Para começar um modelo de rede de transporte, o roteiro de sempre é baixar o SNV do DNIT, o shapefile do DER e um extrato do OSM, cada um num formato, num sistema de coordenadas e sem nenhum nó em comum. Só depois de reprojetar e emendar tudo é que dá para rotear, e ainda sobra um risco: em Minas Gerais, 414 dos 945 trechos do DNIT estão marcados como PLA, rodovia planejada que daria rota falsa.
O trabalho que vem antes do modelo
Roteamento e alocação de tráfego pressupõem um grafo: arcos que terminam em nós, nós compartilhados entre arcos vizinhos, atributos de velocidade e comprimento. Os dados de origem não chegam assim. Cada fonte tem sua geometria, seu CRS e seu critério de segmentação, e as pontas de linhas que deveriam se encontrar ficam a poucos metros uma da outra, sem se tocar.
Há ainda duplicidade. Em Contagem, o DNIT repete a geometria das BRs coincidentes: a BR-040 e a BR-135 aparecem sobrepostas ao longo de 23,5 km. Se isso entra no modelo sem tratamento, o mesmo trecho de pista é contado duas vezes. A coleta, a reprojeção e a limpeza de topologia consomem a primeira parte de qualquer projeto de rede, antes de a primeira rota ser calculada.
O GisBR, plugin para QGIS que desenvolvo, faz essa etapa. As seções a seguir mostram o que ele entrega no lugar de cada passo manual.
Um município, um painel, um GeoPackage
O GisBR roda só com PyQGIS e a biblioteca padrão do Python, sem pip install. O fluxo começa no painel de diagnóstico: escolho a UF, escolho o município (ou um recorte regional), marco as fontes que quero e clico em Carregar selecionadas. Tudo sai em SIRGAS 2000 (EPSG:4674), gravado num GeoPackage.
As fontes estão organizadas em nove eixos temáticos. A rede de transporte fica no eixo 1. Transportes, que é o assunto deste post; os outros eixos seguem o mesmo fluxo e não precisam de download separado. Há também o modo região metropolitana, com as 84 RMs do catálogo do IBGE, para quando o estudo cobre mais de um município.
O ponto é o que deixa de existir: a lista de portais para visitar, os formatos para converter e o projeto QGIS montado camada por camada.
A malha do OSM com a topologia de verdade
A rede do OSM chega com os ways quebrados em arcos nos node_id compartilhados, ou seja, a topologia que o próprio OSM já registra. As camadas osm_links e osm_nodes trazem arc_id, from_node e to_node, componente conexa e grau do nó. Para modelagem, vêm maxspeed, velocidade_kmh e comprimento_m. É o que um grafo pede, sem etapa intermediária de construção.
A rede pode ser veicular ou pedonal, e a carga corre em segundo plano, com barra de progresso e botão Cancelar. Para uma região metropolitana, a rede OSM vem de uma base pré-construída, com checagem de sha256 e cache local.
O post de julho sobre a malha OSM apresentou a primeira versão dessa camada. A topologia foi refeita desde então, e o guia da malha OSM descreve os campos em detalhe.
Rodovias e ferrovias oficiais como rede roteável
A malha interurbana é a que costuma dar mais trabalho. A partir da 1.2.0, seis fontes oficiais viram rede roteável, cada uma com links, nós, problemas e removidos:
- DNIT/SNV
- DER-MG
- DER-PR
- Siga-GO (malha viária)
- Ministério da Infraestrutura (ferrovias)
- IBGE BC250 (ferrovias)
As rodovias do BC250 ficam de fora, porque a camada mistura jurisdições.
Na construção da rede, o GisBR aplica correções automáticas: pontas a até 1 m são unificadas, uma junção em T a até 10 m quebra a linha alvo e liga a ponta ali, e arcos coincidentes são colapsados. É o caso das BRs repetidas de Contagem. Cada correção fica registrada com severidade=corrigido, então nada muda em silêncio.
O que não existe sai da rede. Trecho planejado (PLA, ou ferrovia Planejada, Em Estudo, Em Obra) vai para a camada de removidos, o que tira de uma vez os 414 trechos do DNIT que em MG dariam rota falsa. A rodovia federal que o DER repete também sai quando o DNIT é marcado junto: no recorte de Contagem, 22 dos 44 trechos do DER-MG eram federais.
Um limite: as malhas oficiais não trazem sentido de tráfego, então a rede resultante é bidirecional.
Uma lista do que a rede tem de errado
Rede gerada de dados reais tem defeitos, e o que importa é encontrá-los antes de rodar o modelo, não no resultado da alocação. Por isso o GisBR grava, junto das camadas de links e nós, uma camada de problemas (osm_problemas na rede do OSM) com tipo e severidade, para filtrar e olhar no mapa.
Alguns tipos: ilha, um conjunto de arcos desconectado do resto, que nenhuma rota alcança; mao_unica_sem_saida, onde o sentido único prende o fluxo; ponta_quase_conectada, duas pontas que quase se tocam e provavelmente deveriam; e cruzamento_sem_no, linhas que se cruzam sem nó, o que pode ser erro ou pode ser um viaduto. Nas malhas oficiais, esse último só é apontado, nunca alterado.
Ponta solta, ou seja, o beco sem saída comum, não é listada, porque é uma situação normal da malha viária.
Da rede ao roteamento e à alocação de tráfego
Com a rede pronta, o que vem depois depende do estudo. O Desire Lines, outro plugin meu, tem uma aba de Alocação em rodovias que trabalha sobre a malha DNIT/SNV mais DER obtida pelo GisBR, que é uma dependência declarada. A capacidade por sentido segue o HCM 6ª edição, a alocação pode ser tudo-ou-nada ou equilíbrio (MSA com função BPR), e o nível de serviço sai pela relação v/c. O foco são rodovias, não vias urbanas; mais detalhes na página do projeto.
O Logis usa a malha municipal baixada pelo GisBR no painel Rede Viária, para roteirizar coleta (TSP e CVRP).
Quem prefere script pode chamar a rede OSM direto pelo Processing, com o algoritmo gisbr:osm_network, que devolve LINKS, NODES e PROBLEMAS:
processing.run("gisbr:osm_network", {
"CODE": "3118601", # código IBGE do município
"REDE": 0, # 0 = veicular
"LINKS": "TEMPORARY_OUTPUT",
"NODES": "TEMPORARY_OUTPUT",
"PROBLEMAS": "TEMPORARY_OUTPUT",
})
Para a demanda, o GisBR carrega os POIs do OSM (osm_pois) com o predicado do osm2gmns, e o algoritmo gisbr:export_poi_gmns grava um poi.csv no layout do osm2gmns e do grid2demand.
Como começar
O GisBR está no repositório oficial de complementos do QGIS. O passo a passo está na página de instalação, e o código fica no GitHub.
Depois de instalar, abra o painel, escolha um município e marque as fontes do eixo Transportes. O guia de redes de transporte e a documentação explicam cada camada. Para testar, carregue a rede do seu município e abra a camada de problemas antes de qualquer outra coisa.