Nesta tese são propostas três novas abordagens para a resolução do problema integrado de geração de tabela de horários e escalonamento de veículos com frota heterogênea. Duas delas são modelos de Programação Linear Inteira (PLI), com o objetivo de otimizar simultaneamente esses problemas tendo como base uma rede tempo-espaço (TSN, do inglês Time-Space Network ). A terceira é uma nova meto- dologia de inserção de janelas de tempo para os modelos de PLI propostos, a partir de pequenas alterações na estrutura da TSN. Para validar esses modelos foram uti- lizadas instâncias reais, advindas do sistema de transporte público da cidade de Santa Maria, RS, Brasil, e aleatórias de grande porte. O modelo com aplicação das janelas de tempo, denominado VTSP-TW (do inglês Vehicle Type Scheduling Pro- blem with Time Windows ), possibilitou redução substancial no número de veículos, se comparado ao escalonamento realizado na prática. Além disso, comparando-se com outras abordagens disponíveis na literatura, o mesmo gerou rede de menor dimensão e resolveu instâncias de grande porte em tempo computacional inferior, despontando como uma proposta alternativa à aplicação de janelas de tempo ao es- calonamento de veículos com frota heterogênea. Os resultados dos modelos de PLI também indicaram significativas reduções no número de veículos, podendo contri- buir para o aprimoramento da tomada de decisão no planejamento do transporte público. O modelo VTSP-SCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable ) resolveu instâncias de 5000 viagens e três tipos de veículos na otimalidade, com apoio do software IBMQR ILOGQR CPLEXQR Opti- mization Studio V12.5. Já o modelo VTSP-CCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable ) necessitou de suporte heurístico para resolver as instâncias de grande porte. Assim, desenvolveu-se e aplicou-se a ele a técnica de Geração de Colunas, que possibilitou a resolução dessas instâncias e gerou resultados iguais ou melhores do que aqueles proporcionados pelo VTSP-SCT. Os resultados das três abordagens propostas indicam que as mesmas podem contri- buir para a otimização do planejamento do transporte público, tendo em vista que levam a economias significativas no número de veículos escalonados. Além disso, como os intervalos de ajuste da tabela de horários são bastante curtos, obtém-se al- terações sutis, modificando minimamente a rotina dos passageiros, o que possibilita a aplicação dessas abordagens ao contexto real. / In this thesis we propose three new approaches to solve in a integrated way the timetable generation problem and the vehicle-type scheduling problem. Two of them are Integer Linear Programming (ILP) models aiming at simultaneously optimizing these problems based on a time-space network (TSN). The third one is a new methodology for inserting time windows to the proposed ILP models, based on small changes in the TSN structure. To validate these models we applied real instances from a public transportation system of the city of Santa Maria, RS, Brazil, and large random instances. The model with time window application, defined as VTSP-TW (Vehicle Type Scheduling Problem with Time Windows), enabled sub- stantial reduction of vehicle numbers, compared to vehicle scheduling performed in practice. Moreover, comparing with other approaches available in the literature, the VTSP-TW generated smaller networks and solved large instances with less compu- tational time, emerging as an alternative to the application of time windows to the vehicle-type scheduling problem. The ILP models results also showed significant reductions in the vehicle numbers, which may contribute to the improvement of decision making in the public transport planning. The VTSP-SCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable) solved instances with 5000 service trips and three types of vehicles with optimal solution, supported from IBMQR ILOGQR CPLEXQR Optimization Studio V12.5. In contrast the VTSP-CCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable) re- quired heuristic support to solve large instances. Thus, we developed and applied a Column Generation algorithm, which enabled the resolution of these instances gen- erating equal to or better results than those provided by the VTSP-SCT. The results of the three proposed approaches indicate that they may contribute to optimizing the public transport planning leading to significant savings in terms of scheduled vehicles. Moreover, as the timetable changes are fairly short, it is slightly modified, minimally modifying the passengers routine, which enables the application of these approaches to real context.

Nesta tese são propostas três novas abordagens para a resolução do problema integrado de geração de tabela de horários e escalonamento de veículos com frota heterogênea. Duas delas são modelos de Programação Linear Inteira (PLI), com o objetivo de otimizar simultaneamente esses problemas tendo como base uma rede tempo-espaço (TSN, do inglês Time-Space Network ). A terceira é uma nova meto- dologia de inserção de janelas de tempo para os modelos de PLI propostos, a partir de pequenas alterações na estrutura da TSN. Para validar esses modelos foram uti- lizadas instâncias reais, advindas do sistema de transporte público da cidade de Santa Maria, RS, Brasil, e aleatórias de grande porte. O modelo com aplicação das janelas de tempo, denominado VTSP-TW (do inglês Vehicle Type Scheduling Pro- blem with Time Windows ), possibilitou redução substancial no número de veículos, se comparado ao escalonamento realizado na prática. Além disso, comparando-se com outras abordagens disponíveis na literatura, o mesmo gerou rede de menor dimensão e resolveu instâncias de grande porte em tempo computacional inferior, despontando como uma proposta alternativa à aplicação de janelas de tempo ao es- calonamento de veículos com frota heterogênea. Os resultados dos modelos de PLI também indicaram significativas reduções no número de veículos, podendo contri- buir para o aprimoramento da tomada de decisão no planejamento do transporte público. O modelo VTSP-SCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable ) resolveu instâncias de 5000 viagens e três tipos de veículos na otimalidade, com apoio do software IBMQR ILOGQR CPLEXQR Opti- mization Studio V12.5. Já o modelo VTSP-CCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable ) necessitou de suporte heurístico para resolver as instâncias de grande porte. Assim, desenvolveu-se e aplicou-se a ele a técnica de Geração de Colunas, que possibilitou a resolução dessas instâncias e gerou resultados iguais ou melhores do que aqueles proporcionados pelo VTSP-SCT. Os resultados das três abordagens propostas indicam que as mesmas podem contri- buir para a otimização do planejamento do transporte público, tendo em vista que levam a economias significativas no número de veículos escalonados. Além disso, como os intervalos de ajuste da tabela de horários são bastante curtos, obtém-se al- terações sutis, modificando minimamente a rotina dos passageiros, o que possibilita a aplicação dessas abordagens ao contexto real. / In this thesis we propose three new approaches to solve in a integrated way the timetable generation problem and the vehicle-type scheduling problem. Two of them are Integer Linear Programming (ILP) models aiming at simultaneously optimizing these problems based on a time-space network (TSN). The third one is a new methodology for inserting time windows to the proposed ILP models, based on small changes in the TSN structure. To validate these models we applied real instances from a public transportation system of the city of Santa Maria, RS, Brazil, and large random instances. The model with time window application, defined as VTSP-TW (Vehicle Type Scheduling Problem with Time Windows), enabled sub- stantial reduction of vehicle numbers, compared to vehicle scheduling performed in practice. Moreover, comparing with other approaches available in the literature, the VTSP-TW generated smaller networks and solved large instances with less compu- tational time, emerging as an alternative to the application of time windows to the vehicle-type scheduling problem. The ILP models results also showed significant reductions in the vehicle numbers, which may contribute to the improvement of decision making in the public transport planning. The VTSP-SCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable) solved instances with 5000 service trips and three types of vehicles with optimal solution, supported from IBMQR ILOGQR CPLEXQR Optimization Studio V12.5. In contrast the VTSP-CCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable) re- quired heuristic support to solve large instances. Thus, we developed and applied a Column Generation algorithm, which enabled the resolution of these instances gen- erating equal to or better results than those provided by the VTSP-SCT. The results of the three proposed approaches indicate that they may contribute to optimizing the public transport planning leading to significant savings in terms of scheduled vehicles. Moreover, as the timetable changes are fairly short, it is slightly modified, minimally modifying the passengers routine, which enables the application of these approaches to real context.

Nesta tese são propostas três novas abordagens para a resolução do problema integrado de geração de tabela de horários e escalonamento de veículos com frota heterogênea. Duas delas são modelos de Programação Linear Inteira (PLI), com o objetivo de otimizar simultaneamente esses problemas tendo como base uma rede tempo-espaço (TSN, do inglês Time-Space Network ). A terceira é uma nova meto- dologia de inserção de janelas de tempo para os modelos de PLI propostos, a partir de pequenas alterações na estrutura da TSN. Para validar esses modelos foram uti- lizadas instâncias reais, advindas do sistema de transporte público da cidade de Santa Maria, RS, Brasil, e aleatórias de grande porte. O modelo com aplicação das janelas de tempo, denominado VTSP-TW (do inglês Vehicle Type Scheduling Pro- blem with Time Windows ), possibilitou redução substancial no número de veículos, se comparado ao escalonamento realizado na prática. Além disso, comparando-se com outras abordagens disponíveis na literatura, o mesmo gerou rede de menor dimensão e resolveu instâncias de grande porte em tempo computacional inferior, despontando como uma proposta alternativa à aplicação de janelas de tempo ao es- calonamento de veículos com frota heterogênea. Os resultados dos modelos de PLI também indicaram significativas reduções no número de veículos, podendo contri- buir para o aprimoramento da tomada de decisão no planejamento do transporte público. O modelo VTSP-SCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable ) resolveu instâncias de 5000 viagens e três tipos de veículos na otimalidade, com apoio do software IBMQR ILOGQR CPLEXQR Opti- mization Studio V12.5. Já o modelo VTSP-CCT (do inglês Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable ) necessitou de suporte heurístico para resolver as instâncias de grande porte. Assim, desenvolveu-se e aplicou-se a ele a técnica de Geração de Colunas, que possibilitou a resolução dessas instâncias e gerou resultados iguais ou melhores do que aqueles proporcionados pelo VTSP-SCT. Os resultados das três abordagens propostas indicam que as mesmas podem contri- buir para a otimização do planejamento do transporte público, tendo em vista que levam a economias significativas no número de veículos escalonados. Além disso, como os intervalos de ajuste da tabela de horários são bastante curtos, obtém-se al- terações sutis, modificando minimamente a rotina dos passageiros, o que possibilita a aplicação dessas abordagens ao contexto real. / In this thesis we propose three new approaches to solve in a integrated way the timetable generation problem and the vehicle-type scheduling problem. Two of them are Integer Linear Programming (ILP) models aiming at simultaneously optimizing these problems based on a time-space network (TSN). The third one is a new methodology for inserting time windows to the proposed ILP models, based on small changes in the TSN structure. To validate these models we applied real instances from a public transportation system of the city of Santa Maria, RS, Brazil, and large random instances. The model with time window application, defined as VTSP-TW (Vehicle Type Scheduling Problem with Time Windows), enabled sub- stantial reduction of vehicle numbers, compared to vehicle scheduling performed in practice. Moreover, comparing with other approaches available in the literature, the VTSP-TW generated smaller networks and solved large instances with less compu- tational time, emerging as an alternative to the application of time windows to the vehicle-type scheduling problem. The ILP models results also showed significant reductions in the vehicle numbers, which may contribute to the improvement of decision making in the public transport planning. The VTSP-SCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of Timetable) solved instances with 5000 service trips and three types of vehicles with optimal solution, supported from IBMQR ILOGQR CPLEXQR Optimization Studio V12.5. In contrast the VTSP-CCT (Vehicle Type Scheduling Problem with Combinatorial Changes of Timetable) re- quired heuristic support to solve large instances. Thus, we developed and applied a Column Generation algorithm, which enabled the resolution of these instances gen- erating equal to or better results than those provided by the VTSP-SCT. The results of the three proposed approaches indicate that they may contribute to optimizing the public transport planning leading to significant savings in terms of scheduled vehicles. Moreover, as the timetable changes are fairly short, it is slightly modified, minimally modifying the passengers routine, which enables the application of these approaches to real context.

Uma organização tem como função primordial gerar excedentes rentáveis financeiramente e condizentes com o ambiente relacionado. Uma visão mais integrada e abrangente de como se dão as interações entre empresa e ambiente é essencial ao sucesso corporativo. O complexo Modelo de Negócios surge como estruturador dos conceitos, elementos, diretrizes e nuances relacionados ao estudo das organizações. Com abordagem ampla e estruturada, os Modelos de Negócios propõem análises integradas, direcionadas e focadas em como o ambiente influencia no comportamento organizacional e como esta influência é lida, interpretada e traduzida em estratégias e táticas internamente à firma. No intuito de pesquisar o tema, objetivou-se coletar e estruturar material teórico encontrado na literatura relacionado ao tópico. Um levantamento bibliográfico sistematizado foi realizado, considerando as diversas esferas de análise encontradas. Após a sugestão de uma estruturação racional e análise dos dados, propõe-se o metamodelo conceitual. Este metamodelo almeja incorporar os elementos influenciadores e componentes de um Modelo de Negócio, sendo os influenciadores: Sustentabilidade, Economia, Tecnologia, Aspectos Políticos, Regulatórios e Legais e Aspectos Socioculturais; e os elementos componentes: Análise Integrada, Análise Interna, Estratégia, Valor e Inovação. A partir desta consolidação, levantaram-se as principais considerações e variáveis que compõem seu corpo de análise. Tais variáveis foram verificadas na prática, valendo-se de estudos de caso em empresas da economia nacional. A análise individual e comparativa dos casos com o metamodelo proposto sugere que é crescente a atenção empresarial para os elementos influenciadores, bem como ao que diz respeito ao planejamento estratégico interno. A grande contribuição do metamodelo reside na chance de auxiliar a expansão da capacidade cônscia-analítica dos estrategistas a respeito de seus negócios, apresentando esta estrutura que aloca os elementos de maneira integrada e de fácil visualização. Existem muitas oportunidades de incremento dos estudos dos Modelos de Negócios; uma delas seria o estudo das interações entre os elementos citados e as abordagens destas interações no MN. / An organization has as core role to generate surpluses financially aligned to its environment. A more integrated and broad approach regarding to the existing interactions among enterprise and environment is capital to the corporate success. The complex Business Model appears as designer of concepts, elements, drivers and nuances related to the businesses research. With this broad and structured approach, the Business Model proposes integrated, driven and focused analysis of how environment does influence an organizational behavior and how this influence is internally perceived, read and translated into strategies and tactics. Based on the intention of study the topic, the research aimed to collect and structure theoretical material found onto the specific literature. A focused survey was conducted, considering whole aspects described by the authors. After organizing rationally the theory, a conceptual metamodel is proposed. This metamodel craves to incorporate the influencer and component elements of a Business Model, being the influencers: Sustainability, Economy, Technology, Political, Regulatory and Legal Aspects and Sociocultural Aspects; and the component elements: Integrated Analysis, Internal Analysis, Strategy, Value and Innovation. From the funded material, main points and key variables to understand were listed. Thus, these points and variables were verified in the market, by a survey within the national economy. The individual and cross analysis between these case studies and the proposed metamodel suggest that organizations are spending some energy and attention on influencer elements, as well as on the entrepreneurial strategic planning. The great contribution of the metamodel relies on the chance to support and increase self analytical and aware capacity of the executives, regarding to their own businesses, showing this structure that allocates those elements by an integrated and easily understand way. There are many opportunities to increment the Business Model study; one of them is to research the interactions of the listed elements and the overcome translation inside the Business Model.

Uma organização tem como função primordial gerar excedentes rentáveis financeiramente e condizentes com o ambiente relacionado. Uma visão mais integrada e abrangente de como se dão as interações entre empresa e ambiente é essencial ao sucesso corporativo. O complexo Modelo de Negócios surge como estruturador dos conceitos, elementos, diretrizes e nuances relacionados ao estudo das organizações. Com abordagem ampla e estruturada, os Modelos de Negócios propõem análises integradas, direcionadas e focadas em como o ambiente influencia no comportamento organizacional e como esta influência é lida, interpretada e traduzida em estratégias e táticas internamente à firma. No intuito de pesquisar o tema, objetivou-se coletar e estruturar material teórico encontrado na literatura relacionado ao tópico. Um levantamento bibliográfico sistematizado foi realizado, considerando as diversas esferas de análise encontradas. Após a sugestão de uma estruturação racional e análise dos dados, propõe-se o metamodelo conceitual. Este metamodelo almeja incorporar os elementos influenciadores e componentes de um Modelo de Negócio, sendo os influenciadores: Sustentabilidade, Economia, Tecnologia, Aspectos Políticos, Regulatórios e Legais e Aspectos Socioculturais; e os elementos componentes: Análise Integrada, Análise Interna, Estratégia, Valor e Inovação. A partir desta consolidação, levantaram-se as principais considerações e variáveis que compõem seu corpo de análise. Tais variáveis foram verificadas na prática, valendo-se de estudos de caso em empresas da economia nacional. A análise individual e comparativa dos casos com o metamodelo proposto sugere que é crescente a atenção empresarial para os elementos influenciadores, bem como ao que diz respeito ao planejamento estratégico interno. A grande contribuição do metamodelo reside na chance de auxiliar a expansão da capacidade cônscia-analítica dos estrategistas a respeito de seus negócios, apresentando esta estrutura que aloca os elementos de maneira integrada e de fácil visualização. Existem muitas oportunidades de incremento dos estudos dos Modelos de Negócios; uma delas seria o estudo das interações entre os elementos citados e as abordagens destas interações no MN. / An organization has as core role to generate surpluses financially aligned to its environment. A more integrated and broad approach regarding to the existing interactions among enterprise and environment is capital to the corporate success. The complex Business Model appears as designer of concepts, elements, drivers and nuances related to the businesses research. With this broad and structured approach, the Business Model proposes integrated, driven and focused analysis of how environment does influence an organizational behavior and how this influence is internally perceived, read and translated into strategies and tactics. Based on the intention of study the topic, the research aimed to collect and structure theoretical material found onto the specific literature. A focused survey was conducted, considering whole aspects described by the authors. After organizing rationally the theory, a conceptual metamodel is proposed. This metamodel craves to incorporate the influencer and component elements of a Business Model, being the influencers: Sustainability, Economy, Technology, Political, Regulatory and Legal Aspects and Sociocultural Aspects; and the component elements: Integrated Analysis, Internal Analysis, Strategy, Value and Innovation. From the funded material, main points and key variables to understand were listed. Thus, these points and variables were verified in the market, by a survey within the national economy. The individual and cross analysis between these case studies and the proposed metamodel suggest that organizations are spending some energy and attention on influencer elements, as well as on the entrepreneurial strategic planning. The great contribution of the metamodel relies on the chance to support and increase self analytical and aware capacity of the executives, regarding to their own businesses, showing this structure that allocates those elements by an integrated and easily understand way. There are many opportunities to increment the Business Model study; one of them is to research the interactions of the listed elements and the overcome translation inside the Business Model.

[pt] O objetivo principal do trabalho consiste na análise de problemas de fluxo sob uma ótica integrada através de simulações numéricas. Tal perspectiva vêm ganhando grande atenção por parte de profissionais da área, pois permite uma abordagem mais representativa dos processos da natureza. O programa utilizado, Mike SHE, desenvolvido pelo Instituto de Hidráulica Dinamarquês, é criado num esquema determinístico e distribuído e utiliza o método das diferenças finitas como solução. O programa simula o fluxo na superfície, canais e nas zonas saturada e não saturada. No primeiro exemplo, simulou-se a interação entre um aquífero de baixa profundidade e um rio. No segundo, verificou-se a resposta do escoamento superficial submetido a variações metereológicas e fisiográficas. Ambos casos foram validados por soluções analíticas. No terceiro, realizou-se uma simulação integrada em uma escala regional para compreensão da resposta dinâmica entre os diversos armazenamentos e através de uma ferramenta de pós- processamento, calculou-se o balanço hídrico. Por fim, avaliou-se a resposta da bacia hidrográfica do Quitite e Papagaio, localizada no maciço da Tijuca, Rio de Janeiro, mediante registros de picos de precipitação anuais. As análises integradas foram satisfatórias comparando-se a modelagens individuais. O acoplamento é explícito, permitindo a inserção de passos de tempo convenientes com cada ambiente. Por fim, a abordagem integrada permitiu que os modelos dos quatro casos fossem calibrados de acordo com parâmetros de cada ambiente hidrogeológico, aumentando a confiabilidade das simulações. / [en] This master thesis aims the analysis of flow problems under an integrated approach through numerical flow modelling. The relevance of this perspective has been increasing steadily, since it allows a more representative assessment of the nature processes. The program used, named Mike SHE, developed by the Danish Hydraulic Institute, was created in a deterministic and distributed approach solved by finite difference method. The program is comprised of modules, each representing a storage: surface, channels, vadose and saturated zone. The first analysis comprise the interaction between an aquifer of low depth and a river. In the second example, it was verified the response of flow in a surface subjected to variation of physiografic and metereological parameters. Both examples were validated with analytical solutions. In the third case, an integrated simulation was carried on in order to understand the dynamic feedback generated between the storages and through a post-processing tool the water balance was calculated. The last example, assess the response the Quitite and Papagaio basin, located in the Tijuca s massif in the city of Rio de Janeiro, over high precipitation rate. The results were satisfactory in comparison of an individual flow analysis. The coupling is explicit, allowing the input of suitable time steps for each storage. Lastly, the integrated approach allowed the model setup in the four cases to be calibrated under parameters of each storage, enhancing the reliability of them.