Avaliando os impactos ambientais das Zonas de Baixa Emissão com o Aimsun Next

Novembro de 2022 — Nota técnica nº 75

Especialista de produtos na Aimsun

Fundo

O transporte rodoviário é responsável por uma quantidade significativa de emissões de poluentes atmosféricos. Embora o monitoramento e a regulamentação tenham produzido uma tendência de queda nas emissões totais de poluentes, uma parte significativa da população ainda está exposta a concentrações de poluentes atmosféricos acima dos padrões de qualidade do ar estabelecidos pela UE e pela Organização Mundial da Saúde (OMS). Segundo a European Environment Agency (EEA), o transporte rodoviário é responsável por até 9,9% de todas as emissões de PM2,5 na União Europeia, 7,7% de PM10, 28,1% de NOX, 7,6 de NMVOC1 e 18% de CO [ 1].

Esse efeito é ampliado nos centros urbanos, onde os maiores volumes de tráfego e os congestionamentos produzem uma concentração de poluentes em picos de curto prazo. As Zonas de Baixa Emissão (LEZ) têm sido uma abordagem importante para cidades e governos lidarem com a qualidade do ar para atender aos Padrões de Qualidade do Ar da UE. estabelecendo restrições à operação de veículos mais poluentes, geralmente mais antigos. As Zonas de Baixa Emissão podem reduzir as emissões de partículas finas, nitrogênio e dióxido de carbono e (indiretamente) ozônio, os quatro principais poluentes atmosféricos preocupantes na Europa.

A simulação é uma ferramenta valiosa para apoiar a definição de políticas LEZ, pois permite comparar a eficácia de diferentes medidas e avaliar quaisquer outros impactos relacionados, como a mudança nos tempos e fluxos de viagem.

Exemplo de estudo de caso

Vamos supor que temos que avaliar a seguinte política:

Os veículos não podem acessar o LEZ sem a etiqueta ambiental legal das 7h às 20h durante a semana. Exceções aplicadas a veículos com mobilidade reduzida, ambulâncias, veículos singulares, serviços de emergência ou essenciais
Os veículos podem acessar o LEZ se atenderem aos padrões de emissão com base no rótulo ambiental legal. Para este estudo de caso, os rótulos permitidos são:
- ZERO: veículos elétricos
- ECO: veículos híbridos plug-in e similares
- C: automóveis a gasolina e carrinhas ligeiras matriculados a partir de 1/2006 e gasóleo a partir de 1/2014
- B: veículos de combustão interna que, embora não cumpram as emissões EURO, cumprem as anteriores.

Com base em dados recentes, para este estudo de caso, a frota de veículos e a categoria EURO para cada tipo são:

Modelo de Emissão de Londres

O London Emission Model (LEM) está incluído nos simuladores microscópicos, mesoscópicos e híbridos Aimsun Next. Isso estima as emissões de CO2 e NOx de um veículo, usando um modelo calibrado de emissões de velocidade média desenvolvido em colaboração com a Transport for London (TfL) em 2017.
O LEM então usa uma das duas relações polinomiais, derivadas por análise de regressão, para estimar o CO2 e NOx produzidos por aquele veículo usando aquela microviagem.

Aqui, y é a emissão (gramas/km); a, b, c e z são constantes derivadas que são definidas para cada veículo e tipo de euro, x é a velocidade média na microviagem.

Para mais informações, consulte o Manual do Usuário do Aimsun Next – London Emission Model (LEM)

Configuração do modelo

Tipos de veículos

Os tipos de veículos no modelo são configurados usando as informações da frota fornecidas.
Por exemplo, para o tipo de veículo carro, o tipo de veículo de emissão é carro e as emissões padrão Euro são definidas para o tipo de motor a gasolina.

O processo passo a passo para definir o tipo de motor e os padrões do euro por tipo de veículo (veja abaixo) pode ser encontrado neste vídeo do Modelo de Emissões de Londres .

Rede

A Zona de Baixa Emissão planejada e a zona intermediária são mostradas no mapa do modelo. 100% dos carros, vans e caminhões sem etiqueta ambiental serão proibidos de entrar ou circular na Zona de Baixa Emissão. Os motoristas agora devem encontrar outros meios de chegar a um destino dentro da LEZ. A figura abaixo mostra toda a rede, LEZ e zona tampão.

Estacionamentos

A localização das áreas de estacionamento nos limites da LEZ é mostrada em azul. Estes são novos destinos no modelo onde um novo centróide foi colocado e conectado às seções de entrada da LEZ. A velocidade nas conexões do centróide foi ajustada para 10km/h para melhor modelar o comportamento de direção dos veículos dentro da área de estacionamento.

Demanda de Tráfego

Como resultado, há uma mudança esperada na demanda de tráfego. As suposições que fizemos foram baseadas em esquemas LEZ anteriores:

A. Fora-LEZ para LEZ

40% das viagens feitas com veículos com etiquetas EURO 0, I, II, III serão deslocadas para meios de transporte ecológicos (bicicleta, caminhada, micromobilidade, trânsito, etc.).
10% das viagens efectuadas com viaturas com etiqueta EURO 0, I, II, III serão adquiridas com viaturas com etiqueta EURO IV, V, VI.
50% das viagens feitas com veículos com etiquetas EURO 0, I, II, III serão desviadas para parques de estacionamento ou estações de trânsito nos limites da LEZ.

Ações:

Retirar 50% das viagens efectuadas com veículos de tipologia EURO 0, I, II, III por não terem acesso à LEZ.
Ação de Mudança de Destino para o restante 50% das viagens feitas com tipos de veículos com EURO 0, I, II, III
Adicionar os 10% das viagens com tipos de veículos com EURO 0, I, II, III às matrizes EURO IV, V, VI OD.

B. LEZ para Fora-LEZ

40% das viagens feitas com veículos com etiquetas EURO 0, I, II, III serão deslocadas para meios de transporte ecológicos (bicicleta, caminhada, micromobilidade, trânsito, etc.).
60% das viagens efectuadas com viaturas com etiquetas EURO 0, I, II, III irão adquirir viaturas com etiquetas EURO IV, V, VI.

Ações:

Eliminar a 100% as viagens efectuadas com veículos de tipologia EURO 0, I, II, III pois não é permitida a saída da LEZ.
Adicionar 60% das viagens com tipos de veículos com EURO 0, I, II, III às matrizes EURO IV, V, VI OD.

C. LEZ para LEZ

100% das viagens feitas com veículos com etiquetas EURO 0, I, II, III serão deslocadas para meios de transporte ecológicos (bicicleta, caminhada, micromobilidade, trânsito, etc.).

Ações:

Elimine a 100% as deslocações efectuadas com esses tipos de viaturas uma vez que não é permitida a circulação dentro da LEZ.

D. Fora-LEZ para Fora-LEZ

Nenhuma Ação

As alterações na demanda de tráfego e nas matrizes OD podem ser feitas dentro do Aimsun Next aplicando fatores e usando as operações disponíveis nas matrizes OD. Para processar viagens entre as diferentes zonas (LEZ, zona tampão, resto da rede), criamos diferentes Agrupamentos onde foram definidos os centróides de cada zona.

Cenário

No cenário futuro, os novos centróides são usados como novos destinos nas ações de gerenciamento de tráfego de Mudança de Destino. A Alteração de Destino é aplicada em cada uma das entradas da LEZ que proíbe a entrada Euro 0, I, II e III. Uma classe de veículos contendo veículos Euro 0, I, II e III é usada como filtro para que a ação de gerenciamento de tráfego não afete os veículos permitidos na LEZ.

Os agrupamentos são criados para o LEZ e a zona intermediária para que as estatísticas possam ser extraídas apenas para essas áreas.

Saídas

Como esperado, as emissões dentro da área da LEZ são bem menores no cenário futuro quando a LEZ for implantada. No entanto, a diminuição de CO2 e NOx dentro da zona tampão e globalmente é ligeiramente reduzida.

Comparação das emissões de CO2:

Comparação de emissões de NOx

Outros modelos de emissão em Aimsun Next:

Além do LEM, existem dois modelos de emissões adicionais no Aimsun Next que podem ser usados em microssimulação, o Panis et al Pollutant Emission Model e o QUARTET Pollutant Emission Model.

Para Panis et al, as emissões de cada poluente são medidas a cada intervalo de tempo e consideram os diferentes fatores de acordo com o tipo de veículo, tipo de combustível e medidas instantâneas de aceleração/desaceleração. O modelo fornece saídas para seções, nós, curvas e a replicação para CO2, NOx, VOC e PM em g e g/km.

O Modelo de Emissões de Poluentes QUARTET requer mais entradas do usuário, particularmente as taxas de emissão para veículos em aceleração, desaceleração e marcha lenta, para citar alguns. Esses valores são normalmente coletados de um veículo instrumentado. Os outputs do QUARTET são os quilogramas de cada poluente emitido e são produzidos para toda a rede, cada troço e curva e para cada percurso.

Mais detalhes podem ser encontrados na seção Modelos Ambientais do Manual do Usuário do Aimsun Next .

Também é possível calcular as emissões com base em diferentes modelos em um pós-processamento. Por exemplo, você pode codificar um script python no Aimsun Next para calcular as emissões dos resultados da simulação recuperados por uma simulação macroscópica (ou seja: com base nas velocidades e fluxos médios para diferentes tipos de veículos). Você também pode usar a API Aimsun Next para calcular qualquer poluente por qualquer objeto para qualquer intervalo de tempo com base nos parâmetros de comportamento de direção (aceleração, desaceleração, tempo de atraso, etc.).