A Pesquisa Operacional (PO) é um campo da matemática que visa a alocação otimizada de recursos escassos resolvendo problemas complexos. No transporte coletivo de passageiros, diversos tipos de problemas complexos podem ser resolvidos utilizando-se abordagens de PO. Como exemplo, na Programação Horária é necessário determinar o quadro horário ideal de viagens para atender a demanda de passageiros, procurando utilizar a menor frota possível, além de jornadas de tripulantes que atendam as diversas legislações trabalhistas. No Monitoramento on-line de frotas, a realocação dos recursos deve ser rápida e eficiente, restabelecendo a normalidade da operação quando a programação não pode ser obedecida. No tocante a passageiros, métodos de PO são utilizados no cálculo de roteiros de viagem e na previsão do horário de chegada dos ônibus.

INTRODUÇÃO

Passamos por um momento interessante da nossa história, onde vemos o surgimento e adoção de diversas tecnologias, que visam trazer uma maior inteligência para os sistemas de transporte. Essas tecnologias, denominadas de ITS – Intelligent Transportation Systems, trazem consigo novos sistemas de informação, ou softwares, que ampliam sobremaneira o domínio sobre os principais processos da Gestão Operacional de Transporte Urbano. Todavia sejam muitos os sistemas de informação disponíveis, alguns deles diferenciam-se por utilizar modelos matemáticos, construídos através de procedimentos de PO, que os tornam sistemas de informação no estado da arte.

Apresenta-se a seguir um panorama das abordagens de PO utilizadas na operação de transporte urbano, com foco nas etapas da Programação Horária, Monitoramento de Frotas e Informação ao Passageiro. Também será apresentada uma breve introdução da PO, citando seu histórico e os principais métodos de otimização conhecidos. Apresentaremos os problemas relacionados à geração do quadro de viagens, definição das tabelas dos veículos e tripulantes, citaremos as principais técnicas conhecidas para o restabelecimento da normalidade da operação nos casos de indisponibilidade de recursos operacionais e abordaremos os processos relacionados à Informação ao Passageiro, no qual iremos discorrer sobre os problemas de roteirização e previsão horária.

Sobre a Pesquisa Operacional

Existem diversas maneiras de explicar o que é PO. Uma maneira simples de descrevê-la é dizer que:

“A Pesquisa Operacional é uma área da matemática aplicada, cujo objetivo é a resolução de problemas complexos, onde há muitas soluções possíveis.”

Utilizando uma definição mais completa, a Sociedade Brasileira de Pesquisa Operacional – (SOBRAPO, 2011), assim descreve PO:

“A Pesquisa Operacional é uma ciência aplicada voltada para a resolução de problemas reais. Tendo como foco a tomada de decisões, aplica conceitos e métodos de várias áreas científicas na concepção, planejamento ou operação de sistemas. A Pesquisa Operacional é usada para avaliar linhas de ação alternativas e encontrar as soluções que melhor servem aos objetivos dos indivíduos ou organizações.”

Otimização matemática

A PO faz uso de diversas abordagens para resolver estes problemas complexos. Dentre essas abordagens, as mais utilizadas são:

Métodos Exatos: Aproximação Interna e Externa; Métodos de Corte; Branch and Bound; Otimização de Intervalos; entre outros.
Métodos Heurísticos: Busca Local, entre outros;
Meta-Heurísticas: Algoritmos Genéticos; Otimização de Colônia de Formigas; Busca Tabu; Simulated Annealing; entre outros;
Métodos Estocásticos: Método de Monte-Carlo; Stochastic Tunneling; Métodos de Continuação; entre outros.

A utilização de cada uma destas abordagens está diretamente relacionada ao problema a ser tratado. Como exemplo, o problema de programação veicular, ou Vehicle Schedule Problem (VSP) é tradicionalmente abordado através de métodos determinísticos, de fluxo em rede, através de variantes do método Simplex. Todavia essa seja uma utilização clássica, é comum encontrarmos a combinação de abordagens para a resolução de um determinado problema.

Um breve histórico

O uso empírico de métodos de PO é mais antigo que se imagina. Pode-se dizer que jogos de tabuleiro, como o xadrez e damas são jogos com estratégias baseadas em técnicas de PO. Todavia o uso empírico da PO seja secular, o termo propriamente dito foi criado durante a Segunda Guerra Mundial, na qual a Inglaterra reuniu um grupo de cientistas, com o objetivo de resolver problemas de natureza logística e de estratégia militar. Finalizado esse período a PO popularizou-se, sendo largamente utilizada nos dias de hoje.
Nos tempos atuais são diversas as áreas do conhecimento que se beneficiam da PO. Dentre os problemas que são tratados através dela, podemos citar: análise de caminho crítico de projetos, desenho de plantas de fábricas, problemas de otimização de rede de comunicação, problemas de alocação de recursos, problemas de roteamento, de gerenciamento de cadeia de suprimentos (SCM), de logística de transportes, de trafego de dados em rede, da determinação de preços ótimos, jogo de empresas, dentre vários outros.

Na área de logística de transportes, mais especificamente em transporte urbano de passageiros, a PO pode ser empregada em várias etapas da Gestão Operacional de Transporte Urbano, conforme ilustra a Tabela 1: Fases da Gestão Operacional de Transporte Urbano.

Tabela 1: Fases da Gestão Operacional de Transporte Urbano

Quem nunca ficou aguardando um ônibus sem saber ao certo o horário que ele chegará? Conhecer o tempo que falta para sua chegada ameniza o desconforto da espera. O sistema de informação de horários ao passageiro por painel eletrônico, internet ou telefone celular é a solução para o problema. Também denominado como ETA (Estimated Time of Arrival), o sistema de informação de horários é um serviço fundamental em uma solução de ITS. O ETA fornece a previsão de tempo para a chegada dos próximos ônibus em um ponto de parada, a partir da localização da frota por sistemas de monitoramento GPS. Todavia, a informação deve ser confiável. Imagine uma situação onde um usuário, informado que o ônibus irá chegar em 15 minutos, aproveita o tempo disponível para fazer alguma outra atividade, e ao chegar ao ponto no tempo previsto, constata que o ônibus já passou. Por este motivo, deve ser dada especial atenção à escolha de uma solução de ETA que proveja um elevado grau de acerto. O nível de confiabilidade do ETA pode ser significativamente melhorado através de abordagens de cálculo que consideram as condições atuais de trânsito e o histórico dos tempos de viagem em cada trecho do itinerário.

INTRODUÇÃO

Embora sistemas avançados de monitoramento (AVM) sejam responsáveis em aumentar a eficiência das empresas de ônibus, é fato que estes também podem ser usados para prover diversas informações em tempo real. A disponibilização de previsões de horários de chegada dos ônibus em pontos de parada ou terminais é um componente essencial em um Sistema Inteligente de Transporte (ITS). Os sistemas automáticos de informação ao passageiro, viáveis através das novas tecnologias, se transformaram em uma das principais estratégias que um sistema de transporte conta para aumentar a atração, satisfação e fidelização do usuário. A previsão da chegada do coletivo, em tempo real, no ponto de ônibus é possivelmente um dos recursos que melhor atende à expectativa do passageiro, eliminando as incertezas e reduzindo o tempo ocioso de espera. A informação tem um valor primordial quando ela é confiável, fornecida no momento certo, no local certo e fácil de compreender, além de ser acessível a todos.

Estimated Time of Arrival – ETA

Quando a informação de horário de chegada é estimada com base na real localização dos ônibus, têm-se os horários estimados de chegada, ou ETA – de “Estimated Time of Arrival”, em inglês – que é o nome que se dá a essa categoria de software. Isso implica em um tratamento de dados minucioso, podendo envolver a posição dos veículos mais próximos, o horário previsto de chegada no ponto, o quanto o veículo encontra-se adiantado ou atrasado, o tempo médio de percurso – apurado estatisticamente – do local em que o veículo se encontra até o ponto em questão e as condições atuais de trânsito no percurso a ser realizado. Essa informação deverá ser apurada e apresentada em tempo real, devendo ser atualizada à medida que o veículo se desloca pelo trajeto. Apesar de parecer simples, o cálculo do ETA envolve rotinas computacionais complexas de manutenção da base de tempos (ou velocidades) nos diversos trechos da rede de transporte considerando os dados obtidos pelo próprio sistema de monitoramento por GPS. A apuração do horário estimado de chegada em tempo real pode demandar ainda algoritmos matemáticos sofisticados para analisar os diversos fatores envolvidos na operação.

Benefícios

Os benefícios obtidos ao se prover informações sobre previsões de chegada dos ônibus modernizam o serviço de transporte público e aumentam a satisfação e visibilidade do sistema de transporte junto ao passageiro e à comunidade. A previsão de chegada, confiável e atualizada automaticamente, reduz o desconforto na espera do ônibus. Soluções de monitoramento de frota, operadas através do Centro de Controle Operacional (CCO), também podem fazer uso destas informações, auxiliando, por exemplo, as tomadas de decisões de despacho nos terminais de ônibus.

1. Introduction

Bus transit scheduling includes various steps, including route design, trip timetabling, vehicle scheduling, crew scheduling and crew rostering. Due to the complexity of the overall scheduling, each of these steps are usually tackled separately, in spite of the strong dependences between each other. However some research effort is made to treat the problems at the same time. In this paper, we will focus on the trip timetabling aspect, with a view to the vehicle scheduling. Indeed, when generating the bus timetables for a given day, the allocation of these created trips to vehicles must be taken into account in order to minimize the number of vehicles needed and hence the costs for the bus company.

WPLEX Software is a company that provides tools for planning and controlling bus transit operations as well as passengers information. The software WplexON, which also proposes solutions for vehicle scheduling and crew scheduling (see Fournier (2009)), has a fast engine for solving the trip timetabling problem which is presented in this paper.

In section 2, we describe the Trip Timetabling Problem that we face. An overview for the general solution method is given in section 3. The first step of creating time periods from the initial forward and backward trips time periods, and determining the demand for each time period is detailed in section 4. Then, section 5 describes the greedy way of generating the timetable from this demand. Some results are presented and analysed in section 6, comparing the algorithm with a method where the backward trip generation is separated from the forward trip generation. Section 7 is dedicated to some conclusions and perspectives.

2. A Back-and-Forth Single-Line Trip Timetabling Problem

In the Trip Timetabling Problem (also known as Transit Network Timetabling Problem), the aim is to provide a schedule of trips in order to meet the passenger demand, and minimizing the costs and the passenger waiting time. There are plenty of variations of this problem, either with respect to the objective or to the input. In our case, the trip schedule has to satisfy the passenger demand for a number of time periods during the day. The passenger demand can be used to compute the number of needed trips for each time period and with some additional data such as the vehicle capacity and the wanted occupancy rate.

The multi-line case has been widely studied and in this case, the objective is often to maximize the synchronization between the trips of each couple of lines, in order to minimize the waiting time for any transferring passenger.

Fleurent et al. (2004) use a dedicated heuristic to maximize the number of meeting times between the buses, using time windows and a piecewise-linear cost function. Voss (1992) proposed a quadratic semi-assignment model for the synchronization of timetables and Schr¨oder and Solchenbach (2006) use and customize this model to solve a problem with mixed train and bus lines. These last three papers start from an existing timetable and allow only small changes in the schedule. Ceder et al. (2001) show that a mixed-integer formulation for this problem is large and hard to solve, and propose a polynomial heuristic to maximize the number of simultaneous arrivals.

Some researchers also solve both the timetabling and the vehicle scheduling problems in an integrated approach. For example, van den Heuvel et al. (2006) tackle this problem using integer programming models combined with local search in a time-space network.

We consider the case of a back-and-forth single-line, where each direction has its own time periods and demands in trips. For example, the forward direction of a line from the suburbs to the center will have a higher demand in the morning and its backward direction in the evening. The case of a line with only one way (for example a circular line) will not be treated here as the solution can be obviously deduced from the algorithm presented in this paper. The reason why we focus on this special case is that various transit companies prefer to split their overall schedule into parts based on each line of the bus network, for both an easier handling of the data and a better view of the schedule, and the possible necessity to prevent buses or drivers from changing lines.

3. Simultaneous back and forth generation of trips

A simple way to generate trips for a back-and-forth single line is to provide the timetable for each direction separately. Each of these trip generations is very simple, but this method has two main drawbacks, considering the vehicle scheduling which is the following step of the overall process:

• there can be a lot of forward trips without associated backward trip (or vice-versa), which would result either in the creation of a lot of deadheads (without any passengers in the bus), or in the use of a lot of addicional blocks (or buses) performing only few trips,
• the generated forward trips are not synchronized with the backward trips, which may create more blocks with a significant total idle time in the vehicle scheduling step.

These drawbacks can be resolved by a post-processing, creating deadheads and time shifting trips for a better synchronization. This procedure may be heavy and time-consuming. In our approach, we chose to generate simultaneously the forward and backward trips, such that:

• there are the same number of forward trips as backward trips,
• the forward trip is always defined before its associated backward trip, with a minimum layover between both trips.

This way, we are sure that in the vehicle scheduling step, each vehicle will be able to perform a backward trip just after a forward trip and will be made available at the starting point of the line, which is generally the main bus terminal, in order to perform another forward trip.

(…)

7. Conclusion and perspectives

In this paper, we presented a single line trip timetabling problem with the necessity to generate a good vehicle schedule from the created trips. Our algorithm, based on a redefinition of time periods that are the intersection of the forward trips time periods and the ones from the backward trips, generates more trips than necessary but outperforms a simple generation (considering the forward and backward directions separately) when creating schedules for vehicles. This is a good solution for the bus transit company, as using fewer buses lowers the total cost, but also for the passenger, who has a regular schedule of buses and a low waiting time. The fact that the algorithm creates slightly more trips than necessary is also positive for the customer satisfaction.

The repartition of the trips between the time periods can be improved, because with the linear cost (3) we used, the algorithm chooses a time period independently of the number of trips to generate. For example, if two trips can be generated in any of two time periods, the integer program will enforce the generation of both trips in the same time period (the one with the greatest duration), although it would be better in some cases to generate one trip in each time period, especially if the difference of durations is small. To overcome this issue, one could use a quadratic objective or a dedicated heuristic. Another improvement would be to adapt the headway in each time period taking vehicle scheduling into account. This could be made possible minimizing the idle time between a generated backward trip and the next forward trip or “pushing” a forward trip in order to allow a same vehicle to perform both an already generated backward trip and this forward trip.

Extraído do trabalho elaborado pela WPLEX Software e apresentado no 42^o Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional da SOBRAPO 2010, (c) WPLEX Software Ltda.

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1. Introduction

WPLEX Software dedicates itself to the improvement of productivity in urban and air passenger transport, using advanced information technology techniques. One of its softwares, WplexON, allows transit companies to visualize and schedule their fleet and crew. These companies have to deal with some working rules imposed by legislation, in addition to their own internal regulation. When generating the drivers’ workdays, they wish to minimize the costs comprised by salaries the workforce and overtime. To help these companies, WplexON provides a tool for the generation of the drivers’ workdays out of the bus schedules. The software has to consider all the features of the problem and proposes a set of valid workdays that covers the bus schedule with a low total cost.

Section 2 describes the Crew Scheduling Problem faced by these companies. A general insight of the Branch-and-Price solving technique is given in section 3. In section 4, we provide a more detailed description on the generation of new workdays in the subproblem. The results are presented and analysed in section 5. Conclusions and perspectives for future work are given in section 6.

2. A Real-life Crew Scheduling Problem

Given the buses schedule for the day, forming subsets of trips usually called blocks, the aim is to create valid workdays with respect to the working rules, covering all the tasks (that can be trips or deadheads) of the bus schedule, and minimizing the salaries and costs of overtime. This kind of problem is known as a Crew Scheduling Problem (CSP). Here, the legal rules are gathered into possible workday types. In a typical workday, the driver has a meal break, which can be paid or not, and divides the working day into two pieces or parts. Each workday type has upper and lower bounds on the working duration of each workday part (first part, break, second part), as well as on the total working time. In the case the break time is paid, the break duration has to be added to the total working time.

The cost of a workday is a piecewise linear function of the total working time of the driver: if this total time exceeds a given limit (that depends on the workday type), overtime has to be paid with a penalty over the regular time cost. When a driver starts a part of its workday (beginning of his workday or after his break), he has to perform some action with the vehicle (checking, preparing the bus) before being able to use it. This action is called briefing, and usually requires some time, as well as the reverse action, the debriefing, that takes place at the end of a part of the driver’s workday. The only exception where these actions are not performed by the driver is when he stays in the same bus before and after his break. In this case, there is neither debriefing before the break, nor briefing after it. Finally, every workday part (before or after the break) must contain at least one trip (and not only deadheads).

(…)

6. Conclusion and perspectives

The Branch-and-Price algorithmdescribed in this paper is efficient and has allowed WplexON to solve large customer instances. The main difficulties stand in the design of the subproblem, in particular the definition of the graph. Our future research is mainly guided by the size of the customer instances. Indeed, we need to decrease the computing time for instances with up to thousands of tasks. Other improvements would be useful, such as the simplification of the subproblem graph (for example, removing the useless nodes), or providing an heuristic first solution at the beginning of the algorithm in order to get a good upper bound early. The fact that trippers are always maintained in the master problem could also be replaced by a treatment of the cases when the master problem gets no solution (using the infeasibilities as costs in the master problem, for example). Noticing that the same variables remain fractionary after a branching, one could also branch on several independent pairs of consecutive variables instead of one at a time.

Extraído do trabalho elaborado pela WPLEX Software e apresentado no III Encontro Regional de Pesquisa Operacional da Região Sul da SOBRAPO 2009. (c) WPLEX Software Ltda.

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Conceito

O pagamento da passagem nos sistemas de transporte público pode ser feito no momento da viagem ou antecipadamente. No pagamento realizado no momento da viagem, o dinheiro é dado ao cobrador (em alguns casos ao motorista ou ao controlador de acesso ao terminal) que faz o troco, quando necessário. O pagamento antecipado consiste na aquisição prévia de comprovantes que serão utilizados no momento de acesso ao veículo ou terminal. Nos sistemas eletrônicos de cobrança, o pagamento é realizado de forma prévia e o comprovante é um cartão com informações magnéticas ou eletrônicas gravadas, que são detectados por dispositivo eletrônico (validador) no momento de acesso. É a aplicação de tecnologia eletrônica aos processos de pagamento e controle de tarifas.

Cartões e Validadores

Os sistemas podem adotar os cartões de formato:

- Edmonson: bilhete com tarja magnética de 64 bits (ou com capacidade duplicada, 128 bits) – possibilita o armazenamento de um número restrito de informações, com a possibilidade de criação dos seguintes tipos de bilhete: bilhetes unitários para uso num determinado modo de transporte, bilhetes múltiplos, bilhetes destinados a atender fins específicos, como gratuidades a idosos, e bilhetes integrados a um outro modo de transporte.

- ISO: cartões plásticos, com 256 bits – possibilita a criação de uma variedade maior de tipos de bilhetes do que o Edmonson.

- Cartões chipados, com ou sem contato: o “smart card” ou “bilhete inteligente” comporta uma quantidade de bits viabilizando uma extensa “família” de bilhetes; ampliando o processo de integração entre os diversos modos; identificando, de forma precisa, o uso e a receita do serviço em cada modo, para cada agente operador; acumulando informações necessárias à operacionalização de câmaras de compensação; e possibilitando a introdução de critérios de integração com base em intervalos de tempo.

Esses bilhetes estão associados a validadores eletrônicos colocados no interior dos veículos ou nas estações e terminais de integração. Alguns sistemas são do tipo híbrido, permitindo operar, ao mesmo tempo, com diferentes tipos de cartões e aproveitar tecnologias já implantadas. Os bilhetes mais simples baseiam-se num valor monetário fixo ou num número fixo de deslocamentos que vão diminuindo com a utilização. Os bilhetes inteligentes mais complexos contêm memórias que determinam a tarifa consoante, por exemplo, com a distância percorrida ou a hora.

Ferramenta de Gestão

Além de permitir uma distribuição precisa das receitas pelos diferentes operadores, a bilhetagem avançada é uma ferramenta de gestão preciosa, uma vez que fornece informações exatas sobre a utilização do sistema e permite que esse sirva melhor às necessidades dos usuários. Pode, por exemplo, indicar ao operador se um determinado serviço, ou parte dele, é objeto de grande procura num determinado período do dia ou num certo dia, permitindo-lhe planejar serviços suplementares para responder a essa procura. A bilhetagem traz inúmeras possibilidades no auxílio à atração de passageiros para o sistema de transporte, contribuindo, inclusive, para a redução de viagens ociosas, pois se pode ofertar descontos ou aumento do tempo de utilização (caso da tarifa temporal), nos horários fora-pico onde os veículos operam com menor ocupação. Essa medida pode trazer novos usuários para o sistema, reduzindo o custo por passageiro, mas deve-se atentar para não trazer mais passageiros que o número aceitável para o horário, pois, caso contrário, necessitará aumentar a freqüência das linhas e a economia prevista não será alcançada.

O controle de acesso ao sistema de transporte público pode ser feito de quatro formas diferentes: simples atuação e fiscalização de funcionário, atuação do funcionário e registro em catraca, introdução e validação do bilhete com registro em catraca e desbloqueio automático de catraca mediante introdução de bilhete magnético. As duas últimas formas têm sido adotadas pelos sistemas de bilhetagem automática, onde o que as diferencia é a existência ou não de catraca automática. Os sistemas com controle de acesso sem catraca automática exigem menor investimento em tecnologia, mas uma atuação maior do cobrador.

Sistema de gestão operacional

“Como os serviços são projetados ou planejados? Como os processos principais do negócio são analisados e melhorados? Para estar sempre na vanguarda de sua área de atuação, a organização precisa gerar idéias originais e incorporá-las continuamente a seus processos e produtos, visando conquistar novos clientes e criar mercados”. A inovação é um dos principais fundamentos da empresas vencedoras. Por outro lado, “Quando o domínio dos processos é pleno, há previsibilidade dos resultados, o que serve de base para a implementação de inovações e melhorias”. Estas questões e premissas são práticas de empresas de sucesso, e fazem parte dos critérios do PNQ – Prêmio Nacional da Qualidade e, também, do Prêmio ANTP de Qualidade, da Associação Nacional de Transportes Públicos.

O principal processo de uma empresa de ônibus é a prestação do serviço de transporte aos seus clientes. Numa empresa operadora de transporte urbano, mais de 70% do custo operacional está concentrado nos itens tripulação e rodagem (envolvendo combustível, pneus e lubrificantes). Um sistema de gestão operacional eficaz afeta diretamente esses custos, além da receita, podendo trazer ganhos significativos para a empresa. Para tal, é necessário que uma série de atividades seja desempenhada antes, durante e depois da realização do serviço. A programação horária, o controle da execução (ou controle operacional), a execução do serviço em si, e a estatística, com a apuração dos resultados alcançados, são as principais etapas desse processo.

Ciclos operacionais

De acordo com os princípios da administração científica, os processos de produção devem ser realizados através de três etapas distintas: o planejamento, a execução e o controle. Nos dias atuais, a componente rapidez, ou velocidade dos processos, passou a ser atributo básico das empresas, através do que se denomina “ciclo logístico”. Numa indústria, cada ciclo se inicia no momento da confecção do pedido do cliente e se encerra no momento da entrega desse pedido. Quanto menor o espaço de tempo entre estes dois momentos, menor é a necessidade de estoques intermediários e finais, acarretando em menor capital empatado. Menor também é a diferença, em tempo, entre a entrada de caixão do pagamento do cliente e a saída de caixa do pagamento pelas matérias primas e demais serviços utilizados na produção do bem, gerando ao final mais capital de giro para a empresa.

No transporte urbano, o ciclo logístico tem início no momento em que o serviço de transporte é procurado pelo passageiro, no ponto de ônibus e encerra-se no momento em que o serviço prestado é revisto, reprogramado e novamente colocado em execução. Ciclos operacionais mais rápidos permitem a redução de desperdício de horas de tripulação e rodagem, utilizadas desnecessariamente, em caso de excesso de oferta, ou permitem ainda estancar a perda de demanda, ocasionada por um serviço deficiente.

SAU – Sistemas de Apoio ao Usuário

A tecnologia deve ser encarada como elemento crítico no sucesso de um negócio. O avanço nas áreas de telecomunicação e tecnologia da informação gera a necessidade de se rever não somente métodos de trabalho nas organizações, mas também novas formas de se vender e realizar a prestação de serviços.

Também conhecidos como SAU – Sistemas de Apoio ao Usuário, os sistemas automáticos de informação ao passageiro se transformaram em uma das principais estratégias que um sistema de transporte conta para aumentar a atração, satisfação e fidelidade do usuário. Nos últimos anos, novas tecnologias tornaram tais sistemas mais acessíveis e viáveis para grande parte dos sistemas de transportes do primeiro mundo.

Uma nova experiência de se viajar de ônibus

Berlim, na Alemanha, foi uma das primeiras cidades do mundo a utilizar um sistema computacional para fornecimento do plano de viagem, na década de 90. Organizou-se um consórcio envolvendo as agências de transporte das esferas municipal, metropolitana, estadual e federal, de todos os modos de transporte de massa – trem, ônibus, bonde e metrô – para fornecer ao usuário informações de plano de viagem e previsão de horários.

Mais recente, o caso londrino se tornou referência mundial no emprego de tecnologia de ITS como estratégia de incentivo ao uso de transporte público e redução do uso do automóvel, para resolver o grave problema de congestionamento na capital do País, elevando a qualidade de vida dos seus habitantes. Com a frase em inglês “Try the new bus travelling experience”, a cidade de Londres provoca o cidadão anunciando a criação de um novo sistema de transporte na cidade: o “iBUS”. Mas não se trata da implantação de corredores ou novos terminais de ônibus. Trata-se de um sistema telemático, de ITS, de informação ao passageiro. O texto prossegue: “Imagine ter a informação em tempo real, na ponta dos dedos. Uma típica viagem de ônibus pode ser assim: Você recebe uma mensagem de texto no aparelho celular, enquanto você caminha de casa ao ponto de ônibus. Assim que você chega ao local, você confirma, através da contagem regressiva no painel afixado no ponto, que o seu ônibus irá chegar no horário previsto, de forma precisa. Depois de embarcar, e durante a viagem, você se sente assistido, pois um painel eletrônico a bordo lhe comunica que o seu destino se aproxima. Mesmo em uma rota que não lhe seja familiar, você se sente seguro, pois sabe exatamente em qual parada de ônibus você deve descer”.

Não é preciso muito esforço para se saber onde encontrar cidades no mundo que dispõem de tais soluções, bastando para isso fazer uma busca pela internet. A quantidade de praticantes vem crescendo exponencialmente.

Mais informação significa mais passageiros

Um sistema de transporte não é bem sucedido se não é bem ‘vendido’ junto ao seu público. Os modernos recursos de informação ao passageiro são recursos que vem sendo cada vez mais adotados no mundo e possibilitados pela maior acessibilidade aos recursos da tecnologia da informação.

Não dispomos de estudos ou estatísticas feitas no Brasil sobre o tema. Porém, estudos realizados na Europa e EUA mostraram que a dificuldade de obter informação sobre os serviços oferecidos é um dos principais fatores impeditivos ao maior uso do transporte público. Como resposta, as agências responsáveis pelos sistemas de transporte norte-americanos tornaram os serviços de informação automáticos prioritários nas implantações daquilo que passou a ser chamado de “APTS – Advanced Public Transportation System”, que são investimentos a serem feitos pelas cidades para promoção do transporte público de passageiros. Um relatório do Departamento de Transportes da Grã Bretanha, reporta que os softwares de planejamento da viagem trazem grande benefício ao usuário. Quando esses serviços se tornam conhecidos e confiáveis, eles encorajam as pessoas que normalmente não usariam o transporte público a considerar a sua utilização, incentivando os atuais usuários a realizar mais viagens, aumentando a retenção dos clientes. Outro estudo do Departamento de Transporte dos EUA confirma as evidências de que inovações no fornecimento de informações de transporte impactam mais fortemente os usuários menos atraídos pelo transporte público. Conclui, enfim, que a disponibilidade de informação precisa e completa ajuda a reduzir um dos principais obstáculos ao uso do transporte público.

Na Europa, um relatório da Comissão Européia sobre o assunto confirma: a informação é um componente essencial do serviço de transporte e está passando por transformações sem precedentes em resposta à crescente demanda dos usuários. A informação com qualidade fideliza os atuais usuários e atrai novos passageiros. Os sistemas telemáticos aumentam a sensação de confiabilidade e reduzem a incerteza quanto ao fornecimento do serviço.

O que é GSM?

O GSM (de Global System for Mobile Communications, ou Sistema Global para Comunicações Móveis) é o padrão mais popular para telefones celulares do mundo. O sistema GSM possibilita o roaming internacional. O GSM diferencia-se de seus antecessores, na medida em que o sinal e os canais de voz são digitais, por isso é chamado de tecnologia 2G, de segunda geração. Em 2006, haviam, no mundo, dois bilhões de usuários de telefones celular utilizando tecnologia GSM contra 220 milhões de usuários utilizando celulares CDMA, a segunda tecnologia mais utilizada.

O que é GPRS?

Com o crescimento da internet, os usuários de telefones móveis passaram a demandar acesso à internet através do celular. O problema é que a segunda geração de celulares preparou-se para oferecer telefonia digital, mas não para acessar a internet. A internet transporta dados por pacotes, através do protocolo IP e para que a rede móvel seja adequada à internet, era preciso que os dados fossem organizados e transportados também em pacotes. Foi criada então a tecnologia GPRS (de General Packet Radio Services ou Serviços Gerais de Pacotes por Rádio), cuja finalidade é possibilitar o tráfego de dados por pacotes para que a rede de telefonia celular possa ser integrada à internet. O sistema GSM com o GPRS integrado recebeu o nome de geração 2.5G, tendo sido uma evolução importantíssima para a comunicação de dados móvel. O GPRS permite taxas de transferência em torno de 40 kbps.

Antes do GPRS, a transmissão de dados era feita pela tecnologia GSM pela comutação de circuitos, isto é, uma conexão entre dois aparelhos era estabelecida, e em seguida a comunicação era feita de forma ininterrupta.  Com o advento do GPRS, passou a se utilizar a comunicação de dados por comutação de pacotes, onde a informação é dividida em vários pacotes na origem, transmitida e remontada no destino. Cada pacote leva o endereço do destino bem como a informação para montagem no destino. Cada pacote é transmitido pela rede de telefonia celular (e internet se for o caso), até chegar ao destino, através de caminhos diferentes (estipulados por aparelhos denominados roteadores). A própria Internet é baseada nesse princípio, de quebra em pacotes, para envio de dados entre origem e destino. A vantagem disso, é que os recursos de transmissão são utilizados apenas quando os usuários estão enviando ou recebendo dados. Ao invés de dedicar um canal para um usuário por um determinado período de tempo, o canal pode ser compartilhado entre vários usuários.

Posteriormente ao GPRS, veio a tecnologia EDGE de maior velocidade, e em seguida veio o padrão 3G, com taxas bem mais elevadas de transmissão de dados. Entretanto, por questões de benefício/custo, a tecnologia GPRS é a mais utilizada na comunicação de dados no rastreamento de frotas. Como a tecnologia GPRS utiliza a estrutura montada na rede GSM, sempre que se fala em transmissão de dados pela telefonia celular por GPRS, costuma-se referir-se à ela pela sigla “GSM/GPRS”.

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Global Positioning System

O Sistema de Posicionamento Global GPS (de Global Positioning System) é uma constelação de 28 satélites em órbita ao redor da Terra (24 em operação e 4 extras caso haja falha nos outros). O exército americano desenvolveu e implementou essa rede de satélites como um sistema de navegação militar. Os satélites são movidos a energia solar, pesam aproximadamente 1.500 kg, e circundam o globo terrestre, duas vezes por dia. As órbitas são dispostas de modo que a qualquer hora, em qualquer lugar na Terra, haja pelo menos quatro satélites visíveis no céu.

Como funciona

Quando as pessoas falam sobre GPS, estão normalmente se referindo a um Receptor GPS. A função de um receptor GPS é localizar 4 ou mais desses satélites, determinar a distância para cada um e utilizar esta informação para deduzir sua própria posição. Essa operação é baseada em um princípio matemático chamado trilateração.

Trilateração 2-D

Imagine que você esteja em algum lugar desconhecido e quer saber onde está. Uma pessoa lhe informa que você está a 1000 km da cidade A. Esta informação é insuficiente para você se localizar, pois você pode estar em qualquer lugar ao redor da cidade A, num raio de 1000 km. Em seguida outra pessoa lhe informa que você está a 1200 km da cidade B. Se combinar esta informação com a primeira, você terá dois círculos que se cruzam e você sabe que tem de estar em uma dessas duas interseções, já que está a 1000 km de A e a 1200 km de B. Se uma terceira pessoa lhe disser que você está a 900 km de C, eliminará uma das possibilidades, pois o terceiro círculo deverá irá necessariamente se cruzar somente em uma das duas intersecções. Assim, você saberá exatamente onde está (na cidade D). Esse conceito funciona da mesma maneira em espaços tridimensionais, mas neste caso estaremos falando de esferas ao invés de círculos, que é a trilateração 3-D.

Modernização tecnológica da empresa de ônibus

Não há dúvida que existe a necessidade de se buscar constantemente a melhoria da qualidade do transporte público. Nas últimas décadas, maior ênfase foi dada à melhoria da frota. Hoje em dia, os veículos são inquestionavelmente melhores que os seus antecessores. Entretanto, muito pouco foi feito para melhorar a operação dos sistemas de ônibus, principalmente porque a tecnologia para isso não era disponível ou acessível. Atualmente, isso não é mais verdade. Diversas cidades do mundo apresentam casos exemplares no emprego da tecnologia para a operação do transporte. Temos aqui no Brasil todos os elementos para fazer o mesmo.

Nos anos 90, surgiu um movimento no hemisfério norte denominado ITS – “Intelligent Transportation Systems”. O ITS trata da aplicação de soluções tecnológicas avançadas para a modernização dos sistemas de transporte. Exemplos de ITS para o transporte público são: o sistema de arrecadação eletrônica, o sistema inteligente de planejamento de transporte (planejamento da rede, programação horária), o sistema de controle operacional on-line e o sistema de informação ao usuário (que fornece de informações detalhadas para o planejamento da viagem do passageiro, com origem/destino e horários dos ônibus pela Internet ou telefone, previsão de chegada em painéis nos pontos de ônibus, etc).

Alternativas tecnológicas de monitoramento de frotas

Genericamente chamados de AVM – “Advanced Vehicle Monitoring”, os sistemas de rastreamento de ônibus ou controle operacional on-line são compostos por dispositivos eletrônicos para localização da frota, um meio eletrônico para a transmissão desses dados ao CCO (Centro de Controle Operacional) da empresa, computadores e um software para o tratamento desses dados em tempo real, comparando os eventos reais com os programados. Os AVM se dividem em duas categorias básicas: o AVI – “Advanced Vehicle Identification” e o AVL – “Advanced Vehicle Location”.

O sistema AVI, de identificação de veículos, utiliza um aparato fixo que identifica a passagem de um veículo nas suas proximidades. Soluções existentes empregam antenas instaladas no solo (os laços indutivos) ou detectores de sinal fixados em postes, associados a dispositivos instalados nos veículos a serem detectados, estes podendo ser bobinas eletromagnéticas (os “transponders”), emissores de rádio frequência (os chamados “tags”) ou emissores de infravermelho.

O sistema AVL, de localização de veículos, por sua vez, utiliza um equipamento a bordo, que junto com um sistema de sinalização sem fio, identifica a sua posição. O GPS – “Global Positioning System” é a tecnologia predominante na atualidade. Utiliza um sistema de posicionamento mundial formado por satélites que orbitam ao redor do planeta, transmitindo sinais de rádio codificados. Aparelhos receptores instalados nos veículos recebem esses sinais e determinam a posição do veículo sobre a superfície da Terra, com extrema precisão.

Em ambos os casos, a transferência dos dados para o CCO é um aspecto a ser encarado com cuidado, pois envolve custos razoáveis. No caso do AVI, linhas telefônicas dedicadas ou cabos de fibra óptica têm sido o meio normalmente empregado. No caso do AVL, a telefonia celular tem sido a solução mais largamente utilizada, possibilitada pelo uso de um protocolo de transmissão de dados, sendo o padrão mais conhecido o GPRS – “General Package Radio Service”, fornecido pelas operadoras de telefonia celular que empregam a tecnologia GSM.