Curso de Especialização em Planejamento de Transportes Urbanos - UFPR. . problemas de transporte são derivados da realização de atividades

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1 I. INTRODUÇÃO: 1. O PROBLEMA DE TRANSPORTES 1.1. Características do Problema Uma face:. problemas de transporte são derivados da realização de atividades Outra face:. ações de transportes são indutoras das atividades Equilíbrio/Interação Figura 1.1. Interrelações Atividades/Transportes no Meio Urbano Uso de Modelos em P.Tr. - II. 1

2 Condicionantes do problema de transportes. especialização das atividades no espaço. necessidade de simultaneidade espacial e temporal na produção/consumo. canais específicos (vias e serviços) de transporte Consequências observadas do problema de transporte. concentração de fluxos (no espaço e no tempo). concentração de fluxos nos componentes do sistema de transportes. deterioração das condições da qualidade dos serviços e da infra-estrutura. aumento dos custos de transporte devido a:.. congestionamentos.. utilização de modos não econômicos (externalidades) Contexto Urbano X Regional. urbano: predomina movimentação de pessoas.. impactos sobre a qualidade de vida.. efeito sobre a renda disponível. regional: predomina movimentação de mercadorias.. acesso aos mercados.. competitividade em termos de custos. aspectos comuns:.. impactos sobre o meio ambiente.. importância no consumo de energia... Uso de Modelos em P.Tr. - II. 2

3 1.2. Características do Demanda por Transportes Demanda derivada: função das atividades Diferenciada:. tipos de pessoas/cargas, motivos de viagem. importância de atributos: velocidade, frequência,... Ocorre no espaço:. função da distribuição das atividades. (zoneamento como solução analítica) Ocorre no tempo. variações sazonais. variações semanais. variações diárias. (solitação média X pico) Uso de Modelos em P.Tr. - II. 3

4 1.3. Características da Oferta de Transportes Serviço: não um bem, não estocável Composto por:. infra-estrutura (elementos fixos). veículos (elementos móveis) e condutores. regras operacionais:.. sistema jurídico, institucional e de regulamentação.. políticas dos operadores.. rotas e programações.. sistemas de controle Provisão da infra-estrutura em geral é indivisível Longos prazos para implantação Separação: Provisão infra-estrutura X Operação dos serviços.. interações complexas.. externalidades Uso de Modelos em P.Tr. - II. 4

5 2. PLANEJAMENTO EM TRANSPORTES 2.1. Planejamento Por que planejar:. necessidade de prever decisões e evitar erros. para informar a tomada de decisões. interesses dos decisores e dos envolvidos (ou atingidos) Planejamento envolve:. recursos, informações. arranjo institucional. práticas administrativas. técnicos capacitados. comunicação com:.. decisores.. mídia.. público. modelos (eventualmente).. intuitivos, pessoais,..... matemáticos, computacionais... O que os modelos (matemáticos) fazem. utilizam relações conhecidas (aproximadas, complexas). processam (e produzem) informações volumosas (iterativamente) Posturas Face ao Planejamento (Ackoff/74). Inativismo. Reativismo. Preativismo. Interativismo. (Comportamentos decorrem da composição das posturas) Uso de Modelos em P.Tr. - II. 5

6 2.2. Proposições sobre o Processo de Planejamento (Meyer&Miller/84) O mundo move-se em direção ao futuro como resultado de ações, não de planos. Todas as decisões envolvem a avaliação de cenários alternativos do futuro e a seleção das alternativas viáveis de maior valor. A avaliação e as estratégias de decisão, e a qualidade das decisões em geral, dependem do nível de incerteza associado aos itens da agenda econômica e social. Os produtos do planejamento devem ser apresentados de maneira a aumentar a possibilidade de melhorar a tomada de decisões. Os resultados do planejamento devem ser uma forma de comunicação com os responsáveis pela tomada de decisões. Figura 2.1. Processo de Planejamento de Transportes em Meyer & Miller/84 Uso de Modelos em P.Tr. - II. 6

7 2.3. Processo de Planejamento: Explicitação ou Formalização Planejamento é um meio e pode ser uma atividade (bastante) custosa:. deve ser reduzida ao mínimo necessário, justificável. deve ser uma atividade produtiva e objetiva A formalização e explicitação não é essencial no processo de planejamento.. pode aumentar custos, prazos, conflitos.... deve aumentar a clareza das decisões. transparência do processo de planejamento Figura 2.2. Paradigma de Stopher&Meyburg/75 (Racional, Planejamento Sistêmico) 2.4. Importância do Planejamento em Transportes Investimentos elevados Amplo espectro de impactos Relação com desenvolvimento econômico Relação com qualidade de vida Círculos viciosos/externalidades Uso de Modelos em P.Tr. - II. 7

8 3. USO DE MODELOS NO PROCESSO DE PLANEJAMENTO 3.1. Definição Um modelo é uma abstração da realidade - formulado em termos: conceituais, físicos e matemáticos. - utilizado como mecanismo para reproduzir a operação de um sistema real para análise. Favorecem a modelagem:. fenômeno a ser modelado é repetitivo ou previsível. fenômeno é dependente de parâmetros mais simplesmente previsíveis. Alternativas aos modelos matemáticos:. estilo de tomada de decisão. precisão exigida das informações para decisão. importância da decisão. custo do erro 3.2. Importância de Modelos em Planejamento de Transportes complexidade multiplicidade de interações especificidades espaciais dimensão do problema magnitude dos impactos Uso de Modelos em P.Tr. - II. 8

9 3.3. Especificidade dos Modelos Um modelo é realista apenas de um determinado ponto de vista (Ortúzar&Willumsen/94) É necessário caracterizar:. contexto do estudo.. natureza dos problemas/soluções.. perspectiva: estratégico/tático/operacional.. escopo: só sistema de transportes? inclui sistema de atividades? todos os modos?.. variáveis exógenas X endógenas. nível de detalhe.. zonas grandes ou pequenas.. redes detalhadas ou agregadas.. muitas ou poucas categorias de pessoas motivos de viagens tipos de carga períodos de análise Uso de Modelos em P.Tr. - II. 9

10 É necessário considerar:. precisão necessária: distinguir a boa da má alternativa. estado da arte da modelagem: teoria/soluções. capacitação técnica: modelo existente, conhecido,.... disponibilidade de dados:.. quantidade e qualidade.. valores atuais e projeções. processamento dos dados.. coleta, codificação.. captura.. processamento.. interpretação. recursos.. (capacitação técnica).. (dados).. (computacionais).. financeiros.. tempo.. habilidades de comunicação com decisores público Uso de Modelos em P.Tr. - II. 10

11 Figura 3.1. Variação do erro com a complexidade (Ortúzar&Willumsen/94) Figura 3.2. Influência do erro de medida (Ortúzar&Willumsen/94) Uso de Modelos em P.Tr. - II. 11

12 3.4. Modelos de Previsão e de Projeto Modelos de Previsão. são os modelos convencionais em planejamento de transportes.. modelos tradicionais de 4 etapas.. modelos integrados de uso do solo e transportes. análise what if : políticas candidatas propostas > qual os efeitos previstos Modelos de Projeto. típico da Engenharia mas são raros no caso de sistemas complexos. definidos objetivos/restrições, qual a melhor política (considerando efeitos) Figura 9. Planejamento com Uso de Modelos Convencionais (de Previsão) Uso de Modelos em P.Tr. - II. 12

13 3.5. Usos Possíveis de Modelos em Planejamento de Transportes Diagnóstico Prognóstico. melhorar entendimento sobre o sistema em análise e seus problemas. fazer previsões. identificar prováveis problemas futuros. considerar incertezas Concepção das alternativas Análise Avaliação. auxiliar na identificação de possíveis soluções. simular cursos de ação. ponderar as prováveis consequências Uso de Modelos em P.Tr. - II. 13

14 II. MODELOS TRADICIONAIS DE PLANEJAMENTO EM TRANSPORTES 1. VIAGENS: CONCEITO E TIPOLOGIA 1.1 Definições O que é viagem? conceito gerao: percurso entre dois pontos com OBJETIVO ESPECÍFICO (específico: maiores de 5 anos, distâncias maiores de 400m, modos motorizados...) Modo de Transporte. automóvel - dirigindo/passageiro. ônibus: comum/expresso, fretado/escolar. metrô, trem. moto. a pé (na via, em estações,...). caminhões: médio/pesado. trem comum/unitário. hidrovia, marítimo. manuseio (carga/descarga, transbordo,...) modo principal/complementares modo de viagem: á pé/ônibus/á pé/estação/metrô/á pé caminhão/pátio/trem/navio/caminhão Motivos da viagem. trabalho. estudo/educação. compras. saúde. negócios pessoais. recreação/lazer. comerciais pergunta: atividade na origem/atividade no destino de cada viagem (residência) (servir passageiro) Período da viagem. pico/fora-pico (rígida/flexível). tipo de dia (útil,...). época do ano (letivo,...) Uso de Modelos em P.Tr. - II. 14

15 Cadeia de Viagens Residência Escola Trabalho mulher mulher, marido, criança mulher, marido marido Compras mulher Metrô Uso de Modelos em P.Tr. - II. 15

16 Quanto ao usuário. passageiros: por classe e motivo de viagem. mercadorias: por setor/produto,... Classes de passageiros. renda. posse de auto. etc. Tipos de mercadoria. produtos (valor, volume, perecibilidade,...). carga geral. veículos vazios. coleta/serviço/entrega. etc. Quanto à área de estudo. interna. externa. através Figura 1.1. Estrutura de Viagens Origem/Destino Uso de Modelos em P.Tr. - I. 16

17 Quanto à residência (passageiros). BD (Base Domiciliar) (HB). BND (Base Não Domiciliar) (NHB) Quanto à produção/atração e origem/destino (sentido da viagem) mercadorias: produção/consumo de bens... de viagens... Figura 1.2. Estrutura de Intercâmbios de Viagem: Produção/Atração Uso de Modelos em P.Tr. - I. 17

18 Quanto à interação entre atividades. atividades indutoras. atividades induzidas. atividades: população/famílias, estabelecimentos/produção/vendas/empregos Interação Funcional:. matriz insumo-produto (I/O-input-output): indústrias, produtos. matriz de contabilidade social (SAM-social accounting matrix). mais estável que a interação espacial... Figura 1.3. Estrutura de Interação entre Atividades: Funcional e Espacial Estoques e fluxos. fluxos de atividades, produção, consumo, viagens,... (diários, horários). estoques: capacidade produtiva, edificações/capital... (ajuste incremental) Uso de Modelos em P.Tr. - I. 18

19 2. ESTRUTURA DOS MODELOS TRADICIONAIS EM 4 ETAPAS 2.1. Etapas das Simulações: Geração de Viagens: totais de viagens em cada área/zona de tráfego. atividades extremos de viagens. viagens produzidas. viagens atraídas Distribuição de viagens: interação espacial. Produção/Atração: intercâmbios de viagens. Origem/Destino: desejos de viagens Divisão Modal: interação com oferta de transporte. escolha entre modos de viagem disponíveis. desejos de viagens modais Alocação de Tráfego: utilização da rede de transportes. escolha de rotas. restrição de capacidade tempos com congestionamento Uso de Modelos em P.Tr. - I. 19

20 Figura 2.1. Estrutura Sequencial e Iterações nos Modelos Tradicionais de 4 Etapas Extensões da Estrutura Tradicional:. efeitos de feedback : reiterações das etapas anteriores. inclusão da avaliação econômica e análise dos resultados. inclusão da indução sobre o uso do solo (localização de atividades) Uso de Modelos em P.Tr. - I. 20

21 3. ESTRUTURA DOS MODELOS INTEGRADOS TRADICIONAIS Relação direta entre uso do solo e transportes:. uso do solo explica demanda por deslocamento (modelos convencionais) Relação inversa entre uso do solo e transportes:. acessibilidade induz mudanças no uso do solo (efeitos da acessibilidade na localização de atividades: modelos integrados) Existem diversas linhas de modelos integrados:. modelos tipo Lowry: primeira versão operacional, importância histórica. modelos tipo Putman: versão predominante nos EUA até anos 90. modelos tipo Echenique: versão predominante no UK até anos 90. muitos outros modelos sincréticos e especializados existem... Diferenças mais importantes entre as linhas de modelos integrados:. interação entre acessibilidade e localização de atividades (todos...). incorporação de instrumentos de planejamento (restrições, incentivos,...). incorporação do mercado imobiliário (restrições/estoques, dinâmica...). incorporação da interação econômica mais genericamente (renda,...). tipologia de atividades e grau de desagregação.... estrutura instantânea ou recursiva.... integração com módulos de transportes... Uso de Modelos em P.Tr. - I. 21

22 Uso do Solo e Edificações. uso do solo=atividades.. residenciais (segmentadas por renda, posse de auto,...).. não residenciais (segmentadas por tipo de produto/serviço, porte,...). edificações=área construída.. tipos edificações, tipos de terrenos. normas de ocupação urbana:.. zoneamento: usos e edificações permitidas por tipo de área.. uso do solo (atividades) permitidas por tipo de edificação e área.. normas de ocupação dos terrenos e de edificação (verticalização). lotes, loteamentos, área construída, área ocupada.. atratividade do sítio.. amenidade local.. atratividade da vizinhança.. regulamentação de uso da área.. acessibilidade de transporte (efeito de realimentação).. infra-estrutura disponível.. características do terreno (custo de construção) Dinâmica do Mercado Imobiliário. decisões de desenvolvimento guiadas pela rentabilidade privada. tempo de maturação dos investimentos é relativamente longo. edificações existentes (estoque) restringem o curto prazo. mecanismo de equilíbrio: renda de aluguéis e ocupação dos imóveis. valor do imóvel (e da terra): capitalização da renda (mobilidade espacial). estruturas de ajustes incrementais e defasadas Uso de Modelos em P.Tr. - I. 22

23 3.1. Estrutura do Modelo Integrados de Uso do Solo e Transportes Alocação de Atividades Exógenas (contabilização de decisões anteriores). atividades básicas (nível e localização autônomos). investimentos em capacidade produtiva, edificações ou área construída Alocação de Atividades Induzidas: interação funcional e distribuição espacial. atividades localizadas => necessidades (demanda). atratividade => localização da atividade de atendimento. equilíbrio na localização de atividades (aluguel, ocupação) Geração de Viagens e Divisão Modal: interação com oferta de transporte, renda,.... desejos de viagem origem/destino. escolha entre modos de viagem disponíveis. desejos de viagens modais Alocação de Tráfego: utilização da rede de transportes (como usual). escolha de rotas. restrição de capacidade tempos com congestionamento Uso de Modelos em P.Tr. - I. 23

24 4. PROCESSO DE PLANEJAMENTO COM MODELOS: Estudos de planejamento (isolados) Figura 4.1. Estudos de Planejamento de Transporte Processo contínuo de planejamento e implementação (exemplo: SPT)... Uso de Modelos em P.Tr. - I. 24

25 4.1. Preparação do Modelo: Calibração e Validação PARÂMETROS DOS MODOS OBTENÇÃO DE DADOS DA Á OBTENÇÃO DE DADOS DAS CALIBRAÇÃO DA REDE Á OBTENÇÃO DE DADOS DE OBTENÇÃO DE DADOS DE MATRIZ BÁSICA DE IMPEDÂNCIA CALIBRAÇÃO DA GERAÇÃO CALIBRAÇÃO DA ESCOLHA VALIDAÇÃO DA GERAÇÃO MATRIZ BÁSICA DE IMP. COMPOSTA CALIBRAÇÃO DA Ã VALIDAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO VALIDAÇÃO DA ESCOLHA CONTAGENS OBSERVADAS VALIDAÇÃO DA SIMULAÇÃO Uso de Modelos em P.Tr. - I. 25

26 4.2. Preparação de Cenários e Utilização do Modelo: DIAGNÓSTICO PRELIMINAR SIMULAÇÃO BÁSICA CENÁRIOS DE ATIVIDADES ANÁLISE DA SITUAÇÃO PROJEÇÕES CONDICIONAN SIMULAÇÕES FUTURAS PROJEÇÕES DA DEMANDA ANÁLISE DA EVOLUÇÃO CONCEPÇÃO DE É SIMULAÇÕES EXPLORATÓRI ANÁLISE DE INTERVENÇÕE DEFINIÇÃO DE ALTERNATIVA ANÁLISE DE OUTROS SIMULAÇÕES DE É ANÁLISE DAS ESTRATÉGIAS Uso de Modelos em P.Tr. - I. 26

27 4.3. Processos Expeditos Que utilizam mesmos tipos de modelos:. transferência de parâmetros (calibrados em outros locais). uso de dados auxiliares (exemplo: estimar atividades com base nos cadastros municipais). devem simplificar obtenção de dados, aplicação,... convencional: 90% do orçamento e prazo são gastos na preparação as simulações exigem mais 90% (e tem de ser feitas em 10%) Que simplificam tipos de modelos utilizados:. eliminam algum dos componentes (ou etapas). substituição por hipóteses simples (fixos,...) exemplo: matriz de viagens fixas (análise de opções viárias imediatas). devem simplificar obtenção de dados, aplicação,... Exigem procedimentos de ajuste e verificação durante a etapa de validação 4.4. Modelos e Necessidade de Informações Modelos mais complexos normalmente exigem mais dados na etapa de preparação: Modelos mais complexos podem exigir menos dados na etapa de utilização: A qualidade dos dados condiciona a qualidade dos modelos e de suas previsões. A adequação do modelo (que pode implicar em maior complexidade) também... Pergunta fundamental é: estão considerados os aspectos fundamentais dos problemas e políticas analisados. Uso de Modelos em P.Tr. - I. 27

28 5. METODOLOGIAS ALTERNATIVAS DE MODELOS EM TRANSPORTES Modelos tradicionais:. representação discreta do espaço: zonas de tráfego. algumas poucas categorias de atividades, motivos de viagem.. todos os usuários de um tipo são agregados. representação discreta da rede viária: ligações e linhas. alguns poucos tipos de via e serviço e de modos e veículos.. modo de viagem (do usuário).. modo de operação (do operador). análise da situação média de períodos selecionados (picos) Opções metodológicas:. modelos desagregados e de micro-simulação da demanda:.. identificação das unidades de decisão e de suas características;.. padrões de atividades no tempo e cadeias de viagens (tours).. geração de populações sintéticas ou atribuição de peso amostral;.. agregação dos efeitos simulados (e não simulação agregada).. modelos de micro-simulação da oferta (do tráfego):.. representação das unidades de operação e suas características;.. simulação da operação e do controle de tráfego;.. usualmente com simulação estocástica (resultados de repetições).. modelos com demanda variável no período de análise ( dinâmicos ):.. representação detalhada dos picos de demanda e de operação;.. representação do efeito de gargalos operacionais;.. representação de tecnologias sofisticadas de controle de tráfego.. boa parte das opções ainda precisam ser desenvolvidas..... viável para estudos específicos ou parciais. Uso de Modelos em P.Tr. - I. 28