The design of new facilities - buildings, shopping centers, public transport stations, airports, or intersections of urban roads - should consider delays resulting from intense pedestrians’ flows in order to make its' operation more efficient. The general objective of this doctoral thesis is to propose a simulation model to represent pedestrians’ behavior in urban environments. Simulation models should allow planning these environments in order to provide greater levels of comfort and safety for the pedestrian. Agent-based abstraction has been widely used for pedestrian modeling, mainly due to its capacity to represent complex entities. Agent-based models represent agents’ decision-making ability based on their profile and perception over the environment. One of the most important pedestrians’ activities is the route choice. This document describes the development of a route choice model based on friction forces. The route cost calculation considers a balance between distance and the impedance generated by other pedestrians. Simulations runs shown that pedestrians choosing longer routes can have similar or better travel times. The ability of choosing not only the shorter route brings more realistic behaviors for the pedestrians’ representation, especially with small differences in route lengths and higher congestion. On the proposed model agents were modeled with partial knowledge of the network conditions. The knowledge was limited considering the pedestrian estimated field of view. In the real world it is not possible to know the network state before turning the corner. The model was validated and calibrated with real data. Calibrating a pedestrian route choice model is a complex task mainly for two reasons: (i) Many factors interfere on pedestrians’ route choice; (ii) data collection is difficult. To overcome these difficulties real pedestrians were studied in a controlled environment. An experiment was set up inside the university campus. After the calibration process the model was able to simulate a real scenario. Proposed model was applied to simulate a shopping mall environment. Simulate the pedestrians shopping behavior is particularly complex once route choice in shopping malls may be defined by a number of causal factors. Shoppers may follow a pre-defined schedule; they may be influenced by other people walking, or may want to get a glimpse of a familiar shopping. Analysis from simulations indicates that the agents’ behavior provides a promising approach for real case applications.

A alta ocorrência de atropelamentos nas áreas urbanas acarreta altos custos econômicos e sociais. Por isso, é importante a adoção de medidas de segurança viária que visem previnir e mitigar os riscos de acidentes envolvendo pedestres. Para que essas medidas sejam eficazes, sua escolha deve estar embasada em informações sobre onde, como e porque os atropelamentos acontecem. Uma forma de obtenção dessas informações envolve as avaliações de risco. Este trabalho propõe um método de avaliação de risco potencial de atropelamentos em travessias urbanas em meio de quadra. O método proposto incorpora análises quantitativas e qualitativas através de técnicas de modelagem que relacionam a incidência de atropelamentos e a percepção de risco dos pedestres com os fatores de risco. A aplicação do método envolveu a análise dos dados de atropelamentos registrados na cidade de Porto Alegre durante o período de 1998 e 2006 e a identificação das travessias em meio de quadra onde ocorreu o maior número de atropelamentos nesse período. Foram identificadas e, então, analisadas 21 travessias em meio de quadra. A análise das travessias incluiu a coleta de dados referentes aos fatores de risco e uma simulação de vídeo, onde pedestres e especialistas avaliaram as travessias no que concerne a sua segurança. A partir dos dados coletados, foram construídos dois modelos de regressão, um embasado em dados de ocorrência de atropelamentos e outro em dados de percepção de risco. A análise desses modelos mostrou que o risco de atropelamento é influenciado por uma combinação de fatores de risco, entre os quais as características do transporte coletivo, a largura da via, o número de faixas de tráfego de veículos, o volume de pedestres e de veículos. Ressalta-se que os modelos construídos podem ser utilizados para relativizar o risco observado e percebido de travessias em meio de quadra de Porto Alegre e fornecer indicativos para o gerenciamento da segurança dos pedestres. O estudo de caso mostrou que a aplicação do método proposto é simples, sendo possível a sua transferência a realidades onde há escassez de dados e recursos para sua obtenção. / The high occurrence of pedestrian crashes in urban areas results in high social and economic costs. To address this problem, it is important to adopt countermeasures that aim to prevent and reduce the risk of pedestrian crash. In order to obtain efficient countermeasures, their selection must be based on information of where, when and why the pedestrian crashes occur. This information can be obtained through risk evaluation. This dissertation proposes a method to evaluate the potential risk of pedestrian crash at midblock crosswalks. The proposed method incorporates quantitative and qualitative analyses, using modeling techniques to understand the relationship of risk factors with pedestrian crash occurrence and the relationship of risk factors with pedestrian risk perception. The method application comprised the analysis of reported pedestrian crashes in the city of Porto Alegre, in southern Brazil, over the period of 1998 to 2006 and the identification of midblock crosswalks with the highest incidence of pedestrian crash. Twenty one midblock crosswalks were indentified and, then analyzed. The crosswalks’ analysis included data collection about risk factors and video simulations. During the video simulations, pedestrians and experts evaluated the crosswalks’ safety. Two regression models were developed using the data collected, one based on pedestrian crash occurrence and one based on risk perception data. The analysis of models showed that pedestrian crash risk is influenced by a combination of risk factors, such as public transportation characteristics, road width, number of through lanes, pedestrian and vehicle volumes. The developed models can be used to relativize the observed and perceived risk of midblock crosswalks in Porto Alegre and to provide information to the pedestrian safety management. The case study results showed that the application of the proposed method is simple and it is possible to use it on real world cases where data and resources to obtain such data are scarce.

Esta dissertação apresenta uma análise sobre a modelagem de travessias de pedestres. Os simuladores de tráfego recentemente incorporaram modelos de pedestres, porém, as habilidades e limitações para a representação dos comportamentos em travessias não foram analisadas e apresentadas na literatura. Esta dissertação é composta por três artigos, nos quais são apresentados: (i) caracterizações dos comportamentos de pedestres e motoristas em travessias, (ii) análises dos modelos que representam o comportamento em travessias, (iii) a metodologia desenvolvida para coleta de dados de travessias, (iv) a calibração dos modelos de movimentação de pedestres, aceitação de brechas e da decisão dos pedestres sobre desrespeitar semáforos em travessias semaforizadas de pedestres e (v) uma análise da habilidade e limitações dos modelos para representar os atrasos de pedestres em travessias semaforizadas. Observou-se que a representação dos comportamentos em travessias depende de diversos modelos, que representam a escolha de rotas dos pedestres, movimentação, aceitação de brechas, decisão dos motoristas sobre dar preferência em travessias e decisão dos pedestres sobre obedecer aos semáforos. Os modelos de aceitação de brechas de pedestres utilizados, por exemplo, são baseados nos modelos desenvolvidos para representar interseções não semaforizadas de veículos e simplificam consideravelmente os comportamentos de pedestres e motoristas. As dificuldades para coletar dados de pedestres em travessias é um dos fatores que limitam o desenvolvimento de novos modelos. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia semiautomática, na qual os pedestres e veículos são rastreados com softwares livres, que facilita a obtenção de dados. As coletas de dados desenvolvidas permitiram a calibração dos modelos do VISSIM para representar uma travessia semaforizada com múltiplas faixas de tráfego, onde a maioria dos pedestres não obedece ao semáforo. Apesar de que parâmetros como as velocidades desejadas e brechas mínimas aceitas pelos pedestres predefinidas nos modelos foram inadequadas para a simulação da travessia, a calibração da movimentação, aceitação de brechas e decisão sobre desrespeitar os semáforos permitiu que o atraso médio de pedestres fosse representado adequadamente. As principais limitações dos modelos estão associadas à representação do comportamento oportunista, como no caso dos pedestres que desrespeitam os semáforos, analisados nesta dissertação. / This dissertation presents an analisys about pedestrians’ crossings modeling. Traffic simulators recently incorporated pedestrians’ models, however, the hability and limitations to represent conflicts in pedestrians’ crossings have not been analysed and presented on the literature. This dissertation is composed by three articles that present: (i) characterizations of pedestrians as motorist behaviors on crossings, (ii) analisys of models that represent the behavior on crossings, (iii) a methodology developed for collecting data from crossings, (iv) a calibration of pedestrian movement, gap acceptance and the decision about disrespecting siganilzation on signalized pedestrian crossings and (v) an analysis of the hability and limitations of the models in representing pedestrian’s delays. It is observed that the representations of the behaviors on pedestrian crossings depend on several models that represent the route choice, movement, gap acceptance, motorist yielding and the decision os pedestrians about obeying the signalization. The models used on simulation correspond, generally, for deterministic models that simplify pedestrians and motorists’ behavior. Pedestrians’ gap acceptance models, for example, were based on models developed to represent vehicle’s unsignilized intersections. Difficulties in pedestrians’ data collection are one factor that limits the development of new models. On this dissertation, a semi-automatic methodology was developed, on which pedestrians and vehicles are tracked with free software that facilitates data obtainment. The collected data allowed the calibration of VISSIM models to represent a signalized pedestrian crossing with multiple traffic lanes where most pedestrians do not obey the siganization. Altough default parameters as desired speed and minimum rear gap accepted by pedestrians were inadequate for the crossing simulation, the calibration of movement, gap acceptance and the decision about disrespecting the signalization allowed the representation of adequate average delays. The main limitations of the models are associated to the representation of opportunistic behavior, as pedestrians disrespecting sigalizations, analyzed on this dissertation.

Made available in DSpace on 2015-04-01T11:58:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arquivototal.pdf: 7941542 bytes, checksum: 5b0f8062f88b5177792c1282ba9a82dc (MD5) Previous issue date: 2012-09-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The pedestrian circulation system consists of structures that make up a significant portion of the built environment; and its accessibility is essential for a safe and inclusive urban mobility; especially in educational public institutions, which should guarantee free access for citizens to all sectors and levels of education and research. In this respect, this research has as main objective evaluate the accessibility of the pedestrian circulation system of Campus I of Federal University of Paraíba (UFPB), by identifying its spatial integration, based on Space Syntax; physical characterization of the more integrated pathways, using the Assessment Worksheet for Accessibility; and evaluation of the entirely system, through the application of questionnaires among users. Based on the applied methodology, was noted that the University City is comprised of more linear paths toward the West and South, and passages with more numerous changes of direction towards east and north, indicating lower levels of accessibility. With regard to infrastructure, was identified the need to adapt to specific legislation related to communication and signaling; followed by urban furniture, access and circulation, so as parking, which indicates the urgency in developing and implementing a signage project for the Campus, as well, the increase of urban furniture and restructuring of sidewalks, walkways and parking lots. In order to minimize the identified difficulties, specific improvements have been proposed in the short, medium and long term, as the development of a Mobility Plan for the Campus, ensuring the accessibility of system structures. Finally, is considered that this search collaborated considerably for indicating critical points and listed the ones that should be prioritized during the planning process or restructuring of the pedestrian circulation system of UFPB Campus I. / O sistema de circulação de pedestre é formado por estruturas que compõem uma importante parcela do ambiente construído; e sua acessibilidade é condição essencial para uma mobilidade urbana segura e inclusiva; especialmente em instituições públicas de ensino, as quais devem garantir o livre acesso do cidadão a todos os setores e níveis de ensino e pesquisa. Nesse sentido, esta pesquisa tem como objetivo principal avaliar a acessibilidade do sistema de circulação de pedestres do Campus I da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), por meio da identificação de sua integração espacial, utilizando a Sintaxe Espacial; da caracterização física dos percursos mais integrados, utilizando a Planilha de Avaliação da Acessibilidade; e da avaliação do sistema por completo, através da aplicação de questionário entre os usuários. A partir da metodologia aplicada, observou-se que a Cidade Universitária é composta por percursos mais lineares na direção Oeste e Sul, e trechos com maiores mudanças de direção na direção Leste e Norte, que indicam menores níveis de acessibilidade. No tocante à infraestrutura, identifica-se a necessidade de adequação a legislação específica referente à comunicação e sinalização, seguida do mobiliário urbano, acessos e circulação e estacionamento, o que sugere a urgência na elaboração e execução de um projeto de sinalização para o Campus, bem como, a ampliação do mobiliário urbano e a reestruturação de calçadas, passarelas e estacionamentos. Com vistas a minimizar as dificuldades identificadas, foram propostas melhorias específicas a curto, médio e longo prazo, como a elaboração de um Plano de Mobilidade para o Campus, que assegure a acessibilidade das estruturas do sistema. Por fim, considera-se que esta pesquisa colaborou de forma considerável para a indicação de pontos críticos e elencou os que devem ser priorizados durante o processo de planejamento ou de reestruturação do sistema de circulação de pedestres do meio urbano do Campus I da UFPB.

Submitted by Bruna de Brito Prado null (bruna@faac.unesp.br) on 2016-11-11T17:50:59Z No. of bitstreams: 1 DissertaçãoBrunaPradoFinal.pdf: 5469621 bytes, checksum: 41160117f24cd49671e945e118140760 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-11-17T18:47:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 prado_bb_me_bauru.pdf: 5469621 bytes, checksum: 41160117f24cd49671e945e118140760 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-17T18:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 prado_bb_me_bauru.pdf: 5469621 bytes, checksum: 41160117f24cd49671e945e118140760 (MD5) Previous issue date: 2016-09-14 / Uma das premissas da mobilidade urbana sustentável está relacionada à adoção e à utilização dos modos de transporte mais sustentáveis; no entanto, para que as pessoas possam obter os benefícios da utilização desses modos, e assim, adotá-los como uma opção de viagem, é necessário que as rotas ou os trajetos escolhidos sejam seguros. Ao observar o espaço destinado ao pedestre, é fácil encontrar diversas situações que podem comprometer sua segurança. Diante do exposto, esta pesquisa teve por objetivo propor um instrumento para avaliar a microacessibilidade de pedestres no entorno de áreas escolares. Este instrumento foi aplicado no município de Bauru (SP), em duas escolas, localizadas em distintas regiões da cidade. Para este estudo, foram considerados público-alvo para a análise, os estudantes usuários do sistema de transporte público da cidade. A metodologia foi composta por: revisão bibliográfica, definição do Índice de Microacessibilidade do Pedestre no entorno de áreas EScolares – IMPES e aplicação do instrumento. Os resultados mostraram que o índice proposto é eficiente para gerar dados numéricos e mapas, que possibilitam realizar um diagnóstico detalhado das faces de quadra no entorno de áreas escolares. O IMPES poderá, futuramente, ser utilizado como ferramenta pelos gestores locais para avaliação e monitoramento da qualidade espacial no entorno de áreas escolares, além de subsidiar a formulação de políticas municipais para tornar o entorno de áreas escolares mais acessível e seguro. Poderá, também, contribuir para aumentar a segurança desses trajetos, assim como gerar mapas de rotas acessíveis para áreas escolares. / One of the premises of sustainable urban mobility is related to the adoption and use of more sustainable transport modes; however, for people to get the benefits of using these modes, and thus to adopt them as a travel option it is necessary that the routes or paths chosen are safe. When looking at the area designed for the pedestrian, it is easy to find various situations that may compromise their safety. Given the above, this study aimed propose an instrument to evaluate the pedestrian micro accessibility in the vicinity of school areas. This instrument was applied in the city of Bauru (SP) in two schools located in different areas of the city. For this study, the students users of the public transport system of the city was identified as target audience for analysis. The methodology consisted of literature review, definition of Pedestrian Micro accessibility Index in surrounding School areas (in Portuguese Índice de Microacessibilidade do pedestre no entorno de áreas EScolares – IMPES) and application of the instrument. The results showed that the proposed index is efficient to generate numerical data and maps that allow conducting a detailed diagnosis of the surrounding block faces of school areas. In the future, IMPES may be used as a tool by local managers for evaluation and monitoring of spatial quality in surrounding school areas in addition to supporting the formulation of municipal policies to make the areas surrounding the school areas, more accessible and safe. It may also help to increase the safety of these routes as well as generate accessible route maps for school areas.

A confiabilidade de algoritmos para detecção de pedestres é um problema fundamental para carros auto dirigíveis ou com auxílio de direção. Métodos que utilizam algoritmos de detecção de objetos como Histograma de Gradientes Orientados (HOG - Histogram of Oriented Gradients) ou Redes Neurais de Convolução (CNN – Convolutional Neural Network) são muito populares em aplicações automotivas. Unidades de Processamento Gráfico (GPU – Graphics Processing Unit) são exploradas para executar detecção de objetos de uma maneira eficiente. Infelizmente, as arquiteturas das atuais GPUs tem se mostrado particularmente vulneráveis a erros induzidos por radiação. Este trabalho apresenta uma validação e um estudo analítico sobre a confiabilidade de duas classes de algoritmos de detecção de objetos, HOG e CNN. Esta pesquisa almeja não somente quantificar, mas também qualificar os erros produzidos por radiação em aplicações de detecção de objetos em GPUs embarcadas. Os resultados experimentais com HOG foram obtidos usando duas arquiteturas de GPU embarcadas diferentes (Tegra e AMD APU), cada uma foi exposta por aproximadamente 100 horas em um feixe de nêutrons em Los Alamos National Lab (LANL). As métricas Precision e Recall foram usadas para validar a criticalidade do erro. Uma análise final mostrou que por um lado HOG é intrinsecamente resiliente a falhas (65% a 85% dos erros na saída tiveram um pequeno impacto na detecção), do outro lado alguns erros críticos aconteceram, tais que poderiam resultar em pedestres não detectados ou paradas desnecessárias do veículo. Este trabalho também avaliou a confiabilidade de duas Redes Neurais de Convolução para detecção de Objetos:Darknet e Faster RCNN. Três arquiteturas diferentes de GPUs foram expostas em um feixe de nêutrons controlado (Kepler, Maxwell, e Pascal), com as redes detectando objetos em dois data sets, Caltech e Visual Object Classes. Através da análise das saídas corrompidas das redes neurais, foi possível distinguir entre erros toleráveis e erros críticos, ou seja, erros que poderiam impactar na detecção de objetos. Adicionalmente, extensivas injeções de falhas no nível da aplicação (GDB) e em nível arquitetural (SASSIFI) foram feitas, para identificar partes críticas do código para o HOG e as CNNs. Os resultados mostraram que não são todos os estágios da detecção de objetos que são críticos para a confiabilidade da detecção final. Graças a injeção de falhas foi possível identificar partes do HOG e da Darknet, que se protegidas, irão com uma maior probabilidade aumentar a sua confiabilidade, sem adicionar um overhead desnecessário. A estratégia de tolerância a falhas proposta para o HOG foi capaz de detectar até 70% dos erros com 12% de overhead de tempo. / Pedestrian detection reliability is a fundamental problem for autonomous or aided driving. Methods that use object detection algorithms such as Histogram of Oriented Gradients (HOG) or Convolutional Neural Networks (CNN) are today very popular in automotive applications. Embedded Graphics Processing Units (GPUs) are exploited to make object detection in a very efficient manner. Unfortunately, GPUs architecture has been shown to be particularly vulnerable to radiation-induced failures. This work presents an experimental evaluation and analytical study of the reliability of two types of object detection algorithms: HOG and CNNs. This research aim is not just to quantify but also to qualify the radiation-induced errors on object detection applications executed in embedded GPUs. HOG experimental results were obtained using two different architectures of embedded GPUs (Tegra and AMD APU), each exposed for about 100 hours to a controlled neutron beam at Los Alamos National Lab (LANL). Precision and Recall metrics are considered to evaluate the error criticality. The reported analysis shows that, while being intrinsically resilient (65% to 85% of output errors only slightly impact detection), HOG experienced some particularly critical errors that could result in undetected pedestrians or unnecessary vehicle stops. This works also evaluates the reliability of two Convolutional Neural Networks for object detection: You Only Look Once (YOLO) and Faster RCNN. Three different GPU architectures were exposed to controlled neutron beams (Kepler, Maxwell, and Pascal) detecting objects in both Caltech and Visual Object Classes data sets. By analyzing the neural network corrupted output, it is possible to distinguish between tolerable errors and critical errors, i.e., errors that could impact detection. Additionally, extensive GDB-level and architectural-level fault-injection campaigns were performed to identify HOG and YOLO critical procedures. Results show that not all stages of object detection algorithms are critical to the final classification reliability. Thanks to the fault injection analysis it is possible to identify HOG and Darknet portions that, if hardened, are more likely to increase reliability without introducing unnecessary overhead. The proposed HOG hardening strategy is able to detect up to 70% of errors with a 12% execution time overhead.

The design of new facilities - buildings, shopping centers, public transport stations, airports, or intersections of urban roads - should consider delays resulting from intense pedestrians’ flows in order to make its' operation more efficient. The general objective of this doctoral thesis is to propose a simulation model to represent pedestrians’ behavior in urban environments. Simulation models should allow planning these environments in order to provide greater levels of comfort and safety for the pedestrian. Agent-based abstraction has been widely used for pedestrian modeling, mainly due to its capacity to represent complex entities. Agent-based models represent agents’ decision-making ability based on their profile and perception over the environment. One of the most important pedestrians’ activities is the route choice. This document describes the development of a route choice model based on friction forces. The route cost calculation considers a balance between distance and the impedance generated by other pedestrians. Simulations runs shown that pedestrians choosing longer routes can have similar or better travel times. The ability of choosing not only the shorter route brings more realistic behaviors for the pedestrians’ representation, especially with small differences in route lengths and higher congestion. On the proposed model agents were modeled with partial knowledge of the network conditions. The knowledge was limited considering the pedestrian estimated field of view. In the real world it is not possible to know the network state before turning the corner. The model was validated and calibrated with real data. Calibrating a pedestrian route choice model is a complex task mainly for two reasons: (i) Many factors interfere on pedestrians’ route choice; (ii) data collection is difficult. To overcome these difficulties real pedestrians were studied in a controlled environment. An experiment was set up inside the university campus. After the calibration process the model was able to simulate a real scenario. Proposed model was applied to simulate a shopping mall environment. Simulate the pedestrians shopping behavior is particularly complex once route choice in shopping malls may be defined by a number of causal factors. Shoppers may follow a pre-defined schedule; they may be influenced by other people walking, or may want to get a glimpse of a familiar shopping. Analysis from simulations indicates that the agents’ behavior provides a promising approach for real case applications.

Esta dissertação busca identificar aspectos carentes de melhorias na modelagem de pedestres. A modelagem do comportamento de pedestres se inicia pelo entendimento de seu processo decisório, entendendo como ele se desloca, realiza escolha de rotas, interage com outros pedestres, veículos, obstáculos, etc. Os modelos de simulação de pedestres estão hoje aptos a representar de forma bastante realista o deslocamento dos mesmos, entretanto, a simulação conjunta com veículos apresenta ainda alguns aspectos fracos devido as grandes diferenças de abordagem na modelagem dos dois modos. A representação da travessia de pedestres nos modelos de simulação tradicionais apresenta limitações que podem impactar nos resultados gerados pelos simuladores. Este trabalho enumera diversos comportamentos de pedestres decorrentes da interação com veículos, no momento da travessia, que geralmente não estão presentes nos simuladores. Uma vez identificados estes comportamentos, uma pesquisa foi realizada com usuários do sistema viário, com idades entre 22 e 60 anos, para avaliar o quanto estes comportamentos são frequentes e importantes na estimativa de tempos de viagem dos pedestres. O comportamento indicado pelos entrevistados como mais impactante nos tempos de viagem foi o de “busca por brecha em caminhada”, onde o pedestre percorre trechos na lateral da via, enquanto observa possíveis brechas na corrente de tráfego para realizar sua travessia. O referido comportamento foi então modelado e agregado a um modelo de simulação de pedestres. Os resultados mostraram que a inclusão do novo comportamento provoca redução significativa dos tempos médios de viagem dos pedestres e que a simulação pode ser mais condizente com o comportamento real de pedestres em diversos ambientes urbanos. Para representar o comportamento de um pedestre em um ambiente urbano, é preciso também estudar como ele escolhe suas rotas. No processo de escolha de rotas, o pedestre é influenciado por diversos fatores, como hábitos pessoais, o número de cruzamentos, níveis de poluição e de ruído, segurança, abrigo de condições climáticas ruins, e estimulação do ambiente. Para representar o comportamento de escolha de rota dos pedestres, foi desenvolvido um modelo que considera a interação entre pedestres como uma impedância alterando a rota do pedestre. O estudo foi inspirado por equações de forças de atrito, considerando que pedestres tendem a evitar passar próximo de outros pedestres com elevada velocidade relativa. Para escolher uma rota o pedestre realiza uma ponderação entre a impedância e a distância a ser percorrida. O modelo foi capaz de reproduzir comportamentos emergentes da interação entre os agentes, permitindo concluir que as equações de forças de atrito adotadas nesta modelagem podem ser uma abordagem válida na representação da escolha de rotas de pedestres, podendo também ser uma forma indireta de avaliação de atrasos. / This dissertation aims to identify aspects in need of improvement in modeling pedestrians. The modeling of pedestrian behavior begins by understanding their decision making process, understanding how people move, make route choice, interact with other pedestrians, vehicles, obstacles, etc. Simulation models of pedestrians are able to represent the way they move quite realistically, however, the combined simulation of pedestrians and vehicles still presenting some poor aspects due to the wide differences in the modeling approach of the two modes. The pedestrian road crossing representation in the traditional simulation models has limitations that may impact on the results generated by the simulators. This dissertation lists several behaviors arising from the interaction of pedestrians with vehicles at road crossing situations, which are generally not present in the simulators. Having identified these behaviors, a survey was conducted with pedestrians, aged between 22 and 60 years old, to evaluate how these behaviors are frequent and important to estimate travel times. The behavior indicated by the interviewees as more impactful in the travel times was the “search for a gap while walking”, describing the pedestrian that walks laterally to the road, in the sidewalk, at the same time that is trying to cross the road, looking for gaps in the traffic stream. Such behavior was modeled and then aggregated at a simulation model of pedestrians. Results showed that the inclusion of the new behavior causes significant reduction in average travel time for pedestrians and that the simulation can be more consistent with the actual behavior of pedestrians in different urban environments. To represent a pedestrian behavior in an urban environment, it is also necessary to study how he chooses their route. At the route choice process, the pedestrian is influenced by several factors, such as personal habits, the number of road crossings, levels of pollution and noise, safety, shelter from bad weather, and other stimulation of the environment. In order to represent the pedestrians route choice behavior was devised a model that considers the interaction between pedestrians as an impedance to alter pedestrians route. The study is inspired by friction forces equations, considering that pedestrians avoid passing near other pedestrians with high relative velocity. To choose a route a pedestrian consider a balance between the impedance and the path length. The model is able to reproduces emergent behavior between agents, allowing the assumption that friction equations adopted in this modeling may provide a suitable approach to route choice behavior and can also be used as an indirect measure of pedestrians delay.

A interação entre humanos em movimento e estruturas, geralmente, ocorre em estruturas esbeltas, na qual o nível de vibração é potencialmente elevado. Além disso, há a adição de massa para o sistema estrutural, devido à presença de pessoas e um aumento de amortecimento devido à capacidade do corpo humano em absorver energia vibratória. Neste trabalho, uma campanha de testes foi realizada para obtenção de parâmetros de um modelo biodinâmico de um único grau de liberdade (SDOF) que representa a ação de um pedestre caminhando na direção vertical. Os parâmetros deste modelo são a massa modal (m), amortecimento (c) e rigidez (k). As medições experimentais são realizadas em uma plataforma de forças, os dados de entrada do modelo são as amplitudes de aceleração espectral dos três primeiros harmônicos ao nível da cintura dos indivíduos testados e as amplitudes correspondentes dos três primeiros harmônicos da força de reação do solo vertical. Isto conduz a um sistema de equações não lineares que são resolvidos usando um algoritmo de otimização baseado em gradientes. Vários indivíduos participaram dos testes para garantir variabilidade interindividual, e expressões de regressão e uma rede neural artificial (RNA) são utilizadas para relacionar os parâmetros biodinâmicos com a taxa de passos e a massa corporal dos pedestres. Os resultados mostram alguma dispersão no amortecimento e rigidez que não são precisamente correlacionadas com a massa e taxa de passo dos pedestres. O uso da RNA resulta em melhorias significativas nas expressões dos parâmetros com uma menor incerteza. Além disso, dois modelos são usados para representar a força dos pedestres: (a) modelo de força simples (MFS) onde a força de passos sucessivos é representada pela série de Fourier, com velocidade constante do pedestre, atuando em uma linha reta no sentido da caminhada; (b) modelo de força completamente sincronizado (MFCS) onde as componentes da força são representadas considerando parâmetros cinéticos e cinemáticos da marcha e são sincronizados no tempo e no espaço. Os resultados mostram que pode haver diferenças importantes no comportamento estrutural quando é usado um MFCS, especialmente em passarelas com elevada flexibilidade. Finalmente, as acelerações verticais medidas em uma passarela protótipo mostram a adequação do modelo numérico para a representação dos efeitos de pedestres caminhando em uma estrutura. Os resultados são consistentes para várias densidades de pedestres. / The interaction between moving humans and structures usually occurs in slender structures where the level of vibration is potentially high. Furthermore, there is the addition of mass to the structural system due to the presence of people and an increase in damping due to the human body´s ability to absorb vibrational energy. In this work, a test campaign is presented to obtain parameters for a single degree of freedom (SDOF) biodynamic model that represents the action of a walking pedestrian in the vertical direction. The parameters of this model are the modal mass (m), damping (c) and stiffness (k). The experimental measurements are performed on a force platform, and the inputs are the spectral acceleration amplitudes of the first three harmonics at the waist level of the tested subjects and the corresponding amplitudes of the first three harmonics of the vertical ground reaction force. This leads to a system of nonlinear equations that are solved using a gradient-based optimization algorithm. A set of individuals took part in the tests to ensure inter-subject variability, and, regression expressions and an artificial neural network (ANN) were used to relate the biodynamic parameters to the pacing rate and the body mass of the pedestrians. The results showed some scatter in damping and stiffness that could not be precisely correlated with the mass and pacing rates of the subjects. The use of the ANN resulted in significant improvements in the parameter expressions with a low uncertainty. Moreover, two models were used to represent the pedestrian loading: (a) simple force model (SFM) where the force from successive footfalls is represented by the Fourier series, with a constant pedestrian speed, acting on a straight line in the direction of walking; (b) fully synchronized force model (FSFM) where the load components are represented considering kinetic and kinematic parameters and are synchronized in time and space. The results show that there may be important differences in structural behavior when a FSFM is used, especially in footbridges with high flexibility. Finally, the measured vertical accelerations on a prototype footbridge show the adequacy of the numerical model for the representation of the effects of walking pedestrians on the structure. The results are consistent for several crowd densities.

Nós refinamos o planejador introduzindo uma nova forma para o núcleo da equação que permite facilmente lidar com terrenos não-homogêneos. Isto é obtido através de mudanças locais na concavidade/convexidade do potencial, criando regiões com altas ou baixas preferências de navegação. Nós integramos esta nova equação ao planejador hierárquico, surgindo uma ampla variedade de aplicações. Nossa proposta contribui para diversas áreas incluindo a navegação de agentes, pathfinding em jogos, simulação de multidões, e a navegação de robôs. Nossas publicações reforçam a relevância e robustez do método proposto. / In this work, we propose a new solution to agent navigation based upon boundary value problems (BVP), called Configurable Flows, to control steering behaviors of characters in dynamic environments. We use a potential field formalism that allows synthetic actors to move negotiating space, avoiding collisions, and attaining goals while producing very individual paths. The individuality of each character can be set by changing its inner field parameters leading to a broad range of possible behaviors without jeopardizing its performance. BVP Path Planners generate potential fields through a differential equation whose gradient descent represents navigation routes from any point of the environment to a goal position. Resulting paths are smooth and free from local minima. In spite of these advantages, these kind of planners consumes a lot of time to produce a solution. Our approach combines a BVP Path Planner with the Full Multigrid Method, which solves elliptic partial differential equations using a hierarchical strategy. The proposed planner enables real-time performance in large environments. Results show that our proposal spends less than 1% of the time needed to compute a solution using the original BVP planners in several environments. We refine our Path Planner by introducing a new form of the core equation that permits to easily cope with terrain inhomogeneities. This is accomplished by locally changing the concavity/ convexity of the potential, and then creating regions with higher or lower navigation preferences. As the potential field requires several steps to converge, this approach can be expensive computationally. To overcome this problem, we integrate this novel core equation to the hierarchical planner, emerging a wide variety of applications. We believe our proposal can contribute to several areas of research including agent navigation, pathfinding for games, crowd simulation and robotics. Our publications reinforce the relevance of the proposed method.