Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus
| Ano de defesa: | 2025 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEU
|
| Departamento: |
Não Informado pela instituição
|
| País: |
Não Informado pela instituição
|
| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23086 |
Resumo: | In the context of the climate emergency, where cities have a significant impact on greenhouse gas emissions, the transport sector is one of the main contributors to both emissions and the depletion of non-renewable resources. This thesis presents an analysis of the impact of integrating sustainability strategies into bus public transport systems to reduce carbon dioxide (CO2), particulate matter (PM), and nitrogen oxide (NOx) emissions. The modelling approach considered the perspectives of passengers, operators, and the community within the transport planning process, while simultaneously addressing environmental, economic, and social sustainability aspects. A multi-objective optimisation model was developed for the Urban Transport Network Design Problem, whose decision variables were the implementation of exclusive bus lanes and the electrification of bus fleets. The objective functions aimed to minimise the construction, acquisition, maintenance, and operation costs, as well as the construction and operational emissions of a bus public transport system. The European Environment Agency's model was used for the emission modelling formulation; it takes into account the technology and category of the vehicles and their operating speed, the latter being a linking parameter between the two decision variables. To solve the mathematical model, the metaheuristic NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) was employed, which was applied to the city of Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. The case study was defined based on a qualitative analysis of principles and an investigation of the availability of open data in Brazilian state capitals. The results indicated that the strategies proposed are capable of improving the quality of public transport systems by reducing CO2, PM and NOx emissions. The scenario analysis demonstrated that when the measures were applied jointly, using overnight and opportunity charging during the day, the costs, although high, yielded greater environmental and social benefits for passengers and the community, with reductions in operational emissions compared to the baseline scenario of approximately 39.1 to 57.8% for CO₂, 92.9 to 94.9% for PM, and 86.3 to 90.5% for NOx. As contributions, this thesis sought to overcome the gap between mathematical complexity and application complexity by using an emission model dependent on bus technology, category, and operating speed, and by applying it to a large-scale network. |
| id |
SCAR_69ae7c51792e40905c25e1e9fe9778b9 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23086 |
| network_acronym_str |
SCAR |
| network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| repository_id_str |
|
| spelling |
Borchers, TatianeFernandes, Ricardo Augusto Souzahttp://lattes.cnpq.br/0880243208789454http://lattes.cnpq.br/5093971220777490https://orcid.org/0000-0002-0186-6661Almeida, Madson Cortes deRabelo, Ricardo de Andrade LiraSanches, Danilo SipoliBorges, Fábbio Anderson Silvahttp://lattes.cnpq.br/7592852392858067http://lattes.cnpq.br/2263553634422386http://lattes.cnpq.br/6377657274398145http://lattes.cnpq.br/53780069865235672025-11-25T18:50:19Z2025-10-29BORCHERS, Tatiane. Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Urbana) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23086.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23086In the context of the climate emergency, where cities have a significant impact on greenhouse gas emissions, the transport sector is one of the main contributors to both emissions and the depletion of non-renewable resources. This thesis presents an analysis of the impact of integrating sustainability strategies into bus public transport systems to reduce carbon dioxide (CO2), particulate matter (PM), and nitrogen oxide (NOx) emissions. The modelling approach considered the perspectives of passengers, operators, and the community within the transport planning process, while simultaneously addressing environmental, economic, and social sustainability aspects. A multi-objective optimisation model was developed for the Urban Transport Network Design Problem, whose decision variables were the implementation of exclusive bus lanes and the electrification of bus fleets. The objective functions aimed to minimise the construction, acquisition, maintenance, and operation costs, as well as the construction and operational emissions of a bus public transport system. The European Environment Agency's model was used for the emission modelling formulation; it takes into account the technology and category of the vehicles and their operating speed, the latter being a linking parameter between the two decision variables. To solve the mathematical model, the metaheuristic NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) was employed, which was applied to the city of Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. The case study was defined based on a qualitative analysis of principles and an investigation of the availability of open data in Brazilian state capitals. The results indicated that the strategies proposed are capable of improving the quality of public transport systems by reducing CO2, PM and NOx emissions. The scenario analysis demonstrated that when the measures were applied jointly, using overnight and opportunity charging during the day, the costs, although high, yielded greater environmental and social benefits for passengers and the community, with reductions in operational emissions compared to the baseline scenario of approximately 39.1 to 57.8% for CO₂, 92.9 to 94.9% for PM, and 86.3 to 90.5% for NOx. As contributions, this thesis sought to overcome the gap between mathematical complexity and application complexity by using an emission model dependent on bus technology, category, and operating speed, and by applying it to a large-scale network.No contexto de emergência climática, onde as cidades têm um impacto significativo nas emissões de gases de efeito estufa, o setor de transportes está entre os principais responsáveis tanto pelas emissões como também pelo esgotamento de recursos não renováveis. Esta tese traz uma análise do impacto da inserção de estratégias de sustentabilidade em sistemas de transporte público por ônibus para redução de emissões de dióxido de carbono (CO2), material particulado (MP) e óxidos de nitrogênio (NOx). Foi elaborada uma modelagem que considera as perspectivas de passageiros, operadores e da comunidade geral dentro do processo de planejamento de sistemas de transporte, ao mesmo tempo que abordava aspectos de sustentabilidade ambiental, econômica e social. Nesse sentido, foi definido um modelo de otimização multiobjetivo para o problema do projeto de rede de transporte público urbano, cujas variáveis de decisão foram a implantação de vias exclusivas para transporte público e a eletrificação das frotas de ônibus. As funções objetivo buscaram minimizar os custos de construção, aquisição, manutenção e operação e as emissões de construção e operação de um sistema de transporte público por ônibus. O modelo da Agência Europeia do Ambiente foi utilizado para a formulação do modelo de emissões, uma vez que ele leva em consideração a tecnologia e categoria dos veículos e a velocidade de operação, a última sendo parâmetro de ligação entre as duas variáveis de decisão. Para resolver o modelo matemático foi empregada a metaheurística NSGA-II (Algoritmo genético de classificação por não dominância II, do inglês Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II), sendo este aplicado à cidade de Belo Horizonte - MG. O estudo de caso foi definido a partir de análise qualitativa sobre os princípios e investigação da disponibilidade de dados abertos nas capitais estaduais brasileiras. Os resultados obtidos apontaram que as estratégias propostas são capazes de melhorar a qualidade dos sistemas de transporte público, diminuindo as emissões de CO2, MP e NOx. A análise dos cenários demonstrou que quando as medidas foram aplicadas conjuntamente, com utilização de recarga noturna e de oportunidade durante o dia, os custos embora elevados trouxeram maiores benefícios ambientais e sociais para passageiros e a comunidade em geral, com reduções de emissões operacionais em relação ao cenário base da ordem de 39,1 a 57,8% para CO2, de 92,9 a 94,9% para MP e 86,3 a 90,5% para NOx. Como contribuições, buscou-se superar a lacuna de complexidade matemática em relação à complexidade de aplicação, com a utilização de um modelo de emissões dependente da tecnologia, categoria e velocidade de operação dos ônibus e aplicação em uma rede de grande porte.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)88887.682401/2022-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)57645446, Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEUUFSCarhttps://ieeexplore.ieee.org/document/10508372Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessClimate changeMulti-objective optimisationPublic transportationSmart citiesSustainabilityTransport emissionsENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES::PLANEJAMENTO DE TRANSPORTES11. Cidades e Comunidades SustentáveisCidades inteligentesEmissões de transporteMudanças climáticasOtimização multiobjetivoSustentabilidadeTransporte públicoProjeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibusUrban public transport network design: a multi-objective optimisation approach to priority infrastructure and bus fleet electrificationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Borchers_Tatiane.pdfTese_Borchers_Tatiane.pdfapplication/pdf27424871https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d7e1e965-6a9c-4a56-8b9c-b818ca4f6985/download455eaabbace75c1155f2a55e2abc11b3MD51trueAnonymousREADTEXTTese_Borchers_Tatiane.pdf.txtTese_Borchers_Tatiane.pdf.txtExtracted texttext/plain103037https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3ecaca0c-2a84-4075-a3c9-6d4f6997a7f6/downloadee3a38a23346b305a919a7749701d225MD54falseAnonymousREADTHUMBNAILTese_Borchers_Tatiane.pdf.jpgTese_Borchers_Tatiane.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4086https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/21e54ab0-0682-429a-abcd-0b21dc867fd4/download40b04f903492d86802f4dd1efe0825efMD55falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1a640f3f-f776-40d9-9e08-fe484ff5e8e6/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD53falseAnonymousREAD20.500.14289/230862025-11-26T03:04:32.384622Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23086https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-11-26T03:04:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Urban public transport network design: a multi-objective optimisation approach to priority infrastructure and bus fleet electrification |
| title |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| spellingShingle |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus Borchers, Tatiane Climate change Multi-objective optimisation Public transportation Smart cities Sustainability Transport emissions ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES::PLANEJAMENTO DE TRANSPORTES Cidades inteligentes Emissões de transporte Mudanças climáticas Otimização multiobjetivo Sustentabilidade Transporte público 11. Cidades e Comunidades Sustentáveis |
| title_short |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| title_full |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| title_fullStr |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| title_full_unstemmed |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| title_sort |
Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus |
| author |
Borchers, Tatiane |
| author_facet |
Borchers, Tatiane |
| author_role |
author |
| dc.contributor.authorlattes.none.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5093971220777490 |
| dc.contributor.authororcid.none.fl_str_mv |
https://orcid.org/0000-0002-0186-6661 |
| dc.contributor.referee.none.fl_str_mv |
Almeida, Madson Cortes de Rabelo, Ricardo de Andrade Lira Sanches, Danilo Sipoli Borges, Fábbio Anderson Silva |
| dc.contributor.refereeLattes.none.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7592852392858067 http://lattes.cnpq.br/2263553634422386 http://lattes.cnpq.br/6377657274398145 http://lattes.cnpq.br/5378006986523567 |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Borchers, Tatiane |
| dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Fernandes, Ricardo Augusto Souza |
| dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0880243208789454 |
| contributor_str_mv |
Fernandes, Ricardo Augusto Souza |
| dc.subject.eng.fl_str_mv |
Climate change Multi-objective optimisation Public transportation Smart cities Sustainability Transport emissions |
| topic |
Climate change Multi-objective optimisation Public transportation Smart cities Sustainability Transport emissions ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES::PLANEJAMENTO DE TRANSPORTES Cidades inteligentes Emissões de transporte Mudanças climáticas Otimização multiobjetivo Sustentabilidade Transporte público 11. Cidades e Comunidades Sustentáveis |
| dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE TRANSPORTES::PLANEJAMENTO DE TRANSPORTES |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Cidades inteligentes Emissões de transporte Mudanças climáticas Otimização multiobjetivo Sustentabilidade Transporte público |
| dc.subject.ods.none.fl_str_mv |
11. Cidades e Comunidades Sustentáveis |
| description |
In the context of the climate emergency, where cities have a significant impact on greenhouse gas emissions, the transport sector is one of the main contributors to both emissions and the depletion of non-renewable resources. This thesis presents an analysis of the impact of integrating sustainability strategies into bus public transport systems to reduce carbon dioxide (CO2), particulate matter (PM), and nitrogen oxide (NOx) emissions. The modelling approach considered the perspectives of passengers, operators, and the community within the transport planning process, while simultaneously addressing environmental, economic, and social sustainability aspects. A multi-objective optimisation model was developed for the Urban Transport Network Design Problem, whose decision variables were the implementation of exclusive bus lanes and the electrification of bus fleets. The objective functions aimed to minimise the construction, acquisition, maintenance, and operation costs, as well as the construction and operational emissions of a bus public transport system. The European Environment Agency's model was used for the emission modelling formulation; it takes into account the technology and category of the vehicles and their operating speed, the latter being a linking parameter between the two decision variables. To solve the mathematical model, the metaheuristic NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) was employed, which was applied to the city of Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil. The case study was defined based on a qualitative analysis of principles and an investigation of the availability of open data in Brazilian state capitals. The results indicated that the strategies proposed are capable of improving the quality of public transport systems by reducing CO2, PM and NOx emissions. The scenario analysis demonstrated that when the measures were applied jointly, using overnight and opportunity charging during the day, the costs, although high, yielded greater environmental and social benefits for passengers and the community, with reductions in operational emissions compared to the baseline scenario of approximately 39.1 to 57.8% for CO₂, 92.9 to 94.9% for PM, and 86.3 to 90.5% for NOx. As contributions, this thesis sought to overcome the gap between mathematical complexity and application complexity by using an emission model dependent on bus technology, category, and operating speed, and by applying it to a large-scale network. |
| publishDate |
2025 |
| dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2025-11-25T18:50:19Z |
| dc.date.issued.fl_str_mv |
2025-10-29 |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| format |
doctoralThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.citation.fl_str_mv |
BORCHERS, Tatiane. Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Urbana) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23086. |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://hdl.handle.net/20.500.14289/23086 |
| identifier_str_mv |
BORCHERS, Tatiane. Projeto de rede de transporte público urbano: uma abordagem baseada em otimização multiobjetivo da infraestrutura prioritária e eletrificação de frota de ônibus. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Urbana) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23086. |
| url |
https://hdl.handle.net/20.500.14289/23086 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
| language |
por |
| dc.relation.uri.none.fl_str_mv |
https://ieeexplore.ieee.org/document/10508372 |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
| rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
| dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEU |
| dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
| instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
| instacron_str |
UFSCAR |
| institution |
UFSCAR |
| reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
| bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d7e1e965-6a9c-4a56-8b9c-b818ca4f6985/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3ecaca0c-2a84-4075-a3c9-6d4f6997a7f6/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/21e54ab0-0682-429a-abcd-0b21dc867fd4/download https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1a640f3f-f776-40d9-9e08-fe484ff5e8e6/download |
| bitstream.checksum.fl_str_mv |
455eaabbace75c1155f2a55e2abc11b3 ee3a38a23346b305a919a7749701d225 40b04f903492d86802f4dd1efe0825ef fba754f0467e45ac3862bc2533fb2736 |
| bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
| repository.mail.fl_str_mv |
repositorio.sibi@ufscar.br |
| _version_ |
1851688787791314944 |