PROPOSTA PARA O TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO AUTOMAÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS: SISTEMA DE BUSCA DE CAMINHO DE MENOR CUSTO ENTRE DOIS PONTOS

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1 TURNO: NOTURNO VERSÃO: 2 ANO / SEMESTRE: N o UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS DEPARTAMENTO DE SI STEMAS E COMPUTAÇÃO CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO BACHARELADO COORDENAÇÃO DE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PROPOSTA PARA O TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO TÍTULO: AUTOMAÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS: SISTEMA DE BUSCA DE CAMINHO DE MENOR CUSTO ENTRE DOIS PONTOS ÁREA: Sistemas móveis Palavras-chave: Congestionamentos. Cálculo de caminho de menor custo. Indicadores de desempenho de tráfego. 1 IDENTIFICAÇÃO 1.1 ALUNO Nome: Richard Beyer Schroeder Código/matrícula: Endereço residencial: Rua: Clara Persuhn n :83 Complemento: Bairro: Itoupava Seca CEP: Cidade: Blumenau UF: SC Telefone fixo: Celular: (47) Endereço comercial: Empresa: Benner Sistemas Rua: Itajaí n : 881 Bairro: Vorstard CEP: Cidade: Blumenau UF: SC Telefone: (47) FURB: rbschroeder@furb.br alternativo: richardbeyerschroeder@gmail.com 1.2 ORIENTADOR Nome: Aurélio Faustino Hoppe FURB: aurelio.hoppe@gmail.com alternativo:

2 2 DECLARAÇÕES 2.1 DECLARAÇÃO DO ALUNO Declaro que estou ciente do Regulamento do Trabalho de Conclusão de Curso de Ciência da Computação e que a proposta em anexo, a qual concordo, foi por mim rubricada em todas as páginas. Ainda me comprometo pela obtenção de quaisquer recursos necessários para o desenvolvimento do trabalho, caso esses recursos não sejam disponibilizados pela Universidade Regional de Blumenau (FURB). Assinatura: Local/data: 2.2 DECLARAÇÃO DO ORIENTADOR Declaro que estou ciente do Regulamento do Trabalho de Conclusão do Curso de Ciência da Computação e que a proposta em anexo, a qual concordo, foi por mim rubricada em todas as páginas. Ainda me comprometo a orientar o aluno da melhor forma possível de acordo com o plano de trabalho explícito nessa proposta. Assinatura: Local/data:

3 3 AVALIAÇÃO DA PROPOSTA 3.1 AVALIAÇÃO DO(A) ORIENTADOR(A) Acadêmico(a): Orientador(a): Richard Beyer Schroeder Aurélio Faustino Hoppe ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

4 CONSIDERAÇÕES DO(A) ORIENTADOR(A): Caso o(a) orientador(a) tenha assinalado em sua avaliação algum item como atende parcialmente, devem ser relatos os problemas/melhorias a serem efetuadas. Na segunda versão, caso as alterações sugeridas pelos avaliadores não sejam efetuadas, deve-se incluir uma justificativa. Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

5 3.2 AVALIAÇÃO DO(A) COORDENADOR DE TCC Acadêmico(a): Avaliador(a): Richard Beyer Schroeder José Roque Voltolini da Silva ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

6 3.3 AVALIAÇÃO DO(A) PROFESSOR(A) DA DISCIPLINA DE TCCI Acadêmico(a): Avaliador(a): Richard Beyer Schroeder Sérgio Stringari ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? PONTUALIDADE NA ENTREGA atende atende parcialmente não atende atraso de dias A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

7 3.4 AVALIAÇÃO DO(A) PROFESSOR(A) ESPECIALISTA NA ÁREA Acadêmico(a): Avaliador(a): Richard Beyer Schroeder ASPECTOS TÉCNICOS ASPECTOS METODOLÓGICOS ASPECTOS AVALIADOS 1. INTRODUÇÃO 1.1. O tema de pesquisa está devidamente contextualizado/delimitado? 1.2. O problema está claramente formulado? 2. OBJETIVOS 2.1. O objetivo geral está claramente definido e é passível de ser alcançado? 2.2. São apresentados objetivos específicos (opcionais) coerentes com o objetivo geral? Caso não sejam apresentados objetivos específicos, deixe esse item em branco. 3. RELEVÂNCIA 3.1. A proposta apresenta um grau de relevância em computação que justifique o desenvolvimento do TCC? 4. METODOLOGIA 4.1. Foram relacionadas todas as etapas necessárias para o desenvolvimento do TCC? 4.2. Os métodos e recursos estão devidamente descritos e são compatíveis com a metodologia proposta? 4.3. A proposta apresenta um cronograma físico (período de realização das etapas) de maneira a permitir a execução do TCC no prazo disponível? 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. As informações apresentadas são suficientes e têm relação com o tema do TCC? 5.2. São apresentados trabalhos correlatos, bem como comentadas as principais características dos mesmos? 6. REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO 6.1. Os requisitos funcionais e não funcionais do sistema a ser desenvolvido foram claramente descritos? 7. CONSIDERAÇÕES FINAIS 7.1. As considerações finais relacionam os assuntos apresentados na revisão bibliográfica com a realização do TCC? 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 8.1. As referências bibliográficas obedecem às normas da ABNT? 8.2. As referências bibliográficas contemplam adequadamente os assuntos abordados na proposta (são usadas obras atualizadas e/ou as mais importantes da área)? 9. CITAÇÕES 9.1. As citações obedecem às normas da ABNT? 9.2. As informações retiradas de outros autores estão devidamente citadas? 10. AVALIAÇÃO GERAL (organização e apresentação gráfica, linguagem usada) O texto obedece ao formato estabelecido? A exposição do assunto é ordenada (as idéias estão bem encadeadas e a linguagem utilizada é clara)? atende atende parcialmente A proposta de TCC deverá ser revisada, isto é, necessita de complementação, se: qualquer um dos itens tiver resposta NÃO ATENDE; pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS TÉCNICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE; ou pelo menos 4 (quatro) itens dos ASPECTOS METODOLÓGICOS tiverem resposta ATENDE PARCIALMENTE. PARECER: ( ) APROVADA ( ) NECESSITA DE COMPLEMENTAÇÃO OBSERVAÇÕES: não atende Assinatura do(a) avaliador(a): Local/data:

8 UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO BACHARELADO AUTOMAÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS: SISTEMA DE BUSCA DE CAMINHO DE MENOR CUSTO ENTRE DOIS PONTOS RICHARD BEYER SCHROEDER BLUMENAU 2011

9 RICHARD BEYER SCHROEDER AUTOMAÇÃO DO TRÁFEGO DE VEÍCULOS: SISTEMA DE BUSCA DE CAMINHO DE MENOR CUSTO ENTRE DOIS PONTOS Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso submetida à Universidade Regional de Blumenau para a obtenção dos créditos na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso I do curso de Ciência da Computação Bacharelado. Prof. Aurélio Faustino Hoppe - Orientador BLUMENAU 2011

10 2 1 INTRODUÇÃO Mobilidade, eis uma palavra que nos tempos atuais é cada vez menos relacionada à facilidade de locomoção de uma origem ao seu destino através de algum veículo automotor. E isso não se dá apenas a facilidade que os meios de comunicação alternativos proporcionam, mas é uma consequência da dificuldade encontrada para tornar tal ação possível levando em consideração o grande volume de veículos em circulação. O DEpartamento NAcional de TRÂNsito (DENATRAN) aponta para um crescimento de 119% da frota brasileira nos últimos dez anos, de acordo com Moreira (2011). Visto que existe uma necessidade na otimização da circulação viária das grandes cidades, a gestão municipal do tráfego exerce um papel importante para o aumento de produtividade das atividades sociais e econômicas, melhorando assim conseqüentemente a qualidade de vida da população urbana. Para promover uma gestão mais eficiente e eficaz do deslocamento viário, algumas cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Fortaleza, estão implantando sistemas de Controle de Tráfego por Área (CTA) (BOARNET; KIM; PARKANY, 1998 apud MENESES; LEANDRO; LOUREIRO, 2007 p. 1). Tais sistemas promovem o monitoramento e a otimização da circulação viária. Mas como avalizar a eficiência de tais sistemas? E o que pode ser feito em cidades que ainda não fazem o uso deste para controle de congestionamentos? A mensuração do nível de congestionamento do tráfego urbano ainda é feita de forma pouco satisfatória (BOARNET; KIM; PARKANY, 1998 apud MENESES; LEANDRO; LOUREIRO, 2007, p. 1). O grande volume de dados gerados a partir de sistemas CTA não o torna um indicador ideal. A especificação de um indicador ideal deve atender os seguintes critérios: facilidade de compreensão; definição formal; consistência; aplicabilidade a múltiplos modais de transporte urbano; baixo custo de determinação; procedimentos simples de coleta de dados; viabilidade de determinação para múltiplas entidades geográficas; períodos temporais e níveis de detalhe. (BOARNET; KIM; PARKANY, 1998 apud MENESES; LEANDRO; LOUREIRO, 2007, p. 2). Sendo assim é possível verificar que existe uma demanda pela obtenção de indicadores ideais para a correta aferição dos níveis de congestionamento e consequentemente para avaliação dos sistemas CTA. Tal demanda também pode ser observada em ferramentas que informem ao usuário as condições de tráfego atuais em determinadas vias e identifiquem qual o trecho com mais fluidez para chegar ao seu destino.

11 3 Diante do exposto, a proposta deste trabalho é o desenvolvimento de um protótipo de aplicação para celulares com sistema Android para informar ao usuário qual a rota que levará menos tempo para percorrer o trajeto entre os dois pontos. 1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO O objetivo principal é desenvolver um protótipo de aplicação capaz de prover um mapa com a rota de menor tempo de percurso entre dois pontos. 1.2 RELEVÂNCIA DO TRABALHO Para Resende e Sousa (2009, p. 1), a mobilidade deve ser um objeto de prioridade das administrações públicas devido ao fato das regiões metropolitanas viverem um pesadelo de difícil mensuração: o pesadelo dos congestionamentos. Assim como Resende e Sousa (2009, p. 1) citam a dificuldade na mensuração dos congestionamentos, Miller e Shaw (2001 apud MENESES, LEANDRO e LOUREIRO, 2007, p. 3) consideram que a visualização espacial ou gráfica dos indicadores de desempenho do transito para sistemas de transporte facilitam a compreensão do usuário e acabam revelando informações incomuns as condições operacionais do tráfego urbano, levando em consideração a agregação do atributo espacial no processo de análise. As prefeituras das metrópoles brasileiras estão sensibilizadas pelo transito caótico a que seus moradores se submetem. Muitas têm investido em obras civis, de grande envergadura, visando facilitar o escoamento do tráfego através de largas avenidas. Outras têm priorizado o transporte coletivo, na esperança de ver menos carros particulares nas ruas, melhorando assim a circulação. Poucas são, contudo, as soluções que envolvem os recursos da informática e da automação. (GRAEML; GRAEML, 1997, p. 4). O presente trabalho tem o objetivo contribuir para a atenuação dos congestionamentos, tornando o tráfego viário de uma região ou cidade equilibrado de forma que se possa melhor aproveitar as vias disponibilizadas. Pode-se considerar este trabalho complexo devido ao processamento de dados geocoletados dispostos em um grafo regionalizado da malha viária de uma determinada cidade e

12 4 aos cálculos necessários para encontrar uma rota entre dois pontos que leve menos tempo para ser percorrida, logo, sendo esta a rota de menor custo. 1.3 METODOLOGIA O trabalho será desenvolvido observando as seguintes etapas: a) levantamento bibliográfico: realizar levantamento bibliográfico sobre caracterização de congestionamentos, caminho mínimo em grafos, paradoxo de Breaess e trabalhos relacionados; b) elicitação dos requisitos: detalhar e reavaliar os requisitos, observando as necessidades levantadas durante a revisão bibliográfica; c) definição do grafo que representará a malha viária: definir qual a estrutura a ser utilizada para compor o grafo que representará a malha viária de determinada cidade ou região da cidade. O grafo representará as ruas através das arestas e os cruzamentos através dos vértices. As arestas receberão um peso de acordo com sua condição de tráfego que será calculada; d) definição do algoritmo de busca de caminho mínimo em grafos: definir qual algoritmo será utilizado levando em consideração o tamanho do grafo e o desempenho do algoritmo; e) especificação do aplicativo: especificar a ferramenta com análise orientada a objeto utilizando a Unified Modeling Language (UML). Será usada a ferramenta Microsoft Visio para o desenvolvimento dos diagramas de casos de uso, de classes e de sequência; f) implementação do aplicativo: implementar o aplicativo móvel proposto utilizando a linguagem Java no ambiente de desenvolvimento Eclipse Galileo com o Android Framework e implementar o web service utilizando a linguagem C# no ambiente de desenvolvimento Microsoft Visual Studio 2010; g) testes: realizar testes de campo para verificar se o cálculo e a escolha da menor rota estão corretos.

13 5 As etapas serão realizadas nos períodos relacionados no Quadro fev. mar. abr. mai. jun. etapas / quinzenas levantamento bibliográfico elicitação dos requisitos definição do grafo que representará a malha viária definição do algoritmo de busca de caminho mínimo em grafos especificação do aplicativo implementação do aplicativo testes Quadro 1 Cronograma de atividades a serem desenvolvidas

14 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Na seção 2.1 é feita a caracterização dos congestionamentos. Na seção 2.2 são abordados algoritmos de busca de custo mínimo. Na seção 2.3 é explicado o paradoxo de Braess. Na seção 2.4 são descritos dois trabalhos correlatos. 2.1 CARACTERIZAÇÃO DE CONGESTIONAMENTOS Segundo Thurgood (1995 apud MENESES; LEANDRO; LOUREIRO, 2007, p. 2), um congestionamento pode ser definido como a deterioração da qualidade do fluxo de tráfego em condições de operação da pista além do nível aceitável pelo usuário, resultando em um aumento do tempo de viagem e do atraso, emissão de poluentes, número de acidentes, poluição sonora, etc, caracterizando assim este fenômeno por quatro componentes básicos: a duração que indica o período de tempo que o congestionamento afeta de alguma forma a rede viária, a extensão que estima o número de veículos afetado pelo congestionamento, a intensidade que indica a severidade do congestionamento e a periodicidade que indica com que frequência existe a formação de congestionamento. Resende e Souza (2009, p. 2) explicam que não existe uma definição universal de congestionamento, contudo se a velocidade média de uma via estiver abaixo da velocidade média para qual ela foi projetada então ela pode ser considerada congestionada. A capacidade da via e o nível de serviço para Carapito (2002 apud COELHO, 2009, p. 32) são outros dois termos associados à palavra congestionamento, sendo o primeiro termo de caráter quantitativo o qual se refere à quantidade máxima de veículos que determinada via pode suportar, e o segundo, qualitativo. O fluxo de tráfego e o congestionamento têm comportamento flutuante ao longo do dia em função da demanda. O padrão de comportamento da sociedade é refletido por esta demanda, sendo a principal relação com o trabalho, o período em que as pessoas vão e voltam para o trabalho. Para estes casos o congestionamento é considerado previsível, ocorrendo sempre nos mesmos períodos (Coelho, 2009, p. 35). Resende e Souza (2009, p. 2) afirmam ainda que o congestionamento pode variar em função do tipo de coordenação semafórica, da eficácia da fiscalização, ou ainda das condições topográficas.

15 7 2.2 ALGORITMO DE BUSCA DE CUSTO MÍNIMO Segundo Davis (1997, p. 3), existe basicamente dois algoritmos para resolver problemas de caminho mínimo com origem e destino, sendo o mais famoso deles o algoritmo de Dijkstra proposto em 1959 e constantemente aperfeiçoado principalmente pelo uso de estruturas de dados mais eficientes. Este algoritmo apenas funciona se os custos associados às arestas forem não negativos. Outro algoritmo proposto por Bellman e Ford admite o caso mais geral de custos negativos. De maneira geral as grandezas físicas associadas às arestas são naturalmente não negativas, sendo que, o algoritmo de Dijkstra acaba sendo o método de solução de problemas de caminho mínimo mais utilizado na prática. O algoritmo considera um grafo G, composto por um conjunto de nós, denominado N, e um conjunto de arcos denominado A. Além disto, são conhecidos dois nós pertencentes a N, denominados o e d, que são respectivamente a origem e o destino. Os nós são divididos em três grupos: os já visitados (conjunto V), os candidatos ou de fronteira (conjunto F) e os nunca visitados ou desconhecidos (conjunto D). O conjunto V é inicializado para conter apenas o nó o. Os vizinhos imediatos de o são colocados no conjunto F, sendo registrados os custos para atingi-los a partir de o, e os demais inicialmente pertencem ao conjunto D. A cada passo do algoritmo, os nós de F são verificados para determinar qual seria a melhor opção para expandir a pesquisa. Será escolhido e transferido para V aquele nó cujo custo acumulado seja a menor dentre os candidatos, e seus vizinhos serão então transferidos do conjunto D para o conjunto F. A pesquisa para quando o nó D for alcançado ou quando não houver mais nós a percorrer (neste caso, não existe caminho viável entre o e d). (DAVIS, 1997, p. 3). De acordo com Davis (1997, p. 6), uma complexidade adicional deve ser considerada devido à obtenção dos dados a partir de um banco de dados. Objetivando o aumento de desempenho, a recuperação dos dados deve ser feita à medida que estes são demandados pelo algoritmo, restringindo assim o uso da memória principal ao mínimo indispensável. É possível verificar no algoritmo uma oportunidade ideal para isso. Esta oportunidade é identificada no ponto em que o nó é transferido para o conjunto V e a sua vizinhança é colocada no conjunto F. Ainda segundo Davis (1997, p. 7), pode-se identificar mais duas razões práticas para a utilização de banco de dados, sendo uma delas a possibilidade de se ter grafos maiores que a capacidade de memória do equipamento e a necessidade de suportar um ambiente multiusuário.

16 8 2.3 PARADOXO DE BRAESS Segundo Ming (2011), no paradoxo de Braess, o fato de adicionar uma ligação nova a uma rede viária existente pode deixar o tráfego da rede com desempenho pior do que antes de se adicionar esta ligação. Com o acréscimo de mais uma ligação, o equilíbrio de Wardrop (na condição de equilíbrio, nenhum usuário consegue escolher uma rota de forma a reduzir o tempo de percurso) pode ser quebrado fazendo assim com que o desempenho geral da rede acabe sendo comprometido. Para exemplificar o paradoxo de Braess considere na Figura 1 a origem e o destino de interesse como sendo 1 4, logo, as possíveis rotas são e Considere na Figura 1 uma rede viária. Fonte: Ming (2011). Figura 1 Rede de links Admite-se que cada usuário escolhe o melhor para si, distribuindo o fluxo igualmente pelas duas rotas até que os tempos de viagem nas duas rotas sejam iguais (MING, 2011). O fluxo que sai do ponto 1 e quer chegar ao ponto 4 é de V14 = 1000 viagens/hora. Admitindo as seguintes funções de desempenho: a) T12 = 5 + 0,01 V12 (minutos); b) T13 = ,001 V13 (minutos); c) T24 = ,001 V24 (minutos); d) T34 = 5 + 0,01 V34 (minutos). Nestas condições o equilibrio de Wardrop é atingido quando o tempo de viagem de qualquer uma das rotas é de 30,5 minutos.

17 9 Agora supondo que uma nova ligação foi adicionada conforme a Figura 2. Fonte: Ming (2011). Figura 2 Adicionando mais um link a rede Dada à função de desempenho T23 = ,001 V23 (minutos), observa-se na condição de equilíbrio um tempo de viagem possível nas três rotas de 30,84 minutos. Com a adição do link T23 a rede sofreu uma piora de 1,11% se comparada a Figura 1. Mesmo adicionando uma rota alternativa a mais, o tempo de viagem aumenta independente da rota escolhida (MING, 2011). É comum em grandes cidades existirem várias opções de rotas para um mesmo destino, indo assim de encontro com o paradoxo de Braess. Quando o usuário deslocar-se para determinado destino, este usa de sua própria experiência e/ou indicações de outras pessoas para escolher qual o caminho é mais adequado para aquele momento, objetivando o gasto de um menor tempo. Porém isso não garante uma escolha ótima, e ainda pode levar a congestionar ainda mais a via escolhida. Ao indicar ao usuário do sistema uma rota alternativa menos congestionada faz-se com que a distribuição de veículos pela malha viária fique de forma igualitária de acordo com a capacidade de cada rota. Pode-se dizer assim então que mesmo possuindo várias alternativas de rotas, estas são utilizadas de maneira que o equilíbrio na malha viária seja restaurado. 2.4 TRABALHOS CORRELATOS A seguir são apresentadas ferramentas que calculam e exibem rotas congestionadas as quais são Google Maps Navigation (2011), Google Maps (2011) e GPS Airis (2011).

18 Google Maps Navigation e Google Maps O aplicativo Google Maps Navigation está disponível para dispositivos com sistema Android e o aplicativo Google Maps disponível para celulares com os principais sistemas operacionais do mercado como Android, IOS e Symbian. A diferença entre os dois aplicativos é que o Google Maps Navigation é um complemento do Google Maps, este complemento funciona como um co-piloto narrando o trajeto a ser seguido. A figura 3 exibe do lado esquerdo o aplicativo Google Maps e do lado direito o aplicativo Google Maps Navigation. Figura 3 Google Maps e Google Maps Navigation A principal função destes aplicativos é exibir na tela do dispositivo um mapa das ruas das principais cidades do mundo, mas eles vão além exibindo as rotas congestionadas, identificando o nível de congestionamento através de cores, sendo verde para trânsito livre, amarelo para trânsito pesado e vermelho para trânsito parado (QUINTELLA, set. 2009). Caso seja utilizado em modo de navegação, é capaz de fornecer uma rota alternativa ao encontrar um congestionamento. Segundo Barth (2009), ao utilizar a aplicação no modo de navegação, informações são enviadas anonimamente para os servidores da Google para servir como

19 11 parâmetro para realizar o cálculo das condições de tráfego. De acordo com WU (2007, p. 1), este tipo de sistema é conhecido como Google-mapbased Arterial Traffic Informatian (GATI). A arquitetura deste tipo de sistema pode ser observada na Figura 4, que é aplicada para cidade de Bellevue. Fonte: WU (2007, p. 4). Figura 4 Representação da arquitetura de um sistema GATI Basicamente a arquitetura é dividida em três partes: servidores na cidade de Bellevue, servidores de laboratório STAR e aplicativos cliente. WU (2007, p. 4) explica que os dados brutos de tráfego da cidade em questão são obtidos através das unidades de comunicação de controladores de sinais e são processados no servidor de dados. O trabalho de processamento é periodicamente repetido e os dados de tráfego processados são armazenados em um servidor File Transfer Protocol (FTP) para consumo do laboratório STAR. O objetivo do laboratório STAR é criar uma ponte de comunicação entre o servidor de dados e o servidor HyperText Transfer Protocol (HTTP) traduzindo o conteúdo de maneira que a camada de aplicativos cliente possa consumi-la GPS Airis Recentemente a empresa Airis lançou o serviço Navtec Traffic que transmite informações por ondas de rádio de Frequência Modulada (FM) ao Global Positiong System (GPS) que exibe informações de trânsito dos grandes centros metropolitanos da região sudeste. Os dados de trânsito em tempo real possibilitam mais precisão no cálculo do tempo dos trajetos e o cliente pode escolher rotas alternativas baseando-se na condição atual do trânsito. Segundo Freitas (2011), para que o GPS possa receber as informações de trânsito ele

20 12 precisa estar conectado a outro dispositivo denominado de Easy Way. Por sua vez este recebe informações através de ondas de rádio conhecido como Radio Data System (RDS). As fontes do Easy Way são diversas e incluem companhias de trânsito como a Companhia de Engenharia de Tráfego (CET) e BHTrans, e rastreadores de veículos. O sistema depende da disponibilidade e alcance de estações de rádio para transmitir os pontos engarrafados. A maneira com o GPS Airis exibe o mapa e a rota é semelhante ao Google Maps Navigation conforme figura 5. Fonte: GPS Airis (2011). Figura 5 GPS Airis exibindo as condições do tráfego

21 13 3 REQUISITOS DO SISTEMA A SER DESENVOLVIDO O protótipo deverá: a) apresentar uma interface para informar um endereço de origem e destino (Requisito Funcional - RF); b) enviar informações de coordenadas de localização para um servidor na web (RF); c) exibir no dispositivo uma rota de menor custo que será calculada no servidor entre a origem e o destino solicitando (RF); d) ser desenvolvido utilizando programação orientada a objetos com a linguagem de programação C# para o servidor e Java para o dispositivo móvel com sistema Android (Requisito Não Funcional - RNF); e) ser implementado utilizando o ambiente de programação Microsoft Visual Studio 2010 para a linguagem C# e Eclipe Galileo para Java (RNF); f) ser compatível com no mínimo a versão 2.1 do Android (RNF).

22 14 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS A representação gráfica de informações das condições do trânsito facilita muito a compreensão do real cenário em que de fato determinada via se encontra. Os dados necessários para que seja possível mensurar um congestionamento são de simples acesso, porém podem gerar um volume de dados grande se estes não forem georreferenciados. A utilização de dados georreferenciados é fundamental nesta aplicação. Será sobre estes dados que algoritmos serão executados a fim de se calcular rotas de menor custo, logo quanto menor a quantidade de dados, mais rápido será este cálculo, levando em conta a utilização da aplicação para o devido fim, a rapidez na determinação da rota de menor custo é imprescindível. Porém, existe um número mínimo de informações que são necessárias para que o cenário seja o mais próximo possível do real. A ferramenta proposta visa utilizar os próprios dados dos dispositivos dos usuários da aplicação para servir como referência no cálculo do caminho de menor custo. Logo, quanto mais usuários utilizarem a aplicação, mais fidedigna será a base de dados para consulta. A quantidade de dados em si é um fator que influência no resultado final, mas a fidelidade deles é que realmente fará a diferença, para que com poucas informações seja possível chegar ao resultado de maneira fidedigna e rápida. A escolha por uma rota mais rápida, além de levar o usuário ao seu destino em menor tempo, também diminuirá o tráfego gerado pelo veículo se este tivesse passado em sua rota padrão. A princípio isso parece ser redundante já que ao utilizar a outra via, ele gerará tráfego na mesma, porém, esta rota será executada em menor tempo. Diminuir o tempo utilizado do meio comum que é a via de tráfego pelo recurso que é o automóvel acaba beneficiando o sistema como um todo, visto que a liberação de um recurso gera a vaga para outro. Observando o paradoxo de Braess é possível identificar que nem sempre a adição de mais uma rua torna o trajeto mais rápido. A utilização da aplicação não irá anular a utilização de vias a fim de criar um cenário onde em condição de equilíbrio as rotas sejam mais rápidas devido a exclusão da passagem por determinadas vias, mas sim fazer com que a condição de equilibrio seja mais facilmente encontrada, beneficiando assim a rede como um todo. Em relação aos trabalhos correlatos, as ferramentas Google Maps Navigation, Google Maps e o GPS da Airis apenas exibem dados da situação do trânsito para as cidades de São Paulo, Belo Horizonte e Rio de Janeiro. Um diferencial deste trabalho é que, se algum usuário do sistema tenha passado por qualquer via utilizando a aplicação, as informações geradas,

23 15 mesmo que muito específicas em termos de horário e dia da semana, já serão utilizadas como base para o cálculo de custo das rotas. O diferencial deste trabalho é que quando o usuário opta pela rota calculada pela aplicação, ou seja, a rota com menor tempo de percurso este possivelmente estará fazendo o seu trajeto em um menor tempo, o que conseqüentemente economiza combustível e emite menos poluentes. Os dados calculados das condições de tráfego podem ainda ser utilizados por agentes de transito a fim de otimizar a circulação do tráfego da malha viária realizando modificações em seu percurso.

24 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARTH, Dave. The bright side of sitting in traffic: crowsourcing road congestion data. [S.l.], ago Disponível em: < Acesso em: 02 set COELHO, Eduardo. C. Avaliação dos níveis de congestionamento em vias arteriais com a utilização da micro-simulação Dissertação de Mestrado - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. Disponível em: < avaliacao-dos-niveis-de-congestionamento-em-vias-arteriais-com-a-utilizacao-da-microsimulacao/producao/dissertacoes-de-msc>. Acesso em: 06 set DAVIS, Clodoveu A. J. Aumentando a eficiência da solução de problemas de caminho mínimo em SIG. In: GIS BRASIL 97., 1997, Curitiba. Anais eletrônicos... Curtiba: UFMG, p.3-7. Disponível em: < 0a%20eficiencia%20da%20solucao%20de%20problemas%20de%20caminho%20minimo%2 0em%20SIG.pdf>. Acesso em: 03 set FREITAS, Bruno. Easy way - dedo duro do trânsito. Minas Gerais, Disponível em: < Acesso em: 20 set Google Maps Navigation (beta). [S.l.], Disponível em: < Acesso em: 15 set Google Maps para celular. [S.l], Disponível em: < Acesso em: 15 set GPS da Airis ganha informação do trânsito em tempo real. São Paulo, maio Disponível em: < Acesso em: 16 set GRAEML, Alexandre R.; GRAEML, Felipe R. A automação do tráfego de veículos (tecnologia aeroespacial/militar x tecnologia de chá de fábrica). In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 17., 1997, Gramado. Anais eletrônicos... Gramado: Associação Brasileira de Engenharia de Produção, p.4. Disponível em: < %E3odeTr%E1fego.pdf>. Acesso em: 04 set. 2011

25 17 MENESES, Hamifrancy B.; LEANDRO, Carlos H. P.; LOUREIRO, Carlos F. G. Indicadores de desempenho para sistemas centralizados de controle do tráfego urbano em tempo real. [S.l.], Disponível em: < alizados.pdf>. Acesso em: 05 set MING, Sun H. O trânsito explicado por grãos de arroz. [S.l.], [2011]. Disponível em: < Acesso em: 04 set MOREIRA, Ardilhes. Frota de veículos cresce 119% em dez anos no Brasil, aponta Denatran. São Paulo, [2011]. Disponível em: < Acesso em: 02 set QUINTELLA, Marcelo. Parado no trânsito? [S.l.], set Disponível em: < Acesso em: 15 set RESENDE, Paulo T. V.; SOUZA, Paulo R. Mobilidade urbana nas grandes cidades brasileiras: um estudo sobre os impactos do congestionamento. In: SIMPOSIO DE ADMINISTRAÇÃO DE PRODUÇÃO E OPERAÇÕES, 138., 2009, São Paulo. Anais eletrônicos... São Paulo: FGV-EAESP, p Disponível em: < Acesso em: 05 set WU, Yao-Jan. Google-map-based online plataform for arterial traffic information and analysis. Seattle, Disponível em: < OLD_SITE/STARLab_Papers/2008_TRBpaper_Google_Wu. pdf>. Acesso em: 19 set