GEOPROCESSAMENTO NO SISTEMA DE TRANSPORTE E TRÂNSITO DE BELO HORIZONTE. Carlos André Zuppo 1 Clodoveu Augusto Davis Jr. 1 Alexandre A. C.

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1 GEOPROCESSAMENTO NO SISTEMA DE TRANSPORTE E TRÂNSITO DE BELO HORIZONTE Carlos André Zuppo 1 Clodoveu Augusto Davis Jr. 1 Alexandre A. C. Meirelles 2 1 PRODABEL - Processamento de Dados do Município de Belo Horizonte S.A. Av. Presidente Carlos Luz, Belo Horizonte - MG Tel.: (031) FAX: (031) BHTRANS - Empresa de Transportes e Trânsito de Belo Horizonte S.A. Rua Engenheiro Carlos Goulart, s/n - Buritis Belo Horizonte - MG Tel.: (031) FAX: (031) RESUMO O planejamento do sistema de transporte e trânsito se baseia na análise de dados relativos à oferta de serviços e à sua demanda. É necessário caracterizar a oferta com base em um conjunto, o mais abrangente possível, de informações sobre a infra-estrutura urbana, bem como sobre a rede de transportes e suas características operacionais. Em Belo Horizonte, este trabalho foi facilitado pela existência de uma grande quantidade de informações geográficas digitais, organizadas em um SIG. A esta base de dados foram acrescentadas informações específicas do sistema de transportes e trânsito, tais como sinalização, malha de circulação viária, pontos de parada e itinerários de ônibus. Foram também definidas aplicações, baseadas em SIG, em diversas linhas de atuação. Uma delas é o atendimento ao público por telefone, oferecendo recursos desde a localização de pontos de parada de ônibus até o determinação do trajeto ótimo, via ônibus, entre dois pontos dados. Outras aplicações propostas incluem a simulação de trajetos, manutenção de sinalização e monitoramento de acidentes de trânsito. Este artigo descreve a criação deste sistema geográfico de transportes e trânsito, com especial destaque para modelagem de dados, formação da base e aplicações. ABSTRACT The planning of the transportation and transit system is based on the analysis of data related to the supply and demand for services. It is necessary to determine the supply considering the widest possible set of information about urban infrastructure, as well as about the transportation network and its operational characteristics. In Belo Horizonte, this work has been facilitated by the existence of a large set of digital geographic information, organized in a GIS. This database has received further information, specific to the transportation and transit system, such as traffic signs, circulation network, bus stops and itineraries. GIS-based applications have also been defined, in several functional areas. One of them is public assistance by phone, offering features from the determination of the nearest bus stop to the circulation of the optimal path, through the bus system, between any two given points in the city. Other applications that have been proposed include simulation of itineraries, maintenance of signs and traffic accidents monitoring. This article describes the creation of this information system, with special emphasis on the data modeling, database creation and applications.

2 INTRODUÇÃO O planejamento do sistema de transporte está fundamentado na análise de dados relativos à sua demanda e oferta, onde a oferta abrange todas as características da infraestrutura que dá suporte ao sistema. Esta infra-estrutura é representada não só pelos veículos, mas principalmente pela rede de transportes com todas as suas características físicas e operacionais. Tanto o planejamento quanto a operação do sistema de transportes são processos extremamente dinâmicos, exigindo constantes reformulações em partes ou no seu todo. Para acompanhar estas constantes modificações é fundamental que o órgão gerenciador disponha de um instrumental que possibilite o cadastramento e a atualização da base de dados com a rapidez necessária. Os sistemas de informação geográfica (SIG) têm demonstrado ser uma ferramenta de integração de bancos de dados informatizados e de visualização de informações, facilitando sobremaneira as atividades de planejamento, projeto, operação e monitoração dos sistemas de transporte e trânsito. Dentre suas potencialidades de aplicação, é importante ressaltar as seguintes: possibilidade de representação da malha viária do município ( logradouros, divididos em trechos e km de vias), execução de pesquisas espaciais, produção de mapas temáticos, automatização da cartografia convencional e, principalmente, a capacidade de representação de redes, utilizando grafos (arcos e nós), com realização de análises de rotas ótimas, utilizando esta rede e critérios definidos pelo usuário. As informações geoprocessadas do sistema de transportes são de fundamental importância para uma série de projetos em curso na Empresa de Transporte e Trânsito de Belo Horizonte (BHTRANS), cabendo destacar dentre eles o sistema de informação ao usuário e o sistema informatizado e integrado de gerenciamento do transporte público por ônibus. Outros trabalhos, como a Reestruturação do Sistema de Transporte Coletivo, o Plano Municipal de Circulação Viária e o Estudo de Circulação e Segurança de Pedestres no Hipercentro, utilizarão deste poderoso instrumental, seja como banco de dados, seja na análise e geração de cenários, como também em simulações. DESENVOLVIMENTO DA CONCEITUAÇÃO, METODOLOGIA E ESPECIFICAÇÕES Nesta etapa foi desenvolvido o modelo de dados que foi adotado pelas aplicações de geoprocessamento, relativas ao sistema de transporte e trânsito de Belo Horizonte. Foi dada especial atenção às exigências sobre este modelo de dados em termos de integração com as bases de dados convencionais já existentes e em desenvolvimento na BHTRANS. O modelo será apresentado em maiores detalhes a seguir. Foram também desenvolvidas, nesta etapa, todas as metodologias para coleta de dados em campo e lançamento das informações coletadas no sistema de geoprocessamento, privilegiando as possibilidades de automatização do processo e de utilização de informações complementares, disponíveis anteriormente na base de dados geográfica de Belo Horizonte [Davis 94a], tais como: malha de eixos de logradouros; cadastro de logradouros georeferenciado;

3 nós de cruzamento; arruamento (meio-fios, limites de quadras) malha ferroviária e do trem urbano arborização posteamento Esta etapa envolveu também o desenvolvimento dos formulários necessários aos levantamentos de campo, como também aqueles referentes às informações operacionais do transporte coletivo a serem cadastradas. Foram também elaborados croquis para a coleta de informações relativas ao posicionamento geográfico dos elementos a cadastrar. COLETA E LANÇAMENTO DE INFORMAÇÕES NA BASE GEOGRÁFICA O desenvolvimento desta frente foi favorecido devido à existência do já citado conjunto básico de informações cartográficas digitais na base de dados geográfica da Prodabel, conjunto este que é suficiente para o desenvolvimento das ações que fazem parte deste trabalho. Com base neste pano de fundo, foram desenvolvidas aplicações de modo a permitir o lançamento de informações relativas ao sistema de transportes, prevendo o lançamento dos pontos de parada dos coletivos, itinerários de ônibus, sinalização de trânsito e malha de circulação viária. Algumas informações, como a sinalização vertical, tiveram que ser levantadas em campo, para posteriormente serem incorporadas à base de dados geográfica. O processo de coleta e levantamento de dados foi estudado detalhadamente, para que se tivesse um uso racional dos recursos envolvidos, simplificando o trabalho de lançamento das informações na base de dados. Para este levantamento, foi utilizada a mão de obra de estagiários, preparados pela Prodabel para desempenhar a função, através de treinamento e geração de material cartográfico básico via geoprocessamento. O desenvolvimento do trabalho foi acompanhado, inclusive com controle de qualidade, por profissionais da área de cadastro urbano. Uma vez carregadas as informações, sua manutenção passou a ser efetuada em ambiente geográfico, utilizando o SIG da Prodabel, em função de ser mais intuitivo compreendê-las observando um mapa, graficamente, na tela do computador. As informações assim mantidas alimentam os sistemas alfanuméricos da BHTRANS, inicialmente por meio de atualizações periódicas, e posteriormente por acesso direto via rede. MODELAGEM DE DADOS As figuras 1 e 2, a seguir, apresentam o modelo de dados geográficos, orientado a objetos [Davis 94b][Borges 96], desenvolvido para as aplicações de transportes e trânsito. O primeiro modelo contém o clássico modelo de representação de centerlines, com objetos para representar os nós de cruzamento e os trechos de logradouro formados por segmentação dinâmica. Observe-se que, no caso da modelagem do sistema de transporte coletivo, foram montados dois grafos: um representando a circulação de ônibus pelos trechos de logradouro, graficamente, e outro representando a circulação de forma não gráfica, apenas construindo a sequência de pontos de parada. O segundo grafo se fez necessário por questões ligadas à performance do sistema, que será utilizado para atendimento a consultas telefônicas e portanto se beneficiará do menor tempo de resposta possível.

4 LINHA DE ÔNIBUS MALHA VIÁRIA SUBLINHA DE Ô NIBUS PONTO DE Ô NIBUS ITINERÁRIO DE ÔNIBUS DENTRO DE LOCAL DE REFERÊNCIA SE CONECTA PARA POSSUI CONTEM LOGRADOURO TRECHO LOGRADOURO SE CONECTA LOCALIZA PRÓXIMO A PRÓXIMO A SE CONECTA ESTAÇÃO DE METRÔ NÓ DE CRUZAMENTO ITINERÁRIO DE METRÔ Figura 1 - Modelo de Dados: Sistema de Transporte Coletivo

5 NÓ DE CIRCULAÇÃO NÓ DE CRUZAMENTO SE CONECTA SE CONECTA TRECHO CIRCULAÇÃO LOCALIZA TRECHO LOGRADOURO POSSUI SINALIZAÇÃO VERTICAL PERTENCE LOGRADOURO Figura 2 - Modelo de Dados: Circulação viária e sinalização APLICATIVOS BÁSICOS E BIBLIOTECAS DE APOIO A Prodabel desenvolveu, ao longo dos últimos três anos, uma coleção de programas e rotinas para a localização geográfica, ou georeferenciamento, de informações. Estas rotinas permitem localizar: endereços exatos (logradouro-número) ou aproximados (logradouro-número mais próximo) cruzamentos de vias trechos de logradouro entre dois outros logradouros bairros pontos de referência (escolas, hospitais, centros de saúde, instalações da PMMG, e outros) Foi necessário promover uma reformulação nas rotinas de localização, para simplificar o seu uso e melhorar sua performance. As rotinas pretendidas oferecem liberdade de pesquisa, não se prendendo a informações oficiais sobre logradouros e adotando com prioridade a nomenclatura popular. Além das rotinas de localização geográfica, o desenvolvimento deste sistema pode contar com todas as bibliotecas genéricas de rotinas previamente desenvolvidas pela Prodabel, para outras aplicações geográficas. SISTEMA DE OTIMIZAÇÃO DE VIAGENS EM TRANSPORTE URBANO COLETIVO ( ONDE ESTOU, PARA ONDE VOU ) O Sistema de Otimização de Viagens em Transporte Urbano Coletivo ( onde estou, para onde vou ) foi criado para informatizar o fornecimento de informações aos usuários do sistema de transporte coletivo, por meio de atendimento telefônico. O sistema conta com

6 recursos de localização geográfica de endereços e pontos de referência, sendo capaz de indicar ao usuário alternativas para seu transporte. Para isto, utiliza os recursos de análise de redes contidos no SIG APIC, utilizado pela Prefeitura de Belo Horizonte, de modo a determinar a opção mais interessante dentre as que se apresentam para uma demanda de transporte colocada pelo usuário. Os itens a seguir apresentam o funcionamento do sistema de atendimento a consultas, e detalham as necessidades em termos de informações e rotinas básicas de otimização em redes. Funcionamento do Atendimento a Consultas O processamento do atendimento a consultas será feito de acordo com o fluxograma exposto na figura 3. Cada etapa do processo será descrita a seguir. 1. Localizar origem e destino informados pelo usuário Parte-se do princípio que o usuário poderá informar sua localização e seu destino de diversas formas, a saber: endereço completo (logradouro-número-bairro) cruzamento trecho (logradouro entre logradouros) ponto de referência Para a referência de origem, o usuário poderá também informar qual é a linha de ônibus que o atende, quando esta for uma escolha óbvia para ele. Isto ocorrerá, por exemplo, quando o ponto de origem for localizado em uma região servida por apenas uma linha.

7 CHAMADA 1 Localizar origem e destino informados pelo passageiro 2 Determinar linhas que atendem à origem e ao destino 4 Determinar o custo de cada alternativa viável 3 Investigar a possibilidade de fazer a viagem em apenas uma linha 5 Combinar as listas de linhas que atendem à origem e ao destino 6 Analisar a viabilidade e o custo de cada alternativa 7 Classificar as alternativas em ordem crescente de custo 8 Saída: descrição do itinerário completo para informação por telefone Pretende-se que a interpretação de ponto de referência seja a mais ampla possível, sendo categorizada para maior facilidade de consulta e acesso. A princípio, as seguintes categorias foram identificadas: escola (pública, particular, universidade) hospital (centro de saúde, pronto socorro) unidade da Polícia (Militar, Civil, Federal) agência de atendimento (PSIU, Correios, Cemig, Telemig, Copasa, Adm.Regional) cartório terminal de transportes (aeroporto, rodoviária, ferroviária) shopping center (loja de departamentos) mercado (central, distrital, supermercado)

8 atração turística ou cultural (bar, restaurante, casa noturna, teatro, cinema, museu, biblioteca) templo cemitério clube recreativo área de lazer (zoológico, parque, lagoa, mirante, horto florestal) esporte (estádio, ginásio, praça de esportes, jóquei) hospedagem (hotel, motel, apart-hotel) prédio público (repartição municipal/estadual/federal, estatal) agência bancária 2. Determinar linhas que atendem à origem e ao destino Tendo a localização geográfica da origem e do destino do passageiro, o sistema localizará os pontos de parada mais convenientes com base em critérios geográficos. Para esta pesquisa, será necessário determinar dois parâmetros: raio da pesquisa, ou seja, considerar os pontos situados a menos de x metros da origem ou do destino número máximo de pontos de parada a considerar, caso a origem ou o destino sejam atendidos por um número muito grande de linhas 3. Investigar a possibilidade de fazer a viagem em apenas uma linha A partir das listas de pontos de parada obtidos no passo anterior, será realizada uma análise de combinações, procurando inicialmente coincidências entre as duas listas. Caso estas coincidências ocorram, o processamento prosseguirá no passo 4; caso contrário, prosseguirá no passo Determinar o custo de cada alternativa viável O custo das alternativas de trajeto em uma única linha serão determinadas com base no processo descrito anteriormente. As alternativas serão classificadas e preparadas para apresentação final no item Combinar as listas de linhas que atendem à origem e ao destino Tendo sido descartada a hipótese de atendimento em apenas uma linha, será necessário investigar, dentre as alternativas de atendimento que se apresentam, qual é a mais adequada. Para isso, o primeiro passo é montar combinações entre as linhas que atendem à origem e ao destino. Assim, por exemplo, se a origem for atendida por três linhas, e o destino por outras quatro, serão compostas 12 combinações, para avaliação e processamento segundo a etapa seguinte. 6. Analisar o custo e a viabilidade de cada alternativa Para cada combinação de linhas, será feita uma análise de caminho ótimo, baseado na topologia dos itinerários e em combinações de pontos de desembarque-reembarque previamente calculadas. Durante o processo de criação dos itinerários, serão criados grafos (ou redes), estruturas de dados que permitirão realizar análises de caminho ótimo. Existirá um grafo para o percurso circular de cada linha.

9 Será previamente montada uma matriz de combinações entre cada par de linhas. Analisando a posição geográfica dos pontos destas linhas, serão selecionados e armazenados aqueles pares de pontos de desembarque/reembarque mais convenientes, ou seja, as melhores combinações por proximidade. Neste estudo, somente serão armazenados aqueles pares de pontos que não estiverem muito afastados um do outro. As conexões de desembarque/reembarque para o par de linhas que está sendo considerado serão então anexadas ao sistema de grafos, viabilizando uma análise de caminho ótimo para a hipótese. O resultado final desta análise é o custo da adoção da alternativa, conforme descrito anteriormente, considerando portanto os trajetos a pé, o trajeto por meio de transporte coletivo e o custo de passagens. Ao final do processamento de uma hipótese, seu traçado e seu custo serão armazenados em memória, para comparação com as demais hipóteses ao final do estudo. 7. Classificar as alternativas em ordem crescente de custo Esta etapa recebe as alternativas de viagem, com uma ou mais de uma linha, e as classifica em ordem crescente de custo. O operador do sistema receberá, em tela, indicações sumarizadas sobre as melhores alternativas consideradas, e seus respectivos custos, da seguinte forma: ALT. 1 LINHA 1 - LINHA 2 CUSTO PREÇO PASSAGENS ALT. 2 LINHA 1 - LINHA 2 CUSTO PREÇO PASSAGENS ALT. 3 LINHA 1 - LINHA 2 CUSTO PREÇO PASSAGENS ALT. 4 LINHA 1 - LINHA 2 CUSTO PREÇO PASSAGENS... Caso ocorra uma proximidade muito grande entre alguns dos índices de custo obtidos, o operador poderá deixar a escolha do melhor roteiro por conta do passageiro. Este poderá optar por um ou outro baseado em critérios próprios, tais como experiência com a qualidade do serviço de uma ou outra linha. 8. Saída: descrição do itinerário completo para informação por telefone O resultado final da análise, ou seja, o roteiro da viagem, será apresentado em tela para o operador e deverá ser lido e explicado para o passageiro. Esta saída conterá informações sobre o itinerário escolhido, incluindo as linhas utilizadas, localização dos pontos de parada e o custo total da viagem. Será também apresentada uma estimativa da distância total a percorrer a pé. Método de cálculo do custo da viagem Para o cálculo do custo de uma viagem, os seguintes parâmetros devem ser determinados: Distância percorrida a pé entre a origem e o ponto de embarque (DO); Distância total percorrida (ou tempo de percurso) pelo(s) meio(s) de transporte (DPO i ); Distância total percorrida a pé em mudança de ônibus (DAP i ); Distância percorrida a pé entre o ponto de desembarque e o destino (DD); Preço total das passagens para a viagem (PR i ).

10 O custo da viagem será calculado da seguinte forma: onde: C = (k1 * DO) + (k2 * Σ DPO i) + (k1 * Σ DAP i) + (k1 * DD) + (k3 * Σ PR i) k1: multiplicador da distância percorrida a pé; deverá ser estudado para pelo menos duas situações: passageiro normal e passageiro com dificuldade de locomoção. k2: multiplicador da distância percorrida pelo meio de transporte; deverá ser estudado para pelo menos duas hipóteses: ônibus ou metrô k3: multiplicador do preço das passagens; deve ser estudado de forma a produzir valores que influenciem no resultado final em proporção aos demais parâmetros de distância; poderá receber valores diferenciados caso a prioridade da consulta seja a minimização do preço do trajeto A determinação destes multiplicadores está sendo feita com o apoio técnico da BHTRANS, e os valores obtidos estão sendo testados exaustivamente. Observe-se que este processo, hoje proposto em termos de distâncias percorridas, poderá evoluir para o uso de informações sobre o tempo de percurso, quando este tipo de levantamento puder ser realizado. SINALIZAÇÃO VIÁRIA A BHTRANS necessita contar com recursos informatizados que permitam à sua equipe exercer um efetivo controle sobre a sinalização de trânsito em Belo Horizonte. Como órgão gestor do trânsito em Belo Horizonte, a BHTRANS herdou, dos órgãos que a precederam nesta função, um vácuo de dados. Não se sabia, por exemplo, os pontos onde há restrição à circulação de veículos, sinalizados por exemplo com placas de sentido obrigatório, fora da área central. Assim, mais que um aplicativo informatizado, foi necessário também buscar e organizar as informações sobre a sinalização. Estas informações, além de serem utilizadas diretamente pela equipe da BHTRANS que executa a manutenção da sinalização, são importantes para outras aplicações, como a simulação de circulação viária e o transporte coletivo. Como é necessário percorrer toda a cidade para o levantamento da sinalização, foram utilizadas técnicas de cadastro urbano, utilizadas há vários anos na Prodabel. Os principais pontos da metodologia são os seguintes: divisão da cidade em áreas (denominadas Áreas de Percurso - AP), com homogeneidade estrutural e urbana atribuição de cada área ou conjunto de áreas a um equipe de campo, formada por dois estagiários de nível técnico;

11 desenvolvimento e utilização de um formulário para coleta de dados em campo, identificando as informações necessárias a respeito de cada componente de sinalização desenvolvimento e utilização de um procedimento para georeferenciamento da informação coletada, com a localização espacial da placa em relação a outros elementos urbanos, tais como meio-fio, postes ou árvores lançamento das informações coletadas em mapas, plotados a partir da base de dados geográfica de Belo Horizonte As informações coletadas em campo foram lançadas na base geográfica, através do uso de um aplicativo desenvolvido especialmente para esta finalidade. Além das funções de localização geográfica genéricas, citadas anteriormente, o aplicativo tem uma rotina para posicionamento de placas a partir de elementos pontuais, como os postes, ou lineares, como os meio-fios. Em ambos os casos, o operador é apenas obrigado a indicar na tela um elemento de apoio (poste, árvore ou meio-fio), indicar uma direção aproximada e digitar a distância entre a placa e o elemento de apoio medida no local pelos estagiários. MALHA DE CIRCULAÇÃO VIÁRIA Para a realização de estudos e projetos na área de circulação viária, a BHTRANS precisa conhecer profundamente as atuais regras de circulação implantadas na cidade. No início do trabalho, apenas as regras da área interna e imediatamente periférica à Avenida do Contorno eram conhecidas, pois são objeto de estudos freqüentes. Assim, tornou-se necessário expandir este conhecimento a toda a cidade, de modo a garantir à BHTRANS o domínio sobre informações suficientes para atuar em qualquer região. Inicialmente, foi montada uma rede de arcos e nós, contendo uma representação dos sentidos de tráfego e das conversões permitidas ou proibidas. Em seguida, a partir principalmente das informações da sinalização viária, foram identificadas outras restrições ao tráfego, tais como restrições à circulação de determinados tipos de veículos, tais como caminhões e escavadeiras, restrições de altura ou largura ou restrições de peso (tonelagem) em pontes ou viadutos. As informações são lançadas sobre o arruamento representado por linhas de eixo de vias (centerlines) e pelos elementos delimitadores da via, como os meio-fios, obtidos a partir de levantamento aerofotogramétrico. Cada trecho de via é delimitado por dois nós, colocados em suas extremidades, porém externamente à área do cruzamento. A conexão entre os trechos de via é feita através de trechos de conversão, que somente serão lançados de forma a materializar as conversões permitidas.

12 Trecho de via Trecho de conversão Nó de circulação Apenas os trechos de via serão codificados, recebendo identificadores baseados no identificador da centerline vizinha a ele. Os trechos de conversão não são codificados, porém têm a capacidade de identificar a mudança de logradouro indicada pela conversão. Caso existam múltiplas pistas de rolamento em um determinado logradouro, delimitadas por canteiros ou qualquer outro obstáculo à sinalização, múltiplos trechos de via são criados. CONCLUSÃO A utilização de tecnologia de geoprocessamento na criação do sistema de transporte e trânsito de Belo Horizonte está sendo fundamental para a realização dos objetivos da Prefeitura na área. Todo este investimento está sendo feito com a certea do enorme valor da informação correta, organizada, acessível com flexibilidade e eficiência, para o sucesso da operação do sistema. Além disto, o crescimento da cultura de geoprocessamento na BHTRANS dará origem a diversas outras aplicações, muitas delas já em projeto, que se aproveitarão da qualidade da base de dados original e dos esforços anteriores em geoprocessamento para produzir novas alternativas e soluções. REFERÊNCIAS [Davis 94a] Davis Jr., Clodoveu A. e Fonseca, Frederico T Geoprocessamento em Belo Horizonte: Aplicações, in Anais do GIS Brasil 94, Seção Municipal, pp [Davis 94b] Davis Jr., Clodoveu A. e Borges, Karla A. V GIS Orientado a Objetos na Prática, in Anais do GIS Brasil 94, Seção Municipal, pp [Borges 96] Borges, Karla A. V. e Fonseca, Frederico T Modelagem de Dados Geográficos em Discussão, in Anais do GIS Brasil 96, pp