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Framework metodológico de modelagem e simulação híbrida com aprendizagem por reforço aplicado à racionalização de pontos de ônibus

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dc.creator FERREIRA JUNIOR, José da Silva
dc.date.issued 2026-08-26
dc.identifier.citation FERREIRA JUNIOR, José da Silva. Framework metodológico de modelagem e simulação híbrida com aprendizagem por reforço aplicado à racionalização de pontos de ônibus. 2026. 149 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2026. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4470
dc.description.abstract The rationalization of bus stops represents a major challenge in urban public transportation planning, with direct implications for population accessibility, system operational efficiency, and travel quality. Despite advances in urban computing, there remains a lack of methodological frameworks capable of integrating Agent-Based Simulation (ABS), Discrete-Event Simulation (DES), and Reinforcement Learning (RL) in a structured and synergistic manner to support the rationalization of public transportation infrastructure. To address this conceptual and methodological gap, this dissertation aims to develop a Hybrid Modeling and Simulation (HMS) methodological framework to support the rationalization of urban public transportation bus stop locations by integrating ABS, DES, and RL based on measures of accessibility and system usage. The methodological approach comprised a Systematic Literature Review (SLR) conducted according to the PRISMA protocol, the theoretical formulation of the framework, and its computational implementation in the AnyLogic platform, using a georeferenced case study of the municipality of Passos, Minas Gerais, Brazil, for validation. The computational model integrated a spatially distributed synthetic population, origin–destination (OD) matrices, a georeferenced road network obtained from OpenStreetMap, urban Points of Interest (POIs), and the behavioral and operational processes of the public transportation system. Agent behavioral parameters were calibrated and statistically validated against real boarding and electronic ticketing data. During the rationalization stage, a tabular Q-Learning algorithm employing an ε-greedy policy was implemented, in which the reward function combined variations in the global accessibility indicator with variations in the number of public transportation users. In an experiment configured with 10 episodes and 2,000 training steps per episode, the model identified alternative spatial configurations for the bus stop network, producing an improvement of approximately 8% in the global accessibility indicator and an increase of more than 10% in the number of public transportation users compared with the calibrated and validated baseline scenario. These improvements were achieved exclusively by modifying bus stop locations while keeping routes, itineraries, and all other operational characteristics of the system unchanged. The resulting locations were interpreted as candidate solutions and subsequently subjected to physical and topological feasibility assessments. The results demonstrate the methodological feasibility and practical applicability of the proposed framework as an evidence-based decision-support tool for urban transportation planning. Scientifically, this dissertation contributes by proposing a systematic, replicable, and adaptable methodological framework that expands the possibilities for integrating hybrid simulation, reinforcement learning, and spatial analysis to support the rationalization of urban public transportation. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Modelagem e simulação híbrida pt_BR
dc.subject Mobilidade urbana pt_BR
dc.subject Transporte público pt_BR
dc.subject Aprendizagem por reforço pt_BR
dc.subject Acessibilidade pt_BR
dc.subject Q-Learning pt_BR
dc.title Framework metodológico de modelagem e simulação híbrida com aprendizagem por reforço aplicado à racionalização de pontos de ônibus pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2026-09-09
dc.date.available 2026-09-09T13:24:57Z
dc.date.accessioned 2026-09-09T13:24:57Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/2963879483359141 pt_BR
dc.contributor.advisor1 PINHO, Alexandre Ferreira de
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/2049450957233052 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 LIMA, Josiane Palma
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/8847166556435334 pt_BR
dc.description.resumo A racionalização de pontos de parada constitui um desafio central no planejamento do transporte público urbano, com implicações diretas na acessibilidade da população, na eficiência operacional do sistema e na qualidade dos deslocamentos. Apesar dos avanços em computação urbana, constata-se uma escassez de frameworks capazes de integrar, de forma estruturada e sinérgica, a Simulação Baseada em Agentes (SBA), a Simulação a Eventos Discretos (SED) e a Aprendizagem por Reforço (RL) para apoiar a racionalização da infraestrutura de transporte. Diante dessa lacuna conceitual e metodológica, esta tese tem como objetivo desenvolver um framework metodológico de Modelagem e Simulação Híbrida (MSH) para apoiar a racionalização da localização de pontos de parada do transporte público urbano, integrando SBA, SED e RL com base em medidas de acessibilidade e utilização do sistema. O percurso metodológico compreendeu a realização de uma Revisão Sistemática da Literatura (RSL), conduzida segundo o protocolo PRISMA, a formulação teórica do framework e sua implementação computacional na plataforma AnyLogic, utilizando como objeto de validação um estudo de caso georreferenciado no município de Passos/MG. O modelo computacional integrou uma população sintética espacialmente distribuída, matrizes origem-destino (OD), rede viária georreferenciada obtida por meio do OpenStreetMap, pontos de interesse urbanos (POIs) e processos comportamentais e operacionais do sistema de transporte. Os parâmetros relacionados ao comportamento dos agentes foram calibrados e validados estatisticamente em relação a dados reais de embarque e bilhetagem. Na etapa de racionalização, empregou-se um algoritmo Q-Learning tabular sob política ε-greedy, cuja função de recompensa combinou a variação do indicador global de acessibilidade e a variação no número de usuários do transporte coletivo. Em um experimento configurado com 10 episódios e 2.000 passos de treinamento em cada episódio, o modelo identificou configurações espaciais alternativas para a rede de pontos de parada, produzindo melhoria de aproximadamente 8% no indicador global de acessibilidade e aumento superior a 10% no número de usuários, em comparação ao cenário-base calibrado e validado. Os resultados foram obtidos mediante alteração exclusiva da localização dos pontos de parada, mantendo-se inalteradas as linhas, os itinerários e as demais características operacionais do sistema. As novas localizações foram interpretadas como soluções candidatas e posteriormente submetidas à avaliação de viabilidade física e topológica. Os resultados corroboram a viabilidade metodológica e a aplicabilidade do framework como instrumento de apoio ao planejamento urbano baseado em evidências. A tese contribui cientificamente ao propor uma estrutura metodológica sistematizada, replicável e adaptável, ampliando as possibilidades de integração entre simulação híbrida, aprendizagem por reforço e análise espacial para apoiar a racionalização do transporte público urbano. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEPG - Instituto de Engenharia de Produção e Gestão pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia de Produção pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUÇÃO pt_BR


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