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Título: Redes multicamadas para cidades inteligentes: estudo, modelagem e utilização
Título(s) alternativo(s): Multilayer networks for smart cities: study, modeling and use
Autor(es): Leyser, Priscila Louise
Orientador(es): Fonseca, Anelise Munaretto
Palavras-chave: Mobilidade residencial
Modelos matemáticos
Cidades inteligentes - Curitiba (PR)
Transporte urbano
Saúde pública
Cartões inteligentes
Política pública
Redes de computadores - Aspectos sociais
Residential mobility
Mathematical models
Smart cities - Curitiba (Brazil)
Urban Transportation
Public health
Smart cards
Public policy
Computer networks - Social aspects
Data do documento: 14-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: LEYSER, Priscila Louise. Redes multicamadas para cidades inteligentes: estudo, modelagem e utilização. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Esta tese apresenta uma análise aprofundada da mobilidade urbana em Curitiba e estratégias de prevenção de doenças em sistemas de transporte público, utilizando modelos de redes multicamadas. A pesquisa inicia caracterizando os padrões de mobilidade no transporte público por classes econômicas em Curitiba. Utilizando um conjunto de dados de cartão inteligente, a população foi segmentada em estratos econômicos para analisar os padrões de uso do transporte público no espaço-tempo, como horários de partida e destinos alcançados por diferentes classes. Uma rede de origem-destino foi construída para revelar padrões de mobilidade distintos, mostrando que, com o aumento da renda, os horários de pico matinal são, em média, postergados em 2 horas, e a distribuição espacial das viagens se torna mais localizada em comparação com as classes mais baixas. A validação dos resultados com uma pesquisa domiciliar oficial sobre deslocamentos em Curitiba demonstrou que o modelo proposto captura padrões realistas de mobilidade de forma precisa, utilizando uma fonte de dados mais acessível e econômica. O estudo conclui que a diferença nos padrões de mobilidade entre as classes é perceptível, apesar de as diferenças de renda serem sutis, e que essa compreensão pode subsidiar propostas de desenvolvimento econômico mais sustentável e intervenções urbanas no sistema de transporte público. Além disso, o estudo foca em estratégias para reduzir a contaminação no transporte público utilizando uma abordagem de rede multicamadas. A tese propõe a identificação de locais críticos para priorização em intervenções, como campanhas de vacinação, em cenários pandêmicos, considerando dados reais de tráfego urbano. Dois modelos “Multi-Aspect Graph” (MAG) foram desenvolvidos: o MAG 1, com quatro aspectos e duas camadas (usuários de cartão inteligente e pontos de ônibus), e o MAG 2, com três aspectos e três camadas (unidades de saúde, identificador e bairro). A métrica de Centralidade de Percolação foi empregada para quantificar a importância relativa da disseminação de doenças em cada vértice da rede. A flexibilidade da abordagem também foi evidenciada pela identificação de unidades de saúde críticas para vacinação direcionada. O estudo ressalta que a abordagem pode ser aplicada a outros problemas, como otimização do transporte público, e que, a metodologia oferece “insights” valiosos para formuladores de políticas públicas otimizarem a alocação de recursos em campanhas de prevenção de doenças e planejamento urbano.
Abstract: This thesis presents an in-depth analysis of urban mobility in Curitiba and disease prevention strategies in public transport systems, using multilayer network models. The research begins by characterizing public transport mobility patterns by economic classes in Curitiba. Using a smart card dataset, the population was segmented into economic strata to analyze public transport usage patterns in space-time, such as departure times and destinations reached by different classes. An origin-destination network was built to reveal distinct mobility patterns, showing that, with increasing income, morning peak hours are, on average, delayed by 2 hours, and the spatial distribution of trips becomes more localized compared to lower classes. Validation of the results with an official household mobility survey in Curitiba demonstrated that the proposed model accurately captures realistic mobility patterns, using a more accessible and cost-effective data source. The study concludes that the difference in mobility patterns between classes is noticeable, despite subtle income differences, and that this understanding can subsidize proposals for more sustainable economic development and urban interventions in the public transport system. Furthermore, the study focuses on strategies to reduce contamination in public transport using a multilayer network approach. The thesis proposes the identification of critical locations for prioritization in interventions, such as vaccination campaigns, in pandemic scenarios, considering real urban traffic data. Two Multi-Aspect Graph (MAG) models were developed: MAG 1, with four aspects and two layers (smart card users and bus stops), and MAG 2, with three aspects and three layers (health units, identifier, and neighborhood). The Percolation Centrality metric was employed to quantify the relative importance of disease dissemination at each vertex of the network. The flexibility of the approach was also evidenced by the identification of critical health units for targeted vaccination. The study highlights that the approach can be applied to other problems, such as public transport optimization, and that the methodology offers valuable insights for public policymakers to optimize resource allocation in disease prevention campaigns and urban planning.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39794
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