Modelización de transporte

Red vial en un modelo de transporte

La modelización de transporte (también conocida como modelación de la demanda de transporte) permite pronosticar los flujos de pasajeros o vehículos por modo que habrá en una infraestructura de transporte, en el futuro. Uno de las metodologías más utilizadas es el clásico modelo de “4-pasos” (four-step algorithm). Actualmente los modelos de transporte son herramientas necesarias para la planificación de transporte, en especial en las ciudades de cierto tamaño.

Propósito

Flujos vehiculares en el centro de Londres.

Congestión en Sao Paulo

Los modelos permiten representar procesos o fenómenos complejos de una forma simple. Los modelos simplifican la realidad. La modelación de la demanda de transporte busca poder pronosticar para situaciones futuras:

• La cantidad de viajes que se atraen o se producen en una zona.
• Cómo se distribuyen los viajes producidos en todas las zonas que atraen.
• En qué modos de transporte viajan.
• Los volúmenes de pasajeros en las líneas de transporte público
• Los flujos vehiculares en las vías

Para poder llevar a cabo estos pronósticos se requiere la aplicación de una sucesión de algoritmos matemáticos. Las expresiones matemáticas se determinan a partir de modelos que correlacionan variables o modelos probabilísticos. Estos últimos se aplican a razón de que es muy complejo tratar de encontrar relaciones definidas y fijas para representar situaciones en las que las decisiones de personas entran en juego. Los modelos de transporte, además pueden ser utilizados en la evaluación de situaciones hipotéticas futuras, bajo ciertas circunstancias controladas (escenarios).

Los modelos de transporte son usados en las políticas de transporte, y para su planificación, e ingeniería: calcular la capacidad de una infraestructura, p.ej, cuántos carriles debería tener un puente; estimar la viabilidad financiera y social de un proyecto, p.ej, utilización de análisis costo-beneficio y análisis de impacto social; y calcular impactos ambientales, p.ej, contaminación atmosférica y acústica. .

Características de un modelo de transporte

Un modelo de transporte, debe cumplir ciertas condiciones básicas.^[1]

• Ejecutable: Dependiendo del fenómeno que se quiera modelizar, de los resultados que se quieren obtener y de su precisión y exactitud, se debe seleccionar todas las variables relevantes que permitan recrear de forma racional la situación. Dentro de estas variables hay algunas que son indispensables y hay muchas más que, aunque puedan tener algún efecto, su aporte es mínimo o marginal y que de ser consideradas, complicarían sustancialmente el procesamiento del modelo.

• Lógico y consistente: El modelo debe contener procesos lógicos. Los resultados deben ser coherentes entre sí, deban tener unidades y deberá evitar discrepancias. Por ejemplo, se esperaría que el aumento de población en una zona de análisis de tráfico, lleve a el aumento en la producción de viajes es esa zona.
• Transparente: Los resultados que arroje el modelo se deben poder justificar con expresiones y términos matemáticos entendibles y controlables. Un modelo que no sea transparente implica que los resultados obtenidos sean difíciles de justificar y que exista incertidumbre en los parámetros del modelo.
• Sensible a cambios: En los modelos de transporte cambios en los inputs deben generar cambios en los outputs.

Principios

La modelización de transporte parte de principios matemáticos, físicos y económicos que permiten replicar de forma racional los comportamientos de los sistemas de transporte. Por ejemplo, la teoría económica de la utilidad permite representar la manera en que los usuarios deciden entre cual modo tomar entre varias opciones disponibles. La teoría de la gravitación (mecánica clásica) y la ley de Coulomb (electromagnetismo) permite recrear la forma en que los viajes que produce una zona de análisis de tráfico se distribuyen en las demás zonas.

Teoría de la utilidad

Las personas racionales responden a incentivos económicos.

Basados en el principio que dice que los individuos actúan racionalmente, en transporte, un viajero solo realizará un viaje, en la medida en que la utilidad del viaje supere aquella de no hacerlo.^[2] Esto es válido, siempre que viajar no es gratis. Mientras que la actividad que se desea o se debe realizar en el destino le produce al viajero una utilidad (beneficio), la actividad de transporte no le genera más que costos. Por esa razón la ingeniería de transporte clásica señala que la demanda de transporte es una demanda derivada.

Cuando se dice que viajar no es gratis, no se refiere solamente a los costos directos derivados del viaje (combustible, tarifas, pasajes, etc.). Viajar implica consumir otro recurso muy valioso para las personas: el tiempo. Es muy frecuente que en los modelos de transporte simplificados se considere el tiempo de viaje como el principal costo que pagan los usuarios. La valoración del tiempo de los viajeros a su vez resulta ser compleja. La investigación indica que el tiempo es valorado de forma distinta depende de para qué se podría utilizar (costo de oportunidad) o del ingreso de la persona (a mayor ingreso, se valorará más el tiempo).

También, dentro del mismo marco conceptual, cuando existan varias opciones de viaje (diferentes destinos) o diferentes posibles maneras de llegar a un destino (modo), aquella con la mayor utilidad (o la menor “desutilidad”) será seleccionada.

Ley de la gravitación

De forma análoga a la gravitación universal, los viajes se ditribuyen según el tamaño de la atracción de la zona.

Las leyes de la física también han servido para poder recrear las situaciones que suceden dentro del fenómeno del transporte de pasajeros. La ley de gravitación universal . Esta ley dicta que “la fuerza que ejerce un objeto con masa m₁ sobre otro con masa m₂ es directamente proporcional al producto de ambas masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”, es decir:

(1) $F = G \frac {m_{1}m_{2}} {d^2}$

De forma análoga, se puede decir que para la Distribución de viajes en un modelo de transporte, “la cantidad de viajes entre un origen i y un destino j es proporcional a la Atracción de cada zona de destino, e inversamente proporcional al costo generalizado de transporte entre las dos zonas”, es decir:

$\ T_{ij} = P_i * \frac { A_j* f(c_{ij})} {\sum_{i=1}^n (A_j*f(c_{ij}))}$

.

Aplicabilidad y calibración

Los modelos de transporte deberán tratar de recrear la situación actual, con el fin de que utilizando los mismos parámetros que recrean de forma fidedigna la situación actual (calibrada), se pueda conocer alguna situación hipotética o futura. Por esa razón, los modelos en transporte son una herramienta frecuente para la evaluación de medidas y para la toma de decisiones.

El algoritmo de los 4 pasos

Dentro de los modelos de transporte, el "de los 4 pasos" es el más utilizado y aceptado. Este modelo. Para cada tipo de propósito de viaje, generalmente se requieren diferentes sub-modelos de generación de viajes. Para conocer los orígenes y los destinos de esos viajes requieren sub-modelos de distribución de viajes. Los sub-modelos de selección modal permiten predecir los modos que tomarán los viajeros y asignación de viajes permite determinar qué ruta tomarán. El pronóstico de tráfico tradicionalmente se ha basado en modelos de cuatro etapas, los cuales fueron desarrollados inicialmente a nivel informático en estudios de transporte realizados en Chicago y Detroit en 1950.

Agregación especial en zonas de análisis de tráfico. Ejemplo de Kabul.

Software especializado

Para correr todos los sub-modelos que componente el algoritmo de los 4 pasos requiere la utilización de recursos computacionales. La cantidad de información y los procesos simultaneaos hacen necesaria la utilización de software especializado que realice estos procesos dentro de un mismo programa. Dentro de los más reconocidos están el EMME3 y el VISUM.

Referencias

1. ↑ Friedrich M. (2007) Modelación de la demanda. Notas de clase. Universidad de Stuttgart
2. ↑ Fricker J. (2000) Fundamentals of Transportation Engineering: A Multimodal Systems Approach

Véase también

• Portal:Transportes. Contenido relacionado con Transportes.
• Transporte
• Ingeniería de tráfico (Transporte)
• Modelos de distribución de viaje

• Administración de la demanda del transporte
• Ingeniería civil
• Ingeniería de tráfico (transporte)
• Investigación operativa
• Medio de transporte
• Planificación de transporte
• Transporte rural* Tránsito vehicular
• Transporte público
• Transporte en el medio rural
• Administración de la demanda del transporte