Controle realimentado de intervalo entre ônibus com ganho variável de acordo com o carregamento

Abstract

A regularidade no cronograma de ônibus em linhas de baixa frequência ou a manutenção de intervalos em linhas de alta frequência são desejados por usuários e operadores de transporte coletivo. O controle dos instantes de partida dos ônibus por meio de retenção é uma técnica usada com esta finalidade, porém a sua aplicação pode incorrer em atraso para os usuários que estão embarcados. Zimmermann (2016) comparou diferentes métodos da literatura com um método de controle preditivo e identificou, com o último, melhoria considerável com uma ação de controle concentrada em estações ao longo do itinerário nas quais os ônibus estavam mais vazios. Com base nesses resultados, propõe-se duas técnicas de controle realimentado mais simples matemática e computacionalmente do que o controle preditivo que mantenham a característica de retenção em locais de menor carregamento dos ônibus. As novas técnicas baseiam-se na definição de um ganho variável para métodos de retenção por controle realimentado que faz com que retenções sejam aplicadas quando o ônibus tem um baixo carregamento, de maneira a reduzir a espera na estação sem penalizar muitos usuários embarcados. A primeira técnica proposta utiliza apenas dados do histórico do carregamento para redistribuir o ganho nominal ao longo do itinerário. A segunda, consiste em um controlador adaptativo com ganhos internos definidos pelo carregamento histórico, mas que usa a informação de carregamento em tempo real para definir o valor do ganho variável para um ônibus em uma determinada estação no instante de cálculo de retenção. As técnicas são combinadas aos métodos da literatura de controle de intervalo à frente (FH) e de controle de intervalo à frente e atrás (TWH), ambos do tipo realimentado. Esses dois controladores com ganho variável são comparados com os controladores correspondentes com ganho fixo, com um método que aplica apenas regulagem no terminal de origem, e com o próprio método de controle preditivo que inspirou seu desenvolvimento. O cenário dos testes é um corredor BRT modelado em ambiente de microssimulação com dois padrões de demanda diferentes. Resultados mostram que o método de controle preditivo continua apresentando os melhores resultados entre aqueles comparados. No entanto, as técnicas de variação do ganho propostas melhoram significativamente o desempenho do sistema em relação ao uso de um ganho fixo e aproximam seu comportamento seletivo ao carregamento àquele do controle preditivo.

Abstract: Public transport users and operators seek regular schedules in low frequency lines or headway maintenance in high frequency lines. Holding-based control methods are known techniques with that goal, but their application could incur delays for on-board passengers. Zimmermann (2016) compared different control methods from the literature with a predictive controller and identified an improvement in performance when the latter focused its holding at those stations along the itinerary for which the bus was emptier. Based on those results, this work proposes two feedback control techniques, both mathematically and computationally simpler than the predictive controller, but able to emulate its behaviour. The techniques define a variable gain throughout the route in order to apply longer holding times to the emptier buses so as to decrease the station delay without penalising the passengers on board. The first technique is based only on historic data of the bus loading to redistribute the nominal gain along the route. The second one consists of an adaptative controller with internal gains also based on the historic data, but that uses in real-time information from the bus loading to regulate the holding gain in the instant of its calculation. The techniques are combined with the traditional forward headway (FH) and two-way headway (TWH) holding feedback control methods. Both proposed techniques are compared with the traditional methods with fixed gain through the itinerary, with a method that applies some slack time only in the terminal station, and with the predictive control method that inspired the suggested solutions. The microsimulation environment used for the tests uses a scenario of a BRT corridor and two different demand patterns. Results show that the predictive control continues to provide the best results, but the proposed techniques improve significantly the traditional methods and are able to approximate the predictive control method's behaviour.