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Emanuel Leão Mangueira
1 PROPOSTA METODOLÓGICA PARA CONSTRUÇÃO DE UMA MATRIZ ORIGEM/DESTINO DO SISTEMA DE TRANSPORTE PÚBLICO A PARTIR DOS DADOS DE BILHETAGEM ELETRÔNICA E GPS DOS VEÍCULOS Anderson Tavares de Freitas Bruno Vieira Bertoncini
2 PROPOSTA METODOLÓGICA PARA CONSTRUÇÃO DE UMA MATRIZ ORIGEM/DESTINO DO SISTEMA DE TRANSPORTE PÚBLICO A PARTIR DOS DADOS DE BILHETAGEM ELETRÔNICA E GPS DOS VEÍCULOS Anderson Tavares de Freitas Bruno Vieira Bertoncini Universidade Federal do Ceará Departamento de Engenharia de Transportes RESUMO A pesquisa em desenvolvimento busca propor uma metodologia para construir uma matriz origem-destino do transporte público a partir dos dados do Sistema de Bilhetagem Eletrônica (SBE) e de GPS dos veículos. O SBE é utilizado pelo transporte público como forma de pagamento e de validação do embarque dos usuários. Os dados gerados produzem rico banco de dados, contendo todas as validações de embarque por usuário com registros de horário, linha de ônibus e identidade do veículo. Juntamente com o sistema de rastreamento de ônibus por GPS, é possível construir uma matriz origem - destino (OD) dos usuários do sistema. Para tal, o trabalho adotará como hipótese de partida a realização de viagens segundo movimento pendular. Acredita-se que isto ajudará na determinação das origens e dos destinos de viagens. Para tanto, os objetivos específicos estabelecidos buscam verificar a hipótese de viagens pendulares, determinar os padrões de validações por usuário, determinar a origem e destino da parcela dos usuários com smartcard e expandir a Matriz para todas as viagens realizadas no sistema de transporte público da cidade de Fortaleza - CE. 1. INTRODUÇÃO A utilização do smartcard no Sistema de Bilhetagem Eletrônica (SBE) do transporte público é cada vez mais difundindo pelo mundo devido suas vantagens. O smartcard possibilita pagamento rápido e seguro da tarifa, redução dos custos a longo prazo no SBE, melhoria da gestão das receitas e permite flexibilidade espacial e temporal de cobrança da tarifa. Sistemas com smartcard são consolidados e bem desenvolvidos principalmente na França, Itália, Inglaterra, Estados Unidos, Canadá e Chile (Pelletier et al, 2009). No Brasil o uso do SBE é muito difundindo, de acordo com Martinelli e Aroucha (2012), 77% das cidades brasileiras com mais de 50 mil habitantes dispõe desse sistema. Contudo, os SBE s não são idênticos em todas as cidades, cada sistema possui suas peculiaridades quanto à validação, ao modo de pagamento, ao quê é registrado no banco de dados, dentre outras. Em alguns a validação da viagem ocorre unicamente ao entrar no veículo, por conseqüente só é registrado informações referente ao embarque, em outros a validação ocorre ao entrar e ao sair do veículo possibilitando o registro de informações referentes ao embarque e desembarque. O que é registrado no banco de dados dos SBE s não segue um padrão universal, logo informações quanto a linha de ônibus utilizada, o ID do veículo, a localização geográfica e outras informações podem não ser igualmente registradas. Os dados das validações podem ser usados numa escala de tempo precisa, contribuindo ao processo de planejamento. Quando os veículos são rastreados por satélite, a localização da validação também está disponível, logo estas estatísticas podem ser referenciadas no espaço. Assim, esses dados podem ser analisados e aplicados no ajuste de programação das linhas de ônibus, reconfiguração da rede de linhas de ônibus, na proposição de indicadores operacionais de desempenho, na identificação de erros e fraudes e na construção de matrizes OD, contribuindo no processo de análise da demanda por transportes (Pelletier et al, 2009). Assumindo cada smartcard como uma pessoa é possível, através do SBE, obter um registro temporal e espacial de todas as viagens realizadas pelos usuários do transporte público disponíveis para todos os dias da semana. Logo, por exemplo, consegue-se atualizar a matriz OD do transporte público, despendendo poucos recursos. 1
3 A construção de uma matriz OD é possível graças ao rastreamento das viagens realizadas pelo usuário que possui smartcard. A identificação dos pontos de embarque e desembarque dos usuários é usada para determinação das origens e destinos das viagens. No entanto a maioria dos SBE só realiza a validação ao embarcar no veículo, essa característica é presente principalmente nos SBE instalados nos ônibus. Logo se torna essencial a estimação do ponto de desembarque para a construção da matriz, muitos trabalhos utilizaram a hipótese de pendularismo das viagens. Esse comportamento deve ser verificado antes de se aplicar o método. Tal fato demanda a concepção de um procedimento que possibilite verificar a hipótese, bem como validar a mesma, uma questão motivadora para pesquisa. Na construção da matriz OD alguns distúrbios são identificados na determinação das origens e destinos das viagens. Primeiramente o fato do usuário do transporte público não ser limitado a realizar todos os seus deslocamentos exclusivamente por esse modal, perdendo, assim, o rastreamento da viagem. Além dos distúrbios causados pelo fato de alguns usuários não realizarem a validação do cartão logo ao embarcar no veículo, logo o registro temporal e espacial do embarque, não será no ponto exato do mesmo. Como diminuir esses distúrbios na determinação das origens e destino da matriz do transporte público torna-se peça chave e, assim, será considerada outra questão de pesquisa do presente trabalho. A determinação das origens e destinos dos usuários do transporte público pode ser realizada através do rastreamento das viagens realizadas com o smartcard. No entanto, há usuários que utilizam de outras formas de pagamento. Para as pessoas que não utilizam smartcard não é possível rastrear as viagens realizadas ao longo do dia. No entanto a matriz do transporte público deve contemplar também as viagens pagas por outras formas, para que totalizar todas as viagens que são realizadas pelo Transporte Público. Como determinar a origem e destino dos usários que não utilizam smartcard e como garantir que a totalidade das viagens do transporte público, são potenciais questões de pesquisa do presente estudo, formando assim a problemática da pesquisa. 2. OBJETIVOS Face a problemática apontada, tem-se que o objetivo central dessa pesquisa de mestrado é a proposição de uma metodologia para construir a matriz OD dos usuários do transporte público a partir dos dados de bilhetagem eletrônica e GPS dos veículos. Em complementação tem-se: (i) Determinar os padrões de validações por usuário; (ii) Verificar a hipótese de viagens pendulares; (iii) Determinar a origem e destino da parcela dos usuários com smartcard; e (iv) Expandir a Matriz para contemplar todas as viagens realizadas no transporte público. 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Ao realizar uma viagem, através da validação do smartcard no leitor a bordo do veículo, é gerado uma informação que é transferida para o servidor central no momento que o veículo retorna a garagem. Essas informações são consolidadas em um banco de dados, no qual para cada validação, normalmente, é registrado: data e hora da validação, status da transação (embarque, desembarque, integração, recusa, etc), ID do cartão, tipo de tarifa, ID da Linha,ID ônibus e localização espacial da validação. Pode-se definir a origem da viagem como o ponto de embarque e destino da viagem como o ponto desembarque. Uma vez que o SBE, costumeiramente, só registra o embarque é necessário estimar o desembarque a fim de determinar o destino das viagens. Barry (2002) propôs um algoritmo baseado em duas hipóteses para estimação do destino. Primeiro, o passageiro retorna ao local de destino da viagem anterior para começar a próxima viagem. Segundo, o passageiro termina a última viagem do dia no local de origem da primeira viagem. 2
4 Vários trabalhos utilizaram as hipóteses de Barry para construção da matriz OD do transporte público com dados do smartcard. Dentre os trabalhos destacam-se Guerra (2011) e Guerra et al (2013), que não utilizaram o sistema de rastreamento por GPS para determinação da localização dos embarques e desembarques, em vez disso aplicaram o horário de inicio e fim desprendido pelas linhas de ônibus para realizar cada viagem de seu itinerário. Munizaga (2012) aplicou essas hipóteses num sistema composto por ônibus e metrô, utilizando os dados de GPS dos ônibus e a localização das estações de metrô, além de utilizar uma função de otimização para estimar o local e horário do desembarque. Ma et al (2013) determinaram a origem e destino das viagens e calcularam os padrões de deslocamentos dos passageiros utilizando uma amostra de vários dias, a partir de uma modelagem estatística. 4. METODOLOGIA Para que os objetivos dessa pesquisa sejam atingidos, a metodologia proposta é constituída pelas seguintes etapas: 4.1. Consolidação dos Bancos de Dados Será estudado o SBE da cidade de Fortaleza CE. Uma vez que o banco de dados do SBE disponível para realização da pesquisa não registra a localização geográfica das validações, será utilizado, em conjunto, o banco de dados de GPS dos veículos do sistema de transporte público para determinação geográfica das validações. Para tal, haverá o cruzamento das informações dos dois bancos de dados, visto que para cada validação é registrado o veículo em que ocorreu a viagem. Essa etapa metodológica tem por objetivo consolidar o banco de dados de validações com o banco de dados de GPS, determinando as coordenadas geográficas (latitude e longitude) para cada validação. Além disso, nessa etapa será definido qual zoneamento será usado para construção da matriz OD Caracterização Temporal e Espacial das Validações Visando entender o comportamento das viagens no sistema de transporte público,essa etapa realizará a caracterização das validações. Será analisada a distribuição da quantidade de validações ao longo do dia, o tempo médio que o usuário leva entre uma validação e outra, a quantidade média de validações realizada por um usuário, a distribuição espacial das validações na cidade ao longo do dia. Ao fim dessas análises espera-se inferir que as viagens realizadas no sistema de transporte público sejam predominantemente pendulares Determinação dos Padrões de Validações por Usuário Essa etapa determinará os padrões espaciais e temporais das validações de cada usuário, ou seja, para cada passageiro haverá o horário e a localização espacial que comumente representa sua viagem. Esses padrões serão calculados para os dias úteis, sábados e domingos, com base numa amostra semanal. Acredita-se que essa etapa é importante para diminuir os distúrbios causados pelo fato de a pessoa não realizar todos os seus deslocamentos exclusivamente pelo transporte público, podendo realizar viagens ou parte de viagens por outros modais. Além de distúrbios causados pelo fato de alguns usuários não realizarem a validação do cartão logo ao embarcar no veículo, afetando a determinação correta das origens e destinos, pois o horário e localização da validação são diferentes do horário e localização real embarque Construção da Matriz OD para usuários do Smartcard Essa etapa irá compilar a origem e o destino das viagens em uma matriz OD que representa o deslocamento dos usuários do transporte público. A localização e horário da origem serão definidos como sendo aqueles da primeira validação do usuário no dia, ocorrida numa janela de tempo do período da manhã. Uma vez que as validações no SBE da cidade de Fortaleza ocorrem unicamente no embarque, a localização do destino será definida como sendo aquele da primeira validação do usuário ocorrida em uma janela de tempo do período da tarde. A 3
5 determinação das origens e destinos das viagens dos usuários irá se basear nos padrões de validações dos usuários. Acredita-se que esse algoritmo será eficaz para determinação da origem e destino dos usuários que realizam viagem tipicamente pendulares Expansão da Matriz OD Essa etapa irá expandir a matriz para que ela compreenda todas as viagens que são realizadas no transporte público. Dado que a origem e destino das viagens só podem ser determinados para os usuários com smartcard, é necessário estimar a origem e destino das viagens realizadas sem o smartcard. O SBE registra todos os embarques realizados no transporte público, tanto os embarques realizados com smartcard quanto os embarques sem o cartão. No entanto, os embarques realizados sem o cartão não permitem rastrear seu deslocamento ao longo do dia, tornado a determinação do destino difícil. Uma vez que o embarque de todas as viagens é registrado, são detectáveis as origens de todas as viagens, a determinação espacial do destino daquelas viagens realizadas sem o smartcard será baseada no comportamento das viagens realizadas com a mesma zona de origem Validação da Matriz OD Será realizada uma pesquisa nos terminais de transporte público de forma a entrevistar usuários do sistema e questioná-los quanto a realização de suas viagens, identificando, principalmente, as origens e destinos das mesmas, buscando assim, obter uma matriz OD que possa ser comparada com a matriz estimada através do método proposto. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS O andamento da pesquisa encontra-se na etapa de consolidação dos bancos de dados.já estão disponíveis todos os dados de GPS e Validação referentes ao ano de A partir desses dados será possível selecionar um mês típico, que represente melhor os deslocamentos dos passageiros do transporte público, no sentindo de não haver interferências de problemas com a operação do ônibus (greves, problemas com o GPS, etc). Agradecimentos: Os autores agradecem à CAPES pela concessão da bolsa de mestrado. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Barry J.; Newhouser R.; Rahbee A.; Sayeda S. (2002) Origin and Destination Estimation in New York City with Automated Fare System Data. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Volume 1817, Guerra A. L.; Barbosa H. M.; Oliveira, L. K. (2013) Metodologia para determinação de matriz origem/destino utilizando dados do sistema de bilhetagem eletrônica. In: XXVII Congresso da ANPET, 2013, Belém. Anais do XXVII ANPET, P Guerra A. (2011) Determinação de Matriz Origem/Destino utilizando dados do sistema de bilhetagem eletrônica. Dissertação. Belo Horizonte. Escola de Engenharia. UFMG Ma X.; Wu Y.; Wang Y.; Chen F.; Liu J. (2013) Mining smart card data for transit riders travel patterns. Transportation Research Part C:Emerging Technologies, Volume 36,1-12 Martinelli J.; Aroucha, M. (2012) Fase atual da bilhetagem eletrônica. Série Cadernos Técnicos ANTP, vol 8, p Munizaga M.; Palma C. (2012) Estimation of a disaggregate multimodal public transport Origin Destination matrix from passive smartcard data from Santiago, Chile. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Volume 24, Pelletier M.; Trépanier M.; Morency C. (2011) Smart card data use in public transit: A literature review. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, Volume 19, Anderson Tavares de Freitas Bruno Vieira Bertoncini ) Departamento de Engenharia de Transportes, Universidade Federal do Ceará Campus do Pici - Bloco Fortaleza CE 4
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Journal of Transport Literature, 10(4), 20-24, Oct. 2016. ISSN 2238-1031 Detecção de padrões de mobilidade urbana em dia atípico a partir de sistema de bilhetagem eletrônica: análise das viagens na RMRJ