Confederação Nacional do Transporte – CNT
SAUS Quadra 1 – Bloco “J” Entradas 10 e 20
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Transporte em Transformação XV - Trabalhos Vencedores do Prêmio CNT
Produção Acadêmica 2010.
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por escrito, da Editora.
Impresso no Brasil
ISBN: 978-85-99082-12-6
Tiragem: 1700 exemplares
Coordenação Editorial:
Composição e Impressão:
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Transporte em transformação XV: trabalhos vencedores do prêmio CNT de Produção
Acadêmica 2010 / Confederação Nacional do Transporte, Associação Nacional de
Pesquisa e Ensino em Transporte. -- Brasília: Positiva, 2011.
216 p.
Trabalhos apresentados durante o XXIV Congresso da ANPET realizado em Salvador
(BA)
ISBN: 978-85-99082-12-6
1. Ensino e Pesquisa. 2. Soluções Tecnológicas. 3. Sustentabilidade em Transporte. I.
Título. II. Confederação Nacional do Transporte (CNT). III. Congresso de Ensino e Pesquisa
da ANPET (XV : 2010 : Brasília, DF)
CDU: 656:001.891(042)
Catalogação na fonte elaborada pela Bibliotecária: Cristina S. de Almeida CRB 1/1817
Autores dos Trabalhos
Vencedores do Prêmio CNT
Produção Acadêmica – 2010
Confederação Nacional do Transporte – CNT
CLÉSIO SOARES DE ANDRADE
Presidente
THIERS FATTORI COSTA
Presidente de Honra
NEWTON JERÔNIMO GIBSON DUARTE RODRIGUES
METON SOARES JÚNIOR
JACOB BARATA FILHO
JOSÉ FIORAVANTI
Vice-Presidentes da CNT
Presidente de Seção e Vice-Presidente de Seção
MARCO ANTONIO GULIN
OTÁVIO VIEIRA DA CUNHA FILHO
Seção do Transporte de Passageiros
FLÁVIO BENATTI
PEDRO JOSÉ DE OLIVEIRA LOPES
Seção do Transporte de Cargas
JOSÉ DA FONSECA LOPES
EDGAR FERREIRA DE SOUZA
Seção dos Transportadores Autônomos, de Pessoas e de Bens
GLEN GORDON FINDLAY
PAULO CABRAL REBELO
Seção do Transporte Aquaviário
RODRIGO VILAÇA
JÚLIO FONTANA NETO
Seção do Transporte Ferroviário
URUBATAN HELOU
JOSÉ AFONSO ASSUMPÇÃO
Seção do Transporte Aéreo
Conselho Fiscal – Titulares
DAVID LOPES DE OLIVEIRA
ÉDER DAL’LAGO
LUIZ MALDONADO MARTHOS
JOSÉ HÉLIO FERNANDES
Conselho Fiscal – Suplentes
WALDEMAR ARAÚJO
ANDRÉ LUIZ ZANIN DE OLIVEIRA
JOSÉ VERONEZ
EDUARDO FERREIRA REBUZZI
Diretoria
Seção do Transporte Rodoviário de Cargas
LUIZ ANSELMO TROMBINI
URUBATAN HELOU
IRANI BERTOLINI
PEDRO JOSÉ DE OLIVEIRA LOPES
PAULO SERGIO RIBEIRO DA SILVA
EDUARDO FERREIRA REBUZZI
OSWALDO DIAS DE CASTRO
DANIEL LUÍS CARVALHO
AUGUSTO EMILIO DALÇÓQUIO
GERALDO AGUIAR BRITO VIANNA
AUGUSTO DALÇÓQUIO NETO
EUCLIDES HAISS
PAULO VICENTE CALEFFI
FRANCISCO PELÚCIO
Seção do Transporte de Passageiros
LUIZ WAGNER CHIEPPE
ALFREDO JOSÉ BEZERRA LEITE
LELIS MARCOS TEIXEIRA
JOSÉ AUGUSTO PINHEIRO
VICTORINO ALDO SACCOL
JOSÉ SEVERIANO CHAVES
EUDO LARANJEIRAS COSTA
ANTÔNIO CARLOS MELGAÇO KNITTEL
EURICO GALHARDI
FRANCISCO SALDANHA BEZERRA
JERSON ANTÔNIO PÍCOLI
JOÃO REZENDE FILHO
MÁRIO MARTINS
Seção dos Transportadores Autônomos, de Pessoas e de Bens
EDGAR FERREIRA DE SOUSA
JOSÉ ALEXANDRINO FERREIRA NETO
JOSÉ PERCIDES RODRIGUES
LUIZ MALDONADO MARTHOS
SANDOVAL GERALDINO DOS SANTOS
ÉDER DAL’LAGO
ANDRÉ LUIZ COSTA
DIUMAR DELÉO CUNHA BUENO
CLAUDINEI NATAL PELEGRINI
GETÚLIO VARGAS DE MOURA BRAATZ
NILTON NOEL DA ROCHA
NEIRMAN MOREIRA DA SILVA
Seção do Transporte Aquaviário, Ferroviário e Aéreo
HERNANI GOULART FORTUNA
PAULO DUARTE ALECRIM
ANDRÉ LUIZ ZANIN DE OLIVEIRA
MOACYR BONELLI
GEORGE ALBERTO TAKAHASHI
JOSÉ CARLOS RIBEIRO GOMES
ROBERTO SFFAIR
LUIZ IVAN JANAÚ BARBOSA
JOSÉ ROQUE
FERNANDO FERREIRA BECKER
RAIMUNDO HOLANDA CAVALCANTE FILHO
JORGE AFONSO QUAGLIANI PEREIRA
ALCY HAGGE CAVALCANTE
ECLÉSIO DA SILVA
Diretoria da ANPET
ORLANDO FONTES LIMA JÚNIOR
Presidente
GLAUCO TÚLIO PESSA FABRI
Diretor Executivo
HELENA BEATRIZ BETTELLA CYBIS
ANÍSIO BRASILEIRO DE FREITAS DOURADO
Diretor
MARIA ALICE PRUDÊNCIO JACQUES
Diretora
JORGE BARBOSA SOARES
Diretor
MARCIO DE ALMEIDA D´AGOSTO
Diretor
ORLANDO STRAMBI
Diretor
Comissão Julgadora dos Artigos
ALINE ELOYSE LANG – CNT
MARILEI DE OLIVEIRA MENEZES – CNT
Profª. HELENA BEATRIZ BETTELLA CYBIS - ANPET
Sumário
Prefácio.......................................................................................................................19
Capítulo 1 - Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de
Tempo de Viagem .....................................................................................................21
Resumo ............................................................................................... 21
Abstract .............................................................................................. 22
1. Introdução ...................................................................................... 22
.......................................... 24
3. Coleta de Dados ............................................................................. 26
3.1. População pesquisada e estrutura da pesquisa.................... 26
3.2. Experimento de preferência declarada ............................... 26
3.3. Apresentação do conceito da margem de segurança .......... 27
4. Análise Premilinar dos Dados Coletados ...................................... 28
4.1. Indivíduos com comportamento não compensatório .......... 29
4.2. Inconsistências na ordenação ............................................. 30
5. Estimação dos Modelos de Escolha Discreta ................................ 31
5.1. Especificação dos modelos utilizados ................................ 31
5.2. Descrição dos modelos base ............................................... 32
5.3. Resultados dos modelos estimados .................................... 34
5.3.1 Efeito do motivo de viagem ............................................. 35
5.3.2 Efeito da renda.................................................................. 35
5.3.3 Outros efeitos.................................................................... 37
5.3.4 Valor do tempo de viagem (VTV) e importância da margem
de segurança (IMS) ............................................................................ 37
6. Conclusão ....................................................................................... 38
Agradecimentos.................................................................................. 39
................................................................. 40
Capítulo 2 - Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
..............................................43
Resumo ............................................................................................... 43
Abstract .............................................................................................. 44
1. Introdução ...................................................................................... 44
2. Análise Envoltória de Dados ......................................................... 46
3. Fronteira Invertida .......................................................................... 48
4. Programa de Concessões de Rodovias .......................................... 50
5. Modelagem e Caracterização do Problema .................................... 53
6. Resultados ...................................................................................... 54
7. Conclusão ....................................................................................... 56
................................................................. 57
Capítulo 3 - Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de Transporte
Urbano: Caso do VLT de Brasília .........................................................................61
Resumo ............................................................................................... 61
Abstract .............................................................................................. 62
1. Introdução ...................................................................................... 62
2. Método da Pesquisa........................................................................ 63
3. Stakeholders (Grupos de Interesse) ................................................ 65
4. Análise de Redes Sociais ................................................................ 66
4.1. Rede como um todo ............................................................ 68
4.2. Rede centrada em ego ......................................................... 68
5. Estudo de Caso (VLT– Brasília) .................................................... 70
6. Apresentação e Análise dos Resultados ......................................... 71
7. Considerações Finais ...................................................................... 75
................................................................... 76
Vida do Gás Natural Veicular Comprimido e da Energia Termelétrica a Gás
....................................................................79
Resumo ............................................................................................... 79
Abstract .............................................................................................. 80
1. Introdução ...................................................................................... 80
.............................................................. 81
3. Aplicação do Procedimento de Análise de Inventários de Ciclos de
Vida .................................................................................................... 83
3.1 Fase 1: Objetivo e definição do escopo ............................... 83
3.2. Fase 2: Inventários de ciclos de vida .................................. 87
3.3. Fase 3. Avaliação dos dados ............................................... 88
3.4. Fase 4 – Comparação dos resultados .................................. 89
3.4.1. Comparação dos resultados sobre eficiências energéticas do
ICV1 e ICV2 ........................................................................................ 89
3.4.2. Comparação dos resultados do consumo de energia no ICV1
e ICV2 ................................................................................................. 91
4. Considerações Finais e Sugestões .................................................. 94
................................................................. 95
Capítulo 5 - Proposta de um Sistema BRT com Segmento de Faixa Exclusiva
Única Bidirecional ....................................................................................................99
Resumo ............................................................................................... 99
Abstract ............................................................................................ 100
1. Introdução .................................................................................... 100
2. Modelo do SISTEMA CIRSO ..................................................... 103
2.1 Características do CIRSO ................................................. 109
2.2 Ação de controle de retenção hi,k ...................................... 109
2.3 Seqüenciamento dos ônibus ..............................................110
3. Estudo de Caso ..............................................................................110
4. Conclusões ....................................................................................112
Agradecimentos.................................................................................114
................................................................114
Capítulo 6 - O uso da Microssimulação na Avaliação do Desempenho da
Segurança Viária ....................................................................................................115
Resumo ..............................................................................................115
Abstract .............................................................................................116
1. Introdução .....................................................................................116
2. Indicadores de Desempenho da Segurança de Tráfego .................118
3. Características Inerentes aos Microssimuladores......................... 123
3.1. Entrada de dados............................................................... 124
3.2. Saída de dados .................................................................. 124
3.3. Algoritmos de modelagem................................................ 125
4. Algoritmos de Modelagem do Aplicativo VISSIM ...................... 126
5. Calibração e Validação dos Microssimuladores ........................... 128
6. Validação do Desempenho da Segurança Viária .......................... 129
7. Conclusões ................................................................................... 130
............................................................... 131
Capítulo 7 - Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções de
Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas ....................................... 135
Resumo ............................................................................................. 135
Abstract ............................................................................................ 136
1. Introdução .................................................................................... 136
2. Descrição do Problema ............................................................... 140
3. Metodo Adotada ........................................................................... 141
3.1. Método de Resolução do PPV .......................................... 142
3.2. Heurística Primeiro Agrupa – Depois Programa .............. 143
3.2.1. Primeiro Agrupa ............................................................ 144
3.2.2. Depois Programa ........................................................... 144
3.3. Heurística Primeiro Programa – Depois Agrupa .............. 145
3.3.1. Primeiro Programa......................................................... 145
3.3.2. Depois Agrupa ............................................................... 146
4. Apresentação e Análise dos Resultados ....................................... 148
5. Conclusões .................................................................................. 150
Agradecimentos ............................................................................... 151
............................................................... 151
Capítulo 8 - Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de Redes de
Transporte de Carga Parcelada ......................................................................... 153
Resumo ............................................................................................. 153
Abstract ............................................................................................ 154
1. Introdução .................................................................................... 154
2. O Problema do Carregamento de Cargas Parceladas na Literatura . 156
3. Modelo Matemático .................................................................... 158
4. Estratégia de Solução Baseada em Busca Tabu .......................... 160
5. Experimentos Computacionais.................................................... 164
6. Conclusões ................................................................................... 167
............................................................... 169
Capítulo 9 - Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas: uma Proposta
para sua Estrutura e Elementos ....................................................................... 171
Resumo ............................................................................................. 171
Abstract ............................................................................................ 172
1. Introdução .................................................................................... 172
2. Representação do Conhecimento ................................................. 173
2.1 Ontologia .......................................................................... 174
2.2 Redes semânticas ............................................................... 174
3. Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas (STRC) ................. 176
3.1 Elementos dos Sistemas de Transportes ............................ 177
3.2 Transporte Rodoviário de Cargas ...................................... 180
4. Proposta de Estrutura dos Elementos do STRC ........................... 181
4.1 Procedimento geral para construção da estrutura de organização ................................................................................................. 182
4.2 Estrutura de organização: relações entre elementos .......... 183
4.3 Estrutura Organizada do Sistema de Transporte Rodoviário
de Cargas .......................................................................................... 185
5. Tópicos Conclusivos .................................................................... 187
Agradecimentos................................................................................ 188
............................................................... 188
Capítulo 10 - Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil ............................. 191
Resumo ............................................................................................. 191
Abstract ............................................................................................ 192
1. Introdução .................................................................................... 192
2. Visão Geral do Método de Adaptação .......................................... 193
3. Adaptação do HCM2000 para Rodovias de Pista Simples .......... 194
3.1. Segmentos bidirecionais e direcionais.............................. 196
3.1.1. Velocidade de fluxo-livre............................................... 196
3.1.2. Taxa de fluxo ................................................................. 197
3.1.3. Relações Fundamentais de Tráfego ............................... 199
3.2. Rampas específicas ........................................................... 202
3.3. Segmentos direcionais com faixas adicionais .................. 207
4. Estimação do Nível de Serviço com a Adaptação Proposta 209
5. Recomendações ............................................................................ 210
Agradecimentos................................................................................ 210
............................................................... 210
Prefácio
O Prêmio CNT de Produção Acadêmica chega à sua 15ª edição em 2011, com
o compromisso de apoiar iniciativas que tragam soluções para os problemas do
transportador brasileiro.
Desde 1996, a Confederação Nacional do Transporte (CNT) homenageia os
cional de Ensino e Pesquisa em Transportes (Anpet). A seleção dos trabalhos tem
como critérios a originalidade, a atualidade e a relevância dos assuntos tratados,
que deverão propor alternativas para situações relacionadas à gestão empresarial,
aos custos operacionais, à qualidade do serviço prestado, a soluções tecnológicas e
logísticas e à responsabilidade sócio-ambiental.
Os artigos selecionados a cada ano são publicados no livro Transporte em
Transformação como um registro das contribuições apresentadas por pesquisadores
tes.
Na edição 2011, a integração entre o mundo acadêmico e as reais necessidades do setor de transportes está presente mais uma vez nessa iniciativa da CNT. Os
temas selecionados pela Comissão Julgadora do prêmio envolvem questões ambientais, de mobilidade urbana, operacionais, de regulamentação, de segurança viária, de gestão de frotas e de planejamento logístico do transporte de cargas.
Tudo isso está presente nos artigos selecionados para integrar esta edição.
Mergulhe fundo na leitura e descubra diferentes visões sobre temas ligados à infraestrutura, ao transporte e à logística no país.
Esta edição é, portanto, mais um dos esforços empreendidos pela CNT para
empresarial das ferramentas mais atuais desenvolvidas no meio acadêmico brasileiro.
Variação Sistemática da Preferência em
Modelos de Escolha de Modo no Acesso
Terrestre a Aeroportos Considerando a
Confiabilidade do Tempo de Viagem
1
Resumo
acesso terrestre ao Aeroporto Internacional de São Paulo. A análise utilizou dados
de uma pesquisa de preferência declarada conduzida com residentes na região viajando para destinos internacionais. Os indivíduos ordenavam 4 alternativas: automóvel, táxi, ônibus expresso existente e um trem expresso proposto, descritas pelos
expressa através de uma margem de segurança. Modelos de escolha discreta foram
estimados, considerando os efeitos de painel, aninhamento e de inércia. Os resulta-
22
Transporte em Transformação XV
dos indicaram que viajantes a negócios e de alta renda são menos sensíveis ao custo
viagem é maior do que a atribuída ao tempo esperado de viagem e não foi afetada
por variações sistemáticas.
Abstract
The paper analyses systematic variation of tastes and preferences of air travelers regarding the choice of mode for the ground access to the São Paulo International Airport. A stated preference survey was conducted with individuals traveling
to international destinations. Each respondent ranked 4 alternatives: auto, taxi, the
existing express bus, and a proposed express train. Attributes describing modes
were travel cost, average travel time and travel time reliability, expressed as a safety
margin – the time period allocated by the individual for arriving at the airport at the
preferred time. Discrete mode choice models were estimated, considering panel,
nesting and inertia effects. Results indicated that business and higher income travelers are less sensitive to access cost. The importance of the reliability of travel time
is higher than the importance of average travel time and is not affected by systematic variations.
1. Introdução
O acesso terrestre a aeroportos em grandes áreas urbanas pode ser seriamente
afetado pelo congestionamento de tráfego urbano; em alguns casos, o tempo de
acesso pode ser maior do que o dedicado à viagem aérea propriamente dita. A provisão de acesso direto, muitas vezes por modo ferroviário, é uma importante alternativa considerada nestes casos. O estudo de viabilidade para este tipo de investimento
a demanda atraída por novos modos de transporte.
Para prever a demanda é comum a utilização de modelos que consideram atriUsualmente, os modelos restringem-se a representar tempos e custos de viagem, variáveis mais facilmente mensuráveis. Reconhece-se, porém, que outros fatores afetam, alguns deles de forma importante, o comportamento da demanda. Entre estes,
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
23
nos deslocamentos, geralmente em conseqüência da presença de congestionamentos.
A escolha de modo no acesso terrestre a aeroportos vem sendo estudada na literatura recente como um tópico de interesse acadêmico e aplicação prática (Transportation Research Board, 2008; Tsamboulas e Nikoleris, 2008). Ao mesmo tempo,
portante, na medida em que avanços conceituais e metodológicos são incorporados
na análise (ITS, 2008; Vincent, 2008; Brownstone e Small, 2005). No entanto, são
do tempo de viagem no acesso a aeroportos – (Koster
, 2010; Tam
, 2008),
implicariam altos custos.
atribuída pelos viajantes aos fatores que afetam a escolha do modo de acesso ao
aeroporto internacional de São Paulo. Atualmente, o acesso de/para o centro de São
Paulo é feito utilizando uma via expressa que apresenta elevados níveis de congestionamento; os tempos de viagem podem variar entre 40 minutos e mais de 2 horas
para uma viagem de cerca de 25 km, dependendo das condições de tráfego. Como
motivação adicional, existem propostas para a construção de uma ligação expressa
ferroviária ao aeroporto, que se distinguiria dos outros modos em virtude de uma
tam a escolha do modo, foi realizada uma pesquisa de preferência declarada – PD
– com viajantes partindo em vôos internacionais; os resultados foram utilizados
para a estimação de modelos de escolha discreta de modo de transporte no acesso
terrestre ao aeroporto.
O artigo está estruturado da seguinte maneira: o item 2 apresenta uma revisão
dados é descrito no item 3, enquanto no item 4 são feitas algumas análises prelimidos resultados são feitas no item 5, seguindo-se as conclusões. Este artigo estende
trutura de modelos que melhor descrevessem o comportamento observado.
24
Transporte em Transformação XV
2. A Confiabilidade do Tempo de Viagem
Bates
ras de expressar a variabilidade do tempo de viagem (como percebido pelo indivídade do tempo de viagem está associada com a noção estatística de variabilidade,
que é a variância da distribuição, que por sua vez está relacionada ao tempo médio
de viagem. Para os autores, todos os efeitos não originados exclusivamente da variabilidade – efeitos não aleatórios – devem ser descartados. Nesse sentido, variações decorrentes de congestionamento diário recorrente não devem ser incluídas
na análise, porque eles não estão associados à variabilidade aleatória do tempo de
síveis, para esses autores, não são medidas da variabilidade do tempo de viagem.
No entanto, essa pode não ser a maneira como a variabilidade do tempo de
viagem é compreendida pelos indivíduos. É difícil garantir que estes incluam em
laciona-se à repetição e regularidade, há casos, como no acesso a aeroportos, nos
quais as viagens não são frequentes. Mesmo que haja uma variação sistemática nos
tempos de viagem, ela pode não ser conhecida ou percebida pelos indivíduos. De
acordo com Noland e Polak (2002), há ainda grande incerteza quanto à capacidade
de capturar de fato as percepções que as pessoas têm da variabilidade do tempo de
viagem. Um recente e vasto estudo sobre o assunto conduzido pelo Institute for
Transport Studies da Universidade de Leeds (ITS, 2008) indica a necessidade de
pesquisa substancial sobre a valoração da variabilidade do tempo de viagem, investigando como a informação pode ser apresentada aos indivíduos e também como
os dados coletados.
No nosso estudo, uma característica importante delimita o conjunto de variáveis que podem ser utilizadas para indicar a variabilidade do tempo de viagem;
no acesso terrestre a aeroportos, é comum que os viajantes agendem seu horário de
que no vôo desejado. As companhias de aviação geralmente sugerem que viajantes
internacionais estejam no aeroporto com (pelo menos) duas horas de antecedência
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
25
em relação à partida (a margem da companhia aérea para realizar o
e operações de despacho no aeroporto). Porém, a escolha do horário preferido de chegada ao aeroporto varia entre os viajantes e pode coincidir – ou não – com o sugerido
pela companhia aérea (os viajantes mais frequentes podem se expor mais ao risco,
os viajantes decidem a sua hora de partida da origem (residência, trabalho, etc.)
com base no tempo esperado de viagem e na variabilidade percebida do tempo de
viagem. Eles adotam uma
que os permita chegar ao aeroporto e proceder ao embarque com mais ou menos conforto, de acordo com a sua
percepção.
Pells (1987) sugere que a margem de segurança é a forma como as pessoas
reagem à variabilidade; portanto, seria a melhor maneira de medir a percepção de
a diferença entre o horário de chegada e o começo do turno de trabalho. Para Pells,
forças contrárias estão agindo: o indivíduo tenta restringir atrasos a um nível aceitável, maximizando o tempo livre.
Em um experimento preferência declarada, além das incertezas que os viajantes têm que lidar neste tipo de viagem (infrequente e não familiar, requerendo
uma margem de segurança no aeroporto), existe uma considerável quantidade de
bilidade. Eles têm que conhecer as alternativas de transporte público disponíveis
(nossa pesquisa revelou que muitas vezes mesmo os residentes em São Paulo não tinham esse conhecimento) e selecionar hipoteticamente quais os terminais e modos
de transporte até esses terminais eles escolheriam caso selecionassem determinada
alternativa. Noland e Polak (2002) ressaltam que está presente uma complexidade
adicional quando os viajantes têm que realizar uma transferência entre modos de
transporte.
o tempo reservado para a viagem terrestre para se chegar ao aeroporto no horário
desejado, que pareceu de mais fácil compreensão pelos entrevistados, permitindoos realizar escolhas hipotéticas. A margem de segurança é um conceito mais simples em relação aos enfoques baseados em programação (
) propostos na
literatura (Hollander, 2006), já que não explicita as considerações de hora de saída
e preferida de chegada, assim como os custos por chegada adiantada ou atrasada.
26
Transporte em Transformação XV
3. Coleta de Dados
3.1. População pesquisada e estrutura da pesquisa
Em junho de 2005, dados de preferência revelada (PR) e declarada (PD) foram
coletados de viajantes para destinos internacionais no Aeroporto Internacional de
São Paulo. Entrevistas face-a-face utilizando
foram realizadas nos portões
de embarque, com passageiros selecionados “aleatoriamente”. As entrevistas foram
aplicadas somente a residentes da Região Metropolitana de São Paulo buscando-se
reduzir o viés gerado pela possível falta de informação sobre as alternativas disponíveis para o acesso ao aeroporto.
As entrevistas foram conduzidas em duas sextas-feiras e dois sábados. Esses
dias apresentam características de acesso distintas; sexta-feira é em geral o dia da
semana com as piores condições de tráfego, enquanto que aos sábados congestionamentos são menos frequentes.
As entrevistas foram realizadas em 3 estágios. No primeiro estágio, dados
sócio-econômicos e sobre a viagem aérea e terrestre foram levantados. No segundo
estágio, o trem expresso proposto e o serviço de ônibus direto de alta qualidade
foram apresentados. O conceito de margem de segurança foi também apresentado
como detalhado abaixo. No terceiro estágio, o entrevistado ordenava alternativas de
transporte segundo sua preferência, de acordo com o experimento descrito a seguir.
3.2. Experimento de preferência declarada
A coleta de dados PD vem se tornando a principal forma de coleta de dados
sobre comportamento da demanda (Louviere
, 2000). Enquanto modelos estimados com dados observados – dados de preferência revelada – PR – tendem a ser
mais aderentes às escolhas realizadas pelos indivíduos, modelos PD apresentam
mais estabilidade no tempo e no espaço. Dados PR são úteis para prever mudanças
no equilíbrio de curto prazo, enquanto dados PD são ricos em informação sobre
entre características das alternativas e melhores para prever comportamento.
Outra vantagem dos dados PD é que eles contêm mais informação por entrevistado,
já que cada indivíduo provê múltiplas respostas em cenários de escolha ou ordenação de alternativas. Amostras de indivíduos em pesquisas PD tendem então a serem
menores do que as necessárias usando dados PR para a construção de modelos.
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
27
A pesquisa foi baseada em um experimento fatorial ortogonal de escolha
(Louviere
, 2000). Três atributos foram considerados no acesso terrestre ao
aeroporto – custo de viagem, tempo médio de acesso e margem de segurança do
tempo de acesso – todos apresentados em três níveis. O desenho foi elaborado de
modo a eliminar situações dominantes de escolha (com os três atributos de uma alternativa melhores – ou piores – do que os das outras alternativas). Os questionários
foram construídos para evitar fadiga e protocolos de decisão tais como omissão de
restrições e outros vieses.
Cada indivíduo procedia à execução de três exercícios de ordenação (
)
ou cenários, cada um deles contendo um conjunto de quatro alternativas, uma para
cada modo considerado: carro, táxi, o serviço de ônibus direto existente (que parte
de diversos terminais em São Paulo) e o novo trem expresso proposto, ligando o
centro de São Paulo ao aeroporto. Para tornar o experimento mais realista, cenários
individualizados de tempo e custo de viagem foram construídos utilizando a informação do bairro de origem da viagem terrestre, como informado pelo entrevistado.
Para o ônibus e o trem, a necessidade de se estimar tempos e custos associados ao
acesso ao terminal foi enfatizada e o passageiro deveria escolher um modo de transporte para essa etapa da viagem. Solicitou-se ainda aos entrevistados considerar que
a viagem aérea seria realizada sem acompanhantes.
3.3. Apresentação do conceito da margem de segurança
O conceito de margem de segurança foi apresentado ao entrevistado duas
vezes ao longo da pesquisa. Em um primeiro estágio, o conceito foi introduzido e o
respondente foi solicitado a responder à seguinte questão:
“No acesso terrestre ao aeroporto, normalmente enfrentamos congestionamento que afeta o nosso tempo de viagem. Quanto tempo você reserva para sua
viagem terrestre para chegar no horário desejado, considerando o modo de transporte utilizado?”
Mais tarde, na etapa do experimento PD, uma probabilidade foi associada ao
conceito de margem de segurança:
“No primeiro estágio desta pesquisa, você respondeu quanto tempo
reservava para chegar no aeroporto no horário desejado. Você escolheu o
que chamamos de uma margem de segurança”… “Com os valores de margem de segurança apresentados no próximo estágio, você pode considerar
que chegará ao aeroporto no horário desejado em 90% das vezes.”
28
Transporte em Transformação XV
É importante mencionar que os entrevistados pareceram compreender bem o
conceito, como se escolher uma margem de segurança fosse um processo familiar.
Além disso, eles pareceram confortáveis com a forma como a margem de segurança
foi apresentada, com a hipótese de 10% de chance de chegar atrasado (um indicador
de atitude face ao risco).
4. Análise Premilinar dos Dados Coletados
No total, 105 indivíduos foram entrevistados, sendo 39 mulheres e 66 homens, com uma média de idade de 39 anos. A Tabela 1 indica que o motivo mais
comum de viagem foi o de negócios (57%), seguido de lazer (34%); viagens que
combinavam esses dois motivos representaram 7% da amostra e os 3% remanescentes viajaram por outras razões. A renda declarada individual é superior a R$
4.000/mês para 57% dos entrevistados e inferior a este valor para 23% dos entrevistados; 20% optou por não declarar a renda. A tabela mostra ainda que viajantes
a negócio eram mais frequentes nos sábados, o que deve ter ocorrido pela amostra
ser composta apenas por viajantes internacionais.
Tabela 1: Distribuição dos indivíduos entrevistados
por motivo, renda e dia da semana
Motivo
Negócios
Lazer
Ambos
Outros
Total
Renda Individual Mensal
<= R$4.000 > R$4.000 não informou
67%
29%
4%
0%
23%
62%
28%
7%
3%
57%
33%
57%
5%
5%
20%
Dia da Semana
Sex ta
Sábado
48%
36%
9%
7%
42%
64%
33%
3%
0%
58%
Todos
57%
34%
6%
3%
A Tabela 2 apresenta os modos de transporte utilizados pelos entrevistados
em seu acesso terrestre. O questionário permitia a combinação de até três modos
para o acesso terrestre, mas apenas 5 pessoas utilizaram mais de um modo.
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
29
Tabela 2: Distribuição dos modos de transporte no acesso terrestre
Modo de Transporte
Modo 1(*)
Modo 2
Carro
62
(59%)
3
Táxi
36
(34%)
1
Ônibus
5
(5%)
-
Outros
2
(2%)
-
Metrô
-
Total
105
1
(100%)
5
(*) Modo 1 é o utilizado no ultimo trecho no acesso ao aeroporto.
Os resultados obtidos no terceiro estágio da pesquisa, o exercício de ordenação PD, indicaram forte preferência pelo trem, como demonstrado na Tabela 3. Em
46% dos cenários, o trem foi escolhido em primeiro lugar, superando os demais
modos; porém, este foi também escolhido como última opção em 25% dos cenários.
O carro foi a primeira escolha em 35% dos cenários; foi ainda o modo com menor
índice de rejeição, sendo escolhido por último em apenas 16% dos cenários.
Tabela 3: Resultados da ordenação feita pelos entrevistados
no experimento PD
Modo de Transporte
1ª opção
2ª opção
3ª opção
4ª opção
Carro
35%
26%
23%
16%
Táxi
11%
27%
20%
42%
Ônibus
8%
30%
45%
17%
Trem
46%
17%
12%
25%
4.1. Indivíduos com comportamento não compensatório
Uma análise detalhada dos dados indicou que 75% dos entrevistados não mudaram a sua alternativa preferida nos três cenários. Duas categorias de indivíduos
podem ser caracterizadas neste caso. A primeira inclui os entrevistados que escolheram como primeira opção na ordenação, nos três cenários de escolha, o modo
30
Transporte em Transformação XV
de transporte utilizado no seu acesso terrestre naquele dia (modo da preferência
revelada). Esses podem ser considerados cativos da sua escolha anterior, compondo
uma categoria de indivíduos denominada de
(Hess
, 2010). Esse
é um comportamento não compensatório, no qual a piora de um atributo não pode
ser compensada pela melhora de outro. As funções de utilidade nos modelos de escolha discreta geralmente consideram comportamento compensatório e, portanto,
recomenda-se excluir esses indivíduos da amostra. Havia 33 indivíduos nesta situação (25 cativos do carro) e eles foram excluídos da amostra, reduzindo-a a 72 indivíduos. Embora a retirada desses indivíduos impacte principalmente nas constantes
A segunda categoria seria a de entrevistados que escolheram o trem como
sua primeira opção em todos os cenários; estes não podem ser considerados cativos
uma vez que esta não é atualmente uma opção existente. Esse resultado pode ter
ocorrido devido às diferenças entre os níveis adotados para os atributos, que podem
víduos mudarem sua alternativa preferida nos três cenários. Variações maiores nos
níveis, por outro lado, poderiam ter gerado alternativas não realistas. Outra possível
explicação seria a presença de um viés de intenção política (
), quando os
(no sentido proposto por Hess
, 2010) pela alternativa trem, revelando a possível importância que seus atributos têm para o consumidor, em particular a variabilidade do tempo de viagem. Deve ser lembrado que o indivíduo era solicitado a
considerar que a viagem era realizada desacompanhado, o que pode ter contribuído
para aumentar a atratividade do trem. Por estas razões, esses indivíduos foram mantidos na amostra utilizada para a estimação dos modelos.
4.2. Inconsistências na ordenação
Exercícios de ordenação contêm múltiplas escolhas implícitas (pseudo-observações). No experimento aqui descrito pode-se dizer que a primeira escolha foi
feita entre um conjunto de quatro alternativas, a segunda entre um conjunto de três
alternativas (as restantes) e assim por diante. Nesse tipo de aplicação, porém, obserintermediárias são ordenadas com menor atenção.
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
31
Existem procedimentos relativamente complexos para lidar com este efeito,
que pode ser representado admitindo-se diferentes variâncias para a variável dependente – a alternativa escolhida – dependendo do nível de ordenação (Ortúzar
e Willumsen, 2001). Ben-Akiva
(1991) investigaram dados de
em
“profundidade” do
e demais escolhas. Para Louviere
regularidade de preferências entre as diferentes fontes de dados.
para cada uma das diversas profundidades dos
que incluíram escolhas de todas as profundidades foi menor do que modelos que
incluíram apenas as primeiras escolhas. Com base nesses resultados, os dados para
estimação dos modelos foram restritos às primeiras escolhas apenas; as respostas
de ordenação foram substituídas por uma escolha simples entre quatro alternativas.
Essa decisão resultou em uma redução dramática da informação disponível para
estimação dos modelos. Além de um possível viés nas estimativas, essa redução dos
-
5. Estimação dos Modelos de Escolha Discreta
5.1. Especificação dos modelos utilizados
Modelos de escolha discreta foram estimados para avaliar a importância atrimodelos do tipo logit misto (
) vêm sendo utilizados de forma crescente,
em função de avanços teóricos e em capacidade de processamento. Esses modelos
que não dependem das hipóteses de independência e homocedasticidade da parcela
aleatória da utilidade das alternativas (Train, 2009).
A partir de um conjunto de modelos logit misto desenvolvidos por Alves e
Strambi (2010), foram selecionados dois modelos que serviram de base para novas
lação amostrada, melhorando a aderência dos modelos base aos dados e possivel-
32
Transporte em Transformação XV
os casos, foram adotadas funções de utilidade linear, uma hipótese muito comum
nas aplicações práticas (ITS, 2008).
Para representar nos modelos de escolha discreta variações de gostos ou
preferências em uma população, pode-se proceder de duas maneiras: admitindo
variações sistemáticas de acordo com condições sócio-econômicas dos indivíduos
função de utilidade variem na população segundo uma distribuição probabilística;
os parâmetros destas distribuições (em geral valores esperados e variâncias) podem
aleatórios tenham sido testadas, estas não mostraram superioridade estatística quanModelos com variações sistemáticas de preferência foram preferidos, utilizando-se variáveis binárias (
) para categorizar indivíduos na amostra. Essas
variáveis binárias podem então interagir com os atributos (e com constantes espe(em relação à categoria de referência) (Ortúzar e Willumsen, 2001; Brito e Strambi,
dos indivíduos, como idade, gênero, renda, viajante frequente ou não, ou características da viagem, como motivo, dia da semana, etc.
5.2. Descrição dos modelos base
Com base nos dois melhores modelos obtidos por Alves e Strambi (2010) e
utilizando o mesmo conjunto de dados, foram exploradas possíveis variações sistemáticas de preferências, objetivo deste trabalho. Naquele estudo, detectaram-se
dois tipos de correlação importantes. Primeiro, a existência (esperada) do efeito
painel – a correlação existente entre as respostas de um mesmo indivíduo, pela existência de fatores que são comuns às suas escolhas, tais como suas características
sócio-econômicas (Hensher e Greene, 2003). Modelos estimados com dados obtidos em pesquisas de preferência declarada, que coletam múltipas respostas de cada
indivíduo, devem incluir um termo que leve em conta o efeito painel. Não é possível representar adequadamente o efeito painel em modelos logit multinomial, sendo
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
33
as alternativas de transporte coletivo (ônibus direto e trem expresso), possivelmente
decorrente do fato desses modos compartilharem características importantes, como
o desconforto/incerteza da espera em um terminal ou a falta de privacidade, não
explicitamente consideradas na parcela observável da utilidade. A correlação entre
alternativas pode ser representada em modelos logit hierárquicos (ou aninhados).
Porém, esses modelos não permitem capturar o efeito painel, tornando-se necessário adotar uma estrutura que acomode os dois tipos de correlação observados, como
o modelo base II apresentado abaixo.
O modelo base I é um modelo logit misto do tipo componentes de erro (
) (Train, 2009). Apesar de formalmente iguais, o modelo de componendistribuição probabilística. São chamados de componentes de erro porque o erro (a
parte não observável da utilidade) é dividido em duas parcelas: uma parcela aleatória, que pode seguir qualquer distribuição, incluindo a normal, e uma parcela independente, identicamente distribuída como valor extremo (a mesma que dá origem
aos modelos logit multinomial). O modelo base II é um modelo do tipo hierárquico
(também chamado de generalizado de valor extremo, GEV, em inglês) misto (componentes de erro), que inclui em sua equação de utilidade termos que permitem representar os dois tipos de correlação: entre as alternativas (ninho) e entre respostas
de um mesmo indivíduo (o efeito painel) (Train, 2009). O ninho considerado reuniu
os modos de transporte coletivo (trem e ônibus).
tativa do efeito de hábito ou inércia, que leva o indivíduo a preferir alternativas
conhecidas. Nesses casos, o comportamento é considerado como compensatório,
mas a atratividade das alternativas menos utilizadas ou conhecidas tem que ser suNo caso de viagens não frequentes, como ao aeroporto, existem ainda menos oportunidades de se conhecer os atributos de alternativas nunca ou raramente utilizadas,
o que pode reforçar o efeito de inércia na escolha do modo de acesso. Esse aspecto
do comportamento pode ser capturado nos modelos de escolha discreta introduzindo uma variável que represente a escolha prévia do indivíduo em uma situação
semelhante. Neste estudo, estava disponível a informação sobre o modo utilizado
34
Transporte em Transformação XV
pelo entrevistado na viagem de acesso ao aeroporto (PR). Foi introduzida um variável binária nas funções de utilidade, recebendo o valor 1 no caso do modo utilizado
no acesso, e zero nas funções de utilidade dos modos restantes. No caso do modelo
principalmente, apresentar sinal contrário ao esperado.
5.3. Resultados dos modelos estimados
Os modelos foram estimados com o
Biogeme (Bierlaire, 2008). A
Tabela 4 apresenta os resultados da estimação dos modelos base e demais modelos
que buscaram capturar variações sistemáticas de preferências. Analisando inicialmente os modelos base observa-se que o modelo base II apresenta melhor aderência
aos dados do que o modelo base I ( 2 ajustado = 0,388 e 0,371, respectivamente);
decidiu-se, porém, manter o modelo base I uma vez que este capturou da forma
esperada o efeito de inércia e apresentou resultados interessantes no caso da categoria de viajantes a negócios, como será discutido a seguir. No caso do modelo
base II, pode-se também observar na tabela a estimativa do valor do parâmetro do
). Em alguns modelos, os valores das
coletivo
estatísticas t-Student são relativamente baixos, fato que pode decorrer da reduzida
amostra disponível; esta consideração levou à manutenção das variáveis nos modesinais esperados.
É importante destacar que em geral não é possível comparar diretamente os
dos modelos base I e II, em função dos diferentes fatores de escala implícitos. Pode. A Tabela 4 apresenta
duas estimativas de
: o valor do tempo de viagem (VTV) e a importância
Os itens a seguir discutem os resultados dos modelos obtidos a partir dos modelos base, incorporando interações que buscaram capturar variações sistemáticas
com todos os atributos da função de utilidade, apenas as interações com o custo de
são apresentados na Tabela 4. O modelo base I deu origem aos modelos 1.1 e 1.2 na
tabela; os modelos 2.1 e 2.2 são derivados do modelo base II.
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
35
5.3.1 Efeito do motivo de viagem
Diversos autores concordam que viajantes a negócios apresentam valores do
tempo até 80% mais altos do que viajantes por outros motivos (Pels
2003,
Tsamboulas e Nikoleris, 2008). Estes tendem a valorizar mais o tempo de viagem
e menos o custo, seja porque não pagam por sua viagem (que pode ser paga pela
empresa), seja porque o tempo gasto no acesso ao aeroporto pode ser considerado
como tempo de trabalho desperdiçado. O modelo 1.1 incorpora uma variável biná-
baixa. O ajuste do modelo, indicado pelo valor de 2 ajustado, decresce com a inclusão de mais uma variável. A interação custo-negócios utilizando o modelo base
5.3.2 Efeito da renda
considerando que a taxa de escolha de modos coletivos no experimento é muito
similar para viajantes de alta e baixa renda. Por outro lado, conforme mostram os
duz drasticamente a sensibilidade dos passageiros de alta renda (>R$4000/mês em
junho de 2005) em relação ao custo da viagem. A baixa sensibilidade dos viajantes
aéreos com relação aos custos do acesso terrestre foi também observada por outros
autores (Koster
, 2010). Nota-se ainda que a inclusão da interação da variável
conjuntamente o efeito de renda e do motivo de viagem e suas interações com o
Modelo 1.1
Modelo 1.2
Modelo Base II
Modelo 2.1
Modelo 2.2
1,16
1,85
1,03
3,60
1,39
2,93
0,98
(0,0078)
(0,0165)
0,3915
2,2727
1,2899
2,1302
0,6202
0,0000
0,0
0
(1)
(2)
2,93
1,01
1,16
1,85
1,05
3,62
1,46
1,74
1,07
0,386
-175,0
41,61
4,64
2,2
5000
0,000
0,0
0
(3)
(4)
3,01
1,00
2,70
1,14
1,85
1,15
3,64
1,47
0,0362
(0,0078)
(0,0169)
0,4527
2,2804
1,3769
2,2024
0,6357
2,73
(0,0407)
* Valores ajustados para dólares (1US$ = R$ 2.4743 em 10/06/2005)
renda > R$4000, (4)
0,000
0,371
(3)
0,370
0,0
-180,3
viajantes a negócio, (2) não-negócios
-179,7
0
18,93
9,47
2,1
5000
2,1750
0,6515
(0,0078)
(0,0166)
0,4045
2,3287
1,3718
(0,0200)
0,0100
2,1
5000
14,17
1,41
(0,0134)
0,388
-175,3
2,2
5000
17,55
0,000
0,0
0
3,56
3,05
1,29
3,67
0,96
2,3474
0,7002
2,3769
2,1739
4,1243
1,30
1,60
1,15
(0,0039)
(0,0084)
(0,0054)
0,399
-170,9
74,24
4,63
2,3
5000
2,2791
2,0427
3,4520
2,3054
0,8344
0,0225
(0,0046)
(0,0104)
(0,0240)
0,000
0,0
0
(3)
(4)
3,51
3,03
2,24
3,67
1,11
2,21
1,46
2,02
2,20
0,402
-169,1
65,49
4,93
2,3
5000
0,000
0,0
0
(3)
(4)
3,57
3,12
2,05
1,70
1,3457
2,3064
2,1001
3,8783
3,63
0,22
1,93
1,40
1,88
1,97
2,2774
(0,2230)
0,0187
(0,0041)
(0,0093)
(0,0203)
Estimativa Teste-t Estimativa teste-t Estimativa teste-t Estimativa teste-t Estimativa teste-t Estimativa teste-t
Modelo Base I
(1)
VTV*
VTV*
IMS
Número de draws
Máxima verossimilhança
r2 ajustado
Custo
Custo-Negócios
Custo-Renda
Tempo de Viagem
Margem de Segurança
Inércia
Sigma_Painel
Constante Táxi
Constante Táxi_Negócios
Constante Trem
Constante Ônibus
μcoletivo
Variável
Tabela 4: Modelos Estimados
36
Transporte em Transformação XV
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
37
5.3.3 Outros efeitos
Diversas outras categorias da população amostral foram analisadas para veescolha do modo e uma eventual preferência feminina pelos modos não coletivos,
frequência de viagens do viajante e suas interações com os atributos de escolha.
feira x sábado), considerando as diferenças de tempo esperado de viagem e, principalmente, variabilidade do tempo de viagem.
binária indicativa do motivo de viagem, além da interação custo-renda já descrita
(modelo 2.1). A idéia é a de que viajantes a negócios apresentem uma preferência
cios para o indivíduo que viaja desacompanhado (situação mais comum em viagens
a negócios), que pode também não ter a disponibilidade de carona para o aeroporto.
Além disso, em alguns casos, o viajante a negócios tem como origem de sua viagem
terrestre o local de trabalho, tornando o táxi uma opção mais adequada. O modelo
2.2 apresenta o maior 2 ajustado entre os modelos testados (passando de 0,388 no
5.3.4 Valor do tempo de viagem (VTV) e importância da margem de segurança (IMS)
O VTV apresentou variações interessantes entre os modelos apresentados na
Tabela 4. Considerando os modelos base I e II, os valores do tempo não foram
muito diferentes para o conjunto da amostra (cerca de US$14 e US$18, respectivamente). Viajantes a negócio revelaram um VTV cerca de 2 vezes maior do que viajantes por outros motivos (modelo 1.2). Koster
(2010) encontraram resultados
semelhantes, embora os VTV calculados por estes sejam sensivelmente maiores
(da ordem de grandeza de 90€/hora para viajantes a negócio). Valores mais próximos a esses (entre US$65/hora e US$74/hora) foram encontrados para viajantes
38
Transporte em Transformação XV
acesso terrestre. Para viajantes no estrato de renda inferior a R$4000, os valores
do tempo são bastante estáveis entre modelos (1.2, 2.1 e 2.2), ligeiramente inferiores a US$5/hora.
ções testadas, aumentando nos modelos com melhor ajuste. O IMS calculado indica
que os viajantes, quando desacompanhados, valorizam a margem de segurança cerca de duas vezes mais do que valorizam o tempo de viagem. A literatura apresenta
estudos concorda que a variabilidade do tempo de viagem é mais valorizada do que
o tempo de viagem propriamente dito (ITS, 2008).
6. Conclusão
As características do acesso terrestre a um aeroporto afetam sua atratividade,
e diversos autores têm incluído variáveis de acesso terrestre nos modelos de demanda de aeroportos, tais como tempo de viagem e custo. No entanto, os efeitos da variabilidade do tempo de viagem são raramente considerados nestes estudos, apesar
de sua importância em uma viagem que requer um elevado grau de pontualidade.
Esse artigo utiliza os resultados de uma pesquisa de preferência declarada
viagem na escolha de modo de transporte para o acesso terrestre a aeroportos. O
aeroporto internacional André Franco Montoro, em São Paulo, foi utilizado como
(por carro, táxi ou ônibus direto) e a proposta de se construir uma ligação expressa
ferroviária com o centro da cidade. Foram coletados dados de viajantes a destinos
internacionais. Os atributos utilizados para descrever o experimento de escolha PD
tempo alocado pelo indivíduo para chegar ao aeroporto no horário desejado. Uma
análise preliminar dos dados mostrou uma forte preferência pelo trem, um modo
Os dados PD foram utilizados para a estimação de modelos de escolha discreta. Um modelo de componentes de erro e um modelo hierárquico misto, desen-
Variação Sistemática da Preferência em Modelos de Escolha de Modo no Acesso
39
volvidos em um trabalho anterior (Alves e Strambi, 2010), foram utilizados como
base para a análise neste artigo. Em uma busca por variações sistemáticas de pre-
semana (sexta e sábado), apesar destes apresentarem diferenças consideráveis em
termos de tempo de viagem e variabilidade.
mente comparáveis devido a diferenças de escala, os
, calculados como
foram calculados: o valor do tempo
de viagem e o índice de importância da margem de segurança. Os resultados indicam que viajantes a negócios apresentam valor do tempo cerca de duas vezes maior
que os viajantes por outros motivos, e viajantes de alta renda apresentam baixa
sensibilidade ao custo, apresentando por vezes valores do tempo muito altos, fato
também constatado por outros autores. Os modelos estimados indicam também que
o táxi apresenta maior atratividade para os viajantes a negócio do que para viajantes
em relação às demais alternativas.
Embora calculados segundo cenários bastante diferentes, os estudos enconmaiores do que para o tempo de viagem. Em concordância com estes resultados,
este estudo indica que a margem de segurança tem uma importância relativa de
cerca de um pouco mais de duas vezes a do tempo de viagem médio. Este resultado
Agradecimentos
Dios Ortúzar, Elisabetta Cherchi e Sebastián Raveau foram de inestimável ajuda
na estimação dos modelos.
40
Transporte em Transformação XV
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Av. Prof. Almeida Prado, trav. 2, n. 83
05508-900, São Paulo, SP
Aplicação da Análise Envoltória
de Dados na Avaliação da
Eficiência de Rodovias Federais
Concessionadas
2
Resumo
Com base nos relatórios anuais de 2008 publicados pela Agência Nacional de
rodovias federais que fazem parte do Programa de Concessão de Rodovias. Foram
incluídas na avaliação as concessionárias participantes da primeira etapa do Programa. O estudo foi realizado utilizando a Análise Envoltória de Dados, considerando
como
os bens de capital e os recursos humanos utilizados pelas concessionárias e como
o total de veículos que passam pela rodovia (representado pelo
volume de veículos pedagiados) e o total de atendimentos. Para aumentar a discriminação entre as rodovias aplicou-se a fronteira invertida, e assim, concluiu-se que
44
Transporte em Transformação XV
Abstract
Based on the 2008 annual reports published by the Brazilian National Agency
Brazilian Federal Highways that took part on the Highways Grant Program. Were
included in the assessing the concessions that participate in the First Stage of the Program. The study uses Data Envelopment Analysis, with the capital goods and human
resources as inputs and the total of vehicles that goes through the highway (represented by the number of vehicles tolled) and the total of attendances. In order to have
a higher discrimination between the highways it’s applied the Inverted Frontier, that
1. Introdução
O transporte é um setor essencial para um país e a sua população. Segundo
de desenvolvimento, da qualidade de vida e do bem estar da população.
Segundo dados do Ministério do Transporte (2008), o modo rodoviário corno país. Apesar da elevada importância deste modo, os investimentos governamentais para ampliação e manutenção de rodovias vêm reduzindo drasticamente nas
últimas décadas, principalmente após a extinção do Fundo Rodoviário Nacional
(FRN), em 1988 (Harral e Faiz, 1988; Schliessler e Bull, 1994).
A concessão de rodovias com pagamento de pedágio foi a alternativa encontrada para alavancar recursos e fazer os investimentos necessários para a melhoria
do sistema rodoviário no país. Além da manutenção, as concessionárias também
devem prestar serviços de atendimento ao usuário e emergenciais, como médicos
em acidentes e guinchos para veículos avariados.
vias federais reguladas pela Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT).
Para isso, serão avaliados o uso de bens de capital e a gestão de pessoal na operacionalização da rodovia através da Análise Envoltória de Dados (DEA – sigla do
inglês,
)
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
45
Destaque-se que grande parte dos estudos que envolvem concessões rodoviáque surgem a
partir das diferentes visões dos envolvidos (governo, concessionária e usuários).
Veloso & Carvalho (2004) apresentam um modelo de Programação Linear Inteira
Mista para otimização de um projeto de concessão rodoviária sob a perspectiva do
Rocha e Vanalle (2003) apresentam um modelo mais abrangente para o processo de decisão de seleção das rodovias a serem pedagiadas que leva em conta
conceitos além do
. Dalbem et al. (2010) fazem recomendações para
a melhoria das metodologias de análise de projetos especialmente no que concerne
à avaliação dos benefícios de segurança, economias de tempo e desenvolvimento
social oriundos de projetos de infraestrutura de transporte.
Cybis et al. (2006) constroem um modelo de avaliação de concessões rodoviárias a partir da opinião de usuários a respeito das condições físicas da estrada e dos
serviços prestados. O estudo é aplicado às concessionárias brasileiras.
No que se refere à utilização de DEA para avaliação de rodovias, Gomes et al.
(2004) utilizam DEA em um estudo comparativo de 5 (cinco) rodovias privatizadas.
Foram usados 2 (dois) modelos, onde o primeiro mede os investimentos para redução de acidentes, utilizando as variáveis acidentes/Km (
), investimento/Km
(
) e tráfego/Km (
). O segundo modelo mostra o uso que é dado à receita da concessionária e utiliza as variáveis acidentes/Km (
), receita-dia/Km
(
) e investimento/Km (
). Utilizam ainda 2 (duas) formas de se chegar a
um índice único. A primeira constrói um modelo DEA no qual o
é unitário e os
o produto dos dois índices anteriores.
de Rodovias do Estado do Rio Grande do Sul. Foram construídos quatro modelos
orientados para a redução nos insumos para analisar o desempenho das concessio-
46
Transporte em Transformação XV
Possamai et al.(2007) utilizam DEA para avaliar o desempenho de empresas
de Transporte Rodoviário Interestadual e Internacional de Passageiros em Porto
Alegre. Para tanto, utilizam o número de veículos na frota, de passageiros transportados e de viagens realizadas como
e a nota dos relatórios de pesquisa do
sistema de monitoramento como
.
Duarte (2008) analisa o lote de concessões adquiridas pela empresa Obrascon
Huarte Lain Brasil S.A. (OHL Brasil), cuja oferta para o valor das tarifas foi bem
abaixo do teto propostas pela ANTT. No estudo é avaliada a sensibilidade do retorno do projeto mediante alterações das projeções e é apresentada uma discussão
sobre a relação risco x retorno do projeto.
Neste artigo, além do modelo DEA clássico, também foi aplicado o método
da Fronteira Invertida, introduzido por Yamada et al. (1994) e Entani et al. (2002)
melhor gestão de seus recursos operacionais.
O estudo está organizado da seguinte forma: na seção 2 há uma revisão do
modelo DEA clássico e na seção 3 da fronteira invertida. A seção 4 descreve o
Programa de Concessões de Rodovias no Brasil. Na seção 5 são apresentadas a
caracterização e a modelagem do problema. A seção 6 apresenta os resultados da
as conclusões do trabalho.
2. Análise Envoltória de Dados
A Análise Envoltória de Dados (
– DEA) é uma
metodologia com base em programação matemática, que tem como objetivo medir
Unidades Tomadoras de Decisão), que consomem múltiplos
(insumos, recursos) para produzir múltiplos
(produtos).
Os problemas de programação linear otimizam cada observação individual
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
47
unidades, sem que haja necessidade de conhecer a função de produção empregada.
Existem dois modelos clássicos em DEA: CCR (também conhecido por CRS
ou
) proposto por Charnes et al. (1978) e BCC (também conhecido por VRS ou
) proposto por Banker et al. (1984). No
modelo CCR qualquer variação nos
produz variação proporcional nos
considerando-se retornos constantes de escala. Já o modelo BCC não assume proporcionalidade entre
e
, permitindo retornos variáveis de escala.
que objetiva produzir a mesma quantidade de produtos minimizando a utilização dos recursos. Por outro lado, a orientação a
visa maximizar a produção mantendo
constante a quantidade de recursos consumidos.
O modelo BCC, a ser empregado neste estudo, admite que a produtividade máxima
varie em função da escala de produção. Um aumento equiproporcional de
pode gerar
um aumento de
proporcionalmente menor, nesse caso a DMU estaria em uma região de retornos decrescentes de escala. Caso o aumento dos
seja proporcionalmente maior ao aumento dos
, diz-se que a unidade avaliada está em região de retornos
crescentes de escala. O modelo dos multiplicadores do BCC é apresentado na equação (1):
(1)
em que e ur são os multiplicadores de
e
, respectivamente; e são os
u* é a variável de escala.
,
,e
da DMU ,
;
48
Transporte em Transformação XV
de unidades com modelos de desempenho, com o qual a organização pode se comparar, com o objetivo de melhorar a sua
.
Em DEA, cada DMU escolhe seu próprio conjunto de multiplicadores, de
a estrutura benevolente do método e reduzindo sua capacidade discriminatória. Segundo Leta et al. (2005), por determinação empírica, o empate das unidades produtivas acontece principalmente quando o número de DMU’s não é muito grande
em comparação com o número total de
e
. Ao longo dos anos, têm-se
desenvolvido diferentes modelos com o objetivo de melhorar a discriminação em
DEA. (Angulo-Meza e Lins, 2002)
3. Fronteira Invertida
A Fronteira Invertida pode ser vista como uma avaliação pessimista das
DMU’s e seu conceito foi introduzido por Yamada et al. (1994) e Entani et al.
DMU construindo uma fronteira constituída pelas unidades com as piores práticas
Como método de aumento de discriminação, seu uso é feito por Angulo-Meza
vertida. A Figura 1 mostra as duas fronteiras, a clássica e a invertida, para o caso
DEA BCC.
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
49
Figura 1: Fronteira DEA BCC clássica e invertida.
Tal como foi mencionado, a avaliação da fronteira invertida pode ser empregada como uma forma de contornar o problema da baixa discriminação em DEA
RES DE MELLO, 2008), conforme descrito em (2), que é a média aritmética entre
basta dividir todos os valores pelo maior índice calculado. Assim, para uma DMU
padrão e não ter bom desempenho na fronteira invertida. Isto implica que a DMU
seja boa naquelas características em que tem bom desempenho e não seja tão ruim
naquelas em que seu desempenho não é dos melhores.
(2)
2
50
Transporte em Transformação XV
4. Programa de Concessões de Rodovias
O Programa de Concessões de Rodovias Federais se iniciou em 1995, com a
licitação de 5 (cinco) trechos, que totalizavam 858,6 km, previamente pedagiados
pelo Ministério dos Transportes. Em 1997 e 1998, foram incluídas rodovias que
estavam em obras de duplicação e excluídos trechos atendidos pelos programas de
restauração e ampliação de capacidade. (ANTT, 2010)
Em 1996, foi promulgada a Lei das Delegações que permitiu que Estados e
Municípios solicitassem a delegação de trechos de rodovias federais para inclusão
em seus Programas de Concessão. Segundo a Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT), neste processo foram transferidos para o estado do Rio Grande do
Sul 983,5 km de rodovias federais que foram concedidas integradas a 674,3 km de
rodovias estaduais. Já no estado do Paraná foram transferidos 1.769,8 km de rodovias federais, que integradas a 581,3 km de rodovias estaduais, estão sob concessão.
rodovias. (ANTT, 2010)
Em 2007, foram leiloados os 7 (sete) lotes de rodovias que compõem a Segunda Etapa – Fase I totalizando 2.600,80 km de rodovias. As empresas vencedoras
dos leilões apresentaram a menor tarifa de pedágio a partir da tarifa-teto estipulada
no edital. (ANTT, 2010)
Em 2009 foram leiloados mais 4 (quatro) trechos que compõem a Segunda
Etapa – Fase II de concessões. Todos os trechos estão em um único lote que abrange 680,6 km de rodovias. Foram usadas as mesmas regras da licitação anterior.
(ANTT, 2010)
Atualmente existem 14 (quatorze) concessões administradas pela ANTT totalizando 4.763,8 Km, das quais 7 (sete) referem à Segunda Etapa – Fase I e 1 (uma)
referente à Segunda Etapa – Fase II. (ANTT, 2010)
Com as concessões, as atividades do Estado na área de transporte foram descentralizadas, transferindo à iniciativa privada a responsabilidade pela prestação de
determinados serviços que, apesar de serem essenciais à sociedade, não precisariam
necessariamente ser oferecidos pelo poder público.
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
51
Ao adquirir o direito de explorar determinado trecho rodoviário, as concessionárias têm até 6 (seis) meses para eliminar os problemas emergenciais e dotar a
período, inicia-se a etapas de Recuperação da rodovia, junto com a cobrança de
pedágio e a Manutenção dos trechos concedidos. Durante todo o período da concessão, a empresa responsável também deverá prestar os serviços de Manutenção,
Melhoramentos e Operação da rodovia. (ANTT, 2010)
Para acompanhar os investimentos e a operação das concessionárias, a ANTT
nanceiros e operacionais a respeito das rodovias em concessão. Neste artigo, foi
utilizado o Relatório referente ao ano de 2008, por ser o mais recente na ocasião,
que pode ser obtido em http://www.antt.gov.br/.
As concessionárias Autopista Planalto Sul, Autopista Litoral Sul, Autopista
Régis Bittencourt, Autopista Fernão Dias, Autopista Fluminense, Transbrasiliana,
Rodovia do Aço e Via Bahia não foram incluídas no estudo, pois não apresentaram
parte da primeira etapa do programa de concessões, destacadas na tabela 1:
Tabela 1: Informações das Concessionárias Avaliadas
Concessionária
Rodovia
Trecho
Ex tensão
NOVA DUTRA
PONTE
CONCER
BR-116/RJ-SP
BR-101/RJ
BR-040/MG-RJ
402,0
13,2
179,9
CRT
BR-116/RJ
CONCEPA
BR-290/RS
Rio de Janeiro - São Paulo
Ponte Rio-Niterói
Rio de Janeiro - Juiz de Fora
Rio de Janeiro- Teresópolis Além Paraíba
Osório -Por to Alegre
ECOSUL
BR-116/293/392/RS
Pólo de Pelotas
623,8
142,5
121,0
NOVA DUTRA – A Rodovia Presidente Dutra liga as duas regiões metropolitanas mais importantes do País: Rio de Janeiro e São Paulo. Atravessa uma região
altamente desenvolvida, que responde por 50% do PIB brasileiro. (NOVA DUTRA,
2010)
52
Transporte em Transformação XV
PONTE S.A. – A Ponte Rio-Niterói, é uma das maiores pontes do mundo,
com seus 13 quilômetros de extensão e até 72 metros de altura no trecho do vão
central. É a principal ligação da capital com Niterói e o interior do Estado do Rio de
Janeiro, sobretudo o pólo turístico da Região dos Lagos, também conhecida como
a Costa do Sol. A Ponte Rio-Niterói foi escolhida para iniciar o Programa Nacional
de Concessões de Rodovias. (PONTE, 2010)
CONCER – A Concer iniciou suas atividades em 1º de março de 1996, outorgada pelo Programa Federal de Concessões Rodoviárias. A Concer é composta por
quatro empresas acionistas: Triunfo Participações e Investimentos S.A., Construcap
CCPS Engenharia e Comércio S.A., Construtora Metropolitana S.A. e C.C.I. Concessões S.A. (CONCEPA,2010)
CRT – Apesar de conhecida como Rio-Teresópolis, a rodovia corta importantes municípios, desde a Baixada Fluminense, como Duque de Caxias e Magé,
pimirim e Teresópolis, até alcançar os municípios de São José do Vale do Rio Preto
e Sapucaia, na fronteira com Além-Paraíba em Minas Gerais. (CRT, 2010)
CONCEPA – Primeira concessão rodoviária federal do Rio Grande do Sul,
com uma área de concessão corresponde a 3.928 km², onde vivem, aproximadamente, 2,1 milhões de habitantes, segundo dados do Instituto Brasileiro de Geoa Rodovia BR 290 atravessa seis municípios (Osório, Santo Antonio da Patrulha,
Glorinha, Gravataí, Cachoeirinha e Porto Alegre), no segundo trecho, já coincidente com a BR 116 e conhecido como Travessia Getúlio Vargas, passa por Porto Alegre e Eldorado do Sul, e no último trecho, recentemente incorporado, sendo apenas
a BR 116, corta Eldorado do Sul e Guaíba, atendendo, portanto, oito municípios e
tornando-se um dos principais corredores de ligação com o Mercosul, em especial
com o Uruguai e a Argentina. (CONCEPA, 2010)
ECOSUL – A Ecosul administra a maior malha rodoviária do Brasil. A concessão reúne cinco trechos vitais para as economias regional e nacional, sendo o
maior deles o “corredor do Mercosul” (BR 116). Quase metade dos 6,5 milhões
de veículos que trafega anualmente pelas rodovias administradas pela Ecosul é de
carga, com destino ao porto do Rio Grande. Além disto, a Ecosul é o principal acesso para turistas uruguaios e argentinos em direção ao litoral brasileiro. (ECOSUL,
2010)
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
53
5. Modelagem e Caracterização do Problema
ículos e com maior desgaste do pavimento. Conseqüentemente, são estradas que
necessitam de um grande volume de investimentos em manutenção e atendimento
ao usuário por parte da empresa concessionária. Além disso, o crescimento econôparte das cargas é deslocada por estradas). Por outro lado, a expansão da renda e
automóveis e ônibus nas estradas.
Neste estudo, cada concessionária individualmente foi considerada uma
DMU. A avaliação das concessionárias foi realizada a partir da obtenção de um
objetivo a atingir.
Conforme destacado anteriormente, as concessionárias de rodovias são responsáveis pela manutenção dos trechos e por serviços de atendimento ao usuário.
Para a operacionalização destes serviços, a empresa necessita de bens de capital,
considerados como o primeiro
. Neste caso, são os veículos disponíveis para
atendimento (socorro mecânico, socorro acidentes, apreensão de animais, entre outros) e para manutenção das estradas. O outro
está relacionado às pessoas
empregadas nesta operação, incluindo desde atendentes de pedágio até médicos
para socorro em acidentes.
Como
do modelo, “produtos” das concessionárias, temos o volume
de veículos pedagiados anualmente nas rodovias e total de atendimentos realizados
e o atendimento adequado ao cliente. Vale destacar que o estudo não inclui como
variável o tamanho, em km, das rodovias por considerar que o total de atendimentos
e volume de veículos independe do tamanho da rodovia, e por isso, os resultados
não seriam afetados.
O estudo visa avaliar o desempenho das concessionárias no que se refere a
sua gestão operacional e por isso foi utilizada a orientação a
. Assim, serão melhor avaliadas as empresas que conseguem garantir o atendimento aos seus usuários
54
Transporte em Transformação XV
do quadro funcional.
da empresa. Isso porque o modelo considera como
culos na rodovia maior a receita da concessionária) quanto o total de atendimentos
realizados ao usuário (que indica a visão do órgão regulador). Lins et al (2007) avaliaram também sob estes dois pontos de vista concessionárias de energia elétrica.
O modelo DEA escolhido para esta análise foi o modelo BCC, que avalia
retornos variáveis de escala, presentes no grupo de dados em avaliação. A fronteira
invertida fornece uma avaliação pessimista das unidades, pois não permite que haja
especialização.
6. Resultados
O modelo DEA-BCC clássico foi aplicado às 6 (seis) DMU`s que representam
as concessionárias de rodovias da primeira etapa do Programa de Concessões de Rodovias Federais. Os dados utilizados na avaliação estão dispostos na tabela 2.
Tabela 2: Dados das Concessionárias utilizados no estudo
DMUS
Total de
funcionários
Total de
veículos
Volume anual de
carros
Número total de
atendimentos
NOVA DUTRA
1070
122
131.910.880
341.365
PONTE
234
17
28.094.945
93.666
CONCER
393
50
22.454.239
68.866
CRT
245
26
14.712.311
30.055
CONCEPA
279
31
26.433.198
37.096
ECOSUL
288
20
13.785.016
28.825
dadas, foi utilizado o
SIAD, de Angulo Meza et al. (2005). Em seguida, foi
aplicada a fronteira invertida, com a utilização do mesmo
. Os resultados da
composta calculada para cada empresa concessionária, estão apresentados na tabela 3.
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
55
Tabela 3:
DMU
Eficiência BCC
Clássica
Eficiência
Invertida
Eficiência
Composta
Eficiência Composta
Normalizada
NOVA DUTRA
1,00
1,00
0,50
0,69
PONTE
1,00
0,55
0,73
1,00
CONCER
0,59
1,00
0,30
0,41
CRT
0,96
1,00
0,48
0,66
CONCEPA
0,85
1,00
0,42
0,58
ECOSUL
0,88
1,00
0,44
0,60
Como o problema em questão apresenta um número reduzido de DMU’s em
relação ao total de
e
modelo DEA-BCC: Nova Dutra e Ponte S.A., não havendo como fazer distinção
entre elas. Para aumentar a discriminação entre as unidades, aplicou-se a fronteira
No início do ano de 2008, a concessionária da Ponte Rio-Niterói promoveu
melhorias na estrutura e a instalação de acostamentos nas pistas de subida do vão
central da Ponte Rio-Niterói. Foram construídos dois refúgios, cada um com 80 metros de comprimento e 4,5 metros de largura. Nesses refúgios, foram posicionadas
viaturas de atendimento ao usuário, para socorro. Essas bases operacionais permitiram a redução do tempo de atendimento através da melhor utilização dos recursos,
especialmente dos bens de capital usados para este atendimento. O menor tempo de
Por outro lado, a Nova Dutra manteve-se em segundo lugar considerando-se o cálter provocado um aumento na estrutura para prestação de serviços, mas também um
serviço.
56
Transporte em Transformação XV
alvo a ser atingido por essas concessionárias. Todas elas tiveram a Ponte S.A. como
para sua operação.
Para atingir este alvo, a Concer deve buscar um melhor gerenciamento de
seu pessoal (deve-se buscar uma redução de 40,5% do quadro atual) e redução dos
bens de capital em 65,9%. Para a CRT, o quantitativo de pessoal deve ser melhor
administrado no sentido de reduzir em 4,3%. Em relação aos bens de capital, usados
tanto pra a manutenção da via quanto para atendimento ao usuário, a concessionária
da Rio-Teresópolis deve reduzir 33,3%.
Já no caso da Concepa a redução em relação ao pessoal deve ser de 15,4% e
reduzir seu pessoal em 18,5% e seus bens de capital em 12,5%.
mensionamento dos equipamentos necessários ao atendimento dos usuários, garantindo uma melhoria no rendimento. O mesmo pode ocorrer na gestão de pessoas.
7. Conclusão
vias federais reguladas pela ANTT. Devido a falta de informações, só foi possível
de Concessões Rodoviárias, reduzindo assim o número de DMU’s para o modelo
DEA. Em relação aos dados disponíveis, os relatórios não apresentam padronização
permitiu que o estudo considerasse estas diferenças.
Quanto aos resultados encontrados, a Ponte S.A. foi considerada a única con10% da quilometragem das demais rodovias estudadas, o que não foi considerado
no modelo. Esta via é utilizada diariamente por residentes de Niterói que trabalham
e estudam no Rio de Janeiro, e vice-versa, sendo um trecho de grande circulação ao
longo de todo o dia. Além disso, é uma das principais ligações entre a cidade do Rio
de Janeiro e a Região dos Lagos, pólo turístico do estado.
Aplicação da Análise Envoltória de Dados na Avaliação da
57
Espera-se que nos próximos anos, as demais concessionárias envolvidas no
Programa de Concessão emitam relatórios anuais que permitam um estudo mais
amplo, com maior quantidade de DMU’s para o modelo DEA. Além disso, as rodovias estaduais concessionadas também poderiam ser incluídas no estudo permitindo
um estudo ainda mais amplo. Outra abordagem possível seria avaliar o desenvolvimento de cada concessionária comparando os dados disponibilizados em uma série
de relatórios anuais.
O presente estudo foi realizado apenas com dados disponibilizados pela
ANTT, que não levam em consideração a opinião dos usuários quanto à qualidade
dos serviços prestados. Para incluir essa informação, seria possível utilizar uma
abordagem semelhante à utilizada por Cybis et al. (2006).
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Juliana Quintanilha da Silveira([email protected])
Guilherme Henrique Ismael de Azevedo ([email protected])
João Carlos Correia Baptista Soares de Mello ([email protected])
Departamento de Engenharia de Produção,
Escola de Engenharia de da Universidade Federal Fluminense
Rua Passo da Pátria, 156, São Domingos, Niterói, RJ, Brasil
Entendendo a Rede de Atores
de um Projeto de Transporte
Urbano: Caso do VLT de
Brasília
3
Resumo
O objetivo deste artigo é investigar, com o auxilio da abordagem de redes sociais, os atores principais para a transação de informações sobre o projeto do Veículo Leve sobre Trilho (VLT) de Brasília dentre os possíveis
do projeto.
Assim, foi perguntado a cada
atores que participam de discussões sobre o projeto do VLT que lhe passam informações importantes. Os resultados mostram, dentro dos critérios pré-estabelecidos
formação na rede e que, também por ser esta rede pouco densa, muitos atores têm
apenas uma fonte de informação.
62
Transporte em Transformação XV
Abstract
This paper aims to investigate the main actors for the transaction of information about the project on Light Rail Vehicle (LRV) in Brasilia, obtained among the
potential project stakeholders, using the social network approach. Thus, each stakein debates about the LVR project that pass important information. According to
predetermined criteria in the search, the results show that only two actors are really
one source of information, as a result of the sparse network.
1. Introdução
Os obstáculos para implantação dos programas governamentais estabelecidos no desenho das políticas públicas têm natureza variada, devido a administração pública não funcionar como um mecanismo operativo perfeito que garantiria
padrão diferente onde prevalece a troca, a negociação a barganha, o dissenso e a
contradição entre os atores envolvidos no processo. Existe um ambiente onde o
poder de decisão sobre a implantação de uma política não está restrito a um agente
e sim imerso em redes, formadas por pessoas e organizações e onde há um grande
A ação de atores externos à esfera estatal que, mesmo com a falta de autoridagurar que os seus interesses sejam levados em conta, o que proporciona um cenário
onde existem muitos atores com preferências, informações e estratégias distintas
(Klijn, 1998), e esse conjunto de atores formam as redes por onde se mobilizam os
recursos que subsidiam a tomada de decisão quanto à implantação de uma determide interesses que representam, bem como por meio das relações que estabelecem
entre si, as quais podem acontecer ou sob a forma de alianças, quando seus objetivos, interesses e aspirações são complementares ou idênticos, ou sob a forma de
Assim conhecer tanto os atores como também a estrutura desses relacionamentos é importante para o entendimento do processo de implantação de uma polí-
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
63
tica pública, que no caso a ser estudado é um projeto de transporte urbano. O questionamento central da pesquisa é sobre como os atores que estarão potencialmente
envolvidos no projeto são informados do mesmo para que possam criar juízo e
se relacionam através de uma estrutura de rede (uma rede social) e a informação
cação desses atores chaves e quais relações eles mantém na rede social.
O artigo está dividido em 7 seções. Após essa introdução é apresentado o
método da pesquisa, na terceira seção é apresentado o conceito de stakeholders
Sociais, na quinta seção é descrito sucintamente o projeto de transporte a ser estudastakeholders, dos atores chaves e da estrutura da rede de informação do projeto,
2. Método da Pesquisa
Para atingir o objetivo do trabalho foram realizadas: pesquisa indireta, observação direta intensiva e observação direta. As etapas são apresentadas esquematicamente na Figura 1.
Figura 1: Etapas da metodologia utilizada
64
Transporte em Transformação XV
pelo projeto, e portanto, preliminarmente, quem tem maior interesse (favorável
ou contrário) no projeto. Continuando na fase da pesquisa em literatura, os estudos
sobre análise de rede social subsidiaram o entendimento da estrutura reticular em
que os atores estão submetidos, o caminho que a informação percorre para chegar
a estes atores e o papel de cada ator nessa rede. Esta primeira etapa da pesquisa foi
encerrada com uma pesquisa em sítios do governo do Distrito Federal e na imprenPosteriormente foi realizado de um
na academia com alunos,
do projeto, além dos pré-determinados, devido a suas responsabilidades regulamentares, tais como os Órgãos
Fiscalizadores (ambiental, de contas e contratos etc.) e gestores. Inicialmente foi
ser um
em seguida ocorreu o
com a seguinte orientação aos participantes deveriam ser citados stakeholders coletivos. Caso a citação
fosse nominal de pessoa, seria considerada a organização a qual ela pertence, com
pois em algumas organizações o acesso para aplicar o questionário se limitou a um
assessor que fora incumbido em atender o pesquisador
A terceira etapa está relacionada à confecção e aplicação do questionário a
ser respondido pelos
. Ela foi dividida em duas fases: na primeira, elaborou-se um questionário com apenas uma pergunta que solicitava ao respondente
que indicasse pessoas que participam de discussões sobre o projeto do VLT que lhe
passam informações importantes. A segunda foi a submissão do questionário aos
da etapa anterior.
Como alguns
citados no
eram formados por uma
gama de organizações e indivíduos, tais como: mídia, academia, usuário etc., os
dos citados. Foram entrevistados: da mídia um âncora de programa jornalístico; dos
usuários, um representante do movimento do passe estudantil livre e da academia,
um professor da Universidade de Brasília.
Com os questionários respondidos, utilizou-se o software livre UCINET 6.0
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
65
utilizadas na última etapa, a análise dos resultados, para responder aos propósitos
deste trabalho.
3. Stakeholders (Grupos de Interesse)
Desde a obra seminal de Freeman (1984), diversos autores vêm buscando
contribuir para a constituição de um corpo teórico que permita entender as organizações, não apenas a partir do ponto de vista dos proprietários ou acionistas controladores (shareholders), como também dos inúmeros atores que, direta ou indiretamente, são impactados por suas atividades (Almeida
, 2000).
O conceito de
eman (1984) “
s adotado neste trabalho é o formulado por Fre-
”, conceito utilizado por Varvasovszky
e Brugha (2000), em estudos de política sanitária, e por Buanes
(2004), no
gerenciamento de recursos naturais.
cação dos potenciais
de uma organização ou um projeto: 1)
, Almeida
(2000) e Krick
(2006); 2) indicação por especialistas,
Brugha e Varvasovszky (2000) e Morais
(2007); 3) formulação de lista para
ser colocada à disposição de especialistas para críticas Pouloudi e Whitley (1997) e
também autores que citam as três alternativas como Jepsen e Eskerod (2008).
Mayers (2005) apresenta, além das técnicas citadas acima, outras formas de
riscos, o que reforça as vantagens da utilização de mais de uma abordagem para
minimizar os riscos de se omitir atores importantes. O autor apresenta algumas
com conhecimentos do sistema (especialistas): Quem já trabalha no sistema
questões tratadas no projeto de transporte.
66
Transporte em Transformação XV
mentais e privadas e seus funcionários ligadas ao setor em estudo, muitas
vezes têm registros sobre reivindicações, reclamações de pessoas que assistiram a reuniões que no caso de projetos de transporte pode estar nas atas de
orais ou escritos de grandes eventos), como também ONGs e acadêmicos
podem revelar em pesquisas e relatórios pessoas e entidades interessadas.
Auto-seleção de participantes: Anúncios feitos em reuniões e na mídia ou
outro meio para disseminar informações podem atrair pessoas interessadas.
projeto os participantes podem indicar nos stakeholders.
Os grupos de interessados podem ser pré-determinado através de requisitos
regulamentares, tais como: O responsável pela elaboração do projeto sua execução
contas e contratos, de segurança, legal etc).
4. Análise de Redes Sociais
A Análise de Redes Sociais (ARS) constitui uma abordagem oriunda da das
ciências sociais (Freeman, 1996) que estuda as ligações relacionais entre atores
sociais, unidades individuais (pessoas) ou unidades sociais coletivas (empresas,
nações, organizações estatais, sindicatos etc.). Trata-se de um “ferramental” em
crescente utilização nos últimos anos na pesquisa em várias áreas do conhecimento
(Borgatti e Foster, 2003) e seu foco não está nos atributos dos atores e sim nos padrões das relações (ligações) entre eles (Wasserman e Faust, 1999). O fator gerador
de uma rede seja social ou organizacional é a relação de interdependência entre os
Uma rede social é constituída por um conjunto de atores (nós) e as relações
(laços ou bordas) entre esses atores (Wasserman & Faust, 1994 e Haythornthwaite,
tes autônomos, unindo idéias e recursos em torno de valores e interesses compartilhados. Para Tomaél e Marteleto (2006) redes sociais referem-se a um conjunto
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
67
de pessoas (ou organizações ou outras entidades sociais) conectadas por relacionamentos sociais, motivados pela amizade e por relações de trabalho ou compartilhamento de informações e, por meio dessas ligações, vão construindo e reconstruindo
pessoas, organizações ou instituições sociais que estão conectadas por algum tipo
de relação.
têm ligações com outros atores, podendo ocorrer um ou mais tipos de relações entre
a rede social: atores e ligações. Os atores em uma rede social podem ser pessoas,
empresas, um autor ou uma agência de serviço público, isto é uma pessoa individualizada ou uma entidade social coletiva. As ligações são canais por onde “escoa”
tangíveis e intangíveis (Haythornthwaite, 1996): laços afetivos, formais, transferênou poder (Katz et al, 2004, Silva, 2003 e Tichy et al, 1979) entre outros.
Dois tipos de ferramentas matemáticas são utilizados para representar as informações sobre os padrões de laços entre os atores sociais: grafos e matrizes (Hanneman e Riddle, 2005 e Haythornthwaite, 1996). Neste estudo, o foco estará na
ferramenta originária da teoria dos grafos para fazer a análise da rede em estudo.
A análise de redes sociais (ARS) é uma técnica interdisciplinar que possibilita
realizar uma análise estrutural cujo objeto é mostrar em que a forma da rede é explicativa dos fenômenos e fundamenta-se na observação de que os atores sociais são
interdependentes e que suas conexões apresentam importantes conseqüências para
cada indivíduo. Assim na ARS são observados os atores sociais, seus papeis e suas
ligações e o que interessa é o posicionamento estrutural de cada ator dentro de um
contexto, sua posição na rede (Marteleto, 2001). A análise de rede social pode ser
desenvolvida sob dois pontos de vista, uma abordagem da estrutura da rede como
um todo ou descendo ao nível dos atores e suas ligações.
68
Transporte em Transformação XV
4.1. Rede como um todo
O foco da análise da rede como um todo é medir os padrões estruturais das
interações e como esses padrões explicam os resultados, como a concentração de
poder ou de outros recursos dentro do grupo descreve os laços que todos os atores
ção, como os limites de uma organização formal, departamento, clube ou grupo de
parentesco (Garton
. Tal abordagem permite uma poderosa descrição e
atividades semelhantes que necessitam de informações semelhantes (Hanneman e
Riddle, 2005).
Um conceito ligado a atributos da rede como um todo é a coesão, que indica
a presença de fortes relações entre os membros da rede e a probabilidade destes
de poderem alcançar às mesmas informações ou recursos. Uma rede é coesa se
apresentar alta conectividade (Haythornthwaite, 1996 e Silva, 2003), quando a rede
quando retirados da rede resultam em outra rede com uma quantidade menor de
nós, são chamados de pontos de cortes (Silva, 2003).
A primeira medida é a densidade da rede que indica o grau em que os membros estão ligados a todos os outros e é calculada como a razão entre o número de
ligações reais com o número de possíveis ligações, a densidade indica o grau de
aproveitamento das relações sociais na rede (Neiva e Brito, 2008). Os atores de
uma rede de alta densidade estão mais em contato com todos os outros membros
da rede do que os atores de uma rede que possui baixa densidade. As informações
em uma de menor densidade (Haythornthwaite, 1996).
Além da coesão do grupo á também os subgrupos coesos, esses subgrupos
serão objeto deste
pelo escasso espaço para a dissertação do trabalho.
4.2. Rede centrada em ego
A abordagem da rede centrada em ego, isto é, análise ao nível dos atores e
suas ligações consiste principalmente em encontrar o papel que esses atores de-
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
69
sempenham na manutenção e expansão da rede. O papel que os atores que será
alvo de análise deste estudo é o de ator central que será medido pela centralidade.
A centralidade representa o quanto um ator está acessível aos demais atores da rede
(Silva, 2003).
Sabe-se que nas estruturas sociais o poder é uma propriedade fundamental e
uma das principais abordagens que a análise de rede social desenvolveu para estudar o poder está estreitamente relacionada com o conceito de centralidade (Hanneman e Riddle, 2005). Portanto, o entendimento desse conceito é de fundamental
importância para este estudo. Gomes
(2003) esclarecem que um ator que pode
comunicar-se com muitos outros de forma direta, ou está próximo ou, ainda, é utilizado como intermediário por muitos atores para atingir outros, é central na rede
onde está inserido. As medidas de centralidades a serem utilizadas neste estudo,
a de grau, a de intermediação, a de proximidade e a de Bonachich, têm as três
primeiras em comum o mesmo elemento estrutural, o percurso geodésico e foram
postuladas por Freeman (1979) e a última conceituada por Bonacich (1972 e 1987):
a) Centralidade de Grau (
): a abordagem dessa centralidade
tralidade de grau mede o nível de comunicação de um ator, a maior capacidade de
comunicar-se diretamente com os outros. Segundo Hanneman e Riddle (2005), os
atores que têm mais vínculos têm mais oportunidades porque possuem mais escolhas de canais de comunicação. Essa autonomia torna-os menos dependentes de
quaisquer outros atores.
b) Centralidade de Intermediação (
): a centralidade de
intermediação se baseia na freqüência com que um nó se insere entre os pares de
outros nós no menor caminho de vias de ligação (geodésico) entre eles, isso dá a
um ator nessa posição a capacidade de mediar os contatos entre outros atores, em
o grupo retendo ou falseando informações na transmissão. Os atores ocupantes
dessas posições são responsáveis pela manutenção da comunicação da rede e é este
c) Centralidade de Proximidade (
): Esta abordagem considera a soma das distâncias geodésicas entre um determinado nó e os restantes,
considerando as distâncias diretas e indiretas. Esta centralidade representa independência, a possibilidade de comunicar com muitos outros, dependendo um número
70
Transporte em Transformação XV
mínimo de intermediários (Gomes
, 2003 e Tomaél e Marteleto, 2006) Segundo
Freeman (1979), a independência de um ator é determinada pela sua proximidade a
todos os outros atores da rede.
d) Centralidade de Bonacich: A idéia básica é que atores centrais que estão
mais próximos de atores com grande centralidade são mais poderosos, ou seja, a
centralidade de Bonacich é também uma medida de hierarquia (Hanneman e Riddle, 2005). Esse fato é devido à diferença de valor existente entre um ator ser citado
por atores de prestígio ou por atores periféricos (Silva 2003).
5. Estudo de Caso (VLT– Brasília)
O projeto do novo sistema de transportes de Brasília, o VLT, está inserido em
dois programas do governo do Distrito Federal, o programa de melhoria dos transportes coletivo à disposição da população e também na revitalização da Avenida
W3 Sul, região da capital federal que foi um importante corredor de comércio nas
três primeiras décadas de Brasília.
O sistema do VLT será composto por duas linhas, o estudo foi feito apenas em
uma das linhas, que ligará o Aeroporto internacional de Brasília ao extremo norte
da cidade, passando quando dentro dela pelas vis W3 Sul e W3 Norte em um total
de 22,6 quilômetros de extensão (Figura 2).
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
71
Figura 2: Traçado da linha objeto do estudo do VLT – Brasília
A implantação desse sistema de VLT espera atender a uma demanda diária de
120.000 passageiros e com isso reduzir em 30% o volume de carros a circular pela
via W3 Sul, que atualmente é de 60.000 carros de passeio e 800 ônibus diariamente.
Há uma previsão de entrada em operação desta linha para atender ao evento da Copa
do Mundo de Futebol em 2014, porém, ocorrem interrupções das obras por diversos
no
realizado – Tribunal de Contas, Ministério Público e IPHAN).
6. Apresentação e Análise dos Resultados
Nesta seção serão apresentados os resultados da pesquisa, a começar pelo
foram elencados quarenta
e oito possíveis. Dentre esses atores, a mídia foi uma das citadas, tendo em consipam uma posição única no processo, e dessa forma, não podem inicialmente serem
, porque não possuem qualquer interesse efetivo no
72
Transporte em Transformação XV
projeto. Contudo, a mídia pode ter um enorme efeito sobre os resultados dos projetos, tanto positivo como negativo, assim ela é um fator importante que deve ser
considerado e que, na prática, dá-lhe o estatuto de um
. Com esse entendimento a mídia foi aceita como um
do projeto objeto de estudado.
Dos quarenta e oito possíveis stakeholders, 22 responderam ao questionário
e, esses por sua vez, indicaram atores como seus informantes, alguns coincidentes
com a lista de stakeholders previamente elencados no
. Vale ressaltar
que esses atores que responderam ao questionário não tiveram acesso a essa lista,
nem antes nem após suas respostas. Também atores que não constavam da lista foram citados. Assim totalizou-se 37 atores que foram utilizados na análise da rede de
informação do VLT de Brasília (tabela 1).
Tabela 1: Lista de Atores utilizados na análise da rede
de informação do VLT de Brasília
Atores
Sigla
Atores
Sigla
Órgão Gestor de Transpor te
DFT
Ministério Público DF
MPD
Sec. Desenvolvimento Urbano e Meio
Ambiente / DF
SED
Instituto Brasília Ambiental
IBR
Mídia
MID
Sindicato dos Metroviários
MTV
IPHAN
IPH
CONFEA
COF
Secretaria de Transpor tes / DF
SET
Líder Comunitário local
PFQ
Tribunal de Contas do Distrito Federal
TCD
Usuários
USU
DETRAN / DF
DET
Brasíliatur
BST
CREA / DF
CREA
Sindicato dos ta xistas
STX
Operador de ônibus
EMO
Sindicato dos Rodoviários
ROD
Comunidade Acadêmica
ACD
Associação Brasileira de Agências de
Viagens
ABV
FECOMÉRCIO
FEC
Confederação dos Metroviários
CFM
Administradora de Brasília
ADB
Deputado Distrital
DED
Empresa de Consultoria em Transpor tes COS
Deputado Federal
DEF
Fabricante de VLT
FAB
Senador da República
SND
Companhia do Metrô do DF
MET
ONG para o Desenvolvimento do Turismo
ONT
Ministério Público da União
MPU
Sindicato da Contrução Civil do DF
SIN
Sindicato dos Engenheiros do DF
SEG
Ministério do Transpor tes
MTF
Secretaria de Obras / DF
SEO
Secretaria de Turismo / DF
STU
Gabinete do Governador do DF
GDF
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
73
A partir dos atores da tabela 1 e suas conexões, o estudo utilizou o programa
UCINET 6.0 para o desenho da rede pesquisada, suas características estruturais,
informação. O mapa da rede (sociograma) de informação entre os
do
observada como um todo e posteriormente, foi realizada a análise centrada em ego.
Figura 3: Sociograma da rede de Informação do
Projeto do VLT de Brasília
A rede em estudo apresentou densidade de 0,039, isto é, 3,9% de conectividade, 52 laços de um total possível de 1332 ligações. Essa baixa densidade (inferior
a grande parte dos atores possuírem apenas uma fonte de informação. Doze atores
MET, MTV, PFQ, TCD, MPD, ONT, ABV e BST, o stakeholders mídia (MID) é o
mais representativo, pois sua remoção acarreta a saída de dez outros atores da rede
74
Transporte em Transformação XV
Figura 4: Sociograma da remoção do ator MID
as centralidades, em um total de quatro (grau, intermediação, proximidade e Bonacich), os resultados das centralidades médias e desvio padrão foram: a de grau de
7,81 e 6,95; a de intermediação de 33, 6 e 6,53; a de proximidade de 5,99 e 11,52 e
de Bonacich de 18,34 e 14,29. O critério utilizado no estudo para escolher os atores
de alta centralidade foi quem possuía centralidade superior a soma da média mais
um desvio padrão, resultando na tabela 2.
Tabela 2: Atores centrais importantes conforme critério
Grau
Intermediação
Proximidade
Bonacich
SET
MID
MET
PQF
SET
MID
PQF
SET
MID
PQF
SET
MID
PQF
Entendendo a Rede de Atores de um Projeto de
Transporte Urbano: Caso do VLT de Brasília
75
Centralidade de grau, que mede a maior capacidade de um ator comunicar-se
diretamente com os outros e assim possuir maiores oportunidades de escolhas de
canais de comunicação, indicou os atores SET, MET, MID e PFQ como aqueles
que possuem maiores valores:os dois primeiros são agentes governamentais responsáveis pela gestão do projeto, portanto, fonte primária de informação; os outros
dois são atores não governamentais, um ator de difusão de informações inerente a
natureza de sua atividade o outro representante da população moradora da região
onde o projeto será implantado, teoricamente, quem tem maiores expectativas sobre
a atividade.
Centralidade de intermediação indica, no estudo, que uma pessoa em tal posipantes dessas posições são responsáveis pela manutenção da comunicação da rede.
Neste estudo, destacaram-se os atores SET, MID e PFQ, com altas centralidades de
intermediação. No caso da centralidade de proximidade, destacaram-se os atores
SET, MID e PFQ. Os resultados da Centralidade de Bonacich. também apontou os
atores SET, MID e PFQ como os mais centrais. Assim conclui-se que os atores
MID e SET, que aparecem nas quatro categorias de centralidade, possuem maiores
O
PFQ, apesar de apresentar valores de centralidades acima do
critério estabelecido para determinar quem possuía alta centralidade, é indicado
mante de apenas um ator, no caso, o MTV, que por sua vez não foi citado como
fonte de informação de nenhum ator. Assim o
PFQ não pode ser congrande atuação como repassador de informação.
7. Considerações Finais
implantado na capital federal. Os resultados da pesquisa mostram que do universo de quarenta e oito atores previamente escolhidos como possíveis
(Secretaria de Transportes do Distrito Federal). Esses resultados podem ser explicados pelo grande número de atores que possuem apenas uma fonte de informação
76
Transporte em Transformação XV
e também pelo fato de alguns atores repassarem informação para um único ator,
como pode ser observado no sociograma. No grupo completo, há muitos atores com
apenas um laço de emissão e/ou recepção.
O fato de muitos atores terem apenas uma fonte de informação também explica a baixa conectividade da rede, assim, há muita oportunidade para que novos
canais de comunicação sejam abertos para serem explorados pelos gestores do projeto. O
focada nos atores quanto na análise da rede como um todo, pois ele se mostrou
um
saída deixaria a rede original com apenas 26 nós e outros dez sem transacionar
informação com estes. Assim, muitos atores recebem informações somente da mídia, o que empobrece o curso de informações na rede social. Alguns respondentes
conhecimento de quem participava das discussões sobre o projeto. Desconhecer os
participantes da discussão do projeto é um sinal do limitado repasse de informações
na rede social. Esse desconhecimento já mostra que a rede é limitada.
A limitação da pesquisa está no fato das respostas em algumas organizações,
serem dadas por assessores e não pelo titular, o que pode ter contribuído para a
diminuição da quantidade de pessoas citadas, o que acarreta uma diminuição na
da rede. Estudos futuros poderiam aprofundar para saber a freqüência de contato
entre estes
e se os contatos são institucionais ou sociais e assim poder
ter um desenho da rede social desses
com outros recursos que
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Artur Carlos de Morais - [email protected]
Elaine Rabelo Neiva - [email protected]
Joaquim José Guilherme de Aragão - [email protected]
Análise Comparativa da Eficiência
Energética entre os Ciclos de Vida do
Gás Natural Veicular Comprimido e
da Energia Termelétrica a Gás para
uso final em Automóveis Leves
4
1
Resumo
Este artigo compara duas fontes de energia para uso veicular, considerando a
energética e consumo de energia. O procedimento utilizado é fundamentado na
ferramenta Análise de Ciclo de Vida (ACV) e resulta numa abordagem conhecida
como “
”. Sua aplicação compara o inventário de ciclo de vida do gás
bustão interna de ciclo Otto (ICV1) e o inventário de ciclo de vida da energia elétribateria (ICV2). O resultado desta análise indica que enquanto o ICV1 apresenta uma
80
Transporte em Transformação XV
2
). No ICV1, para promover o deslocamento de 1,5
1
passageiros ao longo de 1.000km, é necessário o consumo de 2.196,4 MJ, enquanto
consome
no ICV2
1
247% mais energia do que o ICV2 para efetuar o mesmo trabalho). Estes números
mostram que em termos de uso da energia, ICV2 é melhor do que o ICV1, mais usual
no Brasil e no mundo, indicando a possibilidade de melhoria na aplicação do gás
natural em transportes.
Abstract
This article compares two power sources for vehicular use considering the
sis, based on Life Cycle Assessment (LCA), is applied in the comparison between the
life cycle inventory of the compressed natural gas used in vehicles with internal combustion engines of the Otto cycle (LCI1) and life cycle inventory of the electricity pro(ICV2). The analyses indicates that while LCI1
). In
the LCI2
1
LCI1, to promote the displacement of 1,5 passengers 1.000km away, is necessary to
spend 2.196,4 MJ, while in LCI2 it must be consumed 633,5 MJ, (what means 247%
better in terms of energy consumption). Those numbers show clearly that in terms
of energy use, LCI2 is better than LCI1, indicating a possibility of change in order to
practice a better use to natural gas application in transportation.
1. Introdução
O consumo de energia no setor de transportes no Brasil aumentou 23,6% entre 2000 e 2007 (BEN, 2008), período no qual a participação do gás natural comprimido (GNC) no consumo de energia aumentou de 0,6% (2000) para 4,3% (2007).
O uso do gás natural comprimido em automóveis é uma prática comum em países
como Itália, China, EUA, Argentina, Alemanha, Irã, Índia e Brasil (GNV, 2010).
No Brasil, existem 1.640.000 automóveis (GNV, 2010) com motores de combustão
interna (VCI) adaptados para GNC. No entanto, a introdução dos veículos elétricos
-
81
a bateria
(VEB) no mercado automotivo e o fato do gás natural constituir
uma fonte primária de energia que pode ser transformada em eletricidade nas usinas
fontes de energia, o uso de GN em usinas termelétricas para a produção de energia
sumo de energia do que o uso de gás natural comprimido em veículos com motores
de combustão interna (MCI), prática atual no Brasil e no mundo.”
Após esta introdução o trabalho apresenta sucintamente o procedimento a ser
-
2. Metodologia e Definições
A Figura 1 apresenta o procedimento adotado para a comparação entre o ICV1
e o ICV2 (D´Agosto e Ribeiro, 2009).
Figura1: Estrutura do procedimento
82
Transporte em Transformação XV
energéticas (mínimas, médias e máximas) para cada modelo de ciclo de vida (em
ciência energética utilizado neste trabalho pode ser compreendido através da Figura
A “energia na saída” do processo é calculada através da equação (1).
Figura 2: Fluxos de energia em processo(s) ou estágio do ciclo de vida
(1)
(2)
clo de vida, estabelecendo-se uma contribuição ao trabalho de D´Agosto e Ribeiro
(2009) por meio de um mecanismo para o cálculo dos consumos energéticos dos
estágios dos ICVs na base funcional, além de enriquecer a análise no contexto do
uso da energia nos ICVs envolvidos.
-
83
3. Aplicação do Procedimento de Análise de Inventários
de Ciclos de Vida
A seguir, apresenta-se a aplicação do procedimento tendo como base a Figura 1.
3.1 Fase 1: Objetivo e definição do escopo
gética entre ICV1 e ICV2, tendo como função o deslocamento de passageiros. A
unidade funcional escolhida para a elaboração da matriz de consumo energético foi
valores percentuais.
Para caracterizar as alternativas de ciclo de vida em análise foram escolhidos
dois pares de fontes de energia (FE) e sistema de propulsão (SP) (Tabela 1). No
a cadeia de suprimentos de GNC para seu maior produtor e consumidor nacional:
o estado do Rio de Janeiro. Em 2008, o Rio de Janeiro foi responsável por 40,58%
do gás natural nacional produzido (ANP, 2010) e por 42,5% do gás consumido
neste estado localizadas em subsolo marinho (
) (ANP, 2010), assim como
suprimentos conduz à abrangência tecnológica onde serão consideradas a exploraabastecimento de VCIs nos postos de combustíveis situados no município do Rio
de Janeiro. O estado também possui a maior frota de veículos leves adaptados para
GNC do Brasil (732.013 unidades), com 40% do total (GNV, 2010). A abrangência
carioca de veículos leves existente, que considera motores alternativos de combustão interna de ignição por centelhamento e quatro tempos - ciclo Otto (D´Agosto e
Ribeiro, 2007, 2009). Foram considerados também aspectos técnicos (autonomia,
velocidade máxima, potência do motor, peso, entre outros) que se aproximem da
lhante.
84
Transporte em Transformação XV
bém na exploração e produção de gás natural na Bacia de Campos. As etapas de exploração, produção, transferência, processamento, transporte e distribuição de GN são as
mesmas do ciclo (GNC, VCI), com a diferença que o gás processado passa a ser destinado para termelétricas a gás localizadas no estado do Rio de Janeiro. Em 2008, 66% do
gás natural consumido no estado do Rio de Janeiro destinou-se a geração e cogeração de
energia elétrica do país (ABEGAS, 2009). As quatro termelétricas mais potentes do país
utilizam o gás natural como combustível e estão localizadas no RJ, constituindo assim
o maior parque de geração de energia elétrica a partir de termelétricas a GN do país. A
energia elétrica produzida é transportada em alta tensão e distribuída para a rede elétrica
presente, pois a tecnologia do VEB passa por um momento histórico que favorece seu
desenvolvimento, fazendo com que qualquer passado recente possa representar tecnoser passível de comparações com o veículo equipado com motor de combustão interna
escolhido para a alternativa de ciclo de vida (GNC,VCI).
ções técnicas de oito modelos de veículos populares utilizados no Rio de Janeiro.
As médias de potência, peso, autonomia, velocidade máxima podem ser encontradas da Tabela 1. Determinou-se o rendimento de 12km/m3 em tráfego urbano para
o VCI por meio de pesquisa feita no Rio de Janeiro (Hill, 2010).
Tabela 1: Caracterização das alternativas.
Fonte de Energia(FE)
Sistema de Propulsão (SP)
Alternativas
Nome
Nome
(FE,SP)
Iniciais Caracterização
Gás natural
GNC
comprimido
Gás natural associado
ao petróleo, processado e comprimido
Veículo com
motor de
combustão
interna (1)
Energia
elétrica
Eletricidade produzida
em termelétricas de
ciclo-combinado a gás
natural
Veículo elétrico a bateria
(2)
EE
Iniciais Caracterização
VCI
Carro de passageiros
adaptado para admitir
(GNC,VCI)
GNC como principal
combustível
VEB
Carro de passageiros
cujo principal combustível é a eletricidade armazenada em
baterias
(EE,VEB)
Notas: (1) peso = 1.000 kg, velocidade máxima = 155 km/h, potência máxima = 61 hp, autonomia = 120
km. (2) peso = 1.080 kg, velocidade máxima = 130 km/h, potência máxima = 63 hp, autonomia = 160 km.
-
85
Seguindo o escopo do trabalho, alguns modelos de veículos elétricos foram
pesquisados, sendo que o iMiev (Mitsubishi) foi escolhido por ser o veículo cujos
(Tabela 1).
teria de células de íons-lítio que possui maior densidade energética além de ser a
mais difundida atualmente pelos fabricantes de VEB (Hill, 2010). Numa tomada de
220V o tempo de recarga das baterias é de 7 horas aproximadamente. Suas baterias
permitem cerca de 1.000 recargas (MITSUBISHI, 2009). O consumo energético do
iMiev considerado foi de 0,125KWh/km (MITSUBISHI, 2010). A autonomia do
iMiev é de 160km por carga completa (Tabela 1), valor superior ao do veículo com
motor de combustão interna adaptado para GNC, que com cilindro de 10m3 possui
autonomia entre 115 e 158km. Na área urbana é comum que se trafegue entre 20
a 40km por dia, o que indica que a autonomia de 160km do VEB pode ser, num
primeiro momento, satisfatória.
Esta etapa apresenta e descreve os modelos de ciclo de vida (MCV) associado
aos pares (GNC, VCI) e (EE, VEB). Os dois modelos de ciclos de vida apresentados
neste item se “estendem” desde o meso-estágio da produção de matéria-prima até
vida. Para efeito de análises comparativas entre ciclos de vida, a “profundidade”
escolhida foi a de meso-estágios, pois permite melhor eqüidade de comparação entre alternativas. As Figuras 3 e 4 apresentam o MCV associado à alternativa (GNC,
VCI) e (EE,VEB), respectivamente.
86
Transporte em Transformação XV
Figura 3: Modelo de Ciclo de Vida (MCV) associado
à alternativa (GNC, VCI).
Figura4: Modelo de Ciclo de Vida (MCV) do par (EE, VEB).
-
87
3.2. Fase 2: Inventários de ciclos de vida
tica dos ciclos de vida envolvidos, mostrados nas Tabelas 2 e 3, dados foram colhi-
Tabela 2: Inventário de energia do
ciclo de vida para alternativa (CNG, VCI).
Macroestágios
Eficiência energética%
Meso-estágios
Micro-estágios
Produção de
matéria prima
Min
Med
Max
Exploração de GN
99,6%
99,7%
99,8%
7,5
0,3%
Produção de GN
92,9%
95,7%
97,1%
107,5
4,9%
92,5% 95,7% 96,9%
115
5,2%
95,0%
96,5%
98,0%
83,7
3,8%
95,0%
96,5%
98,0%
83,7
3,8%
97,6%
97,6%
97,6%
55,4
2,5%
97,6%
97,6%
97,6%
55,4
2,5%
92,0%
93,5%
95,0%
146,5
6,7%
0
0,0%
Total
Transpor te de
matéria prima
Ciclo
de
vida
ICV1
Transferência de
GN
Total
Cadeia
de suprimentos
Produção
da fonte de
energia
Tratamento de GN
Total
Transpor te e
distribuição
da fonte de
energia
Transpor te de GN
Distribuição de GN 100,0% 100,0% 100,0%
Abastecimento de
GNC
Total
Total
Uso final
Total
Uso final
Consumo
ParticipaMJ/(pass × ção % ICV
1000km)
consumo
VCI
98,1%
98,4%
98,6%
33,7
1,5%
90,3%
92,0%
93,7%
180,2
8,2%
77,4%
82,9%
86,8%
434,3
19,8%
15,0%
15,0%
15,0%
1762,1
80,2%
11,6%
12,4%
13,0%
2196,4
100,0%
88
Transporte em Transformação XV
Tabela 3: Inventário de energia do ciclo de vida
para alternativa (EE, VEB)
Macroestágio
Meso-estágios
Produção de
matéria prima
Min
Med
Max
Consumo
MJ/(pass ×
1000km)
Exploração de
GN
99,6%
99,7%
99,8%
2,6
0,4%
Produção de GN
92,9%
95,7%
97,1%
37,4
5,9%
Transferência
de GN
95,0%
96,5%
98,0%
29,2
4,6%
Processamento
de GN
97,6%
97,6%
97,6%
19,3
3,1%
85,8%
89,9%
92,7%
88,5
14,0%
94,0%
95,5%
97,0%
35,3
5,6%
0
0,0%
Micro-estágios
Total
Ciclo
Cadeia de
de
vida suprimentos
ICV2
Transpor te de
matéria prima
Transpor te de GN
processado
Distribuição de
GN processado
Total
Produção
da fonte de
energia
95,5%
97,0%
35,3
5,6%
48,0%
51,5%
56,0%
363,6
57,4%
48,0%
51,5%
56,0%
363,6
57,4%
Transmissão
de EE
93,0%
96,5%
98,0%
13,5
2,1%
Distribuição de
EE
92,0%
93,1%
94,2%
25,7
4,1%
Carregamento
de EE
83,0%
86,5%
90,0%
46,8
7,4%
71,0%
77,7%
83,1%
86,0
13,6%
Produção de
energia elétrica
Total
Total
Uso final
Uso final
100,0% 100,0% 100,0%
Participação% ICV
consumo
94,0%
Total
Transpor te e
distribuição
da fonte de
energia
Eficiência energética%
VEB
Total
27,5%
34,3%
41,8%
573,5
90,5%
80,0%
80,0%
80,0%
60
9,5%
22,0%
27,5%
33,5%
633,5
100,0%
3.3. Fase 3. Avaliação dos dados
de forma positiva o resultado aqui obtido, indicando coerência e consistência.
-
89
Hekkert
na exploração do GNC, além de 92,8% para a produção e 96,6% no transporte de
e 84%. A Agência Internacional de Energia (IEA, 2008) divulgou valores máximos
do GNC, enquanto Boustead Hancock (1979) informaram os seguintes valores
médios: 89% (Estados Unidos), 82,5% (Reino Unido) e 87,5% (Europa Ocidental).
de suprimentos do GNC, que está entre 86,5% e 94%. Segundo Handa
dos 27,5% apresentados neste trabalho. Ramos-Real
Yoshida
-
(2007) informam que
,
2
com valores entre 48% e 56.
3.4. Fase 4 – Comparação dos resultados
ciência energética e o consumo de energia.
3.4.1. Comparação dos resultados sobre eficiências energéticas do ICV1 e ICV2
energéticas dos ICV1 (12,4%) e ICV2
2
é 121%
1
o ciclo de vida das fontes de energia, o uso de GN em usinas termelétricas para a
tica” ... “do que o uso de gás natural comprimido em motores de combustão interna
(MCI), prática atual no Brasil”.
o ICV2
1.
Para
90
Transporte em Transformação XV
.
2
Figura 5:
dos ICV1 e ICV2 em macro-estágios.
Figura 6:
dos ICV1 e ICV2 – meso-estágios.
-
91
No ICV1
res aos análogos do ICV2 (Figura 6). Numa análise entre meso-estágios (Figura 6),
1
os meso-estágios da cadeia de suprimentos. Isso ocorre desde a “produção da matéria-prima” até o “transporte e distribuição” da fonte de energia. Destaca-se o mesogás natural nas UPGNs (97,6%) no ICV1
alcançada pelas termelétricas ICV2. Uma diferença considerável também ocorre no
1
(92%), contra o ICV2 (77%).
3.4.2. Comparação dos resultados do consumo de energia no
ICV1 e ICV2
Os valores de consumo energético de cada inventário, em MJ/(pass×1.000km),
contidos nas Tabelas 2 e 3, mostram resultados sob a ótica do real aproveitamento
da energia nos ciclos de vidas analisados, que até então estavam representados em
Para calcular os valores de consumo de energia no ICV1, foi considerado que
para um VCI (com rendimento médio de 12 km/m3, transportando 1,5 passageiro)
se deslocar 1.000km, necessita ser abastecido com 2073 MJ de GNC, sendo que
apenas 15% disso é, de fato, transformado em trabalho. Para prover esse deslocamento, o gás natural deve passar por todas as etapas da cadeia de suprimentos
do GNC e pela tecnologia que envolve o VCI. A partir do consumo do VCI e das
, foi possível elaborar o consu1
mo energético de cada estágio do ICV1, assim como o peso de cada um deles no
consumo total de energia no ciclo de vida (Tabela 2). Como resultado imediato, foi
energia com 1.762 MJ/(pass×1000km), o que representa 80% do total de energia
demandada pelo ICV1.
O consumo energético do iMiev está em torno de 0,125 kWh/km, ou 0,45 MJ/
km. Transportando 1,5 passageiro ao longo de 1.000km, necessita ser abastecido
com 300 MJ de energia elétrica, sendo que 80% disso é de fato transformado em
das na Tabela 3, foi possível determinar o consumo de energia dos estágios do ICV2
92
Transporte em Transformação XV
e a respectiva parcela que cada um deles detém no consumo total de energia no
ciclo de vida. Acerca dos valores de consumos de energia apresentados pelo ICV2,
o meso-estágio “transporte de MP” consome apenas 5,6% do total consumido pelo
ciclo de vida, enquanto a produção de eletricidade por termelétricas é o principal
estágio consumidor de energia em relação aos demais, com 57,4%.
O consumo de energia total do ICV1 foi de 2.196,4 MJ/(pass×1000km), enquanto no ICV2 este valor foi de 633,5 MJ/(pass×1000km); uma diferença de 247%.
consumo de energia do ICV2 se comparado ao ICV1 uma vez que “considerando
o ciclo de vida das fontes de energia, o uso de GN em usinas termelétricas para a
produção de energia elétrica para uma frota de automóveis elétricos a bateria pode
apresentar” ... “menor consumo de energia do que a utilização em prática atualmente, que é a do uso de gás natural comprimido em motores de combustão interna
(MCI)”.
Observando o consumo energético do ICV2, Figura 7, em nível de macroenergético em ICV1 onde a cadeia de suprimentos representa 20% da energia total
é o maior entre seus meso-estágios, enquanto no ICV2, este
1
valor é atribuído à produção da fonte de energia.
Ainda que a cadeia de suprimentos do ICV1
do ICV2, a alta demanda de energia do VCI acarreta altos valores absolutos de con-
afetando o consumo de energia em todos os estágios anteriores podendo resultar
num alto consumo de energia global do ICV.
-
93
Figura 7: Consumo energético dos ICV1 e ICV2 –
na profundidade de macro-estágios.
Figura 8: Comparação do consumo energético dos ICV1 e ICV2 –
meso-estágios.
Observa-se a vantagem energética do VEB associada não apenas em relação
em relação à quantidade de energia requerida por quilômetro percorrido, indicando
uma grande vantagem do VEB sob este aspecto. No VCI, para promover o deslocamento de 1.5 passageiros em 1.000km de distância, é necessário abastecê-lo com
94
Transporte em Transformação XV
2073MJ de gás natural. Para o VEB percorrer esta mesma distância, com os mesmos 1,5 passageiros, ele deve ser abastecido com apenas 300 MJ de eletricidade.
4. Considerações Finais e Sugestões
O resultado deste estudo comparativo favorece a implementação do modelo
de ciclo de vida referente à alternativa (EE,VEB) como alternativa para melhoria
em 247% do aproveitamento energético do gás natural da Bacia de Campos como
fonte de energia para automóveis em tráfego urbano na cidade do Rio de Janeiro. O
modelo de ciclo de vida que se destacou, implica no direcionamento do GN para a
produção de energia elétrica nas termelétricas de ciclo combinado e na substituição
gradativa da frota de veículos do Rio de Janeiro, que hoje são VCIs, para VEBs.
Conforme apresentado nos itens 3.4.1 e 3.4.2., pode-se considerar que princilecida na introdução.
Além da vantagem do melhor aproveitamento da energia, para o consumidor
realidade de um abastecimento numa residência no Rio de Janeiro em dezembro de
geração de eletricidade, onde cerca de 72% é proveniente de hidrelétricas. Porém,
matrizes baseadas em termelétricas podem implicar em maiores preços ao consumidor de energia elétrica. Enquanto isso o custo do VCI para a mesma realidade é
em torno de R$ 0,12/km para o VCI (Hill, 2010).
introdução da frota de veículos elétricos: menor poluição atmosférica global pela
redução das emissões de CO2; menor poluição atmosférica local por redução das
emissões de monóxido de carbono (CO), material particulado (MP) e hidrocarbonetos (HC); além da redução da poluição sonora provocada pelos motores de combustão interna (MITSUBISHI, 2009).
Para um trabalho mais completo sobre a comparação dos ciclos de vida aqui
apresentados, recomenda-se incluir além da análise energética, informações sobre
emissão de poluentes atmosféricos, emissão de resíduos sólidos e líquidos e consumo de água.
-
95
Adicionalmente, entende-se que para uma recomendação mais consistente sobre o uso de veículos elétricos a bateria (VEB), os valores de aquisição e os custos
de operação destes veículos deveriam ser considerados. Entende-se que atualmente,
estes valores ainda sejam bastante superiores aos dos veículos com motor de combustão interna (VCI). Impulsionados pelos argumentos de preservação ambiental e
desenvolvimento sustentável, países como EUA, Holanda e Portugal já oferecem
incentivos (descontos na aquisição, isenção de impostos, tarifas e pedágios) para
estimular o uso de veículos elétricos (Hill, 2010). Estes incentivos são fundamentais para impulsionar o mercado dos VEBs, combinando a participação e interesse
de diversos setores como: ambiental, de energia, automobilístico e governo.
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Márcio de Almeida D’Agosto ([email protected])
Programa de Engenharia de Transporte, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia – COPPE,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Bloco H, CEP 21949-900, Rio de Janeiro, Brasil.
Proposta de um Sistema
BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única
Bidirecional
5
Resumo
Este trabalho apresenta o modelo e estratégia de controle de um sistema BRT
(
) que tem como principal característica a presença de segmento(s)
de faixa exclusiva única para ambos os sentidos de deslocamento dos ônibus (segmentos bi-direcionais). Este diferencial, dadas as restrições associadas ao alto grau
de adensamento das áreas urbanas, permite uma menor ocupação de espaço físico
e menor ocupação das vias convencionais por parte dos ônibus, podendo muitas
vezes representar a viabilidade ou não da implementação de sistemas BRT. São
apresentados o modelo e uma estratégia de controle em tempo real para operação do
sistema BRT proposto, aqui denominado CIRSO (Controle Integrado de Retenção
100
Transporte em Transformação XV
e Seqüenciamento dos Ônibus). O modelo matemático utilizado é determinístico,
representado por uma função custo e restrições, sendo as variáveis de controle o
tempo ótimo de retenção dos ônibus nos pontos e o controle do seqüenciamento
dos ônibus através do(s) segmento(s) bidirecional(ais). Resultados de simulação
controle CIRSO aqui propostos.
Abstract
This paper presents a model and control strategy for a BRT system which has
as its main distinguishing characteristic the presence of segment(s) with only one
exclusive lane for both directions of bus movement (bi-directional segments). This
feature, given the constraints associated with high density urban areas, allows for a
smaller physical footprint and lower occupancy of the conventional ways by buses
and can often represent the only feasible alternative of the implementation of a BRT
system. The model and a control strategy for real time operation of the proposed
BRT system are presented, here called CIRSO (Integrated Control of Retention
and Sequencing of the Buses). The mathematical model used is deterministic,
represented by a cost function and constraints. The control variables are the optimum
holding time of buses at stops and control of bus sequencing through the biBRT system model and CIRSO control strategy here proposed.
1. Introdução
A implantação de um sistema de transporte público de massa e de qualidade
é uma necessidade cada vez mais presente nas cidades de médio e grande porte,
ternativa cada vez mais utilizada é a implantação de sistemas do tipo BRT, que
de implantação e manutenção, tornando-se muitas vezes a única opção economicamente viável.
Entretanto, a implantação de sistemas BRT geralmente encontra restrições
associadas ao alto grau de adensamento das áreas urbanas, tornando em muitos
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
101
casos, inviável a implantação de faixas exclusivas para os ônibus nos dois sentidos
em todo o percurso. Assim, a utilização de segmentos de faixa exclusiva única para
ambos os sentidos de deslocamento dos ônibus (segmentos bi-direcionais), não simultâneos, em pontos críticos do percurso, pode representar a única solução técnica
e economicamente viável.
Um problema típico relativo à operação de sistemas BRT é o desvio dos ônibus em relação ao plano de horários e ou espaçamento (
), causado por
variações probabilísticas no tempo de embarque e desembarque de passageiros nos
pontos e ou velocidade dos ônibus ao longo da rota. Este desvio ou instabilidade faz
com que os ônibus acabem se agrupando e formando pelotões (efeito
), o
que implica num aumento do tempo de espera dos usuários do sistema de transporte
público, além de custos adicionais aos prestadores do serviço.
Estes possíveis desvios podem e devem ser minimizados através de uma estratégia de controle em tempo real, de forma a otimizar o desempenho do sistema.
Dentre as várias estratégias utilizadas, no caso de um serviço com alta freqüência de
ônibus, pode-se destacar a retenção ou
, que consiste em reter o(s) ônibus no(s)
ponto(s) por determinado tempo, buscando com isso reduzir a variação no espaçamento entre estes e com isto reduzir o atraso dos usuários do sistema.
Caso exemplo da utilização de segmentos bi-direcionais é o sistema BRT de
aproximadamente 6,4 km, sendo 4,8 km de segmento bidirecional de faixa exclusiva única, com espaçamento típico entre ônibus no horário de pico de aproximadamente 15 minutos. O controle do seqüenciamento dos ônibus através do segmento
de 16 minutos de fase para os ônibus em cada sentido. Segundo análise, a principal
causa dos atrasos é função da falta de uma coordenação ou controle tempo-real da
operação dos ônibus (Li
. 2009a).
Trabalhos anteriores relativos a sistemas BRT com segmentos bi-direcionais
são bastante escassos, podendo-se citar Li
. (2009a), Li
. (2009b) e Tsao
. (2009). O trabalho de Li
. (2009a,b) apresenta uma estratégia de controle tempo-real para operação de um sistema tipo BRT no cenário (potencial) Bay
Área, Califórnia. O cenário (simulação) é constituído de 8 pontos, num percurso
(não fechado) de aproximadamente 21 km com faixa exclusiva única bidirecional.
102
Transporte em Transformação XV
As restrições associadas ao modelo permitem que somente um ônibus transite em
cada segmento bidirecional entre pontos em determinado sentido e que o encontro
entre ônibus em sentidos contrários se dá somente nos pontos. O modelo utilizado
é apresentado na forma de um problema de otimização ou programação matemática
inteira mista, com a função custo representando os atrasos associados ao tempo de
viagem dos ônibus e tempo de permanência dos ônibus nos pontos. O algoritmo
utilizado para solução do problema de otimização é do tipo
.A
capacidade dos ônibus, o modelo de chegada dos passageiros aos pontos, o tempo
de embarque e desembarque de passageiros e o número de passageiros nos pontos
e embarcados não são considerados.
da proposta de estratégia de controle tempo-real do sistema BRT com segmento
bidirecional quando comparado com o mesmo cenário e utilização de duas faixas
unidirecionais exclusivas, uma para cada sentido. Entretanto, à medida que o espaçamento entre os ônibus diminui, no caso apresentado para espaçamentos menores
tempo de CPU para se chegar à solução quase ótima.
Neste contexto, este trabalho propõe uma estratégia de controle tempo real
para sistemas BRT que permita o controle simultâneo ou integrado da retenção dos
ônibus nos pontos (
) e do seqüenciamento dos ônibus através do(s) segmento(s)
bidirecional(ais), com uma série de diferenciais. O modelo e estratégia propostos,
aqui denominado CIRSO (Controle Integrado de Retenção e Seqüenciamento dos
Ônibus), tem por objetivos a possibilidade de utilização de segmentos de faixa exmas BRT.
Nas seções seguintes são apresentados:
o modelo e estratégia de controle do sistema BRT proposto, ou CIRSO;
um estudo de caso via simulação, da aplicação do CIRSO num cenário BRT
com segmento bidirecional;
análise dos resultados e aplicabilidade do CIRSO.
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
103
2. Modelo do SISTEMA CIRSO
O modelo aqui utilizado considera um sistema de transporte urbano tipo BRT,
constituído de dois circuitos de faixa exclusiva unidirecional (sentido único para
os ônibus) ligados por um segmento de faixa exclusiva bidirecional (duplo sentido
para os ônibus), conforme indicado na Figura 1.
Figura 1: Esquema do sistema BRT (CIRSO) com segmento bidirecional.
Assume-se a disponibilidade das seguintes informações do sistema BRT:
o instante de partida dos ônibus do último ponto visitado (e anteriores se
necessário);
índice do último ponto visitado pelo ônibus (e anteriores se necessário);
número de passageiros embarcados nos ônibus na saída do último ponto
visitado.
Consideram-se os seguintes dados históricos:
taxa de chegada de passageiros nos pontos;
fração de passageiros embarcados nos ônibus que desembarcam em cada
ponto;
104
Transporte em Transformação XV
parâmetros ou constantes de embarque e desembarque de passageiros nos
pontos;
tempo nominal de viagem dos ônibus entre pontos.
O modelo é sujeito às seguintes aproximações e limitações:
passageiros nos pontos);
o tempo de viagem dos ônibus entre pontos é aproximado pelo valor nominal;
o tempo de embarque e desembarque de passageiros é aproximado por
uma função linear (Wilson e Lin, 1992), com o embarque e desembarque
ocorrendo por portas distintas;
a função objetivo considera um horizonte limitado de pontos a jusante de
cada ônibus na avaliação do impacto da ação de controle;
a ordem dos ônibus é mantida, sem ultrapassagem entre os ônibus, ou seja,
o ônibus -1 sempre precede o ônibus .
Apesar do problema CIRSO em tempo real apresentar uma natureza eminentemente estocástica, este pode ser aproximado, dentro do horizonte de predição
considerado, por um modelo determinístico (Eberlein
., 2001).
O problema CIRSO consiste em determinar quanto, em quais pontos e quais
ônibus do sistema BRT devem ser retidos (
) para se minimizar a função custo apresentada e ao mesmo tempo controlar o seqüenciamento dos ônibus através
do segmento bidirecional. Ou seja, minimizar o atraso total dos usuários ou passageiros do sistema BRT para o horizonte de predição considerado. A função custo
que representa o atraso total do sistema BRT é dada por:
(1)
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
105
em que
índice dos ônibus, =1,..., ;
:
número de ônibus do sistema BRT;
:
:
conjunto de ônibus do sistema BRT, ={1,…, };
:
índice dos pontos, =1,..., ;
:
:
:
,
:
número de pontos do sistema BRT;
conjunto de pontos pertencentes ao horizonte de predição do
ônibus ;
instante de partida do ônibus do ponto [s];
taxa de chegada de passageiros ao ponto [passageiros/s].
-
rior ( -1), o ônibus seguinte (
-1) e o ponto seguinte (
pertencem a mesma volta, dentro do circuito fechado BRT, do ônibus e ponto em
questão. Maiores detalhes da representação completa que considera a representação
da volta podem ser encontrados em Koehler (2009).
No modelo determinístico da Equação (1), a função custo determina o atraso total dos passageiros nos pontos, para cada um dos ônibus do sistema BRT e
pontos dentro do horizonte de predição de cada ônibus. O atraso ou tempo de
do passageiro ao ponto e a partida deste ponto embarcado no ônibus. Desconsidera-
As restrições associadas ao modelo CIRSO estão indicadas abaixo:
(2)
(3)
106
Transporte em Transformação XV
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
em que
1
1
:
:
primeiro ponto pertencente ao horizonte de predição do
ônibus ;
conjunto de pontos pertencentes ao horizonte de predição do
:
ônibus com exceção do ponto
1
;
número de pontos dentro do horizonte de predição
ônibus;
dos
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
:
ônibus anterior ao ônibus ;
1:
ônibus seguinte ao ônibus ;
107
:
ponto anterior ao ponto ;
1:
ponto seguinte ao ponto ;
:
ponto de partida dos ônibus à esquerda do segmento bidirecional;
:
ponto de partida dos ônibus à direita do segmento bidirecional;
:
ponto de chegada dos ônibus à direita do segmento bidirecional;
:
ponto de chegada dos ônibus à esquerda do segmento bidirecional;
:
fração de passageiros embarcados que desembarcam dos
ônibus no ponto ;
tempo nominal de viagem do ônibus entre os pontos
[s];
r :
,
,
,
1e
:
instante de chegada do ônibus ao ponto [s];
:
número de passageiros embarcados no ônibus quando da
partida do ponto ;
:
tempo de retenção do ônibus no ponto [s];
:
tempo de embarque de passageiros no ônibus no ponto
[s];
:
tempo de desembarque de passageiros do ônibus no ponto
[s];
,
:
tempo máximo entre o processo de desembarque e embarque
de passageiros do ônibus no ponto [s];
0
:
tempo para o início do embarque e desembarque de passageiros a partir da chegada do ônibus ao ponto [s];
,
,
108
Transporte em Transformação XV
1
:
tempo gasto para o embarque de cada passageiro nos ônibus
[s/passageiro];
:
tempo gasto para o desembarque de cada passageiro dos
ônibus [s/passageiro];
:
espaçamento temporal mínimo permitido entre os ônibus [s];
:
tempo máximo de retenção dos ônibus nos pontos [s];
:
variável binária,
2
,
;
, , ,,
,
:
variável binária,
;
, , ,,
,
:
variável binária,
;
3
:
4
:
As restrições das Equações (2) à (14) permitem expressar, para o ônibus e
ponto o instante de chegada do ônibus ao ponto, os tempos de embarque e desembarque de passageiros no ponto, a operação mais lenta dentre estas, o instante de
partida do ônibus do ponto, o instante máximo de partida do ônibus do ponto para
evitar ultrapassagem ou encontro com o ônibus seguinte, o limite máximo para retenção do ônibus no ponto, o número de passageiros embarcados no ônibus quando
da partida do ponto, a disputa do segmento bidirecional e a natureza positiva das
variáveis.
As restrições das Equações (11) e (12) estão associadas à disputa do segmento
bidirecional, ou seja, restringem a utilização da faixa exclusiva única a somente ônibus num determinado sentido de cada vez. A Equação (11), por exemplo, condiciona a partida do ônibus do ponto à chegada do ônibus ao ponto ou (variável
binária), a partida do ônibus do ponto -1 (= conforme representação utilizada
no circuito BRT) à chegada do ônibus ao ponto
conforme representação
utilizada no circuito BRT). A Equação (12) pode ser interpretada de forma similar.
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
109
diferenciais presentes no modelo apresentado em relação a outros trabalhos são:
possibilidade do controle de retenção em todos os pontos do horizonte de
predição considerado, Equações (1) e (7);
utilização de restrição de ultrapassagem entre ônibus e espaçamento mínimo, Equação (8);
utilização de restrição de retenção máxima dos ônibus nos pontos, Equação
(9);
utilização de segmentos de faixa exclusiva bi-direcionais com controle integrado de retenção e seqüenciamento dos ônibus, Equações (11) e (12).
2.1 Características do CIRSO
Conforme indicado na Equação (1), a função custo é convexa e as restrições
são lineares, o que implica num problema de programação matemática linear inteira
mista.
Vários outros trabalhos que abordam o tema controle de retenção, como por
exemplo Eberlein
. (2001), Hickman (2001) e Zolfaghari
. (2004), também
não consideram o atraso dos passageiros embarcados no ônibus na função custo,
o que garante a convexidade. Outros, como o trabalho de Sun e Hickman (2004),
consideram somente o processo de embarque de passageiros nos ônibus, o que elimina o conjunto de inequações lineares associada à escolha do processo mais lento,
embarque ou desembarque. Entende-se neste trabalho que para um modelo realista
do sistema BRT, a possibilidade de escolha entre o processo de embarque e desembarque de passageiros não deve ser desprezada.
2.2 Ação de controle de retenção hi,k
As ações de controle de retenção , realmente implementadas estão relacionadas com o primeiro ponto de cada ônibus dentro do horizonte de predição,
1
1
ou
. As demais ações de controle de retenção , relativas a pontos
, apesar de consideradas na função custo, não são implementadas, visto que são
uma projeção futura da ação de controle. Uma vez implementada as ações de con-
trole de retenção para
1
, os valores iniciais de
,
e
,
relativos aos últimos
110
Transporte em Transformação XV
pontos visitados pelos ônibus são atualizados e novas ações de controle calculadas
para o novo horizonte de predição
considerado. E assim sucessivamente. Isto é,
considera-se um horizonte de predição rolante com atualização dos valores iniciais
de
,
e
,
e novo cálculo das ações de controle de retenção
,
.
2.3 Seqüenciamento dos ônibus
O seqüenciamento dos ônibus através do segmento de faixa exclusiva única
bidirecional, ou seja, a garantia de não ocupação simultânea do segmento bidirecional com ônibus em sentidos contrários, é garantida pelas restrições das Equações
(11) e (12). Como pode ser observado, não há restrições quanto a passagem de mais
de um ônibus seguido em determinado sentido através do segmento bidirecional. O
cruzamento dos ônibus em sentidos contrários, se for o caso, se dá nos pontos nas
nomear os pontos associados ao segmento bidirecional,
,
,
e
.
3. Estudo de Caso
estuda-se o exemplo apresentado a seguir. O cenário é constituído de um sistema
BRT em circuito fechado de faixa exclusiva e presença de segmento bidirecional,
semelhante ao circuito da Figura 1, mas com 30 pontos e 8 ônibus. O objetivo é o
cálculo simultâneo e integrado da ação de controle de retenção , e do seqüenciamento dos ônibus através do segmento bidirecional, considerando-se um horizonte
de 14 pontos de predição a jusante de cada ônibus. A solução ótima implica no
menor custo (mínimo global) da operação do sistema BRT, conforme Equação (1).
Os dados do sistema BRT utilizados para a simulação são: =8, =30, =14,
=12, 1=0,48, 2=0,42,
=0 [s],
( )=0,1 para todos os pontos ,
0
r( )=60 para todos os pontos com exceção de r(13)= (30)=120 (cenário1) e 240
(cenário2), ( )=0,3 para todos os pontos . Para o circuito considerado, o ponto
de partida do lado esquerdo do segmento bidirecional é o ponto =12, o ponto de
chegada do lado direito é =13, o ponto de partida do lado direito é =29 e o
de chegada do lado esquerdo é =30. Os pontos 1 até 11 pertencem ao circuito
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
111
unidirecional esquerdo e os pontos 14 até 28 ao circuito unidirecional direito. As
matrizes
*
,
[s] e L*, [s] contém os valores iniciais de
, e , (valores não ese as colunas os pontos
dentro do circuito fechado do sistema BRT.
Conforme observado a partir da matriz *, e de r( ) o espaçamento típico entre os ônibus é de aproximadamente 6 minutos. A utilização do CIRSO na solução
do problema de controle em tempo real da operação do sistema BRT com segmento
bidirecional aqui apresentado, leva aos resultados para a variável controle de retenção
conforme indicado na Tabela 1. São apresentados os resultados para dois
cenários distintos relativos ao tempo de percurso do segmento bidirecional (entre os
pontos 12–13 e 29–30) ou unidirecionais equivalentes (caso usual).
A Tabela 2 apresenta um comparativo entre as estratégias CIRSO (caso segmento bidirecional) e caso usual (segmentos unidirecionais) para o custo ou atraso
total dos usuários do sistema BRT, conforme Equação (1), para um horizonte de
predição
de 14 pontos para cada ônibus. São apresentados os resultados para os
cenários 120 e 240 s.
Como pode ser observado na Tabela 2, a utilização de segmento bidirecional
conjuntamente com a estratégia CIRSO permitiu, para o horizonte considerado,
uma operação do sistema BRT com custo igual ou 25,4% superior, cenários 120 e
112
Transporte em Transformação XV
240 s respectivamente. Vale ressaltar que no CIRSO o controle de retenção implica
também no controle do seqüenciamento dos ônibus através do segmento bidirecional de faixa única e duplo sentido.
Tabela 1: Ações de controle de retenção para o caso bidirecional
(CIRSO) e dois segmentos unidirecionais equivalentes (caso usual)
considerando dois cenários.
Tempo de percurso do segmento
bidirecional ou unidirecional [s]
(cenário)
120
240
Ação de controle
de retenção hi,k,(volta) [s]
Caso bidirecional
CIRSO
hi,k,(volta)=0
Caso unidirecional
hi,k,(volta)=0
h1,1,(volta2)=102,1
h1,2,(volta2)=1,5
h1,5,(volta2)=5,3
h2,28,(volta1)=58,6
h3,24,(volta1)=96,5
h3,29,(volta1)=67,9
h5,16,(volta1)=21,0
h7,9,(volta1)=46,9
h7,12,(volta1)=68,9
h8,5,(volta1)=63,4
h8,9,(volta1)=24,6
h8,12,(volta1)=277,4
h1,1,(volta2)=25,8
h5,16,(volta1)=30,4
Tabela 2: Atraso total dos usuários do sistema BRT (para
=14).
Atraso total BRT [s]
Cenário [s]
Caso bidirecional
CIRSO
Caso unidirecional
120
683.195
683.195
240
1.045.320
(+25,4%)
833.749
Proposta de um Sistema BRT com Segmento de
Faixa Exclusiva Única Bidirecional
113
4. Conclusões
A utilização de segmento(s) bidirecional(ais) em sistemas BRT pode representar, em muitos casos, considerando-se a importância da utilização de faixas
exclusivas, a viabilidade ou não da implantação do sistema. Neste contexto a estratégia CIRSO aqui apresentada, baseada no controle simultâneo integrado do espaçamento e seqüenciamento dos ônibus através de segmento(s) bidirecional(ais),
permite a implantação de sistemas BRT com menor custo em termos de ocupação
urbana e de infra-estrutura.
De acordo com as simulações realizadas e apresentado na Tabela 2, para o
cenário proposto, a viabilidade de utilização da estratégia CIRSO está diretamente
associada à relação entre o espaçamento nominal dos ônibus e o tempo de percurso
do segmento bidirecional. Ou seja, quanto maior a relação entre o espaçamento
nominal e o tempo de percurso do segmento bidirecional, menor o impacto da utilização de segmentos bi-direcionais em relação a dois segmentos unidirecionais. Nos
cenários apresentados, para um espaçamento típico de 360 s entre ônibus, o tempo
de percurso do segmento bidirecional de 120 s resultou em aumento de custo zero,
enquanto o tempo de percurso de 240 s aumentou o custo em 25,4%. Tempos de
percurso ainda maiores levam a uma solução infactível. Importante ressaltar que os
resultados apresentados valem para o exemplo e cenários utilizados e variam para
cenários distintos. Entretanto, para outros cenários testados a solução via CIRSO
também apresentou resultados tão positivos quanto os aqui apresentados.
O tempo de processamento da estratégia de controle CIRSO, com programa
escrito em AMPL e executado via NEOS, foi de 2,87 s para o cenário 120 s, compatível com aplicações tempo real. Já para o cenário 240 s o tempo de processamento
foi de 64,9 s, incompatível com aplicações tempo real. Em casos críticos uma solução
poderia ser a diminuição do tempo de processamento através da redução do número
de variáveis binárias via limitação do horizonte de predição dos ônibus.
A utilização de segmentos bi-direcionais e estratégia CIRSO parece perfeitamente viável para aplicação em cenários reais, tendo como principal parâmetro a ser
analisado em termos de viabilidade de implantação, a relação entre o espaçamento
nominal dos ônibus e tempo de percurso do(s) segmentos(s) bidirecional(ais).
114
Transporte em Transformação XV
Agradecimentos
Eduardo Camponogara e Werner Kraus Junior agradecem ao CNPq pelo apoio
na forma de bolsa de produtividade concedida pela agência.
Referências Bibliográficas
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Real-Time Information Available. Transportation Science, Vol. 35, n. 1, pp. 1–18.
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for Bus Rapid Transit in Single Dedicated Bus Lane. Transportation Research
Record, Vol. 2111 / 2009, pp. 76–82.
Li, Jing-Quan; Song, Myoung Kyun; Li, Meng; Zhang, Wei-Bin and Miller, Mark
(2009b). Evaluation of Cost-Effective Planning and Design Options for Bus Rapid Transit in Dedicated Bus Lanes. California PATH Research Report UCB-ITSPRR-2009-14, February 2009.
Koehler, L. A. (2009). Controle Integrado de Prioridade e Retenção para Operação de
Sistemas de Transporte Público. Tese de Doutorado, UFSC, Florianópolis, Brasil.
Sun, A. e Hickman, M. (2004). The Holding Problem at Multiple Holding Stations. In:
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Tsao, H-S. J.; Wei, W. e Pratama, A. (2009). Operational feasibility of one-dedicatedlane bus rapid transit/light rail systems. Transportation Planning and Technology,
Volume 32, Issue 3 June 2009, pp. 239–260.
Wilson, N. H. M. e Lin, T. (1992). Dwell Time Relationships for Light Rail Systems.
Transportation Research Record, n. 1361, pp. 287–295.
Zolfaghari, S., Azizi, N. e Jaber, M. Y. (2004). A Model for Holding Strategy in Public
Transit Systems with Real-Time Information. International Journal of Transport Management, Vol.2, pp. 99–110.
Luiz Alberto Koehler ([email protected])
Departamento de Eng. Elétrica e de Telecomunicações, Fundação Universidade Regional de Blumenau
R. São Paulo, 3250 – Blumenau SC 89030-000, Brasil
Eduardo Camponogara ([email protected]), Werner Kraus Junior ([email protected])
DAS CTC UFSC – Florianópolis SC 88040-900, Brasil
O uso da Microssimulação na
Avaliação do Desempenho da
Segurança Viária
6
Resumo
Este artigo apresenta uma discussão sistematizada sobre os diversos aspectos
que caracterizam o potencial do uso da microssimulação em estudos de segurança
de tráfego. Inicialmente, faz-se uma revisão dos principais indicadores de desempenho da segurança viária, analisando sua evolução conceitual e a pertinência na utilização de modelos de microssimulação na sua estimativa. Em seguida, são descritas
as principais características dos simuladores a serem observadas quando utilizados
em estudos de segurança. São discutidos também aspectos referentes ao processo
de calibração e validação dos algoritmos de modelagem microscópica para esse
tipo de aplicação, além da necessidade de validar a relação entre indicador simula-
116
Transporte em Transformação XV
rentes aos algoritmos de modelagem microscópica, os procedimentos de calibração
e validação desses algoritmos, assim como a validade relativa dos indicadores de
Abstract
This paper presents a systemized discussion on the different aspects that charanalyzing their conceptual evolution and the appropriateness of using microscopic
simulation models in their estimation. Following, there is a description of the main
There is also a discussion on the aspects related to calibrating and validating microscopic modeling algorithms for this type of application, as well as the need to validate
the relationship between simulated measures and imminent accident situations ob-
for calibrating and validating these algorithms, as well as the relative validity of the
1. Introdução
Na Engenharia de Transportes, por um lado, técnicos e pesquisadores almejam o desenvolvimento de projetos que promovam um nível adequado de segurança
para todos os componentes dos seus subsistemas. Por outro lado, tomadores de
decisão responsáveis pela gestão da circulação de pessoas e bens normalmente premenor risco possível de acidentes. Nesse contexto, torna-se essencial a criação de
procedimentos sistemáticos para a avaliação do desempenho da segurança viária,
seja no nível de planejamento ou de operação do tráfego.
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
117
Os acidentes de trânsito acontecem na sua maioria em virtude de uma
cionais, o projeto de experimentos com o intuito de avaliar o impacto de diferentes estratégias de engenharia na segurança do tráfego. Desta forma, o domínio mais comum
dos engenheiros de segurança viária relaciona-se aos estudos observacionais, nos quais
o conhecimento é obtido por meio da análise meticulosa de eventos que não foram
formalmente projetados para o problema em estudo (Cunto, 2008).
A abordagem mais frequente nos estudos de segurança viária faz uso de bancos de dados de acidentes de trânsito e técnicas estatísticas que procuram estabelecer um padrão entre atributos geométricos/operacionais e o número (ou taxa) de
acidentes de trânsito observados em um determinado período. Dentre os problemas
mais comumente associados a essa abordagem, encontram-se a baixa qualidade e
sua modelagem estatística (Hauer, 2002; Davis, 2004).
O uso de técnicas de simulação tem possibilitado o desenvolvimento de novas
tecnologias voltadas para a otimização do desempenho operacional dos sistemas de
transportes. Mais recentemente, o potencial para uso da microssimulação de tráfego
em estudos do desempenho da segurança viária passou a ser investigado com maior
interesse (Gettman e Head, 2003; Archer, 2005; Xin
, 2008). Um dos maiores
atrativos deste tipo de abordagem é o fato de ser possível planejar experimentos em
um ambiente virtual, evitando a exposição dos usuários “reais” a situações de risco.
versos aspectos que caracterizam o potencial do uso da microssimulação em estudos de segurança de tráfego. Para tanto, apresenta-se inicialmente uma revisão
dos principais indicadores de desempenho da segurança viária, analisando sua evolução conceitual e a pertinência na utilização de modelos de microssimulação na
sua estimativa. A seguir, são descritos os atributos das plataformas de simulação
discutidos aspectos referentes ao processo de calibração e validação dos algoritmos
de modelagem microscópica para esse tipo de aplicação, além da necessidade de
validar a relação entre o indicador simulado e as situações de risco de acidentes
observadas em campo.
118
Transporte em Transformação XV
2. Indicadores de Desempenho da Segurança de Tráfego
Historicamente, a segurança de tráfego tem sido expressa em termos do número de acidentes observados em porções da rede de circulação, ao longo de um
intervalo de tempo (normalmente um ano), em grande parte pela relação lógica e
intuitiva entre os dois. O uso dos acidentes de trânsito como único indicador de
delagem dos dados. Uma revisão em 18 pesquisas sobre a qualidade das informações sobre os acidentes de trânsito coletados pela polícia, hospitais e seguradoras
na América do Norte e Canadá foi apresentada por Hauer e Hakkert (1989). Os
resultados sugerem que a quantidade de acidentes não reportados aumenta com a
graves, 50% com feridos leves e 60% com danos materiais não estão presentes nos
bancos de dados.
Os acidentes de trânsito normalmente apresentam uma sequência de eventos hierárquicos complexos que se interrelacionam e variam consideravelmente no
tempo e no espaço, além de principalmente com as condições de tráfego. Essa cade modelos estatísticos relacionando acidentes de trânsito aos atributos físicos e
operacionais das vias. Dentre os principais problemas encontrados na literatura podem ser citados (Hauer, 2002; Davis, 2004):
Elevada frequência de locais com “zero” acidentes;
Dispersão excessiva dos dados (variância superior à média);
Fenômeno de regressão à média;
Problemas de colinearidade com as variáveis dos modelos;
Relações observadas em um nível agregado podem não ser válidas no mesmo local, porém em um nível mais desagregado (falácia ecológica).
década de 60, Perkins e Harris (1968) começaram a delinear as bases para o desenvolvimento de uma técnica que utiliza situações de risco entre veículos que não
é bem mais frequente quando comparado aos acidentes, análises estatísticas poderiam ser mais precisas. Ao longo dos anos essa abordagem incorporou conceitos e
procedimentos diferentes em vários países, entretanto a técnica sueca de Análise de
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
119
sucedidas, tendo sido aplicada em trabalhos inclusive no Brasil (Pietrantônio, 1999;
Robles e Raia Jr, 2008).
Portanto, observa-se a criação de um novo paradigma no qual o conceito de
segurança no tráfego passa a ser visto como uma sequência de eventos cronologicamente dependentes que variam desde passagens sem distúrbio a acidentes. Esse
conceito é conhecido como continuum de segurança, representado pela pirâmide de
Hydén (1987), conforme mostrado na Figura 1.
Figura 1: Pirâmide de Hydén (Fonte: Hydén, 1987).
Em linhas gerais, o volume da pirâmide correspondente a cada classe de
evento pode ser relacionado a sua taxa de ocorrência. Entretanto, enquanto que os
extremos da pirâmide são facilmente detectados, suas classes intermediárias careforma, pesquisadores vêm tentando propor indicadores baseados na proximidade
bém conhecidos como indicadores proxy de segurança viária (Gettman and Head,
2003; Archer, 2005).
O tempo para colisão (TTC ) foi um dos primeiros indicadores proxy propostos sendo baseado na proximidade temporal entre dois veículos. O
120
Transporte em Transformação XV
das as mesmas velocidades e trajetórias” (Hayward, 1972). Para veículos na mesma
direção, este índice pode ser calculado por meio da seguinte expressão:
(X
X,) L
1,
1,
,
,
(1)
1,
Onde:
= intervalo de tempo considerado;
X = posição dos veículos ( = veículo líder; = veículo seguidor);
comprimento do veículo;
velocidade.
tos de tráfego (Hayward, 1972). Outros exemplos de indicadores proxy temporais
propostos são: tempo para o acidente (TA ), tempo de invasão
(ET ), tempo pós-invasão (PET
)eo
tempo de brecha (GT ) (Cooper e Ferguson, 1976; Hydén, 1987; Gettman
e Head, 2003).
Um dos problemas que limitam a aplicação dos indicadores proxy temporais
rentes combinações de espaçamento e velocidade podem resultar no mesmo valor
seja de 4,2m e a diferença de velocidade igual a 10km/h, pela Equação 1, ambos
ocorra a colisão, tenha severidade maior por conta do momento linear e energia
cinética dissipada durante o processo.
Buscando superar essa limitação, uma segunda geração de indicadores foi
proposta de modo a utilizar a taxa de desaceleração necessária para evitar a colisão. Por estar diretamente relacionada à energia do processo, teoricamente, esses
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
121
desaceleração para evitar a colisão (DRAC). Para veículos trafegando no mesmo
sentido, o indicador DRAC pode ser calculado pela Equação 2.
(2)
Avanços recentes nas técnicas de aquisição de dados em tempo real e nos sistemas inteligentes de transporte (ITS) contribuíram para o surgimento de medidas
proxy de segurança de tráfego que incorporam o tempo de exposição dos veículos a
acumulados ao longo do tempo representariam melhor os riscos de um veículo em
sua jornada quando comparados a medidas isoladas como o menor TTC ou a maior
DRAC. Dentre os principais exemplos deste tipo de indicador encontram-se o
(TET),
(TIT), ambos
densidade de risco (UD –
) de Barceló
(2003).
(2008) propôs um índice de pontencial para acidentes (CPI –
)
que procura estimar o nível de turbulência do tráfego. Essa turbulência é representada pelo somatório das interações entre pares de veículos trafegando na rede ao
longo do tempo. As interações podem ser de dois tipos: longitudinais (veículos na
mesma direção) ou transversais, ocorrendo todas as vezes que pares de veículos
apresentam rota de colisão em um dado intervalo de tempo.
O CPI é calculado com base na DRAC e incorpora um componente estocástico que considera o tipo de veículo (veículos leves/pesados) e as condições do pavimento (seco/molhado) na probabilidade da obtenção da DRAC. Este componente
é representado pela taxa máxima de desaceleração disponível (MADR ). O CPI é obtido para cada veículo de acordo com a
expressão:
(3)
122
Transporte em Transformação XV
Onde:
intervalo de tempo inicial para o veículo (s);
(s);
= Intervalo de tempo de observação (s);
T Tempo total de viagem do veículo (s);
variável de estado (0 = sem interação; 1 = veículos interagindo).
Conforme mostrado na Figura 2, o componente estocástico da Equação 3
corresponde à área a esquerda da DRAC na função densidade de probabilidade da
MADR (assumida normal), em um dado intervalo de tempo. Os parâmetros (distribuição) de MADR podem ser estimados a partir de experimentos de distância
pavimento (seco/molhado). Na situação hipotética da Figura 2, para um dado nível
veículos leves (CPIveic.pesados,t > CPIveíc.leve,t ).
Figura 2: Função densidade de probabilidade da MADR
(Fonte: Cunto, 2008).
Como principal conclusão dessa revisão sobre a evolução dos indicadores de
desempenho da segurança viária, pode-se destacar que as características mais desejavéis dos indicadores proxy de última geração são:
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
123
Permitir a avaliação da severidade de possíveis acidentes;
Considerar diferentes tipos de veículos e diferenças entre veículos do mesmo tipo;
Considerar diferenças nas condições ambientais (pavimento seco, molhado, etc);
Permitir o seu cálculo de forma simples a partir de levantamentos de campo.
Muito embora os indicadores proxy contínuos, como TIT, TET, UD e CPI,
tenham potencial para representar, de certo modo, os eventos que precedem a ocorrência dos acidentes de trânsito, sua determinação exige um nível detalhado de
informações, incluindo posição, velocidade e comprimento dos veículos de maneira
contínua. Além disso, os estudos baseados nesses índices e em situações extremas
rem capazes de captar um número mínimo dessas ocorrências, de modo a produzir
O ambiente da microssimulação, de maneira geral, propicia não só a obtenção
de informações detalhadas dos veículos em tempo real de simulação, como também
uma alternativa para a obtenção de indicadores proxy de segurança viária de maneidas características mais importantes do microssimuladores para a sua aplicação em
estudos de segurança viária.
3. Características Inerentes aos Microssimuladores
Vem-se observando nos últimos 10 anos um interesse crescente pelo uso da
microssimulação em estudos de segurança viária. Em 2003, a FHWA (
) apresentou um estudo em que um dos objetivos era avaliar
a capacidade de produção de indicadores proxy de segurança para interseções, utilizando nove microssimuladores: CORSIM, SIMTRAFFIC, VISSIM, HUTSIM, PARAMICS, TEXAS, AIMSUN, WATSIM e INTEGRATION. Os microssimuladores
foram avaliados em termos de seus algoritmos para modelar as interações condutor/
-
124
Transporte em Transformação XV
para o cálculo do indicador proxy. O estudo não aponta superioridade evidente de
parecem dispor de grande parte dos requisitos para a geração de indicadores proxy
A seguir são discutidos os principais elementos inerentes às plataformas de
microssimulação com ênfase na sua aplicação em estudos de segurança viária,
agrupados de acordo com três aspectos, a saber: entrada e saída dos dados, além
dos seus algoritmos de modelagem das interações condutor/veículo.
3.1. Entrada de dados
Na etapa de entrada de dados é importante que a plataforma possibilite um
elevado de detalhes para a área simulada, incluindo:
Posicionamento correto de faixas de retenção de tráfego;
Possibilidade de inclusão de faixas de aceleração/desaceleração;
Desenho de
circulares (rotatórias);
Possibilidade de utilização de fotos do local em segundo plano para auxiliar
Os componentes de controle de tráfego devem representar adequadamente
desde interseções controladas através de placas “Dê a preferência” e “PARE” até o
controle semafórico, seja isolado, atuado pelo tráfego e/ou funcionando em coordo tráfego ao longo do tempo e por
(Archer, 2005)
3.2. Saída de dados
A grande maioria dos indicadores proxy de segurança recomendados para o
uso com microssimulação precisam de informações detalhadas dos veículos para
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
125
sua estimação. Consequentemente, quanto maior a quantidade de informações, e
mais desagregada (individual e a cada intervalo de tempo), maior a capacidade de
adequação do microssimulador.
Dentre os atributos essenciais dos dispositivos de saída de dados encontramse: informar todas as variáveis de estado dos veículos individualmente ao longo da
simulação; possibilitar a exportação e customização de arquivos de saída; represende dados da simulação em tempo real através das interfaces de programação da
aplicação (APIs).
3.3. Algoritmos de modelagem
Os algoritmos de modelagem são responsáveis pela representação dinâmica
dos veículos na rede, tendo portanto papel fundamental no processo de simulação
rados na determinação dos indicadores proxy. Tradicionalmente, três algoritmos
formam o núcleo dos sistemas de microssimulação, são eles: algoritmos de
aceitação de brecha e mudança de faixa.
Os modelos de
(CFM) procuram representar o processo pelo
qual condutores determinam sua velocidade e espaçamento em relação aos veículos
à sua frente. Estes algoritmos são responsáveis diretos pela modelagem de interaos modelos de aceitação de brecha são usados para representar o processo decisório
dos condutores em vias secundárias com o desejo de cruzar ou se inserir na corrente de tráfego principal, ou ainda de efetuar mudança de faixa de tráfego na via
principal. Os eventos modelados por esse tipo de algoritmo podem resultar em inos veículos envolvidos. As mudanças de faixas de tráfego na microssimulação são
representadas por meio de um processo de decisão hierárquico que considera que o
desejo de mudar de faixa pode ocorrer em virtude de obstruções na faixa atual ou
pela necessidade de ajustes na trajetória para acessar um determinado arco da rede.
Uma vez que existe a motivação para a mudança, o processo passa a ser modelado
de maneira similar aos algoritmos de aceitação de brecha.
126
Transporte em Transformação XV
A grande maioria dos algoritmos de microssimulação não foi desenvolvida
consequência, deve-se, na ausência de modelos mais adequados, privilegiar os algoritmos que possibilitem uma variação comportamental entre condutores, permitindo inclusive a ocorrência de situações de risco a partir de falhas no processo
interativo entre os usuários.
Outras características gerais desejáveis nos algoritmos de microssimulação
são: modelar reação ao estágio de amarelo/vermelho total; modelar tempo de reação variável entre condutores; considerar mais de um veículo à frente nas lógicas
de CFM e mudança de faixa; possibilitar a interação entre veículos e pedestres;
considerar a falta de atenção dos motoristas e pedestres; modelar velocidades em
movimentos de conversão; e considerar o efeito da distância de visibilidade (Gettman e Head, 2003).
Outro aspecto importante a ser considerado diz respeito à formulação mateestrutura do aplicativo deve permitir alterações dos valores dos parâmetros de modo
simples e, se possível, interativamente. Outra característica fundamental é o acesso
dos usuários aos códigos de programação, formulações matemáticas, hipóteses e
as limitações de sua aplicação.
Por se tratar de um elemento fundamental no processo de simulação do desempenho da segurança viária, a próxima seção apresenta, em maiores detalhes, as
principais características dos algoritmos de modelagem disponíveis no aplicativo
comercial VISSIM, considerado pelo estudo da FHWA como uma das plataformas
de microssimulação mais adequadas ao desenvolvimento de indicadores proxy.
4. Algoritmos de Modelagem do Aplicativo VISSIM
O VISSIM é um
de microssimulação desenvolvido na Alemanha
que tem como componente fundamental o modelo de
proposto por
Wiedemann (1974) utilizando estudos na área de psicologia. A suposição principal
no CFM de Wiedemann é a de que o condutor é capaz de perceber a aproximação
do veículo da frente por meio da taxa de mudança do tamanho aparente deste veí-
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
127
culo. Além disso, a velocidade relativa entre os dois é estimada pelo condutor em
virtude da mudança do ângulo de visão do veículo líder. Esse tipo de CFM é também conhecido como modelo psico-físico ou de ponto de ação.
O modelo de Wiedemann considera quatro estágios de condução percebidos
pelos motoristas: 1) condução livre; 2) aproximação; 3) perseguição; e 4) frenagem
de emergência. Os estágios são diferenciados por seis curvas limítrofes de perçepção humana, obtidas por meio de expressões matemáticas que consideram explicitamente erros de julgamento de espaçamento, velocidade e taxas de aceleração/
desaceleração para o mesmo condutor ao longo do tempo, assim como entre diferentes condutores (Wiedemann e Reiter, 1992). Pesquisas sugerem que a estrutura
básica deste modelo é capaz de representar de forma coerente o comportamento
natural dos condutores (Brackstone e McDonald, 1999; Xin
, 2008).
Já o processo de aceitação de brecha no VISSIM pode ser modelado por meio
do estabelecimento de regras de prioridade de passagem ou utilizando o conceito
mentos com preferência de passagem, colocando faixas de retenção virtuais na via
prio aplicativo detecta essas áreas com base nos atributos geométricos da via. Na simulação, o condutor na via secundária avalia a brecha disponível e a situação além
pouca informação está disponível sobre como o aplicativo lida com o processo.
Vale ressaltar ainda que o VISSIM permite a utilização de modelos customizados
por meio da sua ferramenta de programação VAP (
).
Quanto aos algoritmos de mudança de faixa, o VISSIM representa esse processo de forma hierárquica a partir das seguintes questões básicas: 1) Existe o desejo para mudar de faixa? 2) As condições do tráfego na faixa de destino são melhores
do que na faixa atual? 3) A mudança de faixa é possível? A Figura 3 apresenta os
parâmetros considerados pelo aplicativo VISSIM em seu algoritmo de mudança de
faixa.
128
Transporte em Transformação XV
Figura 3: Parâmetros para mudança de faixa - VISSIM
(Adap.Wiedemman e Reiter, 1992).
5. Calibração e Validação dos Microssimuladores
à sua capacidade de reproduzir, dentro de uma margem aceitável de erro, os indicadores operacionais que representam as condições do “mundo real”. De modo
denominadas de calibração e validação. Na calibração, os parâmetros do modelo
são sistematicamente alterados com o objetivo de minimizar a diferença entre uma
medida de desempenho obtida em campo e o seu valor simulado. Na validação, por
utilizando os parâmetros calibrados com aquelas obtidas a partir de outra amostra
dos dados observados em campo.
Normalmente os esforços de calibração e validação de modelos de microssimulação encontrados na literatura utilizam medidas agregadas de desempenho operacional tais como tempo médio de viagem, velocidade média, atraso médio, volume
médio, etc (Archer, 2005; Cunha e Setti, 2006; Maia e Loureiro, 2008). Entretanto,
nas aplicações de segurança viária, a variável de interesse é um indicador proxy que
é estimado a partir de expressões matemáticas que combinam parâmetros como diferença de velocidade e espaçamento veicular captados de forma desagregada. Conda segurança do tráfego, utilizando medidas agregadas de desempenho operacional,
cadores proxy correspondentes aos que seriam observados em campo.
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
129
Cunto (2008) propôs uma metodologia de calibração/validação do microssimulador VISSIM utilizando um indicador proxy de segurança (o índice médio de
potencial para acidentes - CPI) como medida de desempenho. A metodologia foi
aplicada em uma via arterial com quatro semáforos atuados e coordenados, assim
como em um trecho de 640m de extensão da rodovia HWY101, ambos na Califórnia. Apesar dos resultados promissores obtidos com a aplicação desse tipo de
metodologia, surgiram algumas questões relevantes, a saber:
Indicadores proxy captados continuamente fornecem uma medida agregada
da turbulência. Dessa forma, embora o sistema possa estar bem calibrado
com base nesse indicador, não existe garantia de que o simulador reproduziu as mesmas interações no espaço e no tempo individualmente. Qual seria
o nível ideal de agregação do indicador proxy nesse caso?
Os valores dos parâmetros do microssimulador calibrados a partir do indicador proxy corresponderiam ao mesmo conjunto de valores caso fossem
utilizadas medidas de desempenho tradicionais, como intervalo médio, velocidade média, tempo médio de viagem, etc?
A rede simulada no referido estudo foi consideravelmente pequena, contemplando uma matriz OD controlada. Seria possível aplicar esse mesmo
procedimento em uma rede maior e utilizando a medida proxy como única
medida de desempenho?
6. Validação do Desempenho da Segurança Viária
Nos estudos de desempenho da segurança viária, além da preocupação em
garantir que a plataforma de microssimulação está bem calibrada e validada, devede trânsito. Portanto, o desempenho da segurança viária representado pelos indicabaseada em comparações com outros estudos de segurança utilizando dados obtidos
em campo. De acordo com Gettman e Head (2003), todavia, o indicador simulado
não precisa estar diretamente relacionado ao número de acidentes registrados em
um determinado local. Contudo, a diferença relativa entre o desempenho de diferentes alternativas de intervenção viária deve ser consistente com estudos de segu-
130
Transporte em Transformação XV
Archer (2005) investigou a relação entre os indicadores TTC, TET e DRAC
simulados usando o VISSIM e o indicador TTA obtido por meio da aplicação da
vel razoável de consistência da frequência e da severidade estimadas pelas quatro
algoritmos em replicar situações de risco observadas em campo.
Outra tentativa de validação do desempenho da segurança viária modelado
microscopicamente foi apresentada por Cunto (2008). Utilizando dados de laços
observadas cinco minutos antes de 27 colisões reportadas no banco de dados foram
replicadas no microssimulador VISSIM. Para o mesmo horário de cada uma das
27 colisões, outros cinco minutos foram replicados, desta vez utilizando dados de
acidentes. O CPI médio foi calculado nas condições “normais” e de ocorrência de
ções “normais” foi estatisticamente menor do que aquele obtido em condições de
acidente. Desta forma, os resultados mostraram uma relação até certo ponto objetiva entre o aumento do CPI (turbulência) e a ocorrência de acidentes de trânsito.
Acredita-se que o avanço nas técnicas de aquisição de dados veiculares em
tempo real, aliado à implementação de algoritmos de microssimulação mais adequados, levará ao desenvolvimento de estudos de desempenho da segurança mais
proxy obtidos por meio da simulação e situações de risco observadas no mundo
real.
7. Conclusões
potencial existente de utilização de plataformas de microssimulação em análises
do desempenho da segurança viária, tanto no contexto urbano como no rodoviário.
Embora a grande maioria dos microssimuladores atualmente disponíveis no mercado não tenha sido formalmente concebida para modelar a ocorrência de acidentes
de trânsito, a simulação computacional das condições operacionais que geram con-
O uso da Microssimulação na Avaliação
do Desempenho da Segurança Viária
131
reduzindo a necessidade da observação em campo, por longos períodos de tempo,
Essa importante conclusão está embasada na análise conceitual aqui realizada
dos indicadores de desempenho utilizados internacionalmente nas últimas cinco
décadas, na qual se constata que problemas relacionados à qualidade dos dados de
acidentes disponíveis, além de questões metodológicas associadas à natureza rara e
randômica desse tipo de evento, vêm incentivando o desenvolvimento de pesquisas
ocorrência dos acidentes. Esse tipo de indicador procura representar de forma contínua a interação espaço-temporal entre veículos, o que torna o ambiente da micros-
de desempenho da segurança viária, determinados a partir de modelos microscópicos do tráfego veicular, depende essencialmente não só de quão bem calibrados
e validados estejam esses modelos, como também da capacidade do indicador de
pesquisa nessa área, considerando, dentre outros, as formas de representação dos
lagem microscópica, os procedimentos de calibração e validação desses algoritmos,
contexto real da segurança viária.
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Flávio José Craveiro Cunto ([email protected])
Carlos Felipe Grangeiro Loureiro ([email protected])
Departamento de Engenharia de Transportes, Universidade Federal do Ceará.
Campus do PICI, s/n – Bloco 703 – CEP. 60455-760 – Fortaleza, CE, Brasil
Programação de Veículos
com Múltiplas Garagens:
Soluções de Apoio ao
Processo de Licitação de
Linhas Urbanas
7
Resumo
Este trabalho apresenta um modelo para a otimização integrada da frota de
diversas empresas de transporte público que atuam numa região metropolitana. Foram implementadas duas heurísticas para o Problema de Programação de Veículos
com Múltiplas Garagens (PPVMG): primeiro-agrupa-depois-programa e primeiroprograma-depois-agrupa. Assim foi possível comparar um cenário de gestão integrada com a gestão tradicional das frotas. Para a gestão tradicional, é utilizada a
primeira heurística, na qual as linhas são distribuídas às empresas e posteriormente
é resolvido um Problema de Programação de Veículos (PPV) para cada empresa. Na
heurística primeiro-programa-depois-agrupa é resolvido um PPV para toda a região
e posteriormente é feita a alocação dos veículos às respectivas empresas. A gestão
integrada permite reduzir a frota e seus custos operacionais. Ela determina ainda a
136
Transporte em Transformação XV
de gerenciamento do sistema de transportes de Belo Horizonte para iniciar uma
licitação em bloco das linhas da região do Barreiro/BH.
Abstract
This work presents a model for the integrated vehicle scheduling problem
for a set of transportation companies operating in a metropolitan area. Two heuristics were implemented for the Multi-Depot Vehicle Scheduling (MDVSP): cluster
to compare two different operational scenarios: the integrated with the traditional
Single Depot Vehicle Scheduling Problem (VSP) is solved for each company. In the
area. Afterwards, vehicles from the companies are assigned to the operation. The
sults were used by the public transportation company of Belo Horizonte in order to
perform a biding by blocks of lines.
1. Introdução
Os primeiros estudos sobre o Problema de Programação de Veículos com
70, utilizando métodos exatos (Kirkman, 1968) e métodos heurísticos (Saha, 1970;
Wren, 1972). Estes sistemas estavam voltados mais para a automatização do trabalho manual do que para a otimização das soluções encontradas. O PPV consiste
em determinar o número mínimo de veículos necessários para realizar um dado
ículo da frota mínima, tal que o custo da operação seja minimizado (Bodin
,
1983). A cada veículo da frota mínima está associado um
, que são
aquelas a serem executadas por um dado veículo. Neste problema os veículos são
considerados idênticos, ou seja, é considerada a alocação de uma frota homogênea.
O PPV tem grande importância não só pela resolução de problemas com garagem única, como também pela sua relação direta com problemas mais complexos
que surgem na operação do sistema de transporte público, como por exemplo com
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
137
a existência de mais de uma garagem, a existência de diferentes tipos de veículo em
operação e com a limitação do tempo de operação. Diversos modelos propostos na
literatura tratam destes problemas decompondo-os em problemas com uma única
garagem e um único tipo de veículo. Um dos primeiros modelos de otimização para
o PPV foi proposto por Gavish
. (1978), com o objetivo de minimizar o número
de veículos utilizados durante os horários de pico e minimizar os deslocamentos
do tipo pseudo-designação ou pseudo-assinalamento.
Kwan e Rahin (1995) desenvolveram uma heurística do tipo
para
resolver o PPV. O algoritmo gera uma solução inicial a partir de um determinado
número de veículos, por meio de um método construtivo guloso. Porém esta solução inicial possibilita viagens impossíveis de serem realizadas, devido à sobreposição de horários. Em seguida, é aplicada uma estratégia de troca de viagens, na
tentativa de eliminar as infactibilidades da solução.
Mais recentemente, tem sido utilizadas metaheurísticas para resolver o PPV.
Baita et al. (2000) resolvem um caso real comparando o Modelo de Designação
com métodos heurísticos baseados em Programação Lógica e Algoritmos Genéticos. O estudo de caso apresentado no trabalho mostra que o modelo de designação
e a programação lógica produziram resultados úteis na prática, embora não tenham
atendido todas as restrições do problema proposto.
Silva (2001) explora uma técnica de geração de arcos combinada com o alpara resolver o PPV. É feita uma adaptação para que seja utilizado um modelo de circulação em redes com custo mínimo
para resolver o problema. Nesse trabalho, o autor defende a utilização de modelos
implementação de seus algoritmos, os quais, na sua maioria, apresentam complexidade polinomial.
Simões et al. (2006) apresentam uma implementação da metaheurística
(Glover e Kochenberger 2003) para resolver o PPV. O algoritmo gera uma solução inicial por meio de um procedimento construtivo guloso. O
algoritmo foi testado com dados de diversas empresas mostrando possibilidades de
redução dos custos em todos os casos, quando comparado com as soluções adotadas
pelas empresas.
138
Transporte em Transformação XV
Tratar o problema como uma única ou várias garagens não é conseqüência
direta do número de garagens da empresa de transporte público. Se as áreas de atuação de uma empresa com várias garagens não se interceptam, isto é, cada linha está
previamente associada a uma dada garagem, tem-se um conjunto de subproblemas
com uma única garagem. Caso contrário, tratase de um Problema de Programação de Veículos com Múltiplas Garagens, cada uma com uma dada capacidade
(PPVMG). Este é um problema NPdifícil (Bertossi et al. 1987) que tem sido modelado e resolvido de diferentes maneiras, tanto por meio de métodos exatos, quanto
por abordagens heurísticas. Os métodos exatos mais bem sucedidos são baseados
literatura, existem dois modelos básicos para o problema. No primeiro, um modelo
segundo um modelo de caminho orientado leva ao Problema de Particionamento.
Existe uma analogia entre estes problemas, sendo que o segundo pode ser obtido
aplicandose a decomposição de DantzigWolfe ao primeiro. Tais problemas são tradicionalmente resolvidos utilizandose técnicas como a relaxação linear, relaxação
lagrangeana, geração de colunas, branchandbound, branchandprice (Bertossi et al.
1987, Carpaneto et al. 1989, Amico et al. 1993, Ribeiro e Soumis 1994, Forbes et al.
1994, Löbel 1998). Por outro lado, o problema pode ser resolvido heuristicamente
decompondoo em subproblemas mais simples, que podem ser resolvidos com algoritmos polinomiais.
Uma alternativa bastante utilizada na prática é a decomposição do PPVMG
em duas fases descrita em Bodin et al. (1983), que conta com as seguintes variações:
partição do conjunto de viagens é arbitrária e pré-estabelecida podendo resultar em
programações pobres.
O progresso dos algoritmos de otimização tem sido empregados para resolver
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
139
uma importante classe de problemas denominados problemas integrados. Existem
dois tipos de abordagens para o sistema de transporte público:
e
. As empresas normalmente dividem os processos de programação dos veículos e de suas tripulações em duas etapas distintas tendo como elo
de ligação a solução do primeiro problema, que serve como dado de entrada para o
segundo. Uma integração vertical leva em consideração a interferência da solução
de um problema na resolução do outro problema. Modelos que integram a programação dos veículos com a programação das tripulações são propostos na literatura,
assim como algoritmos para a sua resolução (Hasse et al. 2001, Freling et al. 2003).
Assim abre-se toda uma linha de pesquisa para resolver tais problemas, pois
zontal. Normalmente a operação de uma região é subdividida em grupos de linhas
de todas as linhas da região e combinar as tarefas de diferentes empresas, levando
duas ou mais empresas a operarem uma mesma linha, é denominada integração horizontal. O objetivo deste tipo de integração é tratar todas as linhas como se fossem
de uma única empresa com diversas garagens. Cada uma com uma capacidade de
fornecimento de veículos, ou seja, consiste em resolver o PPVMG para a região
(Borndröfer et al. 2006).
Este artigo apresenta os modelos de uma aplicação prática bem sucedida da
técnica de
para resolver o PPVMG de uma região metropolitana. Para resolver o PPV foi utiliza a metaheurística
(ILS) e para realizar a alocação dos blocos de viagens aos veículos das garagens, foi
aplicado o Modelo de Transporte. O sistema computacional foi testado com dados
da região do Barreiro e os resultados foram analisados e utilizados pelo órgão gestor do sistema de transportes e do trânsito de Belo Horizonte, a BHTRANS. Com
base nestes resultados a BHTRANS está preparando uma licitação por blocos de
linhas das regiões.
140
Transporte em Transformação XV
2. Descrição do Problema
O conjunto de linhas de transporte urbano que atende a região do Barreiro
é denominado de Bacia do Barreiro e contava com 8 empresas responsáveis pela
realização de todas as viagens desta região na época da coleta dos dados, em maio
de 2005. Juntamente, as empresas atendiam 40 linhas de ônibus nos dias úteis,
sendo 14
e 26
. Linhas troncais são linhas de
transporte público que operam com maior velocidade e capacidade, tendo como
objetivo realizar o deslocamento de passageiros entre duas regiões da cidade. Essas
linhas operam em corredores de ônibus com veículos da grande capacidade e onde
há uma demanda elevada. Linhas alimentadoras coletam e distribuem passageiros
por uma determinada região da cidade, tendo como ponto base um terminal com a
presença de uma ou mais linhas troncais. Os usuários podem ser coletados em uma
determinada região e desembarcados em um terminal da linha troncal ou podem
ser recolhidos no terminal da linha troncal e distribuídos na região atendida por
esta linha. Portanto, as linhas alimentadoras têm a função primordial de captação e
distribuição da demanda e juntamente com as troncais, complementam o transporte
dos passageiros pelas diferentes regiões metropolitanas.
Tabela 1 – Dados da situação da bacia do Barreiro
Empresa
Domingo
Sábado
Dia útil
Terminais
Total de linhas
Total de
viagens
Total de horas
de viagem
Total de linhas
Total de
viagens
Total de horas
de viagem
Total de linhas
Total de
viagens
Total de horas
de viagem
E1
E2
E3
BeD
PC1
B, D e
PC3
E4
BeD
2
1
4
260
98
348:10
E5
E6
E7
E8
BeD
BeD
Be
PC2
B
7
13
7
5
1
505
468
1.038
639
293
206
141:20
516:56
387:05
773:58
622:30
253:34
296:41
2
1
4
7
13
6
4
1
172
69
372
359
769
441
191
130
217:16
91:13
379:55
282:50
541:49
410:20
147:36
182:50
2
1
4
7
13
6
3
1
90
52
286
298
538
332
115
108
124:27
64:33
281:17
221:04
336:21
316:15
60:13
147:14
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
141
A região conta com 2 terminais, o Barreiro com 12 plataformas de embarque
e desembarque e o Diamante com outras 10 plataformas. No terminal Barreiro (B)
operam 22 linhas e o terminal Diamante (D) conta com outras 13 linhas. Além disterminais que são: PC1145 (PC1), PC3051 (PC2) e PC3054 (PC3).
Para cada empresa foram utilizados 3 conjuntos diferentes de dados de entrada referentes aos dias úteis, sábados e domingos realizados em maio de 2005. A
Tabela 1 apresenta os dados referentes às empresas que atuaram na bacia na ocasião
estudada. As empresas são referenciadas como E1, E2, ... , E8 e os terminais pelas
suas iniciais, B e D, além dos pontos PC1, PC2 e PC3.
Segundo a operação vigente à época, cada empresa era responsável por um
conjunto de linhas cujo controle diário ocorre nos terminais das respectivas linhas.
De acordo com a Tabela 1, a empresa E1 opera linhas com pontos de controle no
Barreiro e no Diamante. A empresa E2, por sua vez, é responsável por uma linha
cujo ponto de controle é no PC1. A Tabela 1 apresenta, para cada empresa, o número de linhas atendidas pela mesma, o total de viagens a serem realizadas nos respectivos tipos de dias e o tempo total em viagem calculado a partir dos horários iniciais
que o tempo total da frota em operação, pois o primeiro não inclui os tempos de
deslocamento ocioso nem os tempos de terminal, os quais devem ser minimizados.
3. Metodo Adotada
O PPVMG é uma extensão do PPV e pode ser resolvido dividindo-se o problema principal em pequenos subproblemas com uma única garagem, diminuindo
assim a sua complexidade. Neste estudo, o problema foi resolvido de duas maneiras
distintas, baseadas na heurística clássica das duas fases.
Para resolver a abordagem primeiro agrupa – depois programa, as linhas foram agrupadas de acordo com a operação vigente na época, ou seja, as linhas foram
atribuídas às garagens das respectivas empresas detentoras do direito de explorá-las
segunda licitação prévia da BHTRANS. Para cada empresa foi resolvido um PPV
utilizando um modelo heurístico de otimização.
142
Transporte em Transformação XV
Na abordagem primeiro programa – depois agrupa, todas as linhas da região
que as empresas não detêm a concessão das linhas de antemão. Depois de realizada
a programação dos veículos, os seus respectivos blocos de viagens são atribuídos
aos veículos das diferentes garagens, tendo em vista minimizar os custos de deslocamento ocioso. Desta forma são priorizadas as empresas cujas garagens se localizam mais próximas aos pontos iniciais das linhas da região.
Nesta aplicação foram consideradas as seguintes restrições para a geração da
programação dos veículos:
Um veículo deve permanecer na garagem, no mínimo, trinta minutos consecutivos, por dia.
Um veículo não pode realizar mais de uma viagem ao mesmo tempo, o
que caracteriza uma sobreposição de viagens.
Todo veículo deve cumprir um tempo mínimo de embarque/desembarque
de passageiros entre duas viagens.
Se o tempo de espera de um veículo no terminal for maior que duas horas,
o veículo deverá se deslocar para a garagem onde aguarda, retornando
posteriormente para realizar a próxima viagem programada. Os veículos
que apresentam esta característica são denominados do tipo pegada dupla.
Cada viagem deve ser executada por um único veículo.
A seguir são detalhados os métodos empregados na resolução dos problemas
descritos acima.
3.1. Método de Resolução do PPV
Para a resolução do PPV foi implementada uma versão do método
proposto por Glover e Kochenberger (2003). O ILS é um métomelhorar as soluções obtidas por este através da realização de perturbações. Uma
aplicação de um ou mais tipos de movimentos.
Para iniciar a sua exploração o ILS precisa primeiramente de uma boa solução para o problema, para tanto, é gerada uma solução inicial que é melhorada
por meio de um procedimento de busca local. A geração da solução inicial é feita
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
143
através de um procedimento construtivo guloso. Esse procedimento consiste na alocação, a cada passo, de uma nova viagem de responsabilidade da empresa ao bloco
de algum veículo pertencente à sua frota. Durante a alocação, a combinação das
viagens de cada veículo deve ser a que forneça o menor custo de operação possível.
Esse custo é determinado pela aplicação de uma função de avaliação f(.). Em seguida, são utilizadas duas variantes do Método de Descida: Descida com Realocação e
Descida com Troca, que se diferenciam quanto ao tipo de movimento utilizado para
realizar a busca.
Obtida uma solução inicial, é processada a fase de pesquisa sobre a sua vizinhança. Obtem-se uma solução vizinha s’ da solução corrente s através de uma
perturbada, o procedimento de busca local utilizado é o Método Randômico de
Descida (MRD), implementado em duas versões distintas: uma que realiza apenas
movimentos de troca (DescidaRandomicaComTroca), e outra que executa somente
nada é um ótimo local da solução perturbada. Este ótimo é então avaliado e caso
seja satisfeito o critério de aceitação, ele será considerado a nova solução corrente
e recomeça-se o processo de pesquisa pela vizinhança dessa nova solução. Caso
o critério de aceitação não seja satisfeito, é aumentado o nível de perturbação tornando-a mais intensa, e o processo de pesquisa é retomado. Este procedimento é
repetido até que um dado critério de parada seja satisfeito.
Há doze níveis de perturbação, que se diferenciam tanto pelos tipos de movimentos realizados, quanto pelo número de vezes que estes são aplicados. Para cada
nível k ímpar, aplica-se k/2
aplicam-se k/2 movimentos de troca. Maiores detalhes desta implementação podem
ser obtidos em Simões et al. (2006).
3.2. Heurística Primeiro Agrupa – Depois Programa
Para aplicar esta heurística, as linhas foram agrupadas de acordo com a operação vigente e foi realizada a otimização da frota e dos custos operacionais de
cada empresa, de tal forma a atender as viagens das linhas a ela atribuída pela
BHTRANS. Para cada empresa, foi resolvido um PPV gerando os seus respectivos
blocos de viagens. Cada bloco de viagem corresponde a um veículo da empresa
empenhado na operação.
144
Transporte em Transformação XV
3.2.1. Primeiro Agrupa
O processo de agrupar primeiro consistiu em organizar os dados disponibidia da semana. Participou do estudo o conjunto das oito empresas que atuaram no
Barreiro na ocasião a que se referem os dados coletados. Os dados obtidos são de
quatro dias da semana: Segunda, Sexta, Sábado e Domingo e foram escolhidos com
da operação.
3.2.2. Depois Programa
Para resolver o PPV de cada uma das empresas foi utilizada a implementação
os blocos dos veículos conforme exemplo apresentado na Figura 1. As primeiras
informações contidas no bloco são a garagem à qual o veículo está vinculado e o
seu horário de partida desta garagem. Em seguida são apresentados os dados das
viagens que o veículo deve realizar com os respectivos locais e horários de partida,
locais e horários de chegada, tempo de viagem vazia, tempo de espera do veículo
mo da operação do veículo com a soma dos tempos de operação, espera e viagem
morta (viagem vazia). Vale ressaltar que os termos viagem vazia e viagem morta se
referem aos deslocamentos realizados pelo veículo estando este fora de operação
devido a viagens de reposicionamento entre a garagem e o terminal ou mesmo entre
terminais, quando esta prática for permitida.
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
145
Figura 1. Exemplo de um bloco de viagens de
um veículo com Dupla Pegada.
3.3. Heurística Primeiro Programa – Depois Agrupa
Para implementar este método todas as viagens foram atribuídas a uma garagem e foi resolvido um PPV de grande porte pois esta garagem compreende todas
as linhas da região do Barreiro. Posteriormente foi utilizado um modelo de Fluxo
em Redes para fazer a alocação dos veículos às garagens, de tal forma a minimizar
3.3.1. Primeiro Programa
Neste segundo método, todas as viagens foram consideradas como se pertenmuito mais complexa devido ao grande número de viagens agrupadas numa única
garagem e cujo respectivo PPV deve ser resolvido. As viagens alocadas à garagem
146
Transporte em Transformação XV
, considerando os mesmos parâmetros adotados na
primeira heurística (Primeiro agrupa – depois programa). Como resultado é obtida
a frota mínima e a seqüência das suas atividades que levam ao menor custo operacional. O resultado deste primeiro passo são blocos de viagens, como aquele apresentado na Figura 1, para cada um dos veículos que realizarão as viagens das linhas
3.3.2. Depois Agrupa
O resultado do processo anterior é a programação dos veículos, envolvendo
todos os blocos de viagens com horário de partida e chegada, linhas atendidas e
pontos pelos quais cada veículo deve trafegar. Entretanto, tais blocos ainda não
estão distribuídos entre as empresas. Nesta etapa é feita a atribuição dos veículos às
respectivas garagens candidatas a participar da operação naquela região. A seguir
temos uma descrição do método de otimização empregado nesta etapa.
Para otimizar a atribuição dos blocos às garagens foi utilizado um Modelo de
Transporte no qual cada garagem é representada por um nó de oferta com capacidade igual ao número de veículos disponíveis para a operação. Por outro lado, cada
bloco é representado por um nó com demanda unitária relativa à utilização de um
veículo para a realização de suas viagens. O arco que ligam uma dada garagem
a um certo bloco tem seu custo representando os custos operacionais devido à
atribuição de um veículo da garagem para realizar as viagens do bloco .
As restrições do modelo de transporte garantem que serão utilizados veículos de cada uma das garagens respeitando suas respectivas disponibilidades, e que
a cada bloco de viagens será atribuído um único veículo. A função objetivo a ser
minimizada contém a soma de todos os custos de atribuição garagem bloco, garantindo a atribuição de menor custo para o conjunto.
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
147
Figura 2. Rede de transporte para a alocação dos veículos
aos blocos de viagens.
Cij
{Cap1}
{Cap2}
B1
{-1}
B2
{-1}
B3
{-1}
G1
G2
Neste modelo, os custos de atribuição de um veículo da garagem a um bloco
de viagens é dado pela soma dos tempos de deslocamento desse veículo da gara) mais
gem até o ponto inicial da primeira viagem do bloco (
(
) até a garagem . Assim temos a seguinte expressão para os custos nos arcos.
=
distância da garagem até o ponto_início_bloco
até a garagem
No modelo de transporte cada nó
representa uma garagem e cada nó
representa
um
bloco
de
viagem.
O
conjunto
dos arcos que ligam os nós de
B
aos nós de B é dado por = {( , ) |
,
} e representam as possiG
G
B
, ). As variáveis de
etapa anterior. Assim tem-se uma rede bipartida
=(
B
decisão assume valor 1 se um veículo da garagem for designado para executar
as viagens do bloco e zero caso contrário. O modelo que minimiza a alocação da
frota é dado por:
Min
cij x ij
(i, j)
(2)
A
x
ij
cap i ,
x
ij
1
,
i
VG
(3)
j VB
i VG
j
VB
(4)
(5)
148
Transporte em Transformação XV
A função objetivo descrita em (2) minimiza os custos de deslocamento ocioso da frota enquanto as restrições (3) garantem que a capacidade das garagens não
sejam violadas. As restrições (4) garantem que a cada bloco seja alocado um único
veículo. Como resultado, o modelo fornece o número de veículos sob responsabilidade de cada garagem e o detalhamento das viagens destes veículos de tal forma
que o custo total da operação é mínimo.
4. Apresentação e Análise dos Resultados
A seguir são apresentados os resultados da aplicação dos métodos aos dados
da regional do Barreiro. A Tabela 2 contém os resultados gerais, com os valores
totais para o conjunto das empresas em relação aos dias estudados. A nomenclatura
adota foi a seguinte:
NV = número total de veículos utilizados na solução.
VM = tempo total de viagem morta.
TE = tempo total de espera dos veículos nos terminais.
NR = número total de duplas pegadas realizado na solução.
Tabela 2. Comparação entre os métodos utilizados.
Heurística Agrupa-Programa
Heurística Programa-Agrupa
NV
VM
TE
NR
NV
VM
TE
NR
Domingo
124
78:14
344:51
7
112
60:52
190:22
23
Sábado
189
119:20
354:35
23
176
86:20
241:01
16
Segunda
326
252:13
394:53
117
316
155:35
250:25
125
Sex ta
327
251:10
394:17
109
317
156:06
242:46
126
Pode-se observar na Tabela 2 que a heurística primeiro programa – depois
agrupa produziu soluções com o frota mínima menor do que a heurística primeiro
agrupa – depois programa. Para os tempos de viagem morta e de espera nos terminais o segundo método também produziu resultados inferiores ao primeiro. Em
parte, tais reduções levam ao aumento no número de retornos à garagem. Este comportamento só não ocorre com os dados do dia de sábado.
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
149
Na Tabela 3 é feita uma comparação entre o número de veículos atribuído a
cada garagem pelos dois métodos, por dia da semana. O valor zero atribuído a uma
foi eliminada da operação na região.
Tabela 3. Alocação da frota mínima às respectivas garagens.
Heurística Agrupa-Programa
Heurística Programa-Agrupa
Dom
Sab
Seg
Sex
Dom
Sab
Seg
Sex
E1
10
23
41
40
0
0
18
19
E2
5
8
14
13
0
0
0
0
E3
22
29
52
50
43
89
96
96
E4
19
24
33
33
35
35
35
35
E5
24
46
73
74
8
26
76
76
E6
26
32
62
64
0
0
65
65
E7
5
13
25
25
26
26
26
26
E8
13
14
26
28
0
0
0
0
Total
124
189
326
327
112
176
316
317
Na Tabela 3, a primeira heurística nada mais é do que a otimização da frota
das empresas que operam no sistema de acordo com a distribuição das linhas segundo a BHTRANS. Portanto todas as empresas operam no sistema e as respectivas frotas mínimas para este caso são apresentadas na primeira parte da tabela. Na
segunda parte da tabela, ou seja, quando é aplicada a heurística primeiro programa
foram eliminadas as empresas E1, E2, E6 e E8 uma vez que nenhum veículo foi
semana, as garagens E4 e E7 tiveram toda a sua frota disponível utilizada.
Segundo os resultados referentes aos dias úteis, ainda na Tabela 3, a heurística
primeiro programa – depois agrupa foi capaz de eliminar somente as empresas E2
encontram mais distantes dos terminais e pontos iniciais do Barreiro. Naturalmente
que a eliminação de algumas garagens levou ao aumento na utilização dos veícu-
150
Transporte em Transformação XV
los de outras garagens que certamente estão mais bem localizadas em relação aos
terminais das linhas que atendem a região do Barreiro. Para os dias úteis, somente
a garagem G-02 não teve sua capacidade totalmente utilizada. As demais garagens
tiveram suas frotas disponíveis completamente utilizadas. De qualquer maneira,
todas as garagens tiveram suas capacidades respeitadas.
Comparando os resultados obtidos pelas duas heurísticas, aquela denominada
“Primeiro Programa – Depois Agrupa” obteve vantagens em praticamente todos os
parâmetros analisados. A grande vantagem das soluções fornecidas por esta heurística é a possibilidade de eliminar as garagens mais onerosas, o que causa uma
redução considerável nos custos do sistema de transporte público.
5. Conclusões
Neste trabalho, foram exploradas duas heurísticas distintas de resolver o
PPVMG. Na primeira heurística as linhas de uma região metropolitana foram agruresolvido um PPV para cada garagem. Na segunda heurística todas as linhas foram
Posteriormente foi aplicado o modelo de transporte para fazer a alocação dos veículos às garagens de tal forma que os custos de deslocamento fossem mínimos.
reduzir o número de veículos, os tempos de viagem morta e os tempos de espera
em todos os casos. Ambos os métodos foram aplicados a casos reais e produziram
soluções de melhor qualidade do que as utilizadas pelas empresas analisadas.
os resultados de um cenário que permite a integração das frotas das empresas que
operam na região do Barreiro em Belo Horizonte. Foi constatado que desta forma
é possível reduzir o número de ônibus e empresas necessárias para realizar todas
viagens previstas para servir a região.
Os resultados obtidos neste trabalho têm importância prática fundamental
pois ele serviu como motivação para que a BHTRANS iniciasse um processo de
licitação não por linhas individualmente mas por bloco de linhas ou região. Tal
procedimento tem como objetivo incentivar as empresas a operarem em grupo,
compartilhando e linhas e em última análise reduzindo os custos do sistema.
Programação de Veículos com Múltiplas Garagens: Soluções
de Apoio ao Processo de Licitação de Linhas Urbanas
151
Agradecimentos
Os autores agradecem à FAPEMIG, ao CNPq e à BHTRANS pelo apoio recebido no desenvolvimento deste projeto.
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Gustavo Peixoto Silva ([email protected])
Departamento de Computação, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas,
Universidade Federal de Ouro Preto
Campus Universitário do Morro do Cruzeiro, s/nº – 35.400-000 Ouro Preto, MG, Brasil
Uma Aplicação da Busca Tabu para
o Projeto de Redes de Transporte
de Carga Parcelada
8
Resumo
Este trabalho trata do projeto de redes de distribuição de carga parcelada, e
mínimo custo, tendo como principal dado adicional de entrada uma rede de transporte com uma estrutura similar a uma rede
o problema trata do planejamento dos carregamentos a serem realizados em cada
um dos terminais levando-se em conta cada uma das cargas que devem ser transporsolução de problemas de tamanho igual ao encontrado na prática, foi proposta uma
heurística baseada em busca tabu para sua solução.
154
Transporte em Transformação XV
Abstract
This work deals with the design of distribution networks for less-than-truckorigins to the destination terminals, seeking for a minimum cost, having a hubproblem deals with the planning of loads to be done at each terminal, taking into acneeds to follow to reach its destination. This problem was modeled mathematically
tion method based on tabu search.
1. Introdução
Em redes
tem-se uma rede em que não são permitidas rotas
diretas entre terminais não- , sem paradas intermediárias para consolidação. E
ainda, nos casos em que a alocação única, ou seja, um terminal nãoé alocado
a um único
, o roteamento da carga se torna trivial, pois todo o tráfego recebido
e envidado é sempre direcionado ao
alocado.
Entretanto não é o que ocorre na prática, pois na operação diária de empresas de transporte rodoviário de carga parcelada, carregamentos diretos são não só
realizados, como também incentivados devido ao menor custo para operação. Em
intermediários, além de melhorar o nível de serviço.
tipo
seja inadequada para representar corretamente o problema encontrado em transportadoras de carga parcelada, mas sim que no dia-a-dia podem
ocorrer situações que levam a decisões que não podem ser representadas no nível
estratégico. Uma das mais relevantes é a variação na demanda de carga entre terminais; a outra é a consideração da capacidade dos veículos que realizam o transporte
entre terminais.
Às vezes, se toda a carga originada em um terminal for enviada ao
ao
qual está alocado e daí para os demais
, isso pode acarretar ociosidade dos ve-
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
155
ículos, ou ainda pode comprometer, dependendo do caso, o prazo de entrega, pois,
cada parada intermediária em um terminal de consolidação, adiciona em média um
dia no prazo total para a carga chegar ao seu terminal de destino que será responcargas diretamente para os destinos ao invés de passar por dois
, caso exista
de destino, ou então com somente uma parada intermediária em um único
.
programação de carregamento entre terminais no transporte de carga parcelada, que
pode ser sintetizado como: dada uma rede
serem operadas, e o dimensionamento da quantidade e tipo de veículos necessários
em cada rota, para que todas as cargas sejam transportadas até o seu terminal de
destino a um menor custo possível, valendo se da possibilidade de consolidação de
cargas nos
.
Comumente tratado no nível de decisão tático, o problema está centrado espercorrer até chegar ao seu destino, tendo como dado de entrada uma rede de transporte do tipo
das. Dado um conjunto de cargas a serem transportadas, deseja-se, portanto decidir
como essas cargas serão movimentadas nessa rede, estabelecendo as rotas a serem
quantidade e tipo de veículo utilizado em cada rota. O objetivo geral consiste em
acompanhar a variação na demanda por transporte de carga parcelada, sendo comum no Brasil, em certas semanas do mês, e em certos meses do ano.
O restante desse artigo está organizado da seguinte forma: na Seção 2 é apreevidenciada nos experimentos computacionais, para se obter a solução ótima do
modelo matemático formulado para o problema através do pacote de otimização
CPLEX, é proposta uma estratégia de solução baseada em busca tabu, que é descrita na Seção 4. Na Seção 5 são apresentados os resultados obtidos com os experimentos computacionais realizados utilizando dados reais de uma empresa transportadora de carga parcelada pelo modal rodoviário no Brasil. Finalmente na Seção 6
são apresentadas as conclusões.
156
Transporte em Transformação XV
2. O Problema do Carregamento de Cargas Parceladas na
Literatura
O problema do carregamento de cargas em uma rede de transporte tem
sido largamente estudado na literatura, e conhecido com o nome de
(NLP). O NLP é considerado uma variante do problema do projeto
de redes capacitado com múltiplas
(
), e foi estudado pela primeira vez por Magnanti
(1993), no contexto
o número de instalações de transmissão digital a serem abertas em cada arco da
rede de tal forma a atender toda a demanda a um mínimo custo.O NLP modela
Já em Magnanti
(1995) foram considerados dois tipos distintos de recursos a serem alocados nos arcos, nesse caso dois tipos diferentes de cabos em uma
rede de telecomunicações; considerando duas abordagens para solução do problema de programação inteira mista: uma estratégia baseada em relaxação lagrangiana,
válidas, obtendo desempenhos similares.
Barahona (1996) tratou do NLP em redes de telecomunicações e estuda o problema com e sem
caminho até o seu destino. O problema foi resolvido utilizando-se uma relaxação
, e a partir da solução do problema bifurcado,
O foco do trabalho de Mirchandani (2000) foi na solução do NLP capacitado,
com dois tipos de recursos a serem alocados nos arcos, da mesma forma que em
Magnanti
(1995). Foram desenvolvidas formulações matemáticas equivalenas propriedades do poliedro para os cones de projeção correspondentes.
No trabalho de Berger et al. (2000) foi estudado o NLP não bifurcado, tendo
os autores desenvolvido uma heurística baseada em busca tabu para solução do problema, cujo desempenho foi comparado com duas outras heurísticas desenvolvidas:
e
Os experimentos computacionais realizados mostraram que a busca
tabu obteve um desempenho superior no que diz respeito à qualidade da solução
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
157
-
mento para a obtenção das soluções.
Gendron
(2002) propuseram uma heurística em duas etapas para solução do NLP não bifurcado. A primeira etapa da heurística consistiu na construção
de uma solução inicial que em seguida foi melhorada utilizando um mecanismo
testadas em problemas com 200 e 500 nós. Nenhuma comparação foi realizada
problemas testados.
Avella
(2007) introduziram uma nova classe de inequações métricas
justas para o NLP, que caracterizaram completamente o envoltório convexo de soluções inteiras viáveis para o problema, apresentando algoritmos de separação para
as inequações métricas justas e algoritmos de plano de corte.
No trabalho de Babonneau e Vial (2010) os autores utilizam uma abordagem
inovadora para solução do NLP. O método de solução desenvolvido pelos mesmos
Benders. Os experimentos computacionais realizados mostraram que a abordagem
para problemas de maior porte, com mais de 700
, superando todos os
resultados obtidos por outros autores para esta classe de problemas.
Altin
(2010) estudaram o NLP em que as demandas entre os pares de
nós da rede são assumidas como não sendo conhecidas de antemão. Os autores propuseram uma nova formulação matemática mais compacta para o problema, e após
resolveram o NLP utilizando
(B&C). Os experimentos computa-
até dois tipos de diferentes de recursos disponíveis para serem alocados nos arcos.
Todos os estudos relacionados ao NLP enfatizam a possibilidade de se modelar o problema de carregamento de carga parcelada em uma rede de transporte
como sendo um caso especial do NLP, entretanto não foi encontrado na literatura
nenhum trabalho nesta direção.
158
Transporte em Transformação XV
3. Modelo Matemático
O modelo matemático proposto considera que cada carga deva percorrer um
único caminho até chegar ao seu destino, não permitindo o seu particionamento
(ou fracionamento) entre dois caminhos que ligam dois nós. Essa consideração é
muito relevante em termos práticos da forma como operam as transportadoras de
carga parcelada, pois é fundamental que o líder local de cada terminal de origem
à forma com que as cargas devam ser carregadas, especialmente com relação às
possíveis paradas em terminais intermediários, até chegarem aos seus destinos. Em
outras palavras, é indesejável que uma carga, de um dado terminal de origem para
um terminal de destino, seja fracionada em veículos que seguem rotas distintas,
clientes que compõem cada uma das cargas que são fracionadas.
como o conjunto de terminais
o conjunto de cargas a serem transportadas, o con(nós) da rede em estudo,
junto de tipos de veículos disponíveis (em geral dois tipos), e ainda o conjunto de
arcos candidatos para a seleção das rotas da rede aos quais serão alocados veículos.
: peso da carga ,
, a ser transportada;
: origem da carga ,
;
: destino da carga ,
;
: custo de cada veículo do tipo ,
alocado
no arco
da quantidade de carga carregada no mesmo. : capacidade do veículo do tipo ,
.
As variáveis de decisão para o problema são:
cos, do tipo inteira não negativa, indicando o número de veículos do tipo ,
,alocados ao arco
; : variável binária que recebe o valor 1 se a carga
,
, é transportada por um veículo do tipo ,
, no arco
e zero
caso contrário.O modelo matemático proposto para representar o problema de carregamento de carga parcelada em uma rede de transporte pode ser formulado como
segue:
(1)
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
159
sujeitoàsrestrições:
(2)
(3)
(4)
(5)
A função objetivo (1) visa minimizar o custo resultante das decisões de criarepresentadas pelas restrições (2). Já as restrições (3) asseguram que a quantidade
total de cargas alocadas a um dado tipo de veículo, em um determinado percurso,
não deve exceder a capacidade disponível.
forem adicionadas à formulação matemática as restrições (6) e (7), elas tornam a
formulação mais robusta, melhorando a qualidade da relaxação linear, e acarretando um menor número de iterações do
para se atingir a solução
ótima, conforme evidenciado em experimentos computacionais com o CPLEX em
problemas de pequeno porte que podem ser resolvidos até a sua otimalidade.
(6)
(7)
As restrições (6) são similares às utilizadas por Barahona (1996) para o problema “não bifurcado”, com somente um tipo de veículo. Já as restrições (7) visam
garantir que nenhuma carga individual exceda a capacidade de um veículo disponível (de qualquer tipo).
160
Transporte em Transformação XV
4. Estratégia de Solução Baseada em Busca Tabu
Dada a complexidade para resolução do problema de carregamento de carga
parcelada em uma rede de transporte, é proposto neste trabalho um método de solução
baseado na metaheurística busca tabu. A busca tabu é um procedimento de busca local
que utiliza estruturas de memória para guiar os movimentos de uma solução viável
para outra, com o objetivo de se explorar regiões do espaço de busca que poderiam
não ser explorados, tentando escapar do ótimo local. Os princípios fundamentais da
busca tabu são apresentados em detalhes em Glover (1986, 1989).
Para a geração da solução inicial do problema, foi necessário propor um método
para selecionar os arcos a serem utilizados e, concomitantemente, determinar o número de veículos de cada tipo que será alocado ao arco. Para tanto, seja
ção das rotas a serem operadas para o carregamento de carga parcelada na rede de
transporte. Isso permite utilizaram vetor binário de tamanho igual à cardinalidade do
conjunto (ou simplesmente ), para representar uma solução para o problema.
Primeiramente são ordenadas todas as cargas a serem transportadas, por par
origem-destino, em ordem decrescente de peso total. O algoritmo de ordenação
descrita em Singleton (1969).
Em seguida, iniciando com a carga de maior peso, determina-se o caminho mínimo
partindo do terminal de origem da carga, até o seu terminal de destino, tendo como
tendo
como atributo dos arcos a distância entre terminais.
Uma vez encontrado o caminho mínimo para a carga de maior peso, atribuise zero para a distância em cada um dos arcos que compõem o caminho mínimo.
Em seguida, encontra-se o novo caminho mínimo para a carga de maior peso ainda
procedimento é repetido até que todas as cargas tenham sido examinadas, em ordem
decrescente de peso total.
Nesta etapa o peso de cada uma das cargas não é levado em consideração, pois
em seguida, conforme descrito na etapa seguinte é realizado o cálculo da quantidade
e tipo de veículo utilizado em cada uma dessas ligações. O objetivo da atribuição de
custo igual a zero é incentivar novas cargas a utilizarem os mesmos arcos já abertos por
cargas previamente avaliadas, resultando assim em um menor custo total da solução.
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
161
nidas para chegarem ao seu destino, sendo em seguida calculado o custo da solução
inicial. O algoritmo do caminho mínimo utilizado foi o mesmo apresentado em Gallo
implementada computacionalmente como um
binário.Assim, como resultado
parcial da geração de uma solução inicial para o problema, obtêm-se um vetor solução que indica quais arcos foram selecionados, e uma estrutura de dados contendo os
arcos utilizados por cada carga para chegar até o seu terminal de destino.
No vetor solução são representados somente quais arcos serão utilizados na
solução, não apresentando nenhuma indicação da quantidade e tipo de veículo utilizado em cada arco.Tendo como dados: (i) a lista de cargas que utilizam cada um
dos arcos abertos, resultante da geração da solução inicial;.(ii) o peso de cada uma
dessas cargas; e (iii) a capacidade dos veículos disponíveis para operação; e com
base na somatória total de peso que cada arco necessita transportar, é realizado então o cálculo da quantidade de veículos a serem utilizados.
Dado que cada arco transporta a uma ou mais cargas, que podem ser alocadas a um
ou mais veículos, a ordem com que as cargas são selecionadas para serem alocadas nos
veículos é de extrema importância, e esse subproblema é por si só muito difícil de ser resolvido. Em suma, esse problema consiste em determinar o número de veículos que represente
a solução de mínimo custo, e quais cargas alocar a cada veículo. Esse problema pode ser
modelado como um problema conhecido na literatura de
(BPP).
O problema de
(BPP) pode ser descrito da seguinte forma: dados
(ou
= 1,..., objetos ou cargas com seus respectivos pesos , e = 1,...,
, determinar a alocação (ou designação)
das cargas aos veículos (sendo
, ), de tal modo que o número de veículos
utilizados seja mínimo, e respeitando-se as restrições de capacidade em cada um
dos veículos. O BPP é
(Garey e Johnson, 1979).
No caso especial da determinação de uma solução inicial para o problema do
carregamento de cargas parceladas em uma rede de transporte, com T tipos diferentes de veículos (em geral, T=2), a quantidade de veículos utilizados de cada tipo é
de à quantidade de veículos utilizados em cada arco da solução.
Dado que o BPP é
, o mesmo é utilizado para determinar o menor
número de veículos para cada arco aberto na solução utilizando também uma heu-
162
Transporte em Transformação XV
rística baseada em busca tabu. Para representar a solução do BPP é criado um vetor
de tamanho igual à quantidade de cargas que utilizam um determinado arco e, em
cada posição desse vetor, são colocados os índices das cargas. Deve-se notar que
essa heurística baseada em busca tabu para o BPP é executada somente se a somatória do peso das cargas que utilizam o arco for maior que a capacidade do menor
veículo do problema.
Na geração da solução inicial do BPP, a primeira etapa consiste na ordenação
das cargas por ordem decrescente de peso. Em seguida é alocado primeiramente o veículo de maior capacidade (no caso a carreta), e as cargas são designadas sequencialmente aos veículos de acordo com o vetor solução, até atingir a sua capacidade limite.
As decisões de escolha da ordenação das cargas em ordem decrescente de peso, e
também a decisão de se iniciar a alocação com o veículo de maior capacidade, foram
tomadas com base nos experimentos computacionais realizados que apresentaram
melhores soluções para problemas de grande porte. Dado que esse procedimento para
dimensionamento da quantidade de veículos foi realizado em cada arco da rede, e a
cada iteração da busca tabu, o objetivo foi criar uma heurística simples, e que pudesse
obter resultados satisfatórios em um curto tempo de processamento.
na rede, o cálculo do custo total da solução se torna trivial conforme a função objetivo
representada pela equação (1) apresentada no modelo matemático para o problema.
Após a geração da solução inicial, a descrição formal da heurística de melhoria baseada em busca tabu é apresentada na Figura 1. É explorado somente o espaço
de soluções viáveis do problema, entendendo como uma solução viável aquela que
com esse conjunto de arcos, todas as cargas possam ser transportadas desde o seu
terminal de origem até o seu terminal de destino (existe um caminho possível a ser
percorrido). Sendo assim, um movimento não é escolhido para ser realizado se resultar em uma solução inviável para o problema.
Dois mecanismos simples são utilizados para tentar evitar que a heurística
referência o trabalho de Battiti e Tecchiolli (1994), que desenvolveram uma busca tabu reativa (
). A busca tabu reativa possui um mecanismo
de memória que tem como objetivo armazenar soluções previamente visitadas, e
dinamicamente alterar os parâmetros da busca tabu para tentar explorar diferentes
regiões do espaço de soluções do problema.
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
163
Neste trabalho é utilizado um mecanismo simples que armazena o valor da
função objetivo, e em qual iteração da busca tabu ela foi encontrada, permitindo
to permanece tabu (conhecido como duração tabu ou
), seja alterado
intervalo mínimo de iterações.
Figura 1: Esqueleto básico da busca tabu para solução do problema
164
Transporte em Transformação XV
O segundo mecanismo utilizado para se explorar diferentes regiões do espaço
cação forte (
) (Dell’amico
, 1999; Stecco
, 2009),
e consiste na geração de uma nova solução inicial, escolhendo-se aleatoriamente
arcos a serem inseridos na solução, até que esta se torne viável. Esse procedimento
5. Experimentos Computacionais
Não existe na literatura instâncias de teste para avaliação comparativa do desempenho da heurística proposta, e ainda, apesar das similaridades já descritas, o
problema aqui tratado é de natureza diferente do NLP (
),
pois o NLP trata da solução de problemas de rede de telecomunicações, tendo proporções de custo, volume de tráfego, e quantidade de arcos bem diferentes dos
dados de uma empresa transportadora de carga parcelada, podendo levar a interpretações incorretas, caso esses dados sejam utilizados para avaliação. Sendo assim,
optou-se por utilizar diretamente dados reais de uma empresa transportadora de
carga parcelada.
dos foram manipulados apropriadamente e resultou em 12 instâncias de teste, uma
para cada mês do ano. Um resumo das instâncias geradas pode ser visto na Tabela 1.
: indica o número de
terminais envolvidos em cada problema, correspondendo a um ponto de origem e/
ou destino de carga;
: a quantidade total de cargas a serem transportadas;
: peso total de todas as cargas a serem transportadas;
: número de
variáveis inteiras , ou rotas disponíveis, do problema, para um único tipo de veículo;
: número de variáveis binárias do problema de programação inteira, para
um único tipo de veículo;
: número de restrições de cada problema, para um
único tipo de veículo;
: número de elementos diferentes de zero da matriz
de restrições, no caso de um único tipo de veículo.
transporte de carga parcelada no Brasil. Analisando os dados fornecidos, observa-
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
165
se no início do ano uma forte queda na demanda, tendo um peso médio por carga
transportada aproximadamente 30% menor, ao se comparar com o último trimestre
do ano.
O experimento computacional consistiu em resolver cada um dos 12 problemas gerados utilizando tanto o pacote de otimização CPLEX versão 9.1, como
também com a heurística proposta baseada em busca tabu, a qual foi implementada
tipos de veículos para os experimentos: truck e carreta. As rotas alternativas foram
obtidas conforme descrito na seção anterior, tendo cada carga cinco alternativas básicas para envio/utilização de rotas: (i) carregamento direto entre os terminais; (ii)
carregamento via
origem; (iii) carregamento via
destino; (iv) carregamento
típico
; (v) via um
qualquer da rede.
O computador utilizado para os experimentos computacionais foi um laptop
com sistema operacional Windows Vista, com processador Intel Core 2 Duo 2,20
GHz e 4 GB de memória RAM, sendo que somente um processador foi utilizado
nos experimentos computacionais.
Os experimentos iniciais realizados ao se tentar resolver quaisquer dos 12
ótima para esses problemas. Por exemplo, ao se tentar resolver a instância correspondente ao mês de janeiro (a menor dentre as 12 instâncias), na sua versão
solução ótima após 18 horas de processamento, e o
no momento da interrupção do processamento ainda era de 17,61%. Já para o mesmo mês (janeiro), porém
considerando os dois tipos de veículos (truck e carreta), não foi possível ao CPLEX
encontrar nenhuma solução viável após 18 horas de processamento.
das 12 instâncias, e também devido à restrição imposta do tempo aceitável para se
obter uma solução para o problema prático, optou-se por realizar os experimentos considerando-se um o tempo limite máximo para processamento, tanto para o
CPLEX como também para a heurística baseada em busca tabu, de 30 minutos.
Esse tempo limite de 30 minutos condiz com a expectativa da empresa transportadora, que pretende não só utilizar o modelo como uma ferramenta de planeja-
166
Transporte em Transformação XV
tura de rotas, adicionando e/ou excluindo novas rotas, ou ainda alterando o tipo de
veículo alocado em cada rota, de acordo com o volume de cargas no dia.
Adicionalmente, foram adotados os seguintes parâmetros para a heurística
de melhoria baseada em busca tabu: o número de iterações que cada movimento
permanece tabu (
a heurística para resolução do problema de
, também baseada em busca
tabu, e que permite determinar o número de veículos de cada tipo utilizados em
ções realizadas, sendo esse o critério de parada.
Tabela1: Resultados obtidos com o CPLEX com a Busca Tabu
Mês Term. Cargas Peso (Kg) Var.Int. Var. bin. Restr. Não-zeros CPLEX¹ GAP (%)¹
Tabu¹
Tabu (%)¹ Tabu²
JAN
51
195
854.929
725
141.375 152.045
562.325
51.241,4
22,2%
47.678,4
-7,0%
44.908,2
FEV
51
198
845.244
737
145.926 156.761
580.481
48.214,6
22,3%
46.999,4
-2,5%
42.790,0
MAR
51
191
948.822
736
140.576 151.053
559.220
50.591,8
17,8%
49.193,2
-2,8%
47.768,8
ABR
51
203
982.572
741
150.423 161.517
598.373
56.277,2
24,8%
49.648,2
-11,8%
49.329,0
MAI
51
192
1.009.790
731
140.352 150.875
558.299
54.451,6
18,5%
53.422,6
-1,9%
51.408,6
JUN
51
200
1.047.962
730
146.000 156.930
580.730
54.093,2
18,9%
52.348,8
-3,2%
50.483,2
JUL
52
200
1.011.689
756
151.200 162.356
601.556
54.385,8
22,0%
51.371,6
-5,5%
50.573,0
AGO
52
208
1.065.274
763
158.704 170.283
631.419
55.281,8
19,3%
54.733,0
-1,0%
53.030,2
SET
51
207
1.091.068
767
158.769 170.093
631.703
59.563,0
23,0%
57.120,4
-4,1%
54.262,2
OUT
52
207
1.144.837
784
162.288 173.836
645.796
61.901,0
19,5%
59.788,4
-3,4%
58.642,4
NOV
52
221
1.207.605
795
175.695 187.982
699.155
65.699,2
23,6%
61.663,0
-6,1%
63.092,4
DEZ
53
217
1.128.746
805
174.685 186.991
695.205
60.303,6
22,9%
56.998,2
-5,5%
56.020,6
Na Tabela 1 são apresentados ainda os resultados obtidos com os experimentos computacionais realizados. A coluna com o nome ‘CPLEX¹’ corresponde à melhor solução inteira obtida pelo software após 30 minutos de processamento, para o
problema considerando somente um tipo de veículo, o veículo maior (carreta). Na
coluna ‘GAP (%)¹’ é apresentado o gap do CPLEX no momento da interrupção do
processamento. Os resultados da busca tabu são apresentados na coluna ‘Tabu¹’. A
coluna ‘Tabu (%)¹’, refere-se à diferença percentual obtida ao se comparar as soluções obtidas com o CPLEX e com a busca tabu, calculada como:
Essa comparação só pôde ser realizada com os problemas resolvidos com
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
167
somente um único tipo de veículo (carreta), dado que o CPLEX não conseguiu obter nenhuma solução inteira para os problemas com dois tipos de veículos (truck e
ou seja, 18 horas de processamento. As soluções obtidas com a busca tabu para o
problema com dois tipos de veículo (truck e carreta) são apresentadas na última
coluna da tabela, com o título ‘Tabu²’.
Analisando os resultados obtidos apresentados na Tabela 1, é possível verimas, obtendo um desvio percentual médio, em relação às melhores soluções obtidas
através do CPLEX, de -4,6%, tendo como desvio mínimo de -1,0% com o problema
do mês de agosto, e máximo de -11,8% no problema de mês de abril.
As soluções obtidas com o CPLEX, mesmo para somente um único tipo de
veículo, apresentaram um
de processamento, o
estava ainda acima de 15%. Como relatado anteriormente,
para a instância correspondente ao mês de janeiro, após 18 horas de processamento,
o
estava em 17,61%.
6. Conclusões
Esse artigo tratou do problema de carregamento de carga parcelada em uma
rede de transporte do tipo
Foi proposto um modelo matemático
para representar o problema, que foi inspirado em uma formulação apresentada
para um problema similar conhecido na literatura como
,
telecomunicações.
O modelo matemático proposto para representar o problema possui somente
nais, como pacotes comerciais de otimização, para sua solução. Com isso foi desenvolvida uma heurística baseada em busca tabu visando à obtenção de soluções de
Foram realizados experimentos computacionais utilizando dados de um ano
de operação de uma empresa transportadora de carga parcelada no Brasil. Os dados
168
Transporte em Transformação XV
fornecidos resultaram em 12 problemas, que foram resolvidos tanto utilizando o
pacote comercial CPLEX (versão 9.1), como também com a heurística busca tabu
proposta.
Os resultados obtidos com os experimentos computacionais evidenciaram a
aceitável, para esta classe de problemas. Com isso, o tempo de processamento foi
limitado em 30 minutos, tanto para o CPLEX como para a busca tabu, sendo condizente com a expectativa da empresa transportadora, que pretende não só utilizar
o modelo como uma ferramenta de planejamento tático, mas também diariamente
cionando e/ou excluindo novas rotas, ou ajustando o tipo de veículo adequado para
cada rota, de acordo com o volume de cargas no dia.
A busca tabu foi capaz de obter as melhores soluções em todos os problemas
os resultados obtidos utilizando o CPLEX, mostrando ser uma alternativa interessante para solução desta classe de problemas, sendo simples de ser implementada
para a obtenção de soluções de boa qualidade.
É importante destacar ainda que para o caso especial em que são tratados
mais de um tipo de veículo para a operação, no estudo de caso veículos do tipo
truck e carreta, o CPLEX, mesmo após 18 horas de processamento, não pôde obter
nenhuma solução inteira para nenhuma das 12 instâncias aqui estudadas. Outro
ponto importante a ressaltar é que o problema do dimensionamento da quantidade
e tipo de veículos utilizados em cada rota, modelado como o problema conhecido
na literatura como BPP, por si só já é um problema complexo e o esforço para sua
solução poderia ser um objeto de pesquisa.
Uma Aplicação da Busca Tabu para o Projeto de
Redes de Transporte de Carga Parcelada
169
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Sistema de Transporte
Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua
Estrutura e Elementos
9
Resumo
No processo de planejamento de transportes, o entendimento do seu sistema e o conhecimento de cada elemento é fundamental para sucesso do trabalho.
importância na economia brasileira, nos estudos encontrados sobre o Transporte
minados elementos, mas há uma carência de estudos sobre como os elementos estão
relacionados. Sendo assim, este trabalho apresenta uma proposta para a organização dos elementos de um sistema, considerando as relações entre eles. O objetivo é
cada elemento, estabelecer uma hierarquia e organizar as características destes que
172
Transporte em Transformação XV
devem ser consideradas no planejamento. Como aplicação da proposta, foi estruturada uma rede contendo os elementos principais do Sistema TRC.
Abstract
In the process of transportation planning, the understanding of the system
and knowledge of each element is essential. To direct the actions of transportation
lated. Despite its obvious importance in Brazilian economy, the studies found on
Freight Road Transportation (TRC, in Portuguese) usually have an approach with
ments are related. Thus, this work presents a proposal for organizing the elements
of a system, considering the relationships between them. The goal is to propose that
establish a hierarchy and organize their characteristics to be considered in planning.
As an application of the proposal a network containing the main elements of the
TRC System is presented
1. Introdução
O aparecimento de novas tecnologias de informação propiciou uma maior
disseminação das informações, facilitando o acesso dos pesquisadores ao conhecimento. No entanto, as informações muitas vezes encontram-se desorganizadas,
trazendo abordagens distintas a respeito de um mesmo objeto. Em se tratando do
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas (STRC), além da carência de publicadistintos para um mesmo elemento do sistema.
O STRC é um sistema complexo, composto de muitos elementos que se relacionam. Os autores que escrevem a respeito desse sistema não apresentam consenso
em relação à sua composição e em relação às características de seus componentes.
Alguns elementos estão presentes nas descrições da maioria dos trabalhos, como,
por exemplo, as vias e os veículos. No entanto, outros elementos nem sempre são
mencionados, como, por exemplo, as cargas transportadas pelo sistema.
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
173
Essa percepção reforça a necessidade de organizar os elementos do STRC e
discute algumas maneiras de organizar elementos, estruturando o conhecimento a
respeito de sistemas de transporte. Na sequência, será apresentada uma proposta
ção considerando os elementos do STRC. Cabe ressaltar que a estrutura do STRC
apresentada foi desenvolvida com o objetivo de validar as relações propostas (que
de representação do conhecimento acerca do STRC.
2. Representação do Conhecimento
Considerando as formas de representação do conhecimento, McGarry (
distinção de quatro tipos de meio que podem ser utilizados para representar uma
informação:
i) Sinais: que estabelecem relações com as ações a serem desenvolvidas pelo
receptor;
ii) Signos: que indicam a presença física de algo ou algum evento relacionado
a ele;
iii) Símbolos: que se constituem de representações culturalmente construídas
iv) Linguagem: elemento fundamental da comunicação humana.
Entretanto, mesmo fazendo uso destes meios, é difícil representar a informação de maneira adequada, pois é sabido que a própria representação é por si só um
processo redutor da informação realizada por um intermediário (Furgeri, 2006).
tação do conhecimento atinja seus objetivos, devem ser aplicadas teorias e técnicas
de três áreas distintas: a lógica para se ter uma estrutura formal e regras de inferência; a ontologia
computação, para se conseguir apoio às aplicações que farão uso de
tal representação.
174
Transporte em Transformação XV
2.1 Ontologia
lida com a natureza e a organização do ser. Quando aplicado por comunidades de
que podem ser usados para descrever alguma área do conhecimento ou construir
uma representação deste (Maedech
Guimarães, 2002). Rios (2003) ressalta
que não se deve estabelecer uma relação de sinonímia entre ontologia e base de
Rios, 2003) consideram a ontologia como um componente de uma coleção de informações, sendo ela
o alicerce para a construção do conhecimento.
Para se realizar o processo de representação do conhecimento, Corradi
.
formas diferem entre si pela natureza dos resultados e pelos meios empregados em
sua produção.
2.2 Redes semânticas
Corradi
formas de representar o conhecimento acerca de determinado objeto. Conforme
esses autores, o conceito para rede semântica foi desenvolvido por Quillian e representou a primeira tentativa de fornecer uma representação do conhecimento baseaEm seu livro Estrutura Semântica, Baldinger (1970), partindo da constatação
tem partes pertencentes a uma mesma classe e que podem ser dispostos de maneira
horizontal. Outros, por sua vez, relacionam-se hierarquicamente, podendo ser dispostos de maneira vertical.
se liga ao sujeito, e organiza a realidade, facilitando sua compreensão. Desta forma,
a estrutura semântica é aquela que organizada na forma de categorias, permite a
visualização de diferentes classes do ser ou as diferentes classes de características
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
175
Seguindo esse conceito, a ideia de construção semântica resulta na organização de elementos representativos, compondo estruturas, nas quais diferentes eleelementos, representam a relação existente entre eles e que facilitam sua compreensão (Ceftru, 2008). A principal vantagem das redes semânticas é justamente a possibilidade delas explicitarem as relações entre os elementos. Dessa forma, a estrutura
diferentes classes, ou em diferentes características que podem ser atribuídas ao elemento estudado (Tedesco, 2008).
Para Furgeri (2006), as relações entre os elementos podem ser realizadas a
partir de uma categorização (esses elementos são agrupados pela sua natureza), por
uma hierarquização (é estabelecida uma ordem de dependência entre os elementos),
por uma relação partitiva (um elemento é composto de partes) e por relações de
equivalência.
Guarino (1998) divide as relações em estruturantes - aquelas que contribuem
para a estruturação do domínio, e não estruturantes - aquelas que fornecem infor.(
Gonçalves e Souza,
tam que algumas relações são primitivas e independentes de domínio. São três as
relações binárias listadas por esses autores: relação classe-classe, relação instânciaclasse e relação instância-instância.
Entende-se que as redes semânticas podem representar diferentes conceitos,
semânticas em seis tipos mais comuns:
a relação “é um” como principal, suportando regras de herança por meio
da passagem das propriedades de um tipo superior para todos os tipos inferiores a ele;
assumida como contingentemente verdadeira, a menos que seja explicitamente marcada por um operador modal;
iii) Redes de implicação – a implicação é a principal relação utilizada, sendo
176
Transporte em Transformação XV
a lógica e a probabilística as principais abordagens aplicadas a esse tipo
de rede;
iv) Redes executáveis – permitem alteração dinâmica da rede por possuírem
mecanismos para execução de inferências, passagem de mensagens ou
busca por padrões e associações;
v) Redes de aprendizado – constroem ou estendem sua representação por
meio da aquisição de conhecimento provindo de exemplos. O novo conhecimento pode alterar a rede antiga adicionando ou apagando nós e arcos
arcos;
vi) Redes híbridas – combina duas ou mais das redes anteriores em uma única
ou em redes separadas, mas com interação.
Para o desenvolvimento da estrutura contendo elementos e características do
STRC, o presente trabalho propõe a adoção de uma rede híbrida, contendo três tipos
de relações entre os elementos. Esta proposta está detalhada no item 4.
3. Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas (STRC)
Apesar de sua evidente importância na matriz de transporte brasileira, as renem sempre tratam de forma organizada a estrutura e os elementos do seu sistema
ou do Sistema de Transporte de Cargas realizado por outros modos de transporte.
Além da maioria das publicações encontradas abordar o transporte de passageiros, as publicações sobre o transporte de carga tratam o tema com foco na logís(e.g. Moura e Banzato, 1997 e Rodrigues, 2007), sobre os veículos utilizados (e.g.
ABNT, 2006) ou sobre a infraestrutura (vias, terminais etc.). No entanto, a maneira
como esses elementos se relacionam para formar uma estrutura única e integrada do
STRC ainda não é explorada pela literatura técnica.
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
177
3.1 Elementos dos Sistemas de Transportes
A palavra “sistema” tem origem grega (
corresponde a “um certo número de elementos em interação”. Bertalanffy foi um
dos primeiros autores a estudar os sistemas, tendo desenvolvido a Teoria Geral dos
Sistemas, que foi a base utilizada pela maior parte dos estudos desenvolvidos posteriormente. Seus estudos são fundamentados na biologia, a partir dos quais estudou
a organização e no funcionamento de sistemas de organismos vivos. Além disso,
parte de suas formulações se remete à teoria dos sistemas abertos.
análise exaustiva sobre o assunto, mas um resumo do que foi encontrado nas principais fontes literárias com abordagem de transporte, discutida também por Tedesco
(2008) e por Ceftru (2008).
A relação dos componentes que formam um sistema de transporte é variada
de acordo com cada autor. Alguns autores se limitam aos aspectos físicos, dando
ênfase à infraestrutura, e outros autores complementam com aspectos operacionais.
Em relação aos componentes do sistema de transporte, Manhein (1979) cita os seguintes:
Pessoas e bens transportados;
Veículos que os transportam; e,
Redes através das quais os veículos se deslocam.
e Sacone Bianco e Toth (1996) citam que um sistema de transporte consiste de
dois principais componentes:
Sistema de demanda, que representa as necessidades e comportamento dos
usuários;
Sistema de oferta (
), que inclui tudo que está relacionado à produção
do serviço, desde a infra-estrutura até o planejamento de regras do sistema.
178
Transporte em Transformação XV
Como os fatores demanda e oferta estão relacionados entre si, para Febbraro e
Sacone Bianco e Toth (1996), um modelo de sistema de transportes pode ser considerado como a integração dos modelos de demanda e de oferta e suas interações.
Ainda, Setti e Widmer (1997) citam que os elementos funcionais que permitem a movimentação de pessoas e bens são: veículos; vias; terminais e plano de
operação. Distinguindo apenas um desses elementos, Khisty e Lall (1998) seguem
uma linha próxima. Ao invés de listarem o “plano de operação” como elemento
do sistema de transportes, Khisty e Lall (1998) citam os “técnicos que constroem,
operam, gerenciam e mantém as vias, os veículos e os terminais”. Para os autores,
esses quatro elementos interagem com o humano, sendo usuário ou não usuário do
sistema, e também com o meio ambiente.
Além destes componentes, certos autores ainda apontam três outros: os dispositivos de unitização de cargas, as interseções e a força de trabalho (Khisty, 1990).
Com um maior nível de detalhamento, Morlok (1978) lista os componentes do sistema de transportes como sendo:
objeto a ser movido: por exemplo, passageiros e cargas;
caminho a ser percorrido;
veículo: dá ao objeto mobilidade em determinado tipo de caminho;
container: compartimento por onde os objetos podem ser transportados para
facilitar a movimentação. A diferença do container para o veículo é que o
container sozinho não consegue dar mobilidade ao objeto;
custos: do uso da terra, da mão de obra e dos materiais utilizados na manutenção e construção inicial;
terminais: qualquer estrutura em um caminho onde os veículos podem parar
para serem carregados e descarregados;
plano de Operação: conjunto de procedimentos que regem a operação do
sistema.
Em uma linha bastante semelhante, Meyer e Miller (1984) citam seis principais componentes dos sistemas de transportes que geralmente são relacionados a
políticas de transporte de diferentes tipos:
Infraestrutura do sistema de transportes, que inclui as vias que os veículos
circulam, os sistemas de sinalização, terminais, e qualquer outra instalação
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
179
Veículos que operam na infraestrutura do sistema;
Rotas que regem a operação dos veículos sobre a infraestrutura;
Motoristas dos veículos;
Procedimentos para operação do sistema, que incluem todas as regulamentações do governo (e.g. velocidade máxima permitida, documentação etc);
Custos dos operadores e/ou usuários do sistema, que não são somente os relacionados à infra-estrutura, veículos e procedimentos de operação, mas tam-
transportes encontradas na literatura e descritas no presente item:
Tabela 1: Abordagens sobre Sistemas de Transportes
Autor
Definição / Finalidade
Set ti e Widmer
(1997)
Conjunto de elementos que têm
como função permitir que pessoas e bens se movimentem.
Wingo e Perlof f
apud Bruton
(1979)
Conjunto de facilidades e instituições organizado para distribuir
seletivamente uma qualidade de
acesso em uma área urbana
Meyer e Miller
(1984)
Veículos
Vias
Terminais
Plano de operação
Vias;
Veículos;
Terminais;
Técnicos que constroem, operam,
gerenciam e mantém as vias, os veículos
e os terminais.
Khisty e Lall
(1998)
Febbraro e Sacone
at Bianco e Toth
(1996)
Componentes
Integração dos modelos de
demanda e de ofer ta e suas
interações.
Sistema de demanda;
Sistema de ofer ta (supply),
Infraestrutura;
Veículos;
Rotas;
Motoristas;
Procedimentos para operação do
sistema,
Custos
180
Transporte em Transformação XV
Autor
Definição / Finalidade
Morlok (1978),
O sistema de transpor te possibilita que um objeto seja movimentado de um local para outro ao
longo de uma trajetória, por meio
de uma tecnologia.
Manhein (1979)
Um sistema de transpor tes é uma
forma par ticular de mercado,
no qual a ofer ta e a demanda
atingem o equilíbrio considerados
os canais restritivos da malha de
transpor tes.
Componentes
Objeto;
Caminho;
Veículo;
Container;
Custos;
Terminais;
Plano de Operação
Pessoas e bens transpor tados;
Veículos que os transpor tam;
Redes através das quais os veículos se
deslocam.
3.2 Transporte Rodoviário de Cargas
O transporte rodoviário de cargas (TRC) é aquele realizado em rodovias. O
veículo utilizado neste transporte pode ser tanto um veículo unitário (e.g. caminhão
simples) quanto uma combinação de veículos de carga (CVC, que é composta por
para cada tipo de carga a ser transportada. O TRC é uma atividade que pode ser realizada pelo próprio dono da carga (Transporte de Carga Própria – TCP), ou pode ser
feita por um transportador, contratado para realizar este serviço (Transporte Rodoviário Remunerado de Cargas – TRRC). No Brasil, os transportadores que exercem
atividade remunerada de transporte de carga podem ser autônomos, empresas ou
cooperativas. Estes transportadores são obrigados por Lei a se cadastrar e obter o
Registro Nacional de Transportadores Rodoviários de Cargas (RNTRC).
No banco de dados do RNTRC estão cadastradas as principais características
dos transportadores e de sua frota. Os transportadores distribuem-se nessas três
categorias na seguinte proporção (Tabela 2):
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
181
Tabela 2: Quantidade de registros, segundo a categoria do transportador
Categoria
Quantidade de transportadores
%
Autônomos
671.781
84,0%
Empresas
127.595
15,9%
623
0,1%
799.999
100,0%
Cooperativas
TOTAL
Fonte: Banco de dados RNTRC – ANTT, ano base 2008
A economia brasileira ainda é bastante dependente do modo rodoviário, fato
que pode ser observado pela atual Matriz de Transporte brasileira, em que esse
modo representa mais de 60% do total de cargas transportadas (movimentando cerca de 485,6 bilhões de toneladas-quilômetro útil - TKU). Dados da Associação Nacional do Transporte de Cargas e Logística (NTC) indicam que o TRC responde por
3,4% do PIB nacional, e gera 3,5 milhões de empregos (Cruz, 2008).
Sendo assim, evidencia-se a importância dos estudos a respeito do STRC e a
4. Proposta de Estrutura dos Elementos do STRC
A criação de um padrão para a estruturação de objetos e conceitos mostra-se
cada vez mais necessária, visto que objetiva melhorar a representação do conhecimento e, conseqüentemente, melhorar a recuperação de informações e agilizar o
processo de transmissão destas (Furgeri, 2006).
Este trabalho propõe o uso de redes híbridas, com adoção de três distintas
sua hierarquia e estabelecer as características destes que devem ser consideradas
no planejamento. Para validação do trabalho, uma aplicação da proposta permitiu a
estruturação de uma rede contendo os elementos principais do STRC.
182
Transporte em Transformação XV
4.1 Procedimento geral para construção da estrutura de organização
Tedesco
(2009) apresentam uma metodologia para a construção e a dis-
um debate entre os participantes e são fundamentais para a construção e disseminação do conhecimento, visto que cada especialista possui conhecimento aprofundado sobre determinado elemento isoladamente, mas que nem sempre domina com
clareza os demais elementos e suas relações. Naquele trabalho foram apresentados
também os resultados da primeira aplicação da metodologia, que consistiu em uma
O presente estudo é uma complementação da proposta de Tedesco
(2009), uma vez que apresenta uma base para realização da primeira etapa da metodologia proposta por aqueles autores. A primeira etapa da metodologia proposta
por Tedesco
segundo os autores, devem ser realizados:
dos elementos componentes do sistema.
mais aprofundada referente a cada elemento, deve-se detalhar sua estrutura,
considerando sua composição e suas características.
Análise da estrutura do sistema com a equipe – realização de validações e
apresentação de uma estrutura inicial desenvolvida
Validação da estrutura do sistema – validação da estrutura inicial pelo responsável pela pesquisa.
A forma de organização dos elementos, baseada em redes híbridas, para construção da estrutura inicial do STRC (proposta deste presente trabalho) é uma maneias demais etapas da metodologia proposta por Tedesco
nas atividades de discussão sobre o objeto de estudo.
. (2009), principalmente
-
comenda-se seguir as demais etapas da metodologia proposta por Tedesco
(2009). Porém, a aplicação de todas as etapas propostas por aqueles autores não é
objeto do presente trabalho.
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
183
4.2 Estrutura de organização: relações entre elementos
Devido à complexidade dos elementos de um sistema de transporte, mostrase mais indicada a estruturação de redes híbridas, em que são utilizadas mais de
uma forma de relação entre elementos pertencentes a diferentes hierarquias. A seguir são propostas três diferentes relações entre os elementos da rede: composição,
caracterização e tipos.
A) Relação de composição: “é composto por”
Basicamente observa-se que a cadeira é formada por 4 partes: assento, pernas, braços e encosto (Figura 1).
Figura 1: Partes componentes de uma cadeira
A relação entre o primeiro elemento (1) e os demais é uma relação de composição, ou seja: a cadeira é composta por pernas, braços, encosto e assento. Essa
relação é de composição. Fazendo-se a leitura da relação no sentido inverso: pernas,
braços, encosto e assento são componentes de uma cadeira.
B) Relação de caracterização: “é caracterizada por”
Cada elemento também pode apresentar características. Seguindo com o
exemplo da cadeira, pode-se dizer que o elemento “assento” apresenta algumas
características (Figura 2):
184
Transporte em Transformação XV
Figura 2: Características do assento
A relação entre o elemento “assento” (1.4) e os demais é uma relação de
caracterização. Dessa maneira, pode-se dizer que o assento caracteriza-se por sua
altura, largura e por seu tipo de acabamento. Fazendo a leitura das relações de uma
estrutura no sentido inverso, diz-se que altura, largura e acabamento são características de um assento.
C) Relação por tipos: “é do tipo”
Um determinado componente ou uma determinada característica pode apresentar diferentes tipos. Por exemplo: o acabamento do assento (1.4.3) pode ser de
distintos tipos (Figura 3)
Figura 3: Tipos de acabamento do assento
A relação entre o elemento “acabamento” (1.4.3) e os demais é de tipo. Assim, pode-se dizer que o acabamento pode ser dos tipos madeira, plástico ou tecido.
Ao proceder a leitura inversa, diz-se que madeira, plástico e tecido são distintos
tipos de acabamento do assento de uma cadeira.
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
185
É importante salientar que elementos de uma mesma hierarquia devem seguir
o mesmo padrão de relação. Ou seja, não se pode misturar uma característica com
um componente, ou um tipo com uma característica (Figura 4). Pernas, braços e
encosto são componentes, enquanto o acabamento é uma característica. Portanto,
as relações entre este último elemento e o elemento acima dele (característica) seria
diferente da relação entre os demais e o mesmo superior (composição).
Figura 4: Ilustração de relações distintas em um mesmo nível
(não recomendável)
4.3 Estrutura Organizada do Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas
Como aplicação da proposta feita no capítulo anterior, desenvolveu-se uma
pesquisa sobre os elementos componentes do STRC. A organização da estrutura inicial do STRC deu-se a partir de pesquisas sobre o setor de transporte rodoviário de
com especialistas do setor – seguindo a metodologia proposta por Tedesco
Infrestrutura –aspectos da rede viária utilizada para o TRC, características
físicas e operacionais das vias e terminais existentes;
Veículos –principais características dos veículos utilizados para o transporte
de cargas, bem como dos equipamentos utilizados para a movimentação das
cargas (embarque, desembarque, embalagem etc.);
Carga –principais características das cargas movimentadas no transporte rodoviário;
Atores –principais os atores (
) e entidades envolvidas com o
TRC.
186
Transporte em Transformação XV
Seguindo a lógica da rede híbrida construída com base em três relações disas relações que eles estabelecem entre si. É importante ressaltar que quanto mais
vezes determinado elemento é “decomposto”, mais completa (e também complexa)
diferentes tipos de relações existentes na estrutura, não serão apresentados todos os
níveis de detalhamento dos elementos do STRC.
fraestrutura”, “veículo”, “carga” e “atores” com o STRC, ou seja, conforme esta proposta inicial de estrutura do STRC, o sistema é composto por esses quatro elementos.
rede viária, pelos terminais e pelos pontos de apoio. Há uma relação de composição
entre os elementos, ou seja, a rede viária, os terminais e os pontos de apoio compõem a infraestrutura do STRC. Para dar continuidade neste processo, o mesmo
tipo de decomposição pode ser feito para cada um destes elementos citados e assim
por diante.
Já o elemento “veículos” tem como características sua composição física,
de propriedade e ano de fabricação. Todos os elementos listados são categorias
de características dos veículos, ou seja, há uma relação de caracterização entre os
elementos listados e os “veículos”. Os veículos são “categorizados” por estes elementos.
As “cargas” podem ser decompostas pelo seu tipo (geral, granel etc), pelas
características do produto (volume, peso etc), pelas características das embalagens
cada neste caso também foi de caracterização, uma vez que estes elementos caracterizam as cargas a serem transportadas.
criminados diversos “grupos” envolvidos com o TRC. Alguns deles são: transporciações, entre outros. Esta lista pode ser extremamente extensa, mas é importante
Sistema de Transporte Rodoviário de Cargas:
uma Proposta para sua Estrutura e Elementos
187
-
útil para a construção do conhecimento a respeito do tema e para o planejamento do
setor. Na Figura 5 a seguir, estão representados os principais elementos do STRC
citados e as relações entre eles.
Figura 5: Principais elementos do STRC e suas relações
5. Tópicos Conclusivos
Os estudos de transportes apresentam como um fator imprescindível o conhecimento a respeito do sistema de transportes no qual se pretende intervir. Dessa
forma, esses estudos apresentam a informação como uma de suas maiores necessidades e principais ferramentas para o ato de planejar. Ainda que pretenda atuar
em apenas uma parte restrita do sistema, o planejador deve possuir informações a
respeito do seu todo, de sua composição e de como os elementos do sistema estão
relacionados. Portanto, esse conhecimento deve estar disponível, de forma organizada, ao planejador e aos demais atores do sistema.
188
Transporte em Transformação XV
Como as informações muitas vezes encontram-se desorganizadas, com abordagens distintas a respeito de um mesmo objeto, este trabalho propõe uma forma de
organizar as informações sobre transportes. Foi proposta a representação do conhecimento por meio de redes híbridas, com a adoção de três tipos de relação: compoque permite uma visão geral e estruturada do objeto de estudo. Esta perspectiva é
fundamental para organização da grande quantidade de informação existente, permitindo um conhecimento mais conciso sobre o objeto em análise. A aplicação no
propostas é viável e útil para o conhecimento geral e estruturado do sistema.
Considerando a grande participação do TRC na economia brasileira, pesquisas
sobre seu sistema podem trazer grandes benefícios. Elas são essenciais, por exemplo,
para subsidiar ações do poder público, permitindo melhor planejamento em investimentos, incentivos aos transportadores e melhorias no planejamento do setor.
Agradecimentos
À equipe técnica do projeto “Desenvolvimento de Sistema de Informação
para Cadastro e Habilitação do Transportador Rodoviário Remunerado de Carga”,
desenvolvido no Ceftru/UnB.
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Giovanna Megumi Ishida Tedesco ([email protected])
Adaptação do HCM2000 para
Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias
de Pista Simples no Brasil
10
Resumo
A meta deste trabalho foi descrever, de maneira prática, como aplicar uma
adaptação do método do HCM2000 para análise da capacidade e do nível de
serviço em rodovias de pista simples. A adaptação proposta é fruto de duas pesquisas que, basicamente, se propuseram a replicar os procedimentos usados no
desenvolvimento do método original do HCM, substituindo-se os dados coletados em rodovias dos EUA e Canadá por observações feitas em dez trechos de
xo, a velocidade média de viagem e a porcentagem de tempo seguindo em pelotões, além de tabelas com fatores de ajuste para condições não ideais. Podem
ser avaliados segmentos longos e homogêneos, numa análise bidirecional ou
192
Transporte em Transformação XV
estimativas dos níveis de serviço usando-se a adaptação do método do HCM2000
Abstract
The goal of this study was to describe, in a practical way, how to apply an adaptation of HCM2000 method for capacity and level of service analysis on two-lane
rural highways. The proposed adaptation is the result of two research projects that
basically replicated the procedures used for developing the original HCM method,
while replacing the data collected on highways in the U.S. and Canada for data from
travel speed and percent time-spent-following are presented, as well as tables containing adjustment factors for situations differing from base conditions. It is possible to estimate the level of service of long homogeneous segments, considering
the level of service estimates obtained with the use of the HCM2000 adaptation
1. Introdução
O Highway Capacity Manual (HCM), cuja última versão é conhecida como
HCM2000, é a principal referência usada no Brasil e no mundo para analisar a capacidade e o nível de serviço em rodovias. No entanto, o HCM2000 é, geralmente,
aplicado sem nenhuma adaptação às condições locais, apesar do próprio manual
advertir que isso deva ser feito (TRB, 2000). Adaptações do HCM foram desenvolcomo na Alemanha (Brilon e Weiser, 2006) e África do Sul (Van As, 2003).
Diversos estudos já foram elaborados visando produzir conhecimentos que
auxiliem na adaptação do HCM para o Brasil. Para rodovias de pista simples, as
primeiras tentativas de adaptação foram baseadas na premissa de que a estrutura do
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
193
Mon-Ma, 2008). Esses trabalhos, desenvolvidos concomitantemente usando dados
coletados em estradas paulistas, se complementam, formando uma adaptação quase
completa do método proposto no Capítulo 20 do HCM2000. Estudos subsequenaplicação direta do HCM2000 (Utimura
, 2007). Este artigo visa mostrar, de
maneira prática, como aplicar a adaptação proposta na análise da capacidade e do
nível de serviço em rodovias de pista simples no Brasil.
2. Visão Geral do Método de Adaptação
O método usado para adaptar o Capítulo 20 do HCM2000 consistiu, basicamente, em replicar os procedimentos documentados em Harwood
. (1999),
substituindo-se os dados coletados em rodovias dos EUA e Canadá por observações
feitas em rodovias no estado de São Paulo. Como os procedimentos envolvem a
utilização de simulação, um aspecto importante da adaptação foi a calibração de
simuladores microscópicos de tráfego em rodovias de pista simples para o Brasil.
Para tanto, foram coletados dados de tráfego em 10 trechos de rodovias no estado de São Paulo, com uma ampla gama de características geométricas e de tráfego
(Egami
, 2006). Cada trecho foi observado duas vezes, para compor dois conjuntos de observações, um para ser utilizado na calibração e outro na validação do
simulador. Para obter uma versão do simulador capaz de representar uma rodovia
típica, foi usado um algoritmo genético para encontrar os valores dos parâmetros de
calibração que melhor simulassem os 10 trechos observados. As medidas de desempenho usadas na calibração foram as adotadas pelo HCM para medir a qualidade de
serviço neste tipo de rodovia: a velocidade média de percurso e a porcentagem de
veículos em pelotões. Detalhes do processo de calibração podem ser encontrados
em Egami
(2006), Egami (2006) e Mon-Ma (2008).
Com os simuladores calibrados, foram realizadas simulações com combinaporcentagem de tempo seguindo em pelotões) e tabelas com fatores de ajuste. Esses
fatores foram encontrados por meio das diferenças entre as medidas de desempenho
para condições ideais e não ideais.
194
Transporte em Transformação XV
3. Adaptação do HCM2000 para Rodovias de Pista Simples
As medidas de desempenho usadas para determinar o nível de serviço em
rodovias de classe I, ou seja, aquelas em que os motoristas esperam viajar com altas
velocidades, são a velocidade média de viagem (
) e a porcentagem de tempo
seguindo em pelotões (
). A medida utilizada em rodovias de classe II, que são
aquelas em que os motoristas não necessariamente esperam viajar a altas velocidades, é somente a
de pista simples estão apresentados na Tabela 1. No caso da classe I, a
ea
devem ser atendidas simultaneamente, como mostra a Figura 1.
Tabela 1: Critérios para determinação do nível de serviço em rodovia de
pista simples de classe I e II [TRB, 2000]
(a) Rodovias de classe I
NS
A
B
PTSF (%)
(b) Rodovias de classe II
ATS (km/h)
NS
A
B
C
C
D
D
E
E
PTSF (%)
Esses critérios devem ser usados nas análises unidirecional e bidirecional,
cede a capacidade, ou seja, 1700 veic/h para uma direção do tráfego ou 3200 veic/h
quando a análise é bidirecional.
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
195
Figura 1: Critério para determinação do nível de serviço em rodovias
de pista simples de classe I [TRB, 2000]
A Figura 2 resume o procedimento para estimar o nível de serviço adotado
pelo HCM2000. As seções a seguir mostram como a análise deve ser feita e apresentam as tabelas e fórmulas que devem substituir as fornecidas pelo HCM2000.
Figura 2: Método para estimativa do nível de serviço para rodovias de
pista simples do HCM2000 (Egami, 2006)
196
Transporte em Transformação XV
3.1. Segmentos bidirecionais e direcionais
A metodologia para avaliação de segmentos homogêneos, bidirecionais ou direcionais, pode ser usada para trechos onde o relevo é plano ou ondulado. As etapas
para determinar o nível de serviço nesses casos são descritas nas subseções a seguir.
3.1.1. Velocidade de fluxo-livre
correntes de tráfego em campo, ou realizando uma estimativa. A coleta de dados em
campo deve ser realizada em um local que seja representativo do trecho avaliado.
Nesse caso, deve-se usar:
(1)
em que:
:
: velocidade média do tráfego medido em campo (km/h);
:
coletados (veic/h); e
: fator de ajuste para os veículos pesados.
No caso de impossibilidade para coletar dados em campo, uma estimativa
para
deve ser realizada por meio da expressão
, em
que
com base na geometria da rodovia; e e são, respectivamente, fatores de ajuste
para a largura da faixa e do acostamento e para a densidade de pontos de acesso.
Entretanto, no estado de São Paulo, a maior parte das rodovias de pista simples
possui faixas de rolamento com largura de 3,6 m e acostamentos de 1,8 m, o que,
de acordo com o HCM2000, não produzem efeito no desempenho do tráfego. Além
disso, larguras diferentes para faixas de tráfego e acostamentos não podem ser si-
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
197
muladas, assim como a existência de pontos de acesso. Por essas razões, os fatores
e não foram tratados.
3.1.2. Taxa de fluxo
passeio equivalente por hora”, cpe/h. Com isso, é determinado o impacto de outros
tipos de veículos, como caminhões e ônibus, na corrente de tráfego. A Equação 2
mostra como desenvolver essa transformação:
(2)
em que:
-
:
tos de pico dentro da hora de pico (cpe/h);
:
: fator de pico horário (Equação 3);
G
: fator de ajuste para rampas; e
: fator de ajuste para os veículos pesados (Equação 4).
podem ser bidirecionais, em uma direção analisada, ou na
direção oposta à analisada. O fator de pico horário é dado por:
(3)
em que:
: volume na hora de pico (veic/h); e
15
: volume durante 15 minutos de pico (veic/15 min) dentro da
hora de pico.
O fator de ajuste para o efeito de veículos pesados na qualidade de serviço é:
198
Transporte em Transformação XV
(4)
em que:
T
: fração de caminhões e ônibus na corrente de tráfego, expresso
em valores decimais;
: fração de veículos recreacionais na corrente de tráfego, em
decimais;
T
: fator de equivalência veicular para caminhões e ônibus; e
: fator de equivalência veicular para veículos recreacionais.
No Brasil, é praticamente nula a presença de veículos recreacionais nas estradas. Esse fato levou à desconsideração dos impactos associados à presença desses
tipos de veículos. Consequentemente, não há, na metodologia descrita neste trabalho, uma apresentação dos valores de . Por outro lado, ônibus e caminhões são
frequentemente observados nas rodovias brasileiras. O impacto desses veículos é
representado pelo fator de equivalência veicular T, e deve ser determinado em funde relevo e da medida de desempenho que se deseja estimar (
ou
). O fator
de ajuste G determina o impacto das rampas na estimação das medidas de desempenho
e
. Os valores de T e G para análise de segmentos bidirecionais ou
unidirecionais são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2: Equivalentes veiculares para caminhões e ônibus para determinar a velocidade ou a porcentagem de tempo
seguindo em pelotões em segmentos bidirecionais ou direcionais
Taxa de fluxo
bidirecional (cpe/h)
Taxa de fluxo
direcional (cpe/h)
0-600
>600-1200
>1200
0-300
>300-600
>600
Estimação de ATS
Relevo
Relevo
plano
ondulado
ET
fG
ET
fG
5,9
1,0
4,3 0,72
3,9
1,0
3,5 0,89
2,4
1,0
2,4 0,93
Estimação de PTSF
Relevo
Relevo
plano
ondulado
ET fG ET
fG
1,1 1,0 1,0
0,77
1,1 1,0 1,1
0,87
1,0 1,0 1,0
0,92
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
199
Até o momento, o método apresentado não permite determinar o valor do
os fatores de ajuste T e G possam ser determinados. Para solucionar esse problema,
um método iterativo é proposto: primeiramente, calcula-se a relação entre o volume
, em veic/h, e o fator
. Com essa relação, determina-se os fatores T e G para,
em seguida, estimar por meio da Equação 2. Se o valor de for menor do que o
e G, deve-se usar o
T
valor de calculado. Se for maior, o processo é reiniciado utilizando-se o intervalo
seja aceito. Essas iterações também devem ser feitas na
3.1.3. Relações fundamentais de tráfego
didas de desempenho
e
, usadas na determinação do nível de serviço em
rodovias de pista simples. Essas relações foram obtidas para análises bidirecionais
e unidirecionais, como mostram as Equações 5 a 8, sendo necessário saber o fator
de ajuste para a porcentagem de zonas com ultrapassagens proibidas ( ) e o fator
combinado para a divisão direcional e zonas com ultrapassagens proibidas ( ). Os
e , necessários para obtenção de
, são fornecidos
na Tabela 3. As Tabelas 4 a 6 apresentam os valores de e
.
(5)
(6)
(7)
(8)
em que:
:
:
:
-
, :
sada.
200
Transporte em Transformação XV
Tabela 3:
a e b para obtenção da PTSFd
a
b
0,7050
0,7105
Tabela 4: Fator de ajuste do efeito de zonas ultrapassagem proibida (fnp)
para a ATS em segmentos bidirecionais
Tabela 5: Fator de ajuste do efeito combinado da distribuição direcional
do tráfego e da porcentagem de zonas de ultrapassagem proibida na
PTSF em segmentos bidirecionais
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
201
Tabela 6: Fator de ajuste de zonas de ultrapassagem proibida para determinar ATS e PTSF em segmentos direcionais
ATSd
PTSFd
202
Transporte em Transformação XV
ATSd
PTSFd
3.2. Rampas específicas
são acima de 0,4 km e que possuam aclives maiores ou iguais a 3%, com ou sem
faixas adicionais (de subida e de ultrapassagem). A determinação de
, da taxa
seções 3.1.1 a 3.1.3, exceto os fatores de ajuste usados, como mostrado nas Tabelas
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
203
7 a 9 para locais sem faixas adicionais. No caso da Tabela 7, para estimação de
F , os fatores de ajuste G são os mesmos fornecidos pelo HCM2000. Isso se deve
ao fato de que os valores de
fornecidos pelo TWOPAS durante a adaptação
mostraram-se inconsistentes. Ao contrário do que era esperado, os valores de
decresceram à medida que a declividade e o comprimento da rampa aumentaram.
Tabela 7: Fator de ajuste para as rampas (fG) para o cálculo de ATSd e
PTSFd
L
ATSd
PTSFd
204
Transporte em Transformação XV
Sabe-se que o efeito da presença de caminhões na corrente de tráfego varia
minhões. Entretanto, durante a elaboração do Capítulo 20 do HCM2000, não foi
T
. Para este trabalho, foi proposto uma
total de tráfego, 20%, 30% e 40%, porcentagens compatíveis com os observados
em rodovias brasileiras. Os valores encontrados para T
podem ser visualizados na Tabela 8.
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
205
Tabela 8: Equivalente veicular para caminhões e ônibus (ET) no cálculo de
ATSd e PTSFd
ATSd
PTSFd
206
Transporte em Transformação XV
Tabela 9: Fator de ajuste de zonas de ultrapassagem proibida para determinar ATS e PTSF
ATSd
PTSFd
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
207
3.3. Segmentos direcionais com faixas adicionais
Inicialmente, deve-se calcular as medidas de desempenho
e
, conforme a seção 3.1. Devem ser determinados na análise de segmentos com faixas adicionais, em quilômetros: o comprimento total do trecho analisado (L ), o tamanho do
trecho antes do início da faixa de ultrapassagem (Lu), o comprimento do trecho após
os efeitos da faixa de ultrapassagem terem cessado (L ), a faixa adicional propriamente dita (L ) e o trecho após o término da faixa de ultrapassagem, dentro do comprimento efetivo da faixa de ultrapassagem (L ). Para segmentos com faixas adicionais
em subidas, os parâmetros Lu, L e L são iguais a zero e L e L possuem o mesmo
nais (
e
) de acordo com as Equações 9 e 10. O fator de ajuste para o efeito
das faixas adicionais ( ) pode ser obtido por meio das Tabelas 10 e 11.
(9)
(10)
Tabela 10:
fpl
ATSpl PTSFpl
ATSpl
PTSFpl
208
Transporte em Transformação XV
Tabela 11:
fpl
ATSpl PTSFpl
ATSpl
L
PTSFpl
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
209
4. Estimação do Nível de Serviço com a Adaptação Proposta
Para avaliar a acurácia da metodologia proposta, foram comparados os níveis
de serviço observados em campo com a adaptação desenvolvida e com o HCM2000
., 2007) para trechos sem faixas adicionais. Nesse caso, foi realizada uma análise
bidirecional com cada hora observada sendo considerada uma corrente de tráfego
distinta. A medida de desempenho
foi obtida diretamente da corrente de tráfego, o que é impossível para
, estimada usando o simulador TWOPAS recali) foi
calculada usando a Equação 1 e a Equação 20-1 do HCM2000. Os resultados dos
níveis de serviço, mostrados na Tabela 12, indicam que a adaptação proposta tende
Tabela 12:
Nível de serviço
Amostra
Nível de serviço
Amostra
1
B
B
B
B
B
B
C
C
B
B
C
C
B
B
B
B
B
B
1
B
B
B
C
C
C
C
C
C
C
C
C
B
B
B
B
B
B
1
B
B
B
B
B
B
B
B
C
C
C
C
C
C
C
C
B
B
B
B
B
B
B
B
1
B
B
B
B
B
C
C
B
C
C
C
C
C
C
C
C
B
B
B
B
B
B
B
B
1
B
B
B
B
B
B
B
C
B
B
B
B
C
C
C
C
B
B
B
B
B
B
B
B
1
B
B
B
B
B
B
B
C
A
A
A
A
A
A
A
B
B
B
B
B
B
B
C
C
1
B
B
B
B
B
B
B
B
B
C
C
C
C
C
C
C
B
B
B
B
B
B
B
B
210
Transporte em Transformação XV
5. Recomendações
A adaptação apresentada neste trabalho, provenientes de duas teses de doutorado (Egami, 2006; Mon-Ma, 2008) faz parte de uma linha de pesquisa que tem sido
desenvolvida com o intuito de obter um manual de capacidade viária para o Brasil.
Os resultados provenientes de um outro trabalho (Utimura
., 2007) indicam
que, ao se optar por uma adaptação do método do HCM2000, as estimativas dos
índice de acertos acima de 80%. Essa avaliação foi feita para rodovias sem faixas
adicionais. Recomenda-se desenvolver um estudo semelhante para segmentos de
rodovias com faixas adicionais.
Para projetos futuros, recomenda-se obter uma adaptação que,
, não
tenha que seguir a mesma estrutura do HCM2000. Além disso, há necessidade de
se obter conjuntos de dados mais representativos de toda a gama de condições operacionais, e não apenas para tráfego baixo. Com isso, poderão ser realizados estudos mais detalhados sobre: ( ) as relações fundamentais do tráfego; ( ) os diversos
fatores de ajuste; e, (
qualidade de serviço em rodovias no Brasil.
Agradecimentos
sob a forma de bolsas de doutorado e de produtividade em pesquisa.
Referências Bibliográficas
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, TRB, National Research Council,
Washington, D.C., p. 38-47.
Egami, C. Y. (2006)
. 240p. Tese
(Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
Adaptação do HCM2000 para Análise da Capacidade e do
Nível de Serviço em Rodovias de Pista Simples no Brasil
211
Egami, C. Y.; Mon-Ma, M. L.; Setti, J. R.; Rilett, L. R. (2006) Automatic calibra. p.
510-515. Chicago, Illinois.
Harwood, D. W.; May, A. D.; Anderson, I. B.; Leiman, L.; Archilla, A. R. (1999)
. Final Report, NCHRP
Project 3-55 (3). MRI, Kansas City, Mo.
Mon-Ma, M. L. (2008)
. 162p. Tese (Doutorado)
– Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
TRB (2000)
. Transportation Research Board. Washington D.C.
acurácia de estimativas do nível de serviço em rodovias de pista simples no
estado de São Paulo. XXI ANPET Congresso de Pesquisa e Ensino em Transportes (CD-ROM),
, Rio de Janeiro, RJ, p. 1-8.
Van As, C. (2003)
. Project Summary. South African National Roads Agency Limited.
Prof. Dr. José Reynaldo Setti ([email protected])
MSc. José Elievam Bessa Júnior ([email protected] ou [email protected])
Dra. Cíntia Yumiko Egami ([email protected])
Dra. Márcia Lika Mon-Ma ([email protected])
Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos,
Depto. de Engenharia de Transportes
Av. Trabalhador São-carlense, 400 – São Carlos, SP, 13566-590