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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-13012020-153303
Document
Author
Full name
Andre Borgato Morelli
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Cunha, André Luiz Barbosa Nunes da (President)
Almeida Filho, Flavio Guilherme Vaz de
Lima, Renato da Silva
Title in Portuguese
Análise exploratória de resiliência em redes viárias urbanas
Keywords in Portuguese
Mobilidade urbana
Resiliência urbana
Resiliência viária
Teoria dos grafos
Abstract in Portuguese
O projeto de sistemas sustentáveis e resilientes de transporte depende da identificação de possíveis falhas ou gargalos no sistema antes que crises ocorram, para que a infraestrutura e as estratégias de ação em períodos de crise sejam elaboradas com efetividade. Contudo, dada a natureza complexa das redes de transporte, bem como a diversidade de maneiras com que esses sistemas podem falhar, o problema de medir os impactos de fenômenos excepcionais ainda carece de ferramentas e métodos facilmente aplicáveis pelos tomadores de decisão. Tendo isso em vista, e com o intuito de simplificar a análise preliminar de uma rede de transportes na busca por vulnerabilidades e ineficiências precocemente, o objetivo deste trabalho foi propor um método para avaliação de resiliência em redes urbanas e conduzir uma análise exploratória da resiliência de cidades brasileiras de mais de 100 mil habitantes de forma a relacionar a resiliência de uma rede à sua estrutura morfológica. Para tanto, foram criadas duas categorias de índices: uma para medir a continuidade de uma rede em momentos de bloqueio de tráfego, medindo a capacidade de uma rede em proporcionar rotas alternativas para conectar regiões; e outra para medir a eficiência de caminhos alternativos na rede. Para cada uma das categorias foram propostas três métricas: um índice de resiliência geral, que abrange o comportamento da cidade em variados cenários de choque; um índice para medir desempenho em choques brandos; e outro para choques moderados. Essas métricas foram criadas de forma a não requerer grande volume de dados, como matrizes OD ou alocação de tráfego, uma grande vantagem para a análise de novas ocupações urbanas e cidades que não dispõem de tais estudos. Abrangendo 306 municípios brasileiros em todos os estados, no melhor entendimento do autor esse é o estudo de resiliência que considera o maior número de cidades já feito. O método se mostrou eficaz em capturar a distribuição da resiliência pelo território nacional e foram encontradas correlações estatisticamente significavas da resiliência com vários fatores morfológicos como a distribuição das orientações das vias e a organicidade do traçado da rede.
Title in English
Exploratory analysis of resilience in urban road networks
Keywords in English
Graph theory
Mobility
Urban network resilience
Urban resilience
Abstract in English
Designing sustainable and resilient transportation systems depends on identifying possible system failures or bottlenecks before crises occur, so that infrastructure and action strategies can be effectively devised. However, given the complex nature of transport networks, and the diversity of ways in which these systems can fail, the problem of measuring the impacts of exceptional phenomena still lacks tools and methods easily applicable by decision makers. With this in mind, and in order to simplify the preliminary analysis of a transport network searching for vulnerabilities and inefficiencies, the aim of this paper was to propose a method for resilience assessment in urban networks and to conduct an exploratory analysis on Brazilian cities with more than 100 000 inhabitants in order to relate the resilience of a network to its morphological structure. To this end, two categories of indices were created: one to measure the continuity of a network at times of traffic blockage, measuring the ability of a network to provide alternative routes to connect regions; and another to measure the efficiency of alternative paths in the network. For each of the categories, three metrics were proposed: a general resilience index, which covers the city's behavior in various shock scenarios; an index for measuring performance when a small number of streets are blocked; and another for moderate shocks. These metrics were created so as not to require difficult to obtain data, such as OD matrices or traffic allocation, a great advantage for the analysis of new urban occupations and cities that do not have such studies. Covering 306 Brazilian municipalities in all states, to the best of the author's knowledge this is the study that considers the largest number of cities ever made for resilience analysis. The method proved to be effective in capturing the distribution of resilience across the national territory and found statistically significant correlations of resilience with various morphological factors such as the distribution of road orientations and the organicity of the network layout.
 
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Publishing Date
2020-01-30
 
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