Soluções de Trânsito Inovadoras para Mobilidade Moderna

O transporte é uma parada importante na vida da galera e tem um papel grande na sociedade. Mas, nem todo mundo tem acesso igual aos sistemas de Transporte Público. Problemas como a questão do primeiro e último mile dificultam a vida de muita gente para chegar nas estações de transporte, especialmente em áreas menos populosas. As rotas de ônibus tradicionais podem não ser viáveis em áreas de baixa demanda. Embora táxis e aplicativos de carona possam ajudar em certas situações, eles podem ser caros e não são muito ecológicos. O crescimento dos subúrbios e as mudanças nos hábitos de trabalho, especialmente depois da pandemia de COVID-19, tornaram o transporte público menos atraente, fazendo com que menos pessoas o utilizem. Essa mudança pode fazer com que mais pessoas dependam dos seus carros, aumentando os custos para os indivíduos e para a sociedade devido ao congestionamento e preocupações ambientais.

Os Veículos Autônomos (AVs) podem ser uma solução para essas preocupações de mobilidade. Eles podem oferecer viagens convenientes, mas se as opções de transporte público não forem melhoradas também, mais AVs na estrada podem causar ainda mais tráfego e poluição. Para enfrentar esses problemas, estão sendo propostas rotas de transporte híbrido semi-on-demand que usam serviços de mobilidade autônoma compartilhada (SAMS). Esse modelo busca equilibrar rotas fixas com o serviço flexível de táxis ou AVs para expandir o acesso ao transporte público.

#Descrição do Problema

O serviço de transporte híbrido semi-on-demand é dividido em duas partes: uma Rota Flexível para áreas mais distantes de um hub de transporte e uma rota fixa para áreas mais próximas. Na parte flexível, há um equilíbrio entre o tempo que os usuários gastam para acessar o transporte e os desvios necessários para pegá-los. O objetivo é projetar a rota para minimizar os custos gerais tanto para os usuários quanto para os operadores.

Essa abordagem híbrida é super relevante em cenários onde o transporte precisa atender direções específicas, como dos subúrbios para os centros urbanos ou de áreas residenciais para estações de trem. Os AVs podem mudar suas rotas em tempo real para serviços flexíveis, o que é uma vantagem em comparação com os ônibus tradicionais. Este estudo também considera como economizar nos Custos Operacionais usando AVs compartilhados na parte flexível pode impactar o tamanho geral da frota.

#Objetivos e Contribuições

A pesquisa apresenta dois principais modelos de custo - um para decisões estratégicas e outro para decisões táticas. O modelo estratégico foca em otimizar a rota flexível e o tamanho da frota, enquanto considera os desvios para as rotas flexíveis. O modelo tático analisa como equilibrar os tempos de espera em relação aos custos de capital dos veículos. Ambos os modelos trabalham para identificar qual tipo de rota - fixa, híbrida ou flexível - é a melhor opção com base em variáveis diferentes.

Três principais contribuições são feitas por meio desta pesquisa:

1. Exploração Conceitual: Investiga como rotas híbridas semi-on-demand podem beneficiar os sistemas de transporte, destacando condições para a melhor forma de rota e fornecendo aproximações de custo.

2. Desenvolvimento Metodológico: Desenvolve um método analítico para identificar formas e tamanhos de rotas ideais sem depender de métodos de simulação complexos.

3. Aplicações Práticas: Mostra as vantagens de alimentadores semi-on-demand por meio de exemplos e estudos de caso reais em ambientes urbanos.

#Trabalhos Anteriores sobre Design de Transporte Flexível

Estudos anteriores examinaram designs de rotas flexíveis que adaptam rotas fixas ou serviços de transporte responsivos à demanda. Pesquisadores criaram modelos para identificar condições para mudar entre esses dois tipos com base na qualidade do serviço. A maioria dos estudos analisou rotas híbridas que combinam diferentes modos de serviço. Esta pesquisa se baseia nessa fundação, focando em rotas semi-on-demand e no uso ideal de segmentos flexíveis e fixos.

Estudos existentes exploraram modelos operacionais, incluindo paradas e rotas obrigatórias que se adaptam à demanda. Eles mostraram que os AVs podem melhorar os serviços ajustando rotas com base na demanda em tempo real. No entanto, este estudo enfatiza uma nova abordagem, pré-definindo rotas flexíveis e fixas para oferecer serviços consistentes, permitindo um transporte previsível enquanto ainda se beneficia da flexibilidade.

#Serviços de Mobilidade Autônoma Compartilhada no Transporte Público

Os AVs compartilhados mostraram potencial para melhorar os sistemas de transporte. Sua capacidade de aumentar a qualidade do serviço e a eficiência operacional foi mostrada em vários estudos de caso de cidades. Alguns estudos desenharam sistemas de alimentação usando AVs, enquanto outros discutiram maneiras ideais de incorporar AVs com o transporte público para reduzir o tempo total de viagem. Esta pesquisa explora ainda mais como esses serviços compartilhados podem funcionar juntos com rotas de transporte fixas e flexíveis.

#Visão Geral da Metodologia

Esta pesquisa apresenta dois modelos principais para otimizar rotas de transporte e tamanhos de frota. A primeira fase considera um intervalo fixo, que simplifica os cálculos sobre quantos veículos são necessários e os requisitos de desvios. A segunda fase remove essa suposição de intervalo fixo, permitindo um planejamento flexível com base na demanda em tempo real.

As suposições gerais ao longo da análise incluem o uso de um layout em grade para a rede de transporte, onde os veículos viajam sequencialmente para pegar usuários em pontos de demanda designados. O estudo também assume uma demanda estática ao longo do tempo, facilitando a análise dos custos totais tanto para os usuários quanto para os operadores.

#Análise de Custos

Os custos gerais considerados incluem despesas dos usuários, como custos de acesso, tempo de espera e tempo de viagem, juntamente com os custos operacionais para os operadores de transporte. O objetivo é minimizar esses custos coletivamente, ajustando as partes flexíveis das rotas com base nos padrões de demanda.

#Custos dos Usuários

• Custos de Acesso: Calculados medindo o tempo e a distância de caminhada até a parada mais próxima.

• Custos de Espera: Relacionados ao tempo que os usuários passam esperando pelo transporte.

• Custos de Viagem: Derivados da distância que os usuários viajam nos veículos.

#Custos dos Operadores

• Custos Operacionais: Baseados na distância percorrida e no número de viagens realizadas.

• Custos de Veículo: Relacionados ao número de veículos necessários para operar um serviço.

Otimizar esses fatores de custo permite que os pesquisadores identifiquem o equilíbrio ideal entre serviços de rota fixa e flexível, melhorando a experiência do usuário e a eficiência operacional.

#Exemplos Numéricos

Para ilustrar a eficácia dos métodos propostos, foram analisados exemplos numéricos de duas rotas de ônibus em Chicago. Várias distribuições de demanda, como uniforme e triangular, foram usadas para simular cenários realistas. O desempenho de cada rota foi avaliado com base nos custos operacionais, custos médios dos usuários e nas partes ideais das rotas.

#Resultados dos Exemplos

Para a rota CTA126, à medida que a parte flexível da rota aumentava, os custos de acesso caíam enquanto os custos de viagem subiam. Em casos onde a demanda estava mais próxima do centro urbano, a necessidade de partes flexíveis mais longas ficou clara. Da mesma forma, para a rota CTA84, maiores desvios necessários para as partes flexíveis indicaram a importância do planejamento estratégico com base nos perfis de demanda.

#Otimização Conjunta do Tamanho do Veículo

Fatores como o tamanho do veículo desempenham um papel crucial em determinar o comprimento ideal da rota flexível. Veículos menores precisam atender a mais desvios, mas podem oferecer melhor acesso aos usuários. Em contraste, veículos maiores podem levar a menos desvios, mas podem aumentar os custos operacionais gerais. Esta seção analisa o trade-off entre o tamanho do veículo e a frequência do serviço para encontrar um equilíbrio adequado.

#Análise de Sensibilidade

Mudanças nos custos dos operadores foram exploradas para ver como afetam as escolhas de rota. As descobertas sugerem que veículos menores são mais adequados para rotas flexíveis, enquanto veículos maiores podem ser necessários durante restrições orçamentárias ou transições para sistemas mais flexíveis.

#Estudo de Caso: Área Metropolitana de Chicago

O estudo de caso envolveu a análise de dados reais de transporte de Chicago, focando nas áreas ao redor das estações ferroviárias. Classificando as regiões em áreas de serviço flexível e fixo, os pesquisadores puderam estimar a demanda e prever as necessidades operacionais.

#Descobertas do Estudo de Caso

Aproximadamente 787 rotas híbridas semi-on-demand foram identificadas, cobrindo uma parte significativa do transporte. Mesmo que essas rotas servissem uma grande área, atendiam a um número menor de usuários em comparação com os centros urbanos. O tempo de acesso e os custos gerais dos usuários foram significativamente reduzidos, especialmente para aqueles em áreas menos povoadas, demonstrando as vantagens práticas de implementar alimentadores flexíveis.

#Conclusão

Esta pesquisa avança a conversa sobre o design de sistemas de transporte ao destacar rotas híbridas semi-on-demand. Essas rotas oferecem um meio-termo prático entre rotas fixas tradicionais e serviços totalmente flexíveis, funcionando como alimentadores para áreas que têm dificuldade em se conectar efetivamente às principais redes de transporte. Através de modelos analíticos, o estudo oferece insights importantes sobre planejamento de rotas, dimensionamento de veículos e gerenciamento de custos, apoiando, em última análise, as agências de transporte a fornecer melhores opções de mobilidade para todos os usuários.

#Limitações e Direções Futuras de Pesquisa

As descobertas do estudo oferecem uma base forte para investigações futuras. Embora forneça uma ferramenta valiosa para análise de planejamento de transporte, os modelos podem ser aprimorados. Pesquisas futuras poderiam incluir a integração de modelos de demanda mais complexos, estudos sobre o desenvolvimento de custos de AV e análises de simulação para verificar descobertas teóricas.

Explorar várias condições de demanda garantirá que os sistemas de transporte possam se adaptar às necessidades sociais em mudança, tornando o transporte público mais atraente e acessível para todos.