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Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Automação e Sistemas Projeto: SISTEMA DE INFORMAÇÃO E CONTROLE EM TEMPO REAL DE ÔNIBUS URBANOS SincroBUS Proposta Submetida ao Edital MCT/CNPq N o 18/2009 Elaborada por: Prof. Werner Kraus Junior, Ph.D. Coordenador, DAS/CTC/UFSC Prof. Luiz Alberto Koehler, Dr. Vice-Coordenador, DEET/CT/FURB Florianópolis, dezembro de 2009

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Universidade Federal de Santa Catarina

Centro Tecnológico

Departamento de Automação e Sistemas

Projeto:

SISTEMA DE INFORMAÇÃO E CONTROLE EM TEMPO

REAL DE ÔNIBUS URBANOS – SincroBUS

Proposta Submetida ao

Edital MCT/CNPq No 18/2009

Elaborada por:

Prof. Werner Kraus Junior, Ph.D.

Coordenador, DAS/CTC/UFSC

Prof. Luiz Alberto Koehler, Dr.

Vice-Coordenador, DEET/CT/FURB

Florianópolis, dezembro de 2009

ii

Índice Analítico

1 IDENTIFICAÇÃO DA PROPOSTA ..................................................................... 1

1.1 Dados do Projeto ............................................................................................ 1

1.2 Resumo .......................................................................................................... 1

1.3 Abstract ......................................................................................................... 2

2 QUALIFICAÇÃO DO PROBLEMA ..................................................................... 3

2.1 Controle do Intervalo de Chegadas ............................................................... 4

2.2 Sistema de Informação aos Usuários ............................................................ 6

2.3 Questões Institucionais de Execução do Projeto .......................................... 7

3 OBJETIVOS E METAS ........................................................................................ 9

4 METODOLOGIA ................................................................................................ 10

4.1 Levantamento das características do caso sob estudo................................ 10

4.2 Estudo de algoritmos para controle de prioridade e retenção .................... 11

4.3 Estudo de algoritmos para estimação de chegadas de ônibus .................... 12

4.4 Simulação do controle da operação do sistema BRT .................................. 13

4.5 Especificação dos requisitos de hardware e software ................................. 13

4.6 Implementação do protótipo do SincroBUS ................................................ 14

4.6.1 Equipamentos....................................................................................... 14

4.6.2 Testes de conformidade ........................................................................ 15

4.6.3 Condução dos experimentos ................................................................. 15

4.7 Coordenação das Atividades ....................................................................... 16

5 PRINCIPAIS CONTRIBUIÇÕES ...................................................................... 17

6 CRONOGRAMA ................................................................................................. 17

7 OUTROS PARTICIPANTES DA EQUIPE ........................................................ 18

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 20

1

1 IDENTIFICAÇÃO DA PROPOSTA

1.1 Dados do Projeto

Título: Sistema de Informação e Controle em Tempo Real de Ônibus

Urbanos – SincroBUS

Coordenador:

Prof. Werner Kraus Junior

Depto. de Automação e Sistemas

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

Vice-coordenador:

Prof. Luiz Alberto Koehler

Depto. de Eng. Elétrica e de Telecomunicações

Universidade Regional de Blumenau – FURB

Instituições de Execução:

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

Universidade Regional de Blumenau – FURB

1.2 Resumo

O projeto SincroBUS visa implantar um sistema avançado de informação e

operação do transporte coletivo urbano. Objetiva-se melhorar a qualidade do serviço

de ônibus através (i) da regularização da chegada em pontos de parada prevenindo

a ocorrência de aglomerações de ônibus da mesma linha (bunching) e (ii) da

apresentação de informação de horários previstos das próximas chegadas nos pontos

de parada e terminais. Propõe-se implantar o projeto em escala piloto em

Blumenau, SC, no contexto da modernização do sistema de tranporte coletivo por

ônibus ora em curso naquela cidade. Em particular, serão avaliadas técnicas de

prioridade para ônibus em semáforos e retenção em pontos de parada para

regularização do serviço da linha Troncal-10, a principal do sistema de transportes

da cidade com cerca de 70 mil usuários/dia e frequência de partidas de 4 a 10 min.

Na implantação, será necessário instalar equipamentos de rastreamento dos ônibus,

os quais serão aproveitados para realizar um sistema de informação de chegadas,

disponível via Internet e em pontos de parada selecionados para fins de avaliação

do funcionamento. Resultados do projeto, tanto na forma de software como da

descrição técnica dos equipamentos e protocolos serão divulgados gratuitamente

para fomentar a aplicação em outros cenários.

2

1.3 Abstract

The SincroBUS project aims at the implementation of an advanced

information and operations system for public transit. The aim is to improve the

quality of transit service by (i) regularizing bus arrival in stops to prevent the

occurrence of bunching of buses on the same line and (ii) presenting information

about next arrivals in bus stops and stations. A prototype installation is proposed in

the city of Blumenau, SC, Brazil, in the context of the upgrade of the city's transit

system that is now under way. In particular, techniques for bus priority in traffic

lights as well as holding in stops for regularizing service of the Trunk-10 line are

proposed. The line is the main one in the city's transit operation with 70,000

passengers/day and bus intervals ranging from 4 to 10 min, with 6 min average for

all day. In the implementation, it will be necessary to install Automatic Vehicle

Location equipment on the buses, which in turn will be used for the information

system providing next arrivals information on the Internet and in selected bus stops

for evaluation purposes. Project results in terms of the developed software and

technical description of equipments and protocols used will be freely available for

fostering possible adoption elsewhere.

3

2 QUALIFICAÇÃO DO PROBLEMA

Melhorar a relação entre qualidade do serviço e preço do transporte público é

imprescindível para ampliar a opção dos cidadãos pelo uso do ônibus em

detrimento do transporte individual. Neste projeto, aborda-se a questão da

qualidade com foco em dois aspectos operacionais: (i) a regularização do intervalo

entre chegadas de uma mesma linha para evitar o fenômeno da aglomeração dos

veículos (bunching) e (ii) a apresentação de informações em tempo real sobre

horário de chegada do próximo ônibus.

Como forma de garantir a aplicação prática dos resultados do projeto e visando

trazer benefícios concretos para usuários de ônibus, será estudado o caso da

operação da linha Troncal-10 do sistema de transporte coletivo do município de

Blumenau, SC (ver Figura 1). A linha opera entre dois terminais situados nas

extremidades do eixo viário da cidade, num percurso de aproximadamente 10 km e

com 70 mil usuários por dia, com intervalos entre partidas da ordem de 4 a 10 min.

durante todo o dia. Dada a importância da linha, a Prefeitura de Blumenau,

através do SETERB (Serviço Autônomo Municipal de Trânsito e Transportes de

Blumenau), está implantando uma faixa segregada na maior parte do itinerário

para operação na modalidade de ônibus rápido (BRT, ou Bus Rapid Transit), o que

a torna particularmente adequada para os testes em escala piloto das estratégias

de controle operacional e de informação aos usuários.

Figura 1. Esboço do itinerário da Linha Troncal-10, Blumenau, SC.

Por se tratar de um sistema BRT, o SETERB está preocupado com o problema

da aglomeração dos ônibus na linha Troncal-10, pois implica em perda de eficiência

4

operacional da principal linha do sistema de transporte da cidade. Tanto que, em

sítio da autarquia pode-se ler que:

Apesar disso, o transporte coletivo de Blumenau, assim como o de outros

centros urbanos, acaba sofrendo interferências do elevado trânsito de

veículos em vias públicas. Devido à integração completa do sistema,

eventualmente, alguns contratempos podem provocar o atraso de linhas

nos terminais, o que acaba gerando acúmulo de passageiros em pontos e

plataformas de embarque. Em virtude disso, muitas pessoas acabam

utilizando o ônibus mais lotado, em vez de esperarem alguns minutos

para se locomoverem no próximo com mais conforto. (SETERB, 2009)

Também, devido ao alto volume de usuários, torna-se interessante dotar a

linha de sistema de informações sobre chegadas, aumentando o conforto e a opção

pelo uso do transporte público.

Os aspectos mais relevantes para melhor qualificar os problemas abordados

pelo projeto são discutidos nas seções a seguir.

2.1 Controle do Intervalo de Chegadas

Um fenômeno comum em linhas de ônibus de alta freqüência, isto é, com

intervalos (ou headways) menores de 15 min., é a aglomeração dos veículos ao longo

do itinerário. Tal fenômeno, conhecido pela denominação inglesa como bunching,

foi descrito inicialmente por Newell e Potts (1964) e tem como causa um simples

atraso de determinado ônibus. Este ônibus atrasado encontra mais passageiros a

espera no próximo ponto, o que aumenta o tempo de embarque, atrasando-o ainda

mais. O ônibus seguinte encontra menos passageiros no ponto e, portanto, o tempo

de embarque é reduzido, adiantando-o. Este efeito é cumulativo para os pontos e

ônibus seguintes gerando a aglomeração dos ônibus, resultando em aumento do

tempo médio de espera dos usuários nos pontos, desequilíbrio da ocupação e

aumento do tempo de viagem dos ônibus afetados pela aglomeração.

Dadas as características diferenciadas de eficiência e qualidade que são

planejadas para sistemas BRT, torna-se importante o controle do headway entre os

ônibus para manter o desempenho originalmente previsto na implantação. Assim,

por exemplo, pesquisadores que analisaram o caso do sistema de transportes de

Santiago, Chile, concluem que:

Transantiago também confirma a importância de um sistema

centralisado de controle de headway e como sua ausência afeta os tempos

5

de espera. Aglomerações de ônibus são um problema bem conhecido na

operação de ônibus. O desempenho do sistema nos primeiros meses

mostra que, sem uma forma de controle de headway e sem incentivos

monetários para operadores e motoristas, a algomeração dos ônibus pode

atinger proporções maciças. (Muñoz et al., 2008; pag. 32)

Uma solução para o problema da aglomeração são as estratégias de controle em

tempo real com o objetivo de corrigir possíveis desvios ou perturbações no serviço.

Dentre as várias estratégias utilizadas, as mais empregadas são a prioridade para

ônibus nas interseções com semáforos e a retenção (holding, em inglês) dos ônibus

em pontos ao longo do trajeto. A retenção do ônibus por determinado tempo tem o

objetivo de corrigir o headway entre os ônibus e com isto reduzir o tempo médio de

espera dos passageiros nos pontos, sendo aplicada a um veículo que esteja muito

próximo de outros à sua frente. Já a prioridade para ônibus nas interseções

semaforizadas consiste na atuação do semáforo para favorecer a passagem dos

ônibus à frente de um agrupamento, aumentando a dianteira para regularizar as

chegadas nas paradas seguintes.

Embora intuitivamente possa parecer que a retenção não traga benefícios pois

efetivamente aumenta o tempo de viagem dos usuários já embarcados, vários

estudos na literatura mostram as vantagens da técnica para diminuir o tempo de

atraso médio dos usuários em percursos de alta frequência, tais como Eberlein et

al. (1999), O’ Dell e Wilson (1999), Eberlein et al. (2001), Sun e Hickman (2004) e

Zolfaghari et al. (2004).

Já a prioridade (Skabardonis et al., 1998b; Balke et al., 2000; Cima et al., 2000;

Furth e Muller, 2000; Dion e Hellinga, 2001; Janos e Furth, 2002; Dion et al. 2004)

facilita o movimento dos ônibus através das interseções sinalizadas, o que implica

numa diminuição do tempo de viagem dos ônibus e dos passageiros embarcados. Na

realidade, a prioridade permite um tratamento diferenciado da semaforização a

favor dos usuários do sistema de transporte público em relação ao transporte

individual. Entretanto, uma operação independente entre as estratégias de

prioridade e retenção, pode, por exemplo, conceder prioridade e adiantar um ônibus

que já está adiantado. Ainda, a prioridade pode causar um impacto negativo sobre

o tráfego em geral, o que termina por prejudicar a própria circulação dos ônibus

(Heydecker, 1983). Assim, surge a proposta de um sistema de controle que integre

a estratégia de prioridade e o controle da partida dos ônibus dos pontos ou

6

retenção, levando ainda em consideração o tráfego em geral.

Neste projeto, propõe-se implantar estratégias de retenção e prioridade

baseadas em modelos de programação matemática, que utilizam como variável de

decisão o tempo de retenção dos ônibus nos pontos e a temporização semafórica.

Busca-se minimizar o tempo de atraso dos passageiros nos pontos e embarcados e

impacto no restante do tráfego. O ponto de partida são os resultados descritos em

Koehler (2009), os quais serão adaptados para o controle da operação da principal

linha troncal do sistema de ônibus rápidos (BRT) da cidade de Blumenau, Santa

Catarina, conforme discutido anteriormente.

2.2 Sistema de Informação aos Usuários

Intuitivamente, pode-se argumentar que painéis eletrônicos com mensagens

sobre previsão de chegadas de ônibus instalados em pontos de parada são um

atrativo para que cidadãos optem pelo transporte coletivo em vez do individual,

pois aumentam o conforto do usuário que aguarda a próxima chegada. De fato, um

estudo conduzido nos EUA (Abdel-Aty, 2001) mostra que até 38% dos motoristas

afirmam que mudariam de modo de transporte caso as informações estivessem

disponíveis. Tais considerações levaram à formulação, neste projeto, de proposta

de aproveitamento da infra-estrutura disponível no sistema de prioridade e

retenção para constituição de um sistema de informação ao usuário em pontos de

parada.

Sistemas de informação aos usuários encontram-se em uso em diversas cidades

do Brasil e do mundo, tendo sido estudados por vários autores. Xijun (2001) relata

a implementação experimental de um sistema na cidade de Brasília, DF. Nas

conclusões, o estudo indica como um empecilho o alto custo do sistema de

comunicação dos veículos utilizando-se infra-estrutura de operadoras de telefonia

celular. Enquanto fosse verdade à época do estudo, hoje os custos de contratação de

serviços são menores que R$ 20,00/veículo/mês. Considerando um ônibus que

transporta 100 passageiros/viagem e realiza 15 viagens/dia em um mês com 22 dias

úteis, tem-se cerca de 33.000 passageiros/mês, o que resulta num custo por

passageiro irrisório. Ou seja, os custos declinantes das tecnologias de comunicação

facilitam muito o acesso ao serviço de informação que os usuários consideram

atraente.

7

Um excelente relatório sobre o tema (TCRP, 2003) mostra que os sistemas de

informação sobre chegadas surgiram a partir da constatação, pelas operadoras, de

que os sistemas de rastreamento usados para melhorar a eficiência do transporte

coletivo embutiam a possibilidade de oferta de um serviço muito bem recebido pelos

usuários de ônibus. Um exemplo da reação positiva dos usuários aparece em estudo

realizado em Londres em 1993 com base num sistema com 50 painéis instalados

numa rota com 124 paradas (op. cit., pag. 24). Concluiu-se que 64% dos usuários

consideravam que a regularidade das chegadas de ônibus havia melhorado com o

sistema, quando na realidade o contrário havia ocorrido. O mesmo estudo apontou

que usuários sentiam que o tempo de espera era menor quando a informação

estava disponível, e que o tempo médio de espera percebido havia caído de 11,9

min. para 8,6 min. Reações similares são descritas em outras instalações na

Europa e nos Estados Unidos.

Confirma-se, então, que a questão não é se implantar, mas como implantar um

sistema de informações uma vez que se dispõe, ou se planeja dispor, de sistemas

avançados de controle da operação dos ônibus. Nesse sentido, o mesmo estudo

citado acima, ainda que datado de 2003, aborda pontos-chave para a implantação

de sistemas de informação sobre chegadas válidos até hoje: (i) escolha das

tecnologias de localização dos veículos e apresentação da informação; (ii) emprego

de técnicas de estimação de tempo de percurso para confiabilidade da informação;

(iii) custos das várias opções; e (iv) questões organizacionais e institucionais. Na

seção sobre metodologia, serão discutidos os caminhos propostos para resolver

questões de (i) a (iii). Questões institucionais são apresentadas a seguir.

2.3 Questões Institucionais de Execução do Projeto

Do ponto de vista organizacional e institucional, o alcance restrito do projeto e

seu caráter de protótipo simplificam o tratamento de questões relativas aos órgãos

envolvidos. Optou-se, na montagem do projeto, buscar apoio tanto do órgão gestor

do sistema, o SETERB, como do sindicato dos motoristas, o SINDETRANSCOL,

conforme discutido adiante. As empresas concessionárias serão contactadas a

posteriori pois, dadas as características do regime de concessão, elas devem seguir

as diretrizes do órgão gestor na execução das atividades, respeitados limites de

dispêndio de recursos próprios.

8

O SETERB, órgão gestor do transporte coletivo, é uma autarquia municipal da

cidade de Blumenau, Santa Catarina, com a função de gerenciar e fiscalizar o

sistema de trânsito e transporte, o que inclui o transporte coletivo e individual,

instalação e manutenção da infra-estrutura física para o transporte dentro do

município e a fiscalização da segurança e organização do trânsito. Recentemente, a

Prefeitura de Blumenau obteve financiamento do BNDES para obras de infra-

estrutura viária da ordem de R$ 50 milhões. Como contrapartida obrigatória para

liberação dos recursos, a Prefeitura comprometeu-se a implantar a faixa segregada

entre os dois terminais situados nas extremidades do eixo viário da cidade para

operação da linha Troncal-10. Conforme declaração em anexo, o SETERB

demonstra interesse em participar deste projeto, uma vez que a aglomeração de

ônibus é um problema concreto que surge na operação da linha Troncal-10 e que

prejudica a eficiência inicialmente planejada da linha. Apesar do interesse,

considera-se aqui o risco de mudanças de diretrizes em órgãos públicos em função

de prioridades de gestão. Para minimizar tal risco, propõe-se aportar os

equipamentos necessários à operação do protótipo com recursos concedidos pelo

CNPq, cujo custo é acessível em função do barateamento das tecnologias a serem

empregadas.

Do ponto de vista do sindicato, este projeto carrega a possibilidade de alteração

da rotina dos motoristas de ônibus, pois a retenção em pontos de parada dependerá

da correta reação do condutor à sinalização interna a ser instalada no painel do

veículo. Portanto, foi realizada consulta ao Sindicato dos Empregados das

Empresas de Transporte Coletivo Urbano de Blumenau (SINDETRANSCOL) no

sentido de buscar apoio da categoria para a implantação das técnicas desenvolvidas

no projeto. A reação inicial recebida demonstra apoio à iniciativa, abrindo a

possibilidade de participação efetiva dos motoristas para implementação do

sistema de controle da operação.

Diversas universidades estão envolvidas no projeto: a Universidade Regional

de Blumenau (FURB), Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), a

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e a University of California,

Berkeley (UCB). A relação dos pesquisadores envolvidos está na seção 8 deste

documento.

9

3 OBJETIVOS E METAS

O objetivo geral do projeto é a melhoria da qualidade do serviço de transporte

público por ônibus através da implantação de um sistema de controle em tempo

real da operação de linhas de sistemas BRT e de informação sobre chegadas de

ônibus.

As metas que se propõem atingir são:

Domínio e disponibilização de tecnologia para coleta de dados em tempo real

sobre a operação de linhas de ônibus com fornecimento de posição dos

veículos e percentuais de ocupação.

Avaliação via simulação da eficiência do sistema de controle em tempo real

da operação do sistema BRT, tanto em simulador especificamente

desenvolvido para avaliação da operação de sistemas BRTs como em

simulador microscópico de uso geral para avaliação do impacto no tráfego

urbano em geral.

Implementação de protótipo do sistema de informação e controle tendo como

caso de estudo a operação da principal linha do sistema de transportes da

cidade de Blumenau – SC.

Análise da eficiência e viabilidade dos sistemas de informação e controle do

ponto de vista dos operadores (gerência municipal de transportes,

operadores e motoristas).

Determinação do impacto das medidas conforme sentidas pelos usuários

para determinação da percepção subjetiva sobre a qualidade do serviço de

ônibus.

Formação técnica através de discussão e troca de informações na área de

operação do transporte coletivo urbano envolvendo os órgãos gestores do

transporte público no Brasil.

10

Divulgação dos resultados do trabalho na forma de relatórios técnicos,

artigos científicos em congressos e periódicos nacionais e internacionais e

livre disponibilização de softwares desenvolvidos para implementação de

protótipo.

4 METODOLOGIA

Há vários desafios técnicos e científicos embutidos nos objetivos propostos

neste projeto, principalmente por visar a construção de um protótipo operacional a

ser instalado em campo. Para atingir os objetivos, dispõe-se, por um lado, da

experiência acadêmica da equipe nos problemas teóricos envolvidos (Koehler et al.,

2008a; Koehler et al., 2008b; Koehler, 2009) e, por outro, da experiência na

implementação prática de sistemas de informação como o SSAT/ANPET (Correa,

2007) e sistema de controle de tráfego em tempo real (Kraus Jr., 2009).

As etapas metodológicas propostas para o trabalho visando atingir os objetivos

do projeto podem ser assim resumidas:

4.1. Levantamento das características do caso sob estudo;

4.2. Estudo de algoritmos para controle de prioridade e retenção;

4.3. Estudo de algoritmos para estimação de tempos de chegadas de ônibus em

pontos de paradas;

4.4. Simulação das propostas para controle da operação;

4.5. Especificação dos requisitos de hardware e software do sistema de

informação e controle;

4.6. Implementação do protótipo do SincroBUS;

4.7. Coordenação das atividades.

A seguir, apresenta-se o detalhamento das etapas do projeto.

4.1 Levantamento das características do caso sob estudo

Nesta primeira etapa do projeto, deverão ser obtidas as características do caso

sob estudo de acordo com as seguintes categorias:

i. Operação da Linha Troncal-10: número de veículos, escala dos motoristas,

11

frequência horária e volume de passageiros transportados, demandas ao

longo do percurso;

ii. Itinerário: distâncias entre cruzamentos semaforizados, tempo de percurso

total, localização dos pontos de parada e tempo de percurso entre paradas,

tempo de embarque e desembarque em cada parada;

iii. Equipamentos de controle: interface dos controladores semafóricos para

atuação externa, características dos veículos de transportes públicos usados

na operação, interface digital do sistema de bilhetagem eletrônica.

Os dados levantados servirão de base para a especificação detalhada dos

sistemas a serem implantados. Além disso, serão definidas estratégias para

contornar possíveis deficiências dos sistemas de controle, tais como embarques não

contabilizados em terminais de integração, ausência de interface padronizada para

comunicação com sistemas de bilhetagem e de controle semafórico. Como já se tem

conhecimento preliminar de tais deficiências, a relação de itens solicitados neste

projeto contempla equipamentos e serviços que garantem a obtenção dos dados

necessários à operação da linha com controle avançado.

4.2 Estudo de algoritmos para controle de prioridade e retenção

O ponto de partida para a implementação dos algoritmos para controle de

prioridade e retenção são os resultados disponíveis em tese de doutorado

desenvolvida no DAS/UFSC (Koehler, 2009). Entrentanto, as informações

previstas naquele trabalho (localização dos veículos, contagem de passageiros) não

estarão disponíveis para implementação em campo do protótipo, sendo parte

importante do projeto o desenvolvimento de métodos para obtenção de tais

informações operacionais. Assim, será complementada a revisão bibliográfica para

que se reúna um conjunto de informações técnico-científicas acerca do estado da

arte e da prática. Além de artigos técnico-científicos nacionais e internacionais,

serão também levantadas as normas técnicas relacionadas ao tema do projeto. Os

temas preferenciais para busca bibliográfica são:

dispositivos para rastreamento e localização de ônibus;

dispositivos para contagem de passageiros embarcados nos ônibus e nos

12

pontos ou terminais;

estratégias de controle tempo real para operação de sistemas de transporte

público por ônibus;

sistemas de informação ao usuário do transporte coletivo;

simulação de tráfego misto e de sistemas BRT.

A partir do levantamento realizado e com base nas especificações do caso sob

estudo, serão propostas adaptações nas estratégias já disponíveis para controle de

prioridade e retenção. A codificação das estratégias será realizada com algoritmos

de otimização disponíveis em pacote comercial cuja aquisição está prevista no

orçamento.

O desenvolvimento dos algoritmos estará a cargo de alunos de mestrado e

doutorado dos programas de pós-graduação em Engenharia de Automação e

Sistemas da UFSC e em Engenharia Elétrica da FURB.

4.3 Estudo de algoritmos para estimação de chegadas de ônibus

Para aplicação das técnicas de controle de prioridade e retenção, é suficiente o

conhecimento da localização dos ônibus num certo instante. Tal informação estará

disponível a partir dos dados de equipamentos GPS instalados no interior dos

veículos e que serão transmitidas por telefonia celular (GPRS/GSM). Entretanto, a

informação estática da posição não é suficiente para o cálculo do tempo estimado de

chegada no próximo ponto de parada.

Tipicamente, o tempo de viagem de veículos é estimado por técnicas

estocásticas derivadas do filtro de Kalman. No projeto, serão avaliados métodos de

estimação que levem em conta o estado previsto para os semáforos ao longo da rota,

aplicando-se correções nas estimativas. Também, estarão disponíveis informações

sobre o estado do tráfego normal de veículos para trechos do itinerário que não

contam com faixa segregada. Com tais informações, será possível resolver o

problema da estimação com precisão suficiente para divulgação em painéis para os

usuários.

Assim como no item b acima, o desenvolvimento dos algoritmos estará a cargo

13

de alunos de mestrado e doutorado dos programas de pós-graduação em

Engenharia de Automação e Sistemas da UFSC e em Engenharia Elétrica da

FURB.

4.4 Simulação do controle da operação do sistema BRT

Como forma de avaliar e aperfeiçoar as estratégias de controle de prioridade e

retenção, bem como o desempenho dos algoritmos de estimação de chegadas, duas

abordagens de simulação serão usadas: micro-simulação com tráfego normal de

veículos para avaliação do impacto sobre a malha viária como um todo e simulação

da linha de BRT para avaliação de desempenho sob diferentes regimes de demanda

de passageiros.

Do ponto de vista de simulação microscópica, será usado um simulador

comercialmente disponível, Aimsun. Este permite a criação de modelos de

simulação para teste das estratégias de controle por prioridade semafórica e

retenção em pontos de controle e de avaliação do impacto no tráfego geral, o qual

compartilha as vias com a faixa segregada no BRT.

Do ponto de vista de simulação da linha de BRT, será contratado o

desenvolvimento de módulo adicional para um simulador já disponível com a

finalidade de inclusão do efeito do controle semafórico com prioridade. O modelo de

simulação, neste caso, é talhado para avaliação de desempenho global da operação

da linha, podendo ser testadas diferentes hipóteses de demandas de passageiros,

tempos de parada para embarque e desembarque, frequência de despacho, etc.

4.5 Especificação dos requisitos de hardware e software

Será necessário realizar especificação das características técnicas dos

seguintes equipamentos:

dispositivos de medição: localização dos ônibus (equipamento GPS),

número de passageiros embarcados (sensor infravermelho)

atuação semafórica: interface de comunicação sem fio com ônibus para

prioridade, equipamentos de contagem de tráfego geral (cálculo de

prioridade condicional);

informação: painéis de informação e interface de comunicação (modem

GPRS).

14

Além dos equipamentos, deverão ser especificadas as interfaces de

comunicação, ou seja, os protocolos a serem usados na troca de mensagens de

medição e de atuação do controle. As especificações devem ser detalhadas ao

máximo para permitir a contratação do serviço de desenvolvimento e posterior

teste de conformidade dos softwares desenvolvidos.

4.6 Implementação do protótipo do SincroBUS

Após as etapas de pesquisa, desenvolvimento, simulação e ajustes iniciais

passa-se para a etapa de implementação do protótipo do sistema, cujos aspectos são

destacados a seguir.

4.6.1 Equipamentos

Prevê-se a implantação dos dispositivos de coleta de dados e transmissão

desenvolvidos da seguinte forma:

5 (cinco) veículos equipados com:

Sensor infra-vermelho para contagem de passageiros;

Módulo GPS de baixo custo para localização do veículo;

Módulo de sinalização ao motorista para partida do ponto;

Modem GSM/GPRS para transmissão de dados.

10 (dez) cruzamentos semaforizados equipados com:

Sensores de contagem/ocupação sem fio com repetidores e

transmissores GSM/GPRS para levantamento do tráfego veicular;

Módulo de atuação no controlador semafórico para priorização de

ônibus.

5 (cinco) pontos de parada equipados com:

Painéis a LED para informação dos horários de chegada;

Modem GSM/GPRS para comunicação com central de controle.

Tais equipamentos estão orçados como parte dos recursos solicitados nesta

proposta, com exceção dos módulos de sinalização ao motorista e do módulo de

atuação no controlador semafórico, os quais serão construídos pela equipe

executora.

15

O desenvolvimento de softwares para integração dos diversos equipamentos

será contratado junto a empresas especializadas. Os softwares resultantes serão

divulgados com código aberto para incentivar a adoção por outros interessados.

4.6.2 Testes de conformidade

Embora o objetivo do projeto seja a melhoria da qualidade do serviço de ônibus,

as avaliações experimentais sobre o desempenho do sistema só poderão ser

realizadas uma vez que os equipamentos estejam testados para aferição da

conformidade do funcionamento às especificações de projeto. Portanto, uma etapa

importante da metodologia são os testes de conformidade.

Prevê-se realizar testes do sistema protótipo com respeito à precisão do sistema

de localização/predição da trajetória dos ônibus e das estimativas do número de

passageiros embarcados, testes do sistema de informação aos usuários (painéis e

internet), sistema de informação do instante de partida do ponto e do sistema de

prioridade (controlador semafórico).

4.6.3 Condução dos experimentos

Dadas as dimensões reduzidas do protótipo, os experimentos de controle

deverão ser planejados de forma a permitir a observação dos efeitos da atuação

sobre os ônibus e semáforos. Em horários de pico, a alta frequência da linha ( em

torno de 5 min) resulta numa janela de observação de 20 min para a passagem dos

5 veículos equipados. Em outros momentos, o tempo vai até 40 min (entre-picos da

tarde, p.ex.). Apesar de tais períodos serem apropriados para avaliação do controle,

propõe-se ainda estudar a liberação alternada de veículos. Ou seja, representando

por “” os veículos com equipamentos a bordo e por “” aqueles sem

instrumentação, propõe-se estudar situações do tipo:

: todos os veículos equipados partem em sequência;

: um veículo sem instrumentação entre dois equipados;

: dois veículos sem instrumentação intercalados; etc.

O interesse em estudar a alternância de partida de veículos com e sem

instrumentação surge pela oportunidade de se obter, para um mesmo ensaio,

chegadas com headways não controlados que ocorrem entre as chegadas

16

controladas. Tal regulação parcial dos headways entre chegadas permite avaliar

como a economia resultante em termos de equipamentos afeta a eficiência da

operação.

Como se trata de experimentos que exigem organização dos veículos a serem

despachados, conta-se com a participação do SETERB na concepção e coordenação

dos ensaios. Ou seja, o planejamento detalhado dos experimentos será realizado em

comum acordo com o SETERB (e possivelmente os operadores), com base nas

características de operação da linha e do tráfego geral de veículos ao longo do

itinerário.

4.7 Coordenação das Atividades

Refletindo a configuração geográfica do projeto, a coordenação está dividida

entre UFSC/Florianópolis e FURB/Blumenau. Conta-se ainda com a participação

de professores da UFRGS/Porto Alegre e UC Berkeley/Estados Unidos. Para

coordenação das atividades, serão usados os seguintes procedimentos:

Videoconferência através de ferramentas gratuitas baseadas em

computador;

Página privada do projeto para publicação e edição colaborativa de

documentos;

Reuniões presenciais e workshops.

Com relação aos workshops, estão previstos dois encontros. O primeiro após 6

meses do início do projeto para consolidação dos estudos preliminares sobre as

características da linha Troncal 10 e do sistema de tranporte integrado de

Blumenau. Como resultado, serão estabelecidos os detalhes das diretrizes para o

desenvolvimento dos algoritmos e instalações físicas do projeto. O segundo

workshop será realizado 20 meses após o início do projeto com o objetivo de avaliar

os resultados alcançados e propor ações finais para conclusão dos trabalhos.

Em ambos momentos, haverá sessões abertas para realização de seminários

técnicos, com a presença de especialistas de universidades do Brasil e do exterior

na área de transporte coletivo e BRT.

Foi estabelecida, ainda, a contrapartida do SETERB em horas de pessoal

17

dedicado ao projeto. Formalizou-se a participação do órgão mediante celebração de

Termo de Cooperação Técnica com a FURB, o qual entrará em vigor na data de

concessão dos recursos a este projeto, caso aprovado.

5 PRINCIPAIS CONTRIBUIÇÕES

Formação de uma base de dados consolidando informações técnicas relativas

a um sistema de transporte coletivo urbano por ônibus, operando em faixa

segregada.

Desenvolvimento de tecnologia e produto nacional para

rastreamento/detecção de ônibus, contagem de passageiros, atuação

semafórica, sistemas de informação ao usuário e estratégias de controle

tempo real para operação de sistemas de transporte coletivo urbano por

ônibus, mais especificamente sistemas BRT.

Divulgação técnico/científica dos resultados e conclusões em seminário

específico sobre o tema do trabalho e em periódicos e congressos nacionais e

internacionais.

6 CRONOGRAMA

A metodologia descrita anteriormente é apresentada em forma cronológica na

tabela abaixo, contemplando 12 bimestres dentro dos 2 anos do projeto. Para

referência, as etapas definidas são:

A. Levantamento das características do caso sob estudo;

B. Estudo de algoritmos para controle de prioridade e retenção;

C. Estudo de algoritmos para estimação de tempos de chegadas de ônibus em

pontos de paradas;

D. Simulação das propostas para controle da operação;

E. Especificação dos requisitos de hardware e software do sistema de

informação e controle;

F. Implementação do protótipo do SincroBUS;

G. Coordenação das atividades.

18

Etapa

Bimestre

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

A

B

C

D

E

F

G

7 OUTROS PARTICIPANTES DA EQUIPE

Além do coordenador e vice-coordenador apresentados na seção 1, Identificação

da Proposta, fazem parte da equipe do projeto os seguintes pesquisadores.

Luis Antonio Lindau

Titulação: Doutor

Instituição de Vínculo:

Laboratório de Sistemas de Transportes

Departamento de Engenharia de Produção e Transportes

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Conhecimento aportado: planejamento e avaliação de desempenho de

sistemas BRT; simulação de sistemas BRT.

Atividades (ver cronograma): A, B, D, F.

Horas semanais dedicadas: 2 h

Eduardo Camponogara

Titulação: Doutor

Instituição de Vínculo:

Departamento de Automação e Sistemas

Universidade Federal de Santa Catarina

Conhecimento aportado: otimização de sistemas; controle ótimo de

sistemas BRT; controle de tráfego urbano em tempo real.

19

Atividades (ver cronograma): A, B, D, F.

Horas semanais dedicadas: 2 h

Alexander Skabardonis

Titulação: Doutor

Instituição de Vínculo:

Departament of Civil Engineering

Institute of Transportation Studies

University of California, Berkeley

Conhecimento aportado: controle de prioridade em sistemas BRT;

controle de tráfego urbano em tempo real.

Atividades (ver cronograma): B, C, E, F.

Horas semanais dedicadas: 1 h

Ram Rajagopal

Titulação: Doutor

Instituição de Vínculo:

Departament of Electrical Engineering and Computer Science

Institute of Transportation Studies

University of California, Berkeley

Conhecimento aportado: controle de tráfego urbano em tempo real.

Atividades (ver cronograma): A, C, E, F.

Horas semanais dedicadas: 1 h

Paulo Roberto Brandt

Titulação: Mestre

Instituição de Vínculo:

Departamento de Engenharia Elétrica e de Telecomunicações

Universidade Regional de Blumenau

Conhecimento aportado: implementação de sistemas de comunicação

para controle de tráfego.

Atividades (ver cronograma): E, F.

Horas semanais dedicadas: 4 h

20

Felipe Augusto de Souza

Titulação: Engenheiro

Instituição de Vínculo:

Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de

Automação e Sistemas

Universidade Federal de Santa Catarina

Conhecimento aportado: controle de tráfego urbano em tempo real;

especificação e implementação de sistemas de controle de tráfego.

Atividades (ver cronograma): A, B, C, E, F.

Horas semanais dedicadas: 20 h

Vinícius Berndsen Peccin

Titulação: Engenheiro

Instituição de Vínculo:

Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de

Automação e Sistemas

Universidade Federal de Santa Catarina

Conhecimento aportado: controle de tráfego urbano em tempo real;

especificação e implementação de sistemas de controle de tráfego.

Atividades (ver cronograma): A, B, C, E, F.

Horas semanais dedicadas: 20 h

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