SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

PARA TRANSPORTES

Domingos Fernando Peixoto da Silva

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES Uma aplicação aos transportes urbanos de Guimarães

Dissertação orientada por Professor Doutor Rui Pedro Julião

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Doutor Rui Pedro Julião, orientador científico deste trabalho, pelas enriquecedoras indicações e sugestões. Agradeço igualmente a confiança que sempre depositou nesta investigação e o entusiasmo transmitido nos diversos encontros de trabalho que mantivemos.

À Professora Doutora Elsa Pacheco, a principal responsável pela minha entrada na temática de transportes e mobilidade.

Ao Sr. Manuel Ferreira, Administrador Delegado da AMAVE, pela compreensão demonstrada e flexibilidade que me garantiu em termos de horário de trabalho.

Ao Eng. Sérgio Batista, dos TransUrbanos de Guimarães, por toda a informação que me facultou.

Finalmente a toda a família e amigos, pelo muito importante apoio que sempre me deram. Um agradecimento especial à Carla Freitas, Rosa Branco, Paulo Pereira, Luís Cardoso, José Martins, Jorge Cristino, Luís Tarroso e Ricardo Almendra, pela ajuda que, em diversos momento da realização deste trabalho, me facultaram.

SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES Uma aplicação aos transportes urbanos de Guimarães

RESUMO

Nas últimas décadas tem-se assistido a uma crescente aplicação de Sistemas de Informação Geográfica em tarefas de planeamento e gestão de sistemas de transportes. Esta aproximação obrigou ao aperfeiçoamento das capacidades dos SIG, incorporando algoritmos de análises de redes e desenvolvendo as suas capacidades de modelação de elementos lineares.

Neste trabalho, aborda-se a participação dos SIG em transportes, e apresentam-se algumas metodologias de análise, com o estudo da rede de transportes urbanos de Guimarães.

Na abordagem à participação dos SIG em estudos de transportes, apresentam-se as funcionalidades SIG mais comuns e de que forma estas podem ser importantes para transportes, referem-se os principais tipos de aplicações existentes, debatem-se as formas de representação de sistemas de transportes e os modelos de dados utilizados e avaliam-se diversas análises de redes possíveis em softwares GIS-T. Finalmente, apresentam-se alguns desenvolvimentos futuros que se adivinham.

GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS FOR TRANSPORTATION An application to the urban transports of Guimarães

ABSTRACT

In the last decades, we have witnessed a growing application of Geographic Information Systems (GIS) in transport planning and management tasks. This approach has forced the improvement of GIS capacities by adding network analysis algorithms to them and by developing their ability to model linear features.

This work looks into the contributions of GIS to transports and presents some methodologies of analysis, using the study of the network of urban transports of Guimarães.

In this approach to GIS participation in transport studies, the most common GIS functionalities and the way in which they can be important for transports are presented, the main types of applications are listed, the forms of representation of transport systems and data models are debated and also the different network analysis in GIS-T software are evaluated. Finally, some expected future developments are presented.

PALAVRAS-CHAVE

Sistemas de Informação Geográfica para Transportes Modelos de dados

Acessibilidade Transportes Urbanos Guimarães

KEYWORDS

Geographic Information Systems for Transportation Data Models

ACRÓNIMOS

GIS-T - Geographic Information Systems for Transportation ITS - Intelligent Transport Systems

SGBD - Sistema Gestor de Bases de Dados SIG - Sistemas de Informação Geográfica SRL - Sistemas de Referenciação Linear TC - Transporte colectivo

TI - Transporte individual

ÍNDICE DO TEXTO

AGRADECIMENTOS ……….………..…...……. iii

RESUMO …..……….………..………... iv

ABSTRACT ………..………... v

PALAVRAS-CHAVE ………..………... vi

KEYWORDS .………...………... vi

ACRÓNIMOS ………... vii

ÍNDICE DE TABELAS ………... xi

ÍNDICE DE FIGURAS ………... xii

1.INTRODUÇÃO………...………... 1

1.1.ENQUADRAMENTO ……….………... 1

1.2.OBJECTIVOS ………... 5

1.3.HIPÓTESES DE TRABALHO ………... 6

1.4.ESTRUTURA DO TRABALHO ……….……... 8

2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES ………... 9

2.1.CIÊNCIA E SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA ... 9

2.1.1. Abordagens em torno de um conceito ………..…... 10

2.1.2. A natureza da informação geográfica ………... 12

2.2. GIS-T ………... 15

2.2.1. A natureza dos GIS-T ………... 17

2.3.A PARTICIPAÇÃO DOS SIG EM TRANSPORTES ….………... 21

2.3.1. Funcionalidades SIG mais comuns ………... 21

2.3.2. Ferramentas SIG na modelação de transportes …………... 27

2.4. REPRESENTAÇÃO DE SISTEMAS DE TRANSPORTES EM SIG: MODELOS DE DADOS GIS-T………... 34

2.4.1. Os princípios teóricos: Teoria de grafos ….………..………... 34

2.4.2. O modelo arco-nó ……….………... 36

2.4.3.Armazenamento de atributos da rede ………..…………... 43

2.4.4. Os Sistemas de Referenciação Linear e a Segmentação Dinâmica ... 44

2.5.ANÁLISES DE REDES ………... 52

2.5.1. A conectividade da rede ………...……... 52

2.5.2. A modelação do movimento sobre a rede ………... 53

2.5.3. Principais tipos de análises ………... 55

2.5.4. Análises de acessibilidade ………... 58

2.5.4.1. Aproximações à medição da acessibilidade ………... 60

2.5.4.2. Índices de acessibilidade ………... 65

2.5.5. Análises de redes em Raster ………... 70

2.5.5.1. Representação de uma rede em raster ………... 70

2.5.5.2. A modelação do movimento em raster ……….………..…... 71

2.5.6. Análises de redes em vectorial e raster: vantagens e inconvenientes ... 72

2.6.GIS-T:ESTADO DA ARTE ………... 75

2.6.1. Principais aplicações GIS-T ………... 76

2.6.2. GIS-T e ITS ………... 79

2.6.2.1- ITS e informação geográfica ………... 80

2.6.3. Software GIS-T ………... 83

2.7.DESAFIOS GIS-T……….………... 85

2.7.1. O legado dos sistemas de gestão de dados ………... 85

2.7.2. Modelos de dados ………... 85

2.7.3. Interoperabilidade de dados ………... 86

2.7.4. Comunicação ………... 87

2.7.5. Novas tecnologias de informação ………... 87

2.7.6. A incorporação da dimensão temporal em GIS-T ………... 88

2.7.7. Gestão de grandes quantidades de dados ………... 89

2.7.8. Novas aplicações e novos mercados ………... 90

3. O SISTEMA DE TRANSPORTES URBANOS DE GUIMARÃES ………... 92

3.1.APRESENTAÇÃO DO ESTUDO ………...………... 92

3.1.1. Área de estudo ………... 93

3.1.2. A rede de transportes urbanos de Guimarães………... 95

3.2.2. O acesso ao serviço de transportes urbanos ………... 99

3.2.3. A acessibilidade do serviço de transportes urbanos …………... 103

3.2.3.1. Carreiras e Frequências ………... 103

3.2.3.2. Tempo de deslocação ………... 111

3.2.3.2.1. Nota metodológica: interpolação ……...………... 111

3.2.3.2.2. A acessibilidade dos TUG …... 112

3.3.O TRANSPORTE PARTICULAR ………... 118

3.3.1. Notas metodológicas: a modelação da rede ………... 118

3.3.2. A acessibilidade do transporte individual ………... 121

3.3.3. A acessibilidade do transporte individual e do transporte colectivo ... 125

3.4.A PROCURA DE TRANSPORTES COLECTIVOS ... 127

3.4.1. A procura de transportes em Guimarães ………... 128

3.4.1.1. Nota metodológica: dados utilizados ………... 129

3.4.1.2. Distribuição das variáveis na área de estudo ………... 132

3.4.2. A modelação da procura de transportes ………... 135

3.4.3. A procura potencial de transportes ………... 139

3.5.A PROCURA E A OFERTA DE TRANSPORTES ………... 141

3.6.TRANSPORTES URBANOS DE GUIMARÃES: DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .... 143

4. CONCLUSÕES …..………... 145

4.1.OS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES …... 145

4.2. A MODELAÇÃO SIG DO SISTEMA DE TRANSPORTES URBANOS DE GUIMARÃES ………...………... 147

4.2.1.Desenvolvimentos futuros ………... 148

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………... 151

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1. Utilização de funções SIG na modelação de transportes (adaptado de McCORMACK eNYERGES, 1997) ………...….……... 29 Tabela 2. Estrutura de dados em matriz O-D ………...…. 32 Tabela 3. Indicadores de acessibilidade para áreas urbanas e metropolitanas

(adaptado de GUTIÉRREZ eGÓMEZ, 1999) ………... 66 Tabela 4. Requisitos de informação geográfica para ITS

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Componentes dos SIG (Adaptado de PAINHO e PEIXOTO, 2002). ……. 11

Figura 2. GIS-T: produto do cruzamento entre os SIG e os SIT (adaptado de VONDEROHEet al., 1993). ……… 19

Figura 3. Representação de uma rede de transpores (A) através de um grafo (B) (adaptado de HAGGETT eCHORLEY, 1969). ……….. 35

Figura 4. Representação básica do modelo de dados arco-nó. ………. 37

Figura 5. Representação de rede plana (A) e rede não plana (B) (adaptado de FISHER, 2003). ………. 40

Figura 6. Representação do modelo arco-nó com sentidos de circulação e tabela de direcção. ……… 42

Figura 7. Segmentação dinâmica: referenciação de evento pontual. …………... 46

Figura 8. Segmentação dinâmica: referenciação de evento linear. ……….. 46

Figura 9. Segmentação dinâmica: exemplo de atributos de uma rede. ………… 47

Figura 10. Percurso espacio-temporal (MILLER, 2005a). ……….. 64

Figura 11. Esquema conceptual de análise do sistema de transportes colectivos. 92

Figura 12. Área de estudo: enquadramento geográfico. ……… 94

Figura 13. Freguesias da área de estudo. ………. 95

Figura 14. A rede de transportes urbanos de Guimarães. ……… 96

Figura 15. Centro da rede de transportes urbanos. ……….. 96

Figura 16. Sistema de transportes colectivos: acesso e a acessibilidade (adaptado de MURRAYet al, 1998). ………. 98

Figura 17. Cobertura territorial do serviço de transportes urbanos. ……… 101

Figura 18. Cobertura do serviço de transportes urbanos: população e área. …… 102

Figura 19. Número total de carreiras. ………... 104

Figura 21. Número total de linhas por paragem. ………. 106 Figura 22. Frequência horária do serviço de transportes urbanos por carreira. 107 Figura 23. Número total de linhas: dias úteis. ……… 108 Figura 24. Número total de linhas: sábados. ... 110 Figura 25. Número total de linhas: domingos e feriados. ………... 110 Figura 26. Acessibilidade: tempo de deslocação em transportes urbanos

(centro-periferia). ………... 113 Figura 27. Acessibilidade: tempo de deslocação em transportes urbanos

(periferia-centro). ………... 114 Figura 28. Acessibilidade em transpores urbanos: centro-periferia. ……… 115 Figura 29. Acessibilidade em transportes urbanos: periferia-centro. ………….. 116 Figura 30. Acessibilidade em transporte individual: tempo de

deslocação centro-periferia. ……… 122 Figura 31. Acessibilidade em transporte individual: tempo de

deslocação periferia-centro. ……… 123 Figura 32. Acessibilidade transporte individual: tempo de deslocação médio. .. 124 Figura 33. Transporte individual e transporte colectivo: diferença

de tempo de deslocação centro-periferia. ……….. 125 Figura 34. Transporte individual e transporte colectivo: diferença

de tempo de deslocação periferia-centro. ……….. 126 Figura 35. População residente por secção estatística (INE, 2001a). ………….. 132 Figura 36. Volume total de emprego por secção estatística (INE, 2004). ……… 133 Figura 37. Número total de empresas do sector terciário

por secção estatística (INE, 2004). ……… 134 Figura 38. Estabelecimentos de ensino e número de alunos por secção estatística

1.INTRODUÇÃO

1.1.ENQUADRAMENTO

A mobilidade da população é uma das decisivas questões que se colocam aos espaços urbanos na actualidade. Como melhorar a eficácia de um sistema de transportes perante as constantes inovações tecnológicas a nível de transportes e, por outro lado, as alterações a nível de práticas sociais que se têm verificado nas últimas décadas?

Várias alterações se têm verificado, essencialmente a partir da revolução industrial, nas infraestruturas, equipamentos e tecnologias de transporte, originando uma progressiva e cada vez mais acentuada contracção do território, no sentido de uma real diminuição dos tempos de deslocação entre dois pontos, assim como do seu custo (GUTIÉRREZ, 2001).

ganhos de eficácia, permitindo, deste modo, a construção de cenários territoriais mais competitivos e eficientes.

O aumento da motorização privada a que se assiste com particular relevância nas últimas décadas em Portugal tem acompanhado um visível investimento nas infraestruturas de transporte rodoviário, sempre associadas a expectativas de desenvolvimento1. Muitas vezes, no entanto, estes investimentos não resultam numa solução concertada para uma política de mobilidade, evidenciando-se uma sobrecarga dessas infraestruturas a curto/ médio prazo. Problemas de congestionamento de algumas vias em determinadas horas do dia resultam num decréscimo real de acessibilidade de algumas áreas. Para além deste problema, à grande utilização do transporte individual (TI) estão igualmente associados problemas ambientais, como o consumo de energias não renováveis, a poluição do ar e o ruído (MURRAY, 2001). O transporte colectivo (TC) é apontado como uma parte da solução para a melhoria da mobilidade das populações e para uma maior sustentabilidade e competitividade dos territórios. A sustentabilidade ambiental, ao nível do consumo de recursos e poluição do ar, a garantia de mobilidade para populações sem transporte individual (para determinados grupos este é a única opção de mobilidade no território existente, quer sejam grupos mais desfavorecidos em termos sócio-económicos, quer por razões de estrutura etária ou por determinados problemas físicos), e a diminuição da pressão sobre as infraestruturas, são algumas das principais razões para a sua utilização (MURRAYet al., 1998).

Actualmente, os TC têm um importante papel no acesso ao centro das cidades, principalmente no caso das grandes cidades, mas apresentam- se menos competitivos do que o automóvel privado nas deslocações nas periferias, pela facilidade de circulação e estacionamento que estas áreas geralmente conhecem. O crescimento dos subúrbios, muitas vezes com densidades relativamente baixas, cria uma maior dificuldade na organização dos sistemas de TC, tornando-se mais apelativo para as deslocações em transporte individual (MODARRES, 2003).

A organização de um sistema de TC é uma tarefa complexa, e aspectos como a coordenação de todo o sistema em termos de adequação da oferta à procura é, entre outros factores,

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decisiva para seu sucesso. O estudo da procura e da oferta de transporte colectivo é, pois, um elemento chave para um bom serviço de transportes colectivos. Duas questões devem ser neste momento colocadas: onde está a procura? e como e onde ela é satisfeita?

Sabe-se que a organização espacial dos centros urbanos obedece a uma hierarquização em termos de centralidade2, o que provoca uma maior ou menor importância das cidades. Da mesma forma, as cidades, especialmente as de grande dimensão, conhecem uma hierarquização intra-urbana, definindo-se desde o CBD3, com serviços mais avançados como o financeiro e as actividades de I&D, até ao comércio de esquina, de vizinhança (SALGUEIRO, 1988). Paralelamente, assiste-se à criação de novas e importantes centralidades, como o surgimento de grandes superfícies comerciais.

Esta hierarquização intra-urbana vai determinar fortemente o afluxo de população a determinados pontos da cidade em certos períodos do dia e/ou dias da semana. Da mesma forma, estas diferentes actividades criam graus de atractividade distintos, que podem ir desde 20/30 km para uma grande superfície comercial, até uns modestos 1 ou 2 km para um pequeno estabelecimento comercial de rua, mas este com maior frequência semanal (TOLLEY

eTURTON, 1995).

Apesar da estrutura policêntrica criada pelas novas centralidades urbanas (as novas superfícies comerciais de grande dimensão, p.e), a área central das cidades permanece como o ponto de maior conectividade e centralidade da rede de transportes, visível quer pela concentração de infraestruturas e equipamentos, quer pelo nível do serviço aí existente (MODARRES, 2003).

Os transportes têm uma forte componente espacial. É no território que se localizam as infraestruturas, é sobre o território que acontecem os movimentos, entre determinados pontos de partida e de destino, e é, finalmente, no território que se verificam os impactes dos sistemas de transportes. Por estes motivos, desde o surgimento dos SIG se tem utilizado estes sistemas em estudos de transportes, e, mais recentemente, tem-se mesmo desenvolvido metodologias e algoritmos específicos para esta temática.

Foi Walter Christaller, em 1933, quem sistematizou as noções na Teoria dos Lugares Centrais, que viria a ter uma importante influência em diversos estudos geográficos (SALGUEIRO, 1988).

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Os SIG enquanto ferramenta com capacidades avançadas em termos de gestão de informação geográfica, possibilitando a introdução, gestão e pesquisa e divulgação de informação, constituem actualmente um importante elemento de análise de transportes, quer nas suas componentes de infraestruturas e equipamentos de apoio, quer em análise de redes e fluxos. Pelas especificidades da temática dos transportes, designadamente pela importância dos elementos lineares e de análises de redes, têm-se desenvolvido metodologias e análises específicas, a que muitos autores designam por GIS-T4.

1.2.OBJECTIVOS

Pretende-se com este estudo abordar a aplicação de Sistemas de Informação Geográfica ao planeamento e gestão de sistemas de transporte. Neste âmbito, temos dois grandes grupos de objectivos:

a) Aplicação de SIG em tarefas de estudo e gestão de sistemas de transportes. Neste âmbito, pretendemos clarificar aspectos como:

- Potencialidades dos SIG em transportes;

- Funcionalidades SIG mais comuns em transportes;

- Aplicações GIS-T;

- Modelos de dados SIG para transportes: potencialidades e constrangimentos;

- Futuras aplicações e desenvolvimentos.

b) Aplicação de SIG ao estudo do sistema de transportes urbanos de Guimarães. Neste ponto, é nosso objectivo a análise da oferta e procura de transportes existente. Pretende-se aqui dar resposta, entre outras, a questões como:

- Que serviço de transportes urbanos existe Guimarães e onde se encontra?

- Será o serviço homogéneo em toda a área?

- Senão, que áreas são melhor e pior cobertas?

- Onde se localizam os utilizadores potenciais do serviço?

- As áreas com mais serviço são também as áreas onde há mais utilizadores?

- Qual a frequência dos transportes urbanos?

1.3.HIPÓTESES DE TRABALHO

O trabalho que se pretende realizar – um modelo de procura e oferta de transportes colectivos com recurso à utilização de Sistemas de Informação Geográfica – baseia-se no estudo dos elementos que, num determinado território, determinam a procura de TC, assim como na análise dos aspectos que podem ajudar a caracterizar e a diagnosticar a oferta do serviço existente.

Para a caracterização da oferta do serviço existente, parece-nos importante abordar dois grandes aspectos, a saber:

a) Caracterização da cobertura da rede de transportes públicos, quer a nível espacial, como a nível de população servida;

b) Caracterização da rede física do sistema, comportando aspectos como o desenho da rede viária com serviço de TC, os nós de acesso à rede, a caracterização quantitativa do serviço (frequências), assim como a distância-tempo que o serviço de TC garante para as deslocações dentro da área urbana e a sua comparação com o transporte individual.

No que se refere ao estudo da procura de TC em espaço urbano, importa identificar os elementos que a determinam, e a sua localização.

Parte-se, portanto, do princípio de que há quatro elementos fundamentais que determinam a procura de TC:

1- População 2- Emprego 3- Serviços 4- Ensino

1.4.ESTRUTURA DO TRABALHO

Este estudo está dividido em quatro capítulos. No primeiro capítulo faz se a introdução e apresentação geral do estudo. Neste ponto realiza-se igualmente o enquadramento da temática do trabalho.

O segundo capítulo diz respeito à apresentação e discussão teórica acerca dos Sistemas de Informação Geográfica e a sua aplicação a estudos de transportes. Neste capítulo aborda-se a participação dos SIG em tarefas de estudo e gestão de sistemas de transportes, apresentando-se as valências dos SIG neste campo de trabalho, assim como os principais tipos de aplicações. Faz-se uma análise acerca da representação de sistemas de transportes em SIG e dos modelos de dados utilizados. Aborda-se, ainda, as análises de redes em SIG e, finalmente, apresentam-se alguns dos desenvolvimentos futuros que se perspectivam.

No terceiro capítulo apresenta-se o estudo da aplicação de SIG aos sistemas de transportes, com a análise da rede de transportes urbanos de Guimarães. Neste ponto, aborda-se os dois grandes aspectos de um sistema de transportes colectivo, a procura e a oferta de transportes. No âmbito da oferta de transportes, analisa-se o serviço de transportes urbanos existente, avaliando-o em relação a dois grandes níveis: o acesso e a acessibilidade dos transportes colectivos. No que respeita à procura de transportes, faz-se a análise da concentração espacial dos elementos que, no nosso entendimento, maior importância têm na geração de fluxos, ou seja, na procura de transportes: a população residente, o emprego, os serviços e o ensino.

2. SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA TRANSPORTES

2.1.CIÊNCIA E SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Os Sistemas de Informação Geográfica, tal como os entendemos actualmente, são uma realidade relativamente recente. Se a procura de informação geográfica foi, historicamente, devido às dificuldades de recolha, representação e transmissão de informação, sempre bastante inferior à oferta (CHRISMAN, 1997), grandes transformações se deram com a criação e desenvolvimento do computador e das tecnologias de informação e comunicação.

2.1.1. Abordagens em torno de um conceito

A definição do termo SIG não é unânime, e surgem frequentemente distintas abordagens acerca do conceito. MAGUIRE (1991) defende que os SIG são um campo de difícil definição uma vez que são objecto de estudo e utilização por uma série de áreas do saber, e cada uma delas vai orientar o recurso, logo o conceito, aos SIG de acordo com as suas necessidades e objectivos.

De facto, os SIG são uma área que congrega muitas tecnologias, e desenvolve-se a partir da utilização que os utilizadores lhes conferem. Dentro destas utilizações, podem-se enumerar a Geografia, as Ciências do Ambiente, o Ordenamento do território, a Engenharia, a Estatística, entre muitas outras.

HEYWOODet al. (2002) referem que muitos autores optam por definir os SIG pelo que são, pela sua essência, outros preferem definir os SIG pelo que fazem, pelas suas capacidades. Finalmente, há abordagens que definem os SIG pelos seus componentes.

BURROUGH (1986) define os SIG como ferramentas para capturar armazenar, transformar e visualizar informação geográfica. Esta é uma perspectiva que, claramente, enfatiza a importância dos SIG como uma ferramenta de análise de dados espaciais. De forma mais abrangente, DUEKER eKJERNE (1989, in CHRISMAN, 1997) definem os SIG como sistemas integrados de hardware, software, dados, pessoas, organizações e técnicas para adquirir, armazenar, analisar e disseminar informação acerca de áreas da superfície terrestre. Numa tentativa de clarificar o conceito, MAGUIRE (1991) apresenta 11 diferentes propostas de definições do termo, por diferentes autores. Estas concepções, sendo distintas entre si, têm em comum o facto de assumirem que os SIG são sistemas integrados que lidam com informação geográfica.

Figura 1. Componentes dos SIG (Adaptado de PAINHO e PEIXOTO, 2002).

Nesta perspectiva, um SIG é um sistema de permite a integração, manipulação, analise e visualização, sob uma componente tecnológica (hardware e software), um tipo particular de dados - a informação geográfica - e seus atributos (por vezes não geográficos). Esta manipulação de informação faz-se de acordo com determinados métodos de análise, e sempre no âmbito de uma determinada organização e área de conhecimento - não se pode utilizar um SIG fora de uma determinada área de aplicação, por isso inclui sempre conceitos de diversas áreas.

sistemas automáticos de mapeamento; finalmente, sem a capacidade de armazenamento de objectos, por referenciação geográfica, em bases de dados, os SIG não poderiam gerir relações topológicas entre entidades geográficas.

No âmbito da definição dos SIG, evidenciam-se, nas distintas abordagens, visões que entendem os SIG como sistemas onde se destaca a importância do hardware e software, e, por outro lado, autores que apontam o processamento de informação e as aplicações como os aspectos centrais. CHRISMAN (1997) apresenta 3 grandes perspectivas de definição dos SIG: a) perspectivas que se focam nos mapas em formato digital; b) perspectivas que acentuam a importância do hardware e software; finalmente, c) perspectivas que apontam as aplicações como o ponto central nos SIG. Este autor defende que a maioria das perspectivas enfatiza o carácter tecnológico destes sistemas, e o conceito de SIG como uma ferramenta. No entanto, nota o autor, nenhuma ferramenta em momento algum é neutra, e é sempre produzida e utilizada dentro de um determinado contexto e com determinados objectivos.

Existem cada vez mais concepções que relativizam a dimensão tecnológica dos SIG, e abordam a temática de forma mais abrangente. São perspectivas dos SIG não somente como uma ferramenta ao serviço de determinadas ciências, mas como uma área do saber per si (MARK, 2003). LONGLEY et al. (2001) defendem que os SIG são muito mais que uma tecnologia, eGOODCHILD (1992) aborda a necessidade de se reconhecer ciência nos SIG e coloca a questão: GIS for Science or Science of GIS?

Surge, assim, o conceito de Ciência de Informação Geográfica, que se refere à ciência que está por trás do sistema (HEYHOODet al., 2002). LONGLEYet al. (2001) definem a Ciência de Informação Geográfica como o estudo dos conceitos fundamentais que advêm da criação, manuseamento, armazenamento e utilização de informação geográfica. Para estes autores, a Ciência de Informação Geográfica é, assim, o corpo do conhecimento que os SIG implementam e exploram.

2.1.2. A natureza da informação geográfica

espacial. No entanto, o conceito de informação espacial é mais abrangente, e pode referir-se também a informação acerca de lugares localizados noutras superfícies que não a terrestre (LONGLEYet al., 2001).

BURROUGH (1986) define informação geográfica como o tipo de informação que descreve a posição dos objectos enquadrados por um determinado sistema de coordenadas. Este autor refere ainda a particularidade desta informação por vezes possuir atributos que não estão relacionados com a posição, e de que entre os objectos geográficos se estabelecem inter-relações espaciais (inter-relações topológicas).

A natureza geográfica dos dados é um aspecto central das análises SIG. Este facto permite questionar onde se localiza determinado objecto, assim como do que se está em determinada localização (GOODCHILD, 1997). FISCHER et al. (1996) enumeram algumas vantagens da utilização de informação geográfica: a) garante um simples, mas útil, enquadramento para grandes conjuntos de dados; b) permite aceder a informação com base na localização dos objectos ou eventos; c) permite que objectos ou eventos de vários tipos possam ser inter-ligados; e, por fim, d) tanto em aplicações sociais como ambientais, a distância entre os diferentes objectos é sempre um importante factor determinante da interacção entre eles, e, como tal, importa a sua análise.

A informação geográfica não e somente mais um tipo de informação, conhecendo importantes particularidades. Em primeiro lugar, importa notar que a informação geográfica refere-se a dados acerca da superfície terra, e que, por isso, são afectados pela sua curvatura. Será necessário, portanto, atender aos sistemas de projecção e ao maior ou menor erro que poderá daí advir. Outra importante característica dos dados geográficos é a designada dependência espacial, ou seja, a propensão para as localizações próximas se influenciarem mutuamente, e possuírem atributos idênticos (GOOCHILD, 1992).

Contudo, não é somente a natureza dos dados que vai criar a individualidade das análises SIG, mas também a forma como estes estão organizados e armazenados. Como refere THILL

2.2. GIS-T

Os GIS-T, ou a aplicação dos SIG em transportes, embora tenham iniciado com o princípio do interesse pela temática GIS pela comunidade científica - muitos dos percursores dos SIG nas décadas de 1950 e 1960 nas Universidades de Washington e Northwestern eram, na verdade, investigadores em Transportes -, somente nas décadas mais recentes conheceram uma grande importância, tanto do âmbito da Ciência de Informação Geográfica como nos Transportes (THILL, 2000a).

entre eles, visível no facto de muitas vezes, numa mesma organização, estas ferramentas funcionarem num mesmo projecto, mas em tempos distintos, e sem qualquer integração. Actualmente, a relação entre os SIG e os transportes é já completamente distinta. Muito embora exista ainda um caminho a percorrer, nomeadamente a nível da orientação dos SIG para as necessidades específicas dos investigadores e decisores em sistemas de transportes (SPEAR e LAKSHMANAN,1998;GOODCHILD, 2000;THILL, 2000a), a verdade é que são já muitas as aplicações específicas que o mercado oferece, assim como são visíveis desenvolvimentos tecnológicos orientados especificamente para esta temática (a segmentação dinâmica é um bom exemplo).

Esta “reconciliação” ente os SIG e os transportes é hoje já evidente, tanto pela adopção da tecnologia e metodologias GIS-T por diversas organizações5, como por parte da comunidade cientifica: WATERS (1999) defende que os GIS-T são hoje das principais áreas de aplicação dos SIG e BLACK (2003) defende que os GIS-T são das mais importantes contribuições do Século XX para a Geografia do Transportes.

No entanto, apesar deste crescente interesse pelos GIS-T pela comunidade científica, visível num cada vez maior número de projectos de investigação e publicação de artigos científicos e na existência de uma conferência anual nos Estados Unidos da América sobre o tema6, ainda é muito limitado o número de bibliografia dedicada unicamente ao tema, e esta é bastante recente7 (são exemplos, THILL, 2000b; MILLER eSHAW, 2001; também LANG, 1999, embora esta publicação seja orientada unicamente para exemplos de aplicações da tecnologia ESRI aos transportes). Por outro lado, verifica-se um crescente número de livros a dedicarem-lhes uma parte, tanto do âmbito da Ciência de Informação Geográfica (designadamente, LONGLEY et al., 1999), como no âmbito da Geografia dos Transportes (HANSON, 1995; BLACK, 2003). Do lado da engenharia e planeamento de transportes é

Em inquérito realizado aos departamentos de transportes estaduais norte americanos (DOT- Department of Transportation), verificou-se que, dos 42 DOTs que responderam ao inquérito, somente 1 declarou não possuir qualquer ferramenta SIG. (Gis-T.org, 2005).

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GeoSpatial Information Systems for Transportation Symposíum, organizado anualmente desde 1987

pela AASHTO- American Association of State Highway and Transportation Officials. Mais

informação em www.gis-t.org.

7

igualmente evidente o crescente interesse pelos GIS-T (a este nível, ver, nomeadamente, as inúmeras publicações da Transportation Research Board8que se dedicam à temática).

2.2.1. A natureza dos GIS-T

A temática dos transportes é multidisciplinar, englobando, entre outros, aspectos como o Ambiente, a Economia, o Ordenamento do território e a Demografia. Nos estudos de transportes utilizam-se frequentemente dados de diversa natureza, e que não raras vezes se encontram em formatos distintos, oriundos de diferentes fontes, e com níveis de rigor desiguais. A particularidade destes dados é a sua natureza espacial, ou seja, são geralmente dados com uma determinada referenciação geográfica. A redescoberta por parte dos Transportes do espaço e do sítio é a razão pelo qual cresceu, nos anos 1950, o interesse da Geografia e da Ciência Regional por esta temática (THILL, 2000a).

De facto, os transportes são uma temática tipicamente geográfica, uma vez que toda a sua acção se baseia em deslocações entre pontos num determinado território, e é lá também onde se localizam as infraestruturas e equipamentos de apoio, os utilizadores, e é sobre o território que se evidenciam os impactes destes sistemas.

Por seu lado, os SIG são uma poderosa ferramenta em tarefas de integração de grandes quantidades de dados e de diversa natureza (espaciais e não espacias). Neste sentido, permitem, de forma eficiente, gerir uma diversidade de informação geográfica. Para GOODCHILD (2000), as economias de escala proporcionadas pelos SIG, derivadas da possibilidade de integração de uma série de funções de processamento e análise de diversos temas, sob uma estrutura de dados, foram a razão fundamental para o seu recente desenvolvimento. Assim, os SIG poderão constituir-se como uma importante ferramenta para análise e gestão de sistemas de transportes.

Há uma série de capacidades dos SIG que são de grande utilidade em estudos e gestão de sistemas de transporte, tais como a visualização de informação geográfica (e possibilidade de alterar a simbologia dos diversos temas), a edição de informação (adição de uma nova via,

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p.e.), as funções de buffering, geocodificação e sobreposição de temas (overlay). A facilidade que estes sistemas permitem na ligação a SGBD externas, na utilização, análise e integração de dados de diferentes fontes e tipos (espaciais ou não espaciais), com diferente nível de detalhe, e em distintos formatos, são outras vantagens que levam à sua utilização. Geralmente, os sistemas de transportes são estudados e geridos por uma série de entidades, a vários níveis, local, regional e nacional, e estes, por sua vez, utilizam escalas de análise distintas, derivados dos seus diferentes objectivos e competências. Não raras vezes também, os sistemas de transporte são estudados e geridos de forma separada por modo de transporte, e por infraestrutura e equipamento, originando muitas vezes, numa única organização, a existência de informação para a gestão dos fluxo de transporte privado, para a gestão do sistema de transportes colectivos, para a manutenção do pavimento, para a gestão das obras de arte, para a gestão da sinalética, etc., de forma separada, tanto a nível departamental como tecnológico (PETZOLD e FREUND, 1990; THILL, 2000a). A possibilidade de unificação e integração de toda a informação relativa aos sistemas de transporte são uma das maiores vantagens proporcionadas pelos SIG (GUPTA et al., 2003). Os GIS-T possibilitam análises integradas de todas as componentes de um sistema de transportes no seu contexto geográfico. No entanto, a aplicação dos SIG aos Transportes não é somente mais um domínio de aplicação dos SIG: pelas particularidades da temática, concretamente pela importância dada aos sistemas de transportes (FLETCHER, 2000) e às análises de redes (GUO eKURT, 2004) os GIS-T utilizam uma série de metodologias, modelos de dados e análises que lhes são particulares, e que geralmente não se encontram disponíveis num convencional software SIG comercial. Aspectos como a análise do caminho mais curto (shortest path), routing, análises de fluxos na rede e gestão de tráfego, análises de procura de transportes, áreas de influência de determinado local (um equipamento público, p.e.) pela infraestrutura de transportes, análises de acessibilidade multimodal, impacte dos sistemas de transportes, entre muitos outros, são análises que obrigam a determinadas metodologias e procedimentos de modelação particulares, assim como à utilização de tecnologias e ao desenvolvimento de algoritmos específicos, que não se encontram num convencional software SIG.

designados Sistemas de Transporte Inteligente (ITS- Intelligent Transportation System), designadamente em operações de navegação em tempo real.

VONDEROHE et al. (1993) designam os GIS-T como o produto resultante da junção de metodologias e tecnologias dos Sistemas de Informação Geográfica com os Sistemas de Informação de Transportes (TIS- Transportation Information Systems), tecnologia de modelação de sistemas de transportes (fig.2).

Figura 2. GIS-T: produto do cruzamento entre os SIG e os SIT (adaptado de VONDEROHEet al., 1993).

Esta inter-relação entre SIG e os Sistemas de Informação de Transportes (SIT) proporcionou que, de ambos os lados, se verificassem alterações e aproximações. Os SIT introduziram melhorias associadas à capacidade de armazenar e manipular dados com grande precisão geográfica; os SIG, por seu lado, adaptaram e criaram modelos de forma a melhor representar e analisar os sistemas de transportes e as suas particularidades. Esta aproximação entre estes sistemas teve por base a concepção do elemento localização como a base de toda a organização da informação.

2.3.A PARTICIPAÇÃO DOS SIG EM TRANSPORTES

Os GIS-T estão a constituir-se cada vez mais como uma importante elemento em tarefas de planeamento e gestão de transportes.

KHAN eARMSTRONG (2001) referem que os GIS-T podem ser importantes ferramentas ao serviço do planeamento e gestão dos transportes, dadas as vantagens que possibilitam ao nível da melhoria da flexibilidade e confiança das análises. A flexibilidade das análises é melhorada uma vez que os GIS-T asseguram análises com um nível de sofisticação que os softwares de modelação transportes não permitem, possibilitando a modelação de sistemas de transportes com grande quantidade (e variedade) de informação, assim como permitindo a realização de muitas análises espaciais, aumentando assim a eficiência das análises. Por outro lado, uma vez que permite a integração de dados espaciais com grande qualidade e precisão, facto que melhora a representação do território, garantem uma maior confiança nas análises.

Neste ponto abordaremos as funções SIG mais comuns e a forma de como estas funções podem participar em acções de planeamento e gestão de transportes.

2.3.1. Funcionalidades SIG mais comuns

Muitas das vantagens da utilização dos GIS-T em transportes advêm das funcionalidades SIG mais comuns, como a integração de dados, edição, análise espacial, as capacidades de mapeamento, etc., assim como do facto de que a informação relativa aos sistemas de transportes ser essencialmente espacial (GOODCHILD, 2000). Para além das capacidades específicas que se podem encontrar em sistemas GIS-T em termos de análises de redes, a generalidade dos SIG permite a realização de operações que poderão ser bastante vantajosas em estudos de transportes.

Integração e gestão da informação

tipos de dados, escalas, sistemas de projecção, etc.), as tarefas de planeamento e gestão de transportes beneficiam das capacidades de integração de dados em SIG.

WIGGINS et al. (2000) referem que, depois de fortes políticas de construção e dotação dos territórios com infraestruturas de transportes, a tendência será agora de optimizar o seu funcionamento, procurando-se, por um lado, aumentar sua eficiência, e, por outro, aumentar as possibilidades de escolha por parte dos cidadãos. Nestas tarefas de gestão, referem os autores, os SIG terão um papel decisivo.

Os SIG permitem reunir, de forma integrada, informação sobre as infraestruturas do sistema de transportes (rede rodo e ferroviária, pontes, túneis, sinas de trânsito, percursos de transportes públicos, paragens de transportes públicos, etc.), assim como informação sobre os usos do solo, dados sócio-económicos, a localização de determinados equipamentos, limites administrativos, entre muitos outros. Os objectos lineares são centrais em transportes, e os SIG possibilitam a sua integração com base em diferentes sistemas de referenciação (designadamente, sistemas de coordenadas ou em sistemas de referenciação linear).

A capacidade de integração é mesmo uma das maiores virtudes dos SIG para transportes, possibilitando reunir num só projecto informação que normalmente de encontra dispersa por diferentes entidades ou departamentos, assim como em diferentes programas de gestão de infraestruturas (PETZOLD eFREUND,1990;THILL, 2000a; GUPTAet al., 2003).

vez mais, além de estruturas técnicas e de engenharia de transportes, também estruturas de informação ao cidadão, aos média e ao sector privado, sobre o sistema e as condições de circulação em cada momento, pelo que necessitam de uma estrutura de gestão de informação integrada e eficiente.

Um exemplo de um modelo de dados integrado para gestão de dados de transportes é o GIS-T Enterprise Data Model de DUEKER eBUTLER (DUEKER eBUTLER,1997,2000;BUTLER e DUEKER,2001). Este consiste num modelo de gestão de dados de transportes para grandes organizações, com base na combinação de modelos de dados (base de dados orientadas ao objecto, com o armazenamento da rede topológica vectorial e utilizando sistemas de referenciação linear), onde combinam vários elementos referentes ao sistema de transportes. O objectivo deste modelo é criar uma única base de dados para ser utilizada por várias aplicações, sem a necessidade da criação de mecanismos de transferência de dados. Este modelo possibilita a integração de grandes quantidades de dados relativos a um sistema de transportes, incluindo elementos areais, como aeroportos ou parques de estacionamento. O ArcGIS Transportation Model (CURTIN et al., 2001) é igualmente um modelo que engloba uma extensa quantidade de dados do sistema de transportes, orientado para a gestão de infraestruturas, com a inclusão de elementos móveis do sistema (veículos).

Edição

As possibilidades de edição presentes na generalidade dos softwares SIG permitem, de forma bastante flexível e rigorosa, a integração, eliminação ou alteração de entidades geográficas. De facto, em SIG uma rede de estradas pode ser rapidamente actualizada aquando da construção de uma nova via, ou de operações de realinhamento, através da digitalização da mesma. Da mesma forma, operações de verificação e correcção nos dados são frequentemente necessárias, para que se crie uma rede conectada, necessária para análises de fluxos, e estas operações são efectuadas, de forma eficiente, em SIG.

Manipulação, visualização e mapeamento

Ferrovia, Estrada Nacional, etc.), e infraestruturas e equipamentos de apoio aos sistemas de transporte (central de camionagem, estação ferroviária, paragem de transportes públicos, etc.). Igualmente importante é a possibilidade de ligar as entidades cartográficas a outros documentos (fotografias, fichas, relatórios), o que pode ser de bastante útil para a inventariação e gestão de infraestruturas de transportes.

A simples possibilidade de visualização, em simultâneo, de informação vectorial (p.e., a rede de estradas) sobre informação raster (um ortofotomapa) pode ser de bastante importância para um analista de transportes.

Finalmente, a criação de outputs sob a forma de mapas temáticos é outra vantagem, dado que permite uma mais fácil transmissão da informação a diferentes públicos: a apresentação de resultados, entre outras, sob a forma de mapas temáticos permite uma melhor compreensão e aceitação das possíveis alterações no sistema de transportes por parte do público e dos decisores políticos. Os SIG podem ter um importante papel em transportes, tanto pelas suas capacidades de análise, como na forma como essas análises são interpretadas e disseminadas, permitindo diminuir o fosso entre as análises e a comunicação (SPEAR eLAKSHMANAN,1998; MILLER eSHAW, 2001).

Sobreposição (Overlay)

maior dificuldade em sistemas SIG (SPEAR e LAKSHMANEN, 1998). Assim, é necessário utilizar a sobreposição de eventos de segmentação dinâmica (ponto-sobre-linha e linha-sobre-linha), onde se analisa a coincidência de diferentes eventos (os atributos da rede) num determinado eixo (route), e se apresenta essa coincidência espacial destes elementos sob a forma gráfica (somente se apresentam os eventos onde existe sobreposição espacial) e numa nova tabela.

Área de vizinhança (Buffer)

É uma operação SIG de uma só camada que, embora computacionalmente complexa, é conceptualmente bastante simples: trata-se de definir o crescimento de uma zona em volta de uma determinada entidade geográfica. Estas análises criam uma área à volta dos elementos onde se pretende realizar a análise, de distância definida pelo utilizador, criando, deste modo, uma nova entidade poligonal. Podem-se realizar buffers a entidades ponto (cria-se um circulo à volta do ponto), linha (cria um polígono à volta da linha), ou áreas (cria um novo polígono à volta da área). Os buffers de entidades lineares podem também ser realizadas somente para um dos lados da entidade (lado esquerdo ou direito); nos buffers a entidades areais há a possibilidade da definição do buffer para o exterior ou interior do elemento.

Esta ferramenta tem imensas funcionalidades para transportes: permite, p.e., determinar número de população ou habitações que estão numa determinada proximidade de paragens de transportes colectivos; definir uma área tampão à volta de um eixo de transportes (para salvaguarda de aspectos ambientais como o ruído, p.e.); de igual forma, pode ser um elemento importante aquando do planeamento de construção de um novo eixo de transportes, ao definir as áreas que terão que ser utilizadas para a nova implantação, possibilitando, através do cruzamento desta informação (sobreposição) com a carta dos usos do solo ou informação cadastral (proprietários dos terrenos a contactar), importantes elementos de análise e gestão.

Consulta (Query)

Há dois tipos de queries em SIG (HEYHOOD et al., 2002): espaciais e não-espaciais. As queries não-espaciais podem ser do género:”quantas paragens de autocarro existem?”. Nestas, não há nenhuma análise espacial, uma vez que nem na pergunta nem na resposta se analisam os atributos espaciais da informação, podendo ser realizadas em SIG ou directamente em SGBD. Por outro lado, as queries espaciais referem-se às propriedades espaciais da informação, e respondem a questões como “onde se localiza a paragem 120?”. Esta localização é assim apresentada e mapeada.

Uma importante função destas análises é a possibilidade de combinação de condições, através da utilização de operadores boleanos (AND, OR, NOT, XOR). Isto permite-nos, nomeadamente, inquirir o sistema acerca dos eixos viários onde o estado de conservação está “Mau”, e cujo volume de tráfego diário é superior a 50.000 viaturas. A capacidade de combinar análises a partir de pesquisas espaciais com queries condicionais é outra importante funcionalidade para transportes (WATERS, 1999).

Modelação do terreno 3D

A modelação 3 D (em formato de dados raster ou através da criação de uma rede irregular de triângulos, um TIN) cria uma superfície onde se pode visualizar, a 3 dimensões, a morfologia do terreno e mesmo os objectos (p.e., construções). Esta possibilidade pode ser de grande utilidade em tarefas de planeamento e desenho de novas infraestruturas de transportes. Usualmente, exporta-se os modelos 3D de SIG para softwares de desenho de infraestruturas, e o modelo 3D será um suporte ao desenho e concepção dos novos eixos; posteriormente, integra-se a informação geográfica dos eixos a criar para SIG (GUPTAet al., 2003).

Georeferenciação de endereços (Geocoding)

2.3.2. Ferramentas SIG na modelação de transportes

Nas tarefas de planeamento há uma série de modelos conceptuais de análise, para diferentes momentos da avaliação do sistema de transportes. Os sistemas de modelação de planeamento de transportes urbanos (UTMPS - Urban Transportation Modeling Planning Systems) incorporam tradicionalmente quatro grupos de modelos/fases de modelação (MILLER e STORM,1996;WATERS,1999;MILLER eSHAW,2001;BERGLUND, 2001a; RODRIGUE et al., 2004):

Geração de viagens (Trip generation): procuram prever e analisar o número de viagens produzidas em cada área;

Distribuição das viagens (Trip distribution): estes modelos procuram avaliar para onde se deslocam as viagens, ou seja, estudar para que destinos acontecem as deslocações;

Escolha dos modos de transporte (Modal Split): modelos que procuram analisar a utilização dos diferentes modos de transportes pela população, dadas as opções existentes; Utilização da rede (Network assignment): este grupo de modelos procuram avaliar os fluxos de tráfego nos diversos eixos de transportes, por resultado das viagens origem-destino, ou seja, estudar por que eixos verdadeiramente se efectuam as deslocações. A modelação UTMPS surgiu na década de 1960 e os seus princípios ainda são actualmente largamente utilizados. Baseia-se na realização de uma série de modelos sequenciais, onde a informação de uma fase vai ser utilizada ou confrontada com a informação do modelo seguinte, para deste modo se atingir um equilíbrio entre eles. Utiliza dados agregados a zonas de determinado espaço urbano (normalmente, uma cidade ou um área metropolitana) para estimar as viagens que se produzem em cada zona e propor possíveis alterações na rede de transportes (GOLLEDGE e STIMSON, 1997). É, portanto, uma abordagem que estuda as grandes fases de planeamento e gestão dos transportes, desde a geração da procura, até à utilização das infraestruturas de transporte. Nestes modelos várias metodologias de análise espacial e modelos estatísticos podem ser utilizados9.

WATERS (1999) e MILLER eSHAW (2001) apresentam vários exemplos e metodologias a que podem

MCCORMACK eNYERGES (1997) sugerem a inclusão de duas fases adicionais no processo de modelação UTMPS, uma vez que as tradicionais quatro fases ignoram a criação de informação inicial para a definição de áreas de análise, assim como uma avaliação final das alternativas em relação ao sistema de transportes. Deste modo, sugerem a criação de uma fase inicial de Definição de zonas de análise (Land use zones), que consistiria no desenho de zonas mais ou menos homogéneas com base nas suas características em termos de usos do solo e aspectos sócio-económicas (são zonas de criação e atracção dos fluxos, também designadas por TAZ - Traffic Analyses Zones); no final do processo, uma nova fase, designada de Análise de alternativas (Alternative analyses), onde se avaliariam alternativas à actual configuração do sistemas de transportes.

Os softwares de modelação de transporte são tradicionalmente as ferramentas utilizadas para a criação e implementação destes modelos. No entanto, os SIG em geral, e os GIS-T em particular, podem participar em determinados momentos destes processos de modelação do sistemas de transportes, e, pelas suas características funcionais, melhorar mesmo estes processos.

A tabela 1 apresenta as possibilidades de participação dos SIG nas diferentes fases de modelação de um sistema de transportes (MCCORMACK e NYERGES, 1997). Nesta tabela, apresentam-se as capacidades de utilização das funções que usualmente se podem encontrar num software SIG, no que respeita à gestão, manipulação e análise de dados espaciais, em tarefas de modelação de sistemas de transportes. A diferença entre estas funções SIG é ao nível da intensidade de processamento de dados: a gestão de dados espaciais refere-se às possibilidades de armazenamento eficiente dos dados (é a primeira forma de aceder à informação); a manipulação dos dados diz respeito à alteração da substância ou da forma dos dados, de maneira a torna-los de mais de acordo com determinadas análises; finalmente, a utilizam-se funções de análise para derivar informação dos dados.

GIS Function Model Stage Land use zones Trip generation Trip distribution Mode Choice Network assignment Alternative analyses

Spatial data management

Spatial data description Estrutura da rede/ network structure Locational reference ? Locational cross-reference ? Spatial sorting Spatial indexing

Both Spatial and Attribute Data

managemant

Subchema capability

Database size Data definition Catalog

Spatial data manipulation

Structure conversation Object conversation Coordinate conversation Spatial selective retrieval

Locational classification Location simplification ? Location aggregation Location desaggregation Spatial clustering Centroid link Micro-macro hierarchy ? ? ? ?

Both Spatial and Attribute Data

manipulation

Node link attribution Variable lengh segmentation

Spatial Anilyses Functions

Spatial object measurement Spatial descriptive statistics Inferential spatial statistics ? Overlay operators Network indices Routing Simulation Model structuring Muito útil Útil

? Possivelmente útil

Pela análise da tabela 1, verifica-se que os SIG podem participar em diversos momentos do processo de modelação de transportes. É nas fases iniciais e finais dos processos de modelação de transportes onde as funcionalidades SIG são mais evidentes e trazem maiores vantagens, em concreto na Definição de zonas de análise, na Utilização da rede e na avaliação de Análises alternativas ao sistema. Estas são as fases onde o processo de modelação utiliza com maior importância relativa informação espacial, tanto de input, como de output. As funções de gestão de dados permitem assegurar uma incorporação de muitos dados nas análises de criação de zonas homogéneas de transportes; o mesmo acontece nas fases de utilização da rede e análises de alternativas. Na fase de modelação da utilização da rede, estes sistemas permitem uma rigorosa representação da rede de transportes, o que traz obvias vantagens em termos de maior realismo a todo o processo. A flexibilidade de manipulação de dados em SIG é igualmente de bastante utilidade para a definição de zonas em funções das suas características (agregação/desagregação de dados, criação de clusters espaciais), assim como na gestão de tráfego (p.e., possibilidade de criação de centroides em áreas para representar os dados desses polígonos e, posteriormente, os ligar às redes; simplificação de elementos lineares para utilização de dados em diferentes níveis de detalhe; alteração de estrutura dos dados vectorial/raster, etc.). Finalmente, as funções SIG de análise espacial poderão ser utilizadas em todas as fases de modelação, destacando-se a fase de Utilização da rede, onde beneficia das capacidades de análises de redes em SIG, assim como de outras funções de análise espacial mais tradicionais (como a sobreposição de camadas de informação).

unidades de área modificáveis10 (modifiable areal units) e a forma como este problema poderá ter influência da definição das zonas de análise de tráfego.

A menor participação nas fases de modelação intermédias, em concreto, nos modelos de geração de viagens, distribuição de viagens, e de escolha do modo de transporte advêm de algumas limitações que os SIG ainda conhecem para aplicações específicas em transportes. Ainda que existam bastantes desenvolvimentos a nível conceptual e de aplicações (a segmentação dinâmica, os algoritmos, cada vez mais sofisticados e eficientes, de modelação e análise de redes), há ainda um grande caminho a percorrer no sentido de melhor lidar com as características únicas dos sistemas de transportes (SPEAR e LACKSHMANAN, 1998; GOODCHILD, 2000; THILL, 2000a). Estas limitações incluem insuficiências de dotações destes sistemas (mesmo dos GIS-T) de algoritmos para resolução de problemas específicos de transportes, de limitações ao nível dos operadores lineares existentes (a sobreposição de temas de dados lineares é um exemplo; MCCORMACK e NYERGES, 1997), assim como ao nível dos modelos de dados actualmente suportados em SIG.

No que respeita aos modelos de dados, um aspecto central é a dificuldade dos SIG em incorporar dados organizados em matrizes (GOLLEDGE, 1998). As matrizes são um elemento crítico em transportes e os GIS-T devem ter a possibilidade de visualizar, manipular, editar, e realizar operações e cálculos sobre as mesmas (WATERS, 1999). Entre outras fases do processo de modelação de transportes, a análise da distribuição de viagens utiliza dados de deslocações, com base nas suas origens e destinos. Esta informação geralmente é armazenada e organizada em matrizes O-D, onde as colunas e as linhas representam o mesmo conjunto de elementos/ entidades (determinados equipamentos, zonas, ou mesmo cidades, dependendo da escala de análise). Nestas matrizes, as linhas são geralmente as origens, e as colunas os destinos; os dados mostram os diferentes fluxos existentes entre estes locais (tabela 2).

Problema de unidade de área modificável: refere-se à alteração das unidades espaciais de representação da informação. Muitos dados em SIG são de natureza contínua no espaço, mas são separados e agrupados dentro de determinados limites, criando-se separações e grupos artificiais. Por exemplo, os dados populacionais são recolhidos numa unidade não modificável (a habitação), e são apresentados em unidades de área modificáveis, como os limites administrativos ou as secções e sub-secções, que são arbitrárias do ponto de vista estatístico, podendo inferir em erro alguns os dados que apresentam (colocar dados numa determinada classe/ área, quando poderiam/ deveriam estar noutra).

A B C D E TD A 0 2 3 3 6 14

B 10 0 5 2 7 24 C 12 14 0 22 8 56 D 0 2 4 0 0 6 E 4 5 3 12 0 24

TO 26 23 15 39 21 248

Tabela 2. Estrutura de dados em matriz O-D.

Por seu lado, a generalidade dos SIG (no modelo de dados vectorial) utiliza tabelas relacionais para armazenamento da informação. Nestes modelos as linhas são as entidades, sendo os seus atributos armazenados nas colunas. Deste modo, este modelo de dados não consegue manipular informação de matrizes.

Uma vez que as matrizes são a base de muitas análises em transportes, os GIS-T devem ter a possibilidade de criar e editar essas matrizes. O software GIS-T TransCAD permite seleccionar conjuntos de colunas, que podem não ser idênticas às linhas, criando matrizes (WATERS, 1999). No entanto, muitas melhorias a este nível são ainda necessárias.

SPEAR e LAKSHMANAN (1999) apresentam três funções de manipulação de matrizes essenciais e que os deverão ser possíveis de realizar em SIG para uma maior participação destes sistemas na modelação UTMPS:

1. Criar e manipular matrizes O-D: os SIG devem possibilitar a organização de dados tabulares em matriz, permitindo que matrizes O-D criadas fora dos SIG possam ser lidas. Além disso, são necessárias capacidades de edição em SIG, permitindo aos utilizadores alterações simples como o valor individual das células, criar ou eliminar linhas e colunas, realizar operações de soma e subtracção entre diferentes matrizes do mesmo tamanho (referentes à mesma área, às mesmas entidades).

entidades à rede (ligar um ponto, ou um centroide de uma área à rede respectiva). Outra necessidade é a capacidade de associar ao nó mais próximo alguma localização que se encontre fora da rede, ou criar um arco de conecção com a rede (access link).

3. Atribuir uma matriz O-D aos arcos da rede: necessidade dos SIG incorporarem matrizes O-D e executarem análises de redes sobre as mesmas, como o cálculo de caminhos mínimos e a posterior realização de análises de fluxos sobre os diversos arcos, com base nos dados de origem e destinos.

2.4.REPRESENTAÇÃO DE SISTEMAS DE TRANSPORTES EM SIG:

MODELOS DE DADOS GIS-T

2.4.1. Os princípios teóricos: Teoria de grafos

A representação e análise de redes de transportes baseiam-se em alguns princípios da teoria de grafos. Grafos são conjuntos de pontos que estão conectados, de forma directa ou não, com outros pontos por intermédio de linhas (Hagget e Chorley, 1969). Não há, nos grafos, preocupação com o comprimento das linhas, nem com a sua forma.

A teoria dos grafos pode ser definida como uma formulação matemática relativa à forma de como as redes podem ser representadas e analisadas. Assim, a representação de uma rede implica uma abstracção, e é realizada neste modelo a partir de um conjunto de pontos, designados vértices, interconectados por linhas (edges). Deste modo, um Grafo (G) é um conjunto de vértices (V) conectados por linhas (L), ou seja, G = (V, L) (Rodrigue et al. 2004). Os vértices são pontos iniciais/ terminais ou intersecções de linhas. Em transportes, podem representar uma localidade, uma paragem, um cruzamento de vias, ou um terminal de transportes. As linhas (edges), por sua vez, representam as ligações entre os vértices. Em transportes, podem representar conecções físicas (canais por onde o movimento se desenvolve, como estradas, linhas de caminho de ferro, etc.) ou representações lógicas (no caso do transporte aéreo ou marítimo). No primeiro caso, a rede será a representação espacial das linhas, e estas serão o elemento central no grafo, ao passo que no segundo são os elementos pontuais que se destacam.

Figura 3. Representação de uma rede de transpores (A) através de um grafo (B) (adaptado de HAGGETT eCHORLEY, 1969).

A preocupação essencial da representação de uma rede num grafo é a consistência topológica. Assim, todas os vértices têm que estar pelo menos ligados a uma linha, e esta define-se pelos vértices que liga (Exemplo: E1 {V1, V3}). As linhas podem ser direccionais (movimento num único sentido) ou não direccionais (assume-se que o movimento é permitido em ambos os sentidos). Podem também existir sub-grafos, que são grafos desconectados do grafo inicial.

Os grafos podem ainda ser distinguidos entre planos (planar-graph) ou não planos (non- planar graph). Os grafos designam-se planos quando as relações acontecem sobre um único plano, dando origem necessariamente a um vértice em todas as intersecções de dois arcos; por sua vez, designam-se não planos quando não há a necessidade de existirem vértices em todas as intersecções, ou seja, quando não existem vértices em pelo menos uma intersecção. Nestes casos, assume-se que estas intersecções se dão em planos distintos, dando origem a um grafo com uma terceira dimensão, permitindo, deste modo, movimentos sob e/ou sobre a rede. Os sistemas de transportes são exemplos de grafos não planos sempre que existam viadutos, túneis ou pontes (LAURINI eTHOMPSON, 1992).

CHORLEY, 1969): a) número de sub- grafos não conectados; b) número de linhas; c) número de vértices.

A teoria de grafos permite também análises mais complexas, como a avaliação da ordem de um vértice (número de ligações directas que um vértice possui num grafo), e o cálculo de uma série de índices, como o Índice Beta (mede a conectividade num grafo, pela avaliação do número de linhas com o número de vértices), o Índice Gama (mede a conectividade de um grafo, considerando o número total de linhas existente e o número possível), entre muitos outros (RODRIGUEet al., 2004).

Na teoria de grafos, quando um grafo possui interacção e movimento é designado por grafo com valor (valued graph), ou simplesmente por rede(FISCHER, 2003). A representação de um sistema de transportes pode ser designada por uma rede, uma vez que representa o movimento de pessoas, veículos ou mercadorias num determinado território. Neste caso, os elementos pontuais são designados por nós (ou nodos), e os elementos lineares, que conectam os diferentes nós de uma rede, designam-se por arcos.

2.4.2. O modelo arco-nó

A teoria dos grafos desenvolveu alguns conceitos teóricos para a representação e análise de uma rede de transportes. No entanto, este modelo conhece muitas insuficiências em tarefas de modelação de transportes: é necessário, para muitas análises, a representação digital da rede e o seu armazenamento e manipulação num sistema de informação (RODRIGUEet al., 2004).

seu eixo, e que, num sistema de transporte, funcionam como os canais por onde o movimento da rede ocorre, podendo ser direccionais ou não.

Neste modelo, todos estes objectos geográficos (nós e arcos) são codificados e armazenados em bases de dados pelo modelo relacional. Assim, a tabela dos nós contem obrigatoriamente um identificador (ID); por sua vez, a tabela dos arcos terá que possuir um identificador, e a codificação do nó de origem e do nó de destino (ID; FNode; TNode) (GOODCHILD, 1998). A figura 4 apresenta a organização deste modelo (de notar que o sentido das setas refere-se ao sentido de digitalização dos arcos).

Node_ID Atributos 1 … 2 … 3 … 4 … 5 … 6 …

Arc_ID FNode TNode Atributos

70 1 2 … 71 2 3 … 72 3 4 … 73 2 5 … 74 5 3 … 75 5 6 …

Figura 4. Representação básica do modelo de dados arco-nó.