameters were developed: percent following (PF), as in the HCM2010; the shockwave theory model proposed by Pursula (1995); the Laval (2006) moving bottleneck model; the Polus and Cohen (2009) queueing model; and a polynomial model. PTSF estimates produced by these models significantly diverged from PTSF values produced by CORSIM, suggesting the need for a new measure of effectiveness. Thus, nine alternative MOEs were analyzed and models relating these MOEs to directional traffic flow were fitted, using the synthetic traffic data set. Comparisons between the values obtained from these models and from the field indicated that three MOEs (average travel speed of cars, density for cars and follower density) could be used to create level of service criteria for two-lane rural highways in Brazil.

[EN] The quality of traffic on two-lane roads is closely linked to the possibility of making the overtaking maneuver that is especially critical in addition to the level of risk posed to do it. Options to facilitate overtaking are providing a path with geometric conditions for overtaking can be performed on the road with enough opportunities or provide a cross section that facilitates this advancement by auxiliary lanes. In this research, the second option with passing and climbing lanes was discussed. To characterize the passing maneuver on steep grades an experimental study that allowed access to data and important information for calibrating TWOPAS, a microscopic traffic simulation model of two-lane roads, which is main element of the Traffic Analysis Module (TAM) that integrates the Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM) was developed. TWOPAS was validated in other two-lane road with very different characteristics to the road considered during calibration thereby evaluating the usefulness of this simulation model was completed. Considering a target of this research the TWOPAS was applied in the analysis of auxiliary lanes in a multitude of scenarios, around 98,000, where traffic volumes, longitudinal gradients, initiation and length of the auxiliary lane and percentage of trucks were varied; the influence of random variation of traffic generated wealth of information for the scope of this paper and considered for further analysis. A computational tool, the PEMAT, which allows automatic execution of TWOPAS (TAM), capturing the results of each simulation and generating outputs in terms of operational indicators was created. Among the results of the analysis of auxiliary lanes are factors to consider the effect of passing and climbing lanes in the Percentage Time Spent Following (PTSF) and the Average Travel Speed (ATS) to adapt the procedure of Highway Capacity Manual (HCM) in 2010 and to estimate the level of service on two-lane road sections with individual auxiliary lanes. The manuals for the calculation of the capacity and level of service on conventional roads does not cover the diversity of geometric and traffic conditions so that a procedure for analyzing the transit operation in any conventional road was proposed to facilitate overtaking by consideration of a number of auxiliary lanes in both directions of traffic simulation model with TWOPAS; thus overtaking can be solved for any configuration of road and transit improvements in methods in manuals or technical guidance. / [ES] La calidad de la circulación en carreteras convencionales está estrechamente vinculada con la posibilidad de realizar la maniobra de adelantamiento que es especialmente crítica además por el nivel de riesgo que supone realizarla. Las opciones para facilitar el adelantamiento son proveer en el trazado las condiciones geométricas para que el adelantamiento se pueda realizar a lo largo de la vía con suficientes oportunidades pero cuando esta se dificulta se dispone de la alternativa de proveer una sección transversal que facilite este adelantamiento mediante los carriles auxiliares. En este trabajo de investigación se abordó esta segunda opción con los carriles de adelantamiento y de ascenso. Para caracterizar la maniobra de adelantamiento en pendientes ascendentes se hizo un estudio experimental que permitió disponer de datos y extraer información importante para la calibración de un modelo de simulación microscópica del tránsito en carreteras convencionales denominado TWOPAS, el cual es elemento principal del Traffic Analysis Module (TAM) que integra el Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM). TWOPAS fue validado en otra carretera convencional de características bien diferentes a la considerada en la calibración que completó la evaluación de la utilidad de este modelo de simulación. Orientado hacia el objetivo de este trabajo de investigación se aplicó el TWOPAS en el análisis de carriles auxiliares en una multiplicidad de escenarios, alrededor de 98.000, en los cuales se variaron los volúmenes de tránsito, pendientes longitudinales, inicio y longitud del carril auxiliar, porcentaje de camiones y considerando la influencia de la variación aleatoria del tránsito que generó gran cantidad de información para el alcance de este trabajo y para nuevos análisis. Se creó una herramienta computacional, el PEMAT, que permite la ejecución automática del TWOPAS (TAM), la captura de los resultados de cada simulación y la generación de las salidas en términos de indicadores operacionales. Entre los resultados obtenidos del análisis de carriles auxiliares están factores para considerar el efecto de carriles de adelantamiento y ascenso en el Porcentaje de Tiempo Consumido en el Seguimiento (PTSF) y la Velocidad Media de Recorrido (ATS) para adaptar el procedimiento del Highway Capacity Manual (HCM) de 2010 para estimar el nivel de servicio en tramos de carretera convencional con carriles auxiliares individuales. Los manuales para el cálculo de la capacidad y el nivel de servicio en carreteras convencionales no cubre la diversidad de condiciones geométricas y de tránsito por lo que se propuso un procedimiento para adelantar el análisis de la operación del tránsito en cualquier carretera convencional para facilitar el adelantamiento mediante la consideración de una serie de carriles auxiliares en los dos sentidos de circulación de dicha vía sustentado en la aplicación de la simulación con el modelo TWOPAS de manera que puede atenderse la necesidad de demanda de adelantamiento para cualquier configuración de carretera y condición de tránsito mejorando los métodos contemplados en los manuales o guía técnicas. / [CAT] La qualitat de la circulació en carreteres convencionals està estretament vinculada amb la possibilitat de realitzar la maniobra d'avançament que és especialment crítica a més per el nivell de risc que suposa el realitzar-la. Les opcions per facilitat l'avançament son proveir en el traçat les condicions geomètriques per a que l'avançament es puga realitzar al llarg de la via amb suficients oportunitats però quan aquesta es dificulta es disposa de l'alternativa de proveir una secció transversal per facilitar aquest avançament mitjançant els carrils auxiliars. En aquest treball d'investigació es va abordar aquesta segona opció amb els carrils d'avançament i d'ascens. Per caracteritzar la maniobra d'avançament en pendent ascendent es va fer un estudi experimental que va possibilitar disposar de dades i extraure informació important per a la calibració d'un model de simulació microscòpica del trànsit en carreteres convencionals denominat TWOPAS, el qual es element principal del Traffic Analysis Module (TAM) que integra l'Interactive Highway Safety Design Model (IHSDM). TWOPAS va ser validat en un altra carretera convencional de característiques ben diferents a la considerada en la calibració que va completar la avaluació de la utilitat de aquest model de simulació. Orientat a l'objectiu d'aquest treball d'investigació es va aplicar el TWOPAS en l'anàlisi de carrils auxiliars en una multiplicitat d'escenaris, voltant els 98.000, en els quals es variaren els volums de trànsit, pendents longitudinals, inici i longitud del carril auxiliar, percentatge de camions i tenint en compte la influència de la variació aleatòria del trànsit que va generar gran quantitat d'informació per al alcans d'aquest treball i per a nous anàlisis. Es va crear una ferramenta computacional, el PEMAT, que permet la execució automàtica del TWOPAS (TAM), la captura dels resultats de cada simulació i la generació de les eixides en terminis d'indicadors operacionals. Entre els resultats obtinguts de l'anàlisi de carrils auxiliars estan factors per considerar l'efecte de carrils d'avançament i ascens en el Percentatge de Temps Consumit en el Seguiment (PTSF) i la Velocitat Mitjana de Recorregut (ATS) per a adaptar el procediment del Highway Capacity Manual (HCM) de 2010 per a estimar el nivell de servici en trams de carretera convencional amb carrils auxiliars individuals. Els manuals per al càlcul de la capacitat i el nivell de servici en carreteres convencionals no cobreixen la diversitat de condicions geomètriques i de trànsit per el que es va proposar un procediment per avançar l'anàlisi de la operació del trànsit en qualsevol carretera convencional per a facilitat l'avançament mitjançant la consideració d'una sèrie de carrils auxiliars en els dos sentits de circulació d'eixa via sustentat en l'aplicació de la simulació amb el model TWOPAS de manera que es puga atendre la necessitat de demanda d'avançaments per a qualsevol configuració de carretera i condició de trànsit millorant els mètodes contemplats en els manuals o guies tècniques. / Valencia Alaix, VG. (2016). ELABORACIÓN DE PROCEDIMIENTOS PARA FACILITAR EL ADELANTAMIENTO EN CARRETERAS CONVENCIONALES APLICANDO SIMULACIÓN [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62413 / TESIS

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Current design methods in transportation engineering do not simultaneously address the levels of risk and service associated with the design and use of various highway geometric elements. Passing sight distance (PSD) is an example of a geometric element designed with no risk measures. PSD is provided to ensure the safety of passing maneuvers on two-lane roads. Many variables decide the minimum length required for a safe passing maneuver. These are random variables and represent a wide range of human and vehicle characteristics. Also, current PSD design practices replace these random variables by single-value means in the calculation process, disregarding their inherent variations. The research focuses on three main objectives. The first goal is to derive a PSD distribution that accounts for the variations in the contributing parameters. Two models are devised for this purpose, a Monte-Carlo simulation model and a closed form analytical estimation model. The results of both models verify each other and differ by less than 5 percent. Using the PSD distribution, the reliability index of the current PSD criteria are assessed. The second goal is to attach risk indices to the various PSD lengths of the obtained distribution. A unique microscopic simulation is devised to replicate passing maneuvers on two-lane roads. Using the simulation results, the author is able to assess the risk of various PSD lengths for a specific design speed. The risk index of the AASHTO Green Book and the MUTCD PSD standards are also obtained using simulation. With risk measures attached to the PSD lengths, a trade-off analysis between the level of service and risk is feasible to accomplish. The last task is concerned with applying the Highway Capacity Manual concepts to assessing the service measures of the different PSD lengths. The results of the final trade-off analysis show that for a design speed of 50 mph, the AASHTO Green Book and the MUTCD standards overestimate the PSD requirements. The criteria can be reduced to 725 ft and still be within an acceptable risk level. / Ph. D.

O objetivo desta tese é adaptar os procedimentos do Highway Capacity Manual 2000, para que possam melhor estimar a qualidade de serviço nas condições de tráfego encontradas em rodovias de pista simples estudadas. Para isto, foi desenvolvido um programa para calibração automática do simulador TRARR, baseado em um algoritmo genético e implementado em Perl. A calibração, que usa dados de velocidade e porcentagem de veículos em pelotões, coletado por meio de filmagens nos locais estudados, foi feita simultaneamente para cinco trechos diferentes, para que o simulador fosse capaz de reproduzir as características de um trecho típico de rodovia de pista simples do estado de São Paulo. Para garantir a qualidade dos resultados das simulações realizadas com o modelo recalibrado, procedeu-se à sua validação, usando-se um conjunto independente da dados. Partindo-se do pressuposto que a estrutura geral do método deveria ser mantida, a adaptação do HCM-2000 consistiu em obter novos valores para os diversos fatores de ajuste usados no processo de estimativa do nível de serviço. Para tanto, foram reproduzidos os experimentos de simulação realizados no desenvolvimento do procedimento para análise de rodovias de pista simples, à exceção do uso da versão recalibrada TRARR no lugar do simulador TWOPAS. Os fatores de ajuste adaptados foram: fator de pico horário (PHF), fator de ajuste de rampas (fG), fator de equivalência veicular (ET), fator para o efeito de zonas de ultrapassagem proibida (fnp) e fator de ajuste para o efeito combinado da divisão direcional do tráfego e de zonas de ultrapassagem proibida (fd/np). Com exceção do PHF, todos os demais fatores foram obtidos a partir de resultados de simulação. Os níveis de serviço observados nos cinco trechos estudados foram comparados com estimativas obtidas com a versão original do HCM-2000 e com a adaptação proposta. Os resultados desta comparação mostram que as estimativas obtidas com a adaptação proposta são mais precisas que as obtidas usando-se os valores originais do HCM-2000. / This thesis objective is to adapt the Highway Manual Capacity 2000, procedures to produce better estimates of service level and capacity for two-lane highways studied, In order to do this, an automatic calibration system, implementing a genetic algorithm and coded in Perl, was used to obtain a recalibrated version of TRARR, a two-lane highway simulation model. The calibration, that which uses speed and percent vehicles traveling in platoons data collected by videotaping, was carried out simultaneously for five different road segments, so that the recalibrated model would be able to reproduce traffic behavior on a typical two-lane road in the state of São Paulo, Brazil. The recalibrated model was validated using a second, independent, set of data. Based on the assumption that the general framework of the methodology should be kept, the adaptation was achieved by obtaining new values for the adjustment factors used in the procedure. Thus, the simulation experiments used in the development of HCM-2000 methodology were reproduced using the recalibrated TRARR model. The following adjustment factors were adapted: peak hour factor (PHF), grade adjustment factor (fG), heavy vehicle equivalence factor (ET), adjustment factor for the effect of non-passing zones (fnp) and adjustment factor for combined effect of directional distribution of traffic and percentage of no-passing zones (fd/np). With the exception of the PHF, all factors were obtained from simulation results. In order to assess the accuracy of the proposed adaptation observed levels of service were compared to the estimates obtained through the original HCM-2000 procedure and the modified procedure. The results of these comparisons clearly show that the estimates obtained using the proposed values for the adjustment factors are closer to the observed levels of service than the estimates obtained using the original values for the adjustment factors.

O objetivo desta tese é adaptar os procedimentos do Highway Capacity Manual 2000, para que possam melhor estimar a qualidade de serviço nas condições de tráfego encontradas em rodovias de pista simples estudadas. Para isto, foi desenvolvido um programa para calibração automática do simulador TRARR, baseado em um algoritmo genético e implementado em Perl. A calibração, que usa dados de velocidade e porcentagem de veículos em pelotões, coletado por meio de filmagens nos locais estudados, foi feita simultaneamente para cinco trechos diferentes, para que o simulador fosse capaz de reproduzir as características de um trecho típico de rodovia de pista simples do estado de São Paulo. Para garantir a qualidade dos resultados das simulações realizadas com o modelo recalibrado, procedeu-se à sua validação, usando-se um conjunto independente da dados. Partindo-se do pressuposto que a estrutura geral do método deveria ser mantida, a adaptação do HCM-2000 consistiu em obter novos valores para os diversos fatores de ajuste usados no processo de estimativa do nível de serviço. Para tanto, foram reproduzidos os experimentos de simulação realizados no desenvolvimento do procedimento para análise de rodovias de pista simples, à exceção do uso da versão recalibrada TRARR no lugar do simulador TWOPAS. Os fatores de ajuste adaptados foram: fator de pico horário (PHF), fator de ajuste de rampas (fG), fator de equivalência veicular (ET), fator para o efeito de zonas de ultrapassagem proibida (fnp) e fator de ajuste para o efeito combinado da divisão direcional do tráfego e de zonas de ultrapassagem proibida (fd/np). Com exceção do PHF, todos os demais fatores foram obtidos a partir de resultados de simulação. Os níveis de serviço observados nos cinco trechos estudados foram comparados com estimativas obtidas com a versão original do HCM-2000 e com a adaptação proposta. Os resultados desta comparação mostram que as estimativas obtidas com a adaptação proposta são mais precisas que as obtidas usando-se os valores originais do HCM-2000. / This thesis objective is to adapt the Highway Manual Capacity 2000, procedures to produce better estimates of service level and capacity for two-lane highways studied, In order to do this, an automatic calibration system, implementing a genetic algorithm and coded in Perl, was used to obtain a recalibrated version of TRARR, a two-lane highway simulation model. The calibration, that which uses speed and percent vehicles traveling in platoons data collected by videotaping, was carried out simultaneously for five different road segments, so that the recalibrated model would be able to reproduce traffic behavior on a typical two-lane road in the state of São Paulo, Brazil. The recalibrated model was validated using a second, independent, set of data. Based on the assumption that the general framework of the methodology should be kept, the adaptation was achieved by obtaining new values for the adjustment factors used in the procedure. Thus, the simulation experiments used in the development of HCM-2000 methodology were reproduced using the recalibrated TRARR model. The following adjustment factors were adapted: peak hour factor (PHF), grade adjustment factor (fG), heavy vehicle equivalence factor (ET), adjustment factor for the effect of non-passing zones (fnp) and adjustment factor for combined effect of directional distribution of traffic and percentage of no-passing zones (fd/np). With the exception of the PHF, all factors were obtained from simulation results. In order to assess the accuracy of the proposed adaptation observed levels of service were compared to the estimates obtained through the original HCM-2000 procedure and the modified procedure. The results of these comparisons clearly show that the estimates obtained using the proposed values for the adjustment factors are closer to the observed levels of service than the estimates obtained using the original values for the adjustment factors.

The present study focused on evaluating some crash prediction models for two lane highways on Brazilian conditions. Also, the transferability of models was considered, specifically by means of a comparison between Brazil, HSM and Florida. The analysis of two lane highways crash prediction models was promising when the road characteristics were well known and there was not much difference from base conditions. This conclusion was attained regarding the comparison of results for all segments, non-curved segments and curved segments, confirming that a transferred model can be used with caution. In addition, two novel models for Brazilian two-lane highways segments were estimated. The model developed showed better results for non-curved segments in the calibration/validation sample. Thus, for a general analysis purpose of non-curved segments this model is recommended. Finally, there are many factors that could not be measured by these models and reflects road safety various condition. Even so, the study of crash predict models in Brazilian context could provide a better start point in safety road analysis. / O foco desta pesquisa foi avaliar a aplicação de alguns modelos de previsão de acidentes em rodovias de pista simples de três estados brasileiros. Ainda, a transferabilidade destes modelos foi abordada, especificamente por meio de uma comparação entre características do Brasil, Florida e aquelas recomendadas pelo Highway Safety Manual. O uso dos distintos modelos se mostrou promissor para situações nas quais as características da via se mantiveram semelhantes às condições para as quais os modelos foram desenvolvidos. A avaliação foi empreendida para todos os segmentos homogêneos, separados posteriormente segundo a existência de curvas horizontais. Adicionalmente, dois novos modelos foram equacionados para a amostra brasileira. O modelo de previsão de acidentes desenvolvido apresentou melhores medidas de desempenho para segmentos sem curvas horizontais, sendo recomendável para previsão de acidentes em análises preliminares. Por fim, foi constatado que outros fatores não contemplados pelos modelos podem ter impactado as condições de segurança dos locais estudados. Ainda assim, essa pesquisa representa no contexto do Brasil um ponto de partida em análises relacionadas à segurança de rodovias de pista simples.

Southeastern states have about 26 percent of the nations total fatalities, and are about 24 percent above the national mean over recent years. Descriptive statistics, graphs, and figures are used to illustrate and quantify the crash trends, which depict a comprehensive picture of status and trends of the fatal crashes in southeastern states. The severity of crashes is studied as a function of characteristics of the person involved in the crash, vehicle, traffic condition, physical road geometry, and environmental factors. Detailed geometric feature data were collected for this study, which makes it possible to investigate the relationship between geometric features and crash severity. This study identifies causal factors contributing to the high fatality rate in southeastern states, and sheds light on the differences and similarities among these states for reducing the severity of fatal crashes, by developing multinomial logit models to explain the severity and type of fatal crashes.

The present study focused on evaluating some crash prediction models for two lane highways on Brazilian conditions. Also, the transferability of models was considered, specifically by means of a comparison between Brazil, HSM and Florida. The analysis of two lane highways crash prediction models was promising when the road characteristics were well known and there was not much difference from base conditions. This conclusion was attained regarding the comparison of results for all segments, non-curved segments and curved segments, confirming that a transferred model can be used with caution. In addition, two novel models for Brazilian two-lane highways segments were estimated. The model developed showed better results for non-curved segments in the calibration/validation sample. Thus, for a general analysis purpose of non-curved segments this model is recommended. Finally, there are many factors that could not be measured by these models and reflects road safety various condition. Even so, the study of crash predict models in Brazilian context could provide a better start point in safety road analysis. / O foco desta pesquisa foi avaliar a aplicação de alguns modelos de previsão de acidentes em rodovias de pista simples de três estados brasileiros. Ainda, a transferabilidade destes modelos foi abordada, especificamente por meio de uma comparação entre características do Brasil, Florida e aquelas recomendadas pelo Highway Safety Manual. O uso dos distintos modelos se mostrou promissor para situações nas quais as características da via se mantiveram semelhantes às condições para as quais os modelos foram desenvolvidos. A avaliação foi empreendida para todos os segmentos homogêneos, separados posteriormente segundo a existência de curvas horizontais. Adicionalmente, dois novos modelos foram equacionados para a amostra brasileira. O modelo de previsão de acidentes desenvolvido apresentou melhores medidas de desempenho para segmentos sem curvas horizontais, sendo recomendável para previsão de acidentes em análises preliminares. Por fim, foi constatado que outros fatores não contemplados pelos modelos podem ter impactado as condições de segurança dos locais estudados. Ainda assim, essa pesquisa representa no contexto do Brasil um ponto de partida em análises relacionadas à segurança de rodovias de pista simples.