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Title: Optimization based approach for land-use/ transportation policy making
Authors: Weldemichael, Ashenafi Aregawi 
Orientador: Antunes, António Pais
Zegras, P. Christopher
Keywords: Transportation; land-use; genetic-algorithms; policy-making
Issue Date: 29-Jul-2015
Citation: WELDEMICHAEL, Ashenafi Aregawi - Optimization based approach for land-use: transportation policy making. Coimbra : [s.n.], 2015. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/28802
Abstract: This thesis explores the potentials of optimization for land-use/transportation policy-making purposes. Fundamentally, the research aimed to design an approach that generates efficient maps (solutions) to respond to specific land-use/transportation policy objectives. In this context, unlike simulation based land-use/transportation models which vastly employ trial and error, the purpose was to design an optimization approach which directly guarantees the efficiency of solutions. The mixed-integer optimization model upon which the approach is based has multiple objectives and is aimed at determining land use allocations and transportation infrastructure developments taking into account current form and future demographic changes at municipality level. The objectives of the optimization model are defined to address issues such as accessibility of population to jobs and services, suitability of land units to particular land-use types, compatibility of adjacent land-use types and utilization of existing infrastructure. The model makes special emphasis to the interactions between transportation and land-use. In addition to the development of the model, this thesis explores potential solution methods. Initially, the optimization model is solved using a branch and bound method. In general, the computational effort requirement for this method is high. For that reason, a heuristic method, genetic algorithm, is developed. The quality of algorithm parameters and that of solutions are assessed. The heuristic method provides optimum and near optimum solutions with much smaller computational efforts. The proposed approach was tested for hypothetical cities as well as for the municipality of Coimbra (Portugal). Results suggest that the approach can be of great practical utility as planning support tool in land-use/transportation policy-making processes, in the search for efficient solutions that also care for equity concerns in spatial development.
Esta tese explora as possibilidades da otimização para ajudar no estabelecimento de planos integrados de usos de solos e transportes. Fundamentalmente, a investigação em que se apoia teve por propósito definir soluções (mapas) eficientes para responder a objetivos específicos em matéria de usos de solo e transportes. Ao contrário do que acontece com abordagens de simulação, cuja aplicação envolve processos de tentativa e erro, a otimização permite obter diretamente as referidas soluções para as hipóteses adotadas. A abordagem proposta tem por base um modelo otimização inteiro-misto que permite determinar a utilização a dar aos solos de uma cidade e as evoluções da respetiva rede de transportes que mais bem permitem responder as crescimento demográfico esperado tendo em conta três objetivos: a adequação dos usos do solo às características físicas dos terrenos; a compatibilidade do uso dado a cada parcela de terreno com o das parcelas adjacentes; e a acessibilidade agregada aos empregos e serviços disponíveis na cidade. Para resolver o modelo, que é do tipo inteiro linear, recorreu-se inicialmente ao método de branch-and-bound. No entanto, verificou-se que o esforço computacional correspondente seria muito elevado, tornando impossível a utilização do modelo em muitas situações reais. Assim, para estas situações, foi desenvolvido um algoritmo genético. O algoritmo e os respectivos parâmetros foram avaliados, concluindo-se que através da respectiva aplicação é possível encontrar soluções ótimas ou quase-ótimas com um esforço computacional muito mais reduzido. A abordagem desenvolvida foi testada em cidades hipotéticas e no município de Coimbra (Portugal). Os resultados obtidos sugerem claramente que ela pode ser de grande utilidade como instrumento de apoio em processos de planeamento de usos de solo e transportes, na procura de soluções eficientes que também tenham em conta preocupações de equidade no desenvolvimento do território.
Description: Tese de doutoramento em Engenharia Civil, no ramo de sistemas de transporte, apresentada ao Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: https://hdl.handle.net/10316/28802
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Civil - Teses de Doutoramento

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