PLANIFICACIÓN Y EXPLOTACIÓN DEL TRANSPORTE · d) Movilidad: Encuestas de viajes OD sobre Muestras representativas (segmentos de población), conteos de tráfico, velocidades, tiempos

PLANIFICACIÓN Y EXPLOTACIÓN

DEL TRANSPORTE

Introducción al análisis de la demanda

by Álvaro Fernández Heredia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/

Introducción


•  Movilidad = –  hecho físico – actividad

de desplazarse –  Actividad con alto

impacto •  ¿Por qué uno se mueve lo

que se mueve y como se mueve?

1 ACTIVIDAD DERIVADA

Relación directa entre territorio y transporte

A destacar 2 aspectos….. 2 ELECCIÓN DE INDIVIDUOS en

relación a sus propios intereses y dentro de las

posibilidades que el sistema les ofrece / condiciona


¿Porqué los modelos son importantes? •  Modelos pretenden estimar la demanda de transporte

que se realizarán en el futuro en diferentes escenarios. •  Maximizar la rentabilidad (alcance de objetivos) de las

actuaciones. •  Establecer prioridades de Inversión - actuación. Ayuda a

la toma de decisiones


Relación Territorio-Transporte

ACTIVIDADES / USOS DEL SUELO

TRANSPORTE

Territorio

Oferta

Actividades

Demanda

Sistema de Transportes

Oferta

Desplazamientos

DemandaEquilibrioEquilibrio

Demanda de

transporte

Accsibildades Desutilidades

Costes

Demanda de Transportes

Sistema Territorial Sistema Transporte

Demanda satisfecha

Demanda inducida - AVE

Demanda potencial

Demanda derivada

Equilibrio oferta-demanda : equilibrio inestable (dinámica)


La importancia de una correcta predicción de la demanda es mayor cuanto mayor sea la inmovilidad e inflexibilidad de los recursos asociados a las actividades de transporte (Servicios-Infraestructuras) Fallos en la planificación = problemas de congestión, seguridad, desarrollos urbanos no deseados, impactos ambientales, derroche de recursos,…

Importante= comprensión del proceso de modelado para entender y valorar sus recomendaciones / riesgos. Modelos responden sobre aquellos factores, alternativas explicitamente inlcuidas en las ecuaciones del modelo. Sensibilidad del modelo.


REALIDAD OBSERVADA

REALIDAD MODELIZADA

REALIDAD SIMULADA

Documentación Encuestas

Experiencia

Fundamentos Teóricos Hipótesis de trabajo

Formulaciones Matemáticas

Planteamiento de escenarios •  Análisis

•  Predicción •  Simulación

Generalización de los modelos de transporte

PLAN DE ACTUACIÓN


Información


a)   Inventarios de infraestructuras y servicios existentes (y proyectados)

b)   Información socioeconómica (y planteamiento de su evolución)

c)   Inventarios de usos de suelos (zonas residenciales, comerciales, industriales,...

d)   Movilidad: Encuestas de viajes OD sobre Muestras representativas (segmentos de población), conteos de tráfico, velocidades, tiempos de viaje, curvas flujo-velocidad, encuestas cordón o pantalla.

Necesidades Típicas de información: Modelización de la Demanda


•  Necesidades típicas de información: –  Inventario de Infraestructura y Servicios: Redes

(arcos y nodos), rutas, tarifas, frecuencias,… –  Información Socioeconómica: población, renta,

tamaño familiar, nivel motorización, ... –  Inventarios de Usos del Suelo. Actividades y su

localización (zonas) –  Información de movilidad. Encuestas de viaje,

conteos, aforos de tráfico,,…

Análisis de la demanda actual.


Metodologías – trabajo de campo:

• Aforos. Recuento numérico de una determinada variable. Usuario no participa (automáticos o manuales - observación directa)

• Encuesta sobre una muestra representativa. Usuario participa.

Tipos de encuestas:

• Encuestas en la vía pública

•  Pantalla

•  Cordón

•  Encuestas domiciliarias o en los puestos de trabajo •  Agente entrevistador (cara a cara) •  Telefónicas •  Por correo •  Por Internet

• Encuestas en el medio de transporte

Demanda Satisfecha


Tipos de encuestas: datos a recoger •  CONTEOS y AFOROS

•  número de vehículos/ viajeros/ ocupación

•  Velocidad

•  TP: curva de “sube y baja” – ocupación por tramo. Oscilograma de carga

•  E. ORIGEN-DESTINO (Cross section – Sección transversal)

•  Información del Hogar. características socioeconómicas como tamaño hogar, ingresos,…

•  Información del individuo: actividad, edad, sexo,…

•  Información de sus desplazamientos: origen/destino, hora, modo, variables explicativas elección modo,…

•  PANEL DE USUARIOS (Continuas)

•  Evolución comportamiento de elección

•  Contraste con estrategias de transporte


Hogar • Localización • Tipo de Vivivienda • Tamaño de hogar • Estructura Familiar • Ingresos • Número de vehículos • Situación de Propiedad de la vivienda

• Individuales • Género • Año de nacimiento • Empleado – Número de empleos • Número de horas trabajadas a la semana • Tipo de ocupación • Disponibilidad de licencia de conducir • Motivos de no-movilidad • Nivel de educación • Discapacidad • Nacionalidad • Disponibilidad de abono de transportes

• Vehículo • Tipo de vehículo • Número de vehículos en el hogar • Tipo de propulsión

• Actividad • Hora de inicio • Propósito – Actividad de origen / actvidad de destino • Localización • Medios de Transporte – Etapas • Ocupación media Tiempos percibidos Disponibilidad aparcamiento en destino Costes

Campos típicos – Información encuestas de movilidad


Caracterización del Hogar

Indice Motorización

Cuestionario (EDM 96)

Composición del hogar


Edad Actividad

Disponibilidad hacia Tte Público

Cuestionario (EDM 96)


Origen - Destino

Motivo Horas

Modo Desutilidad Tte Público

Desutilidad Tte Privado


Encuestas domiciliarias Conocer las pautas de movilidad de todos los tipos desplazamientos Completar información socioeconómica

Encuestas en el transporte colectivo

Caracterizar a los viajeros de cada modo detalladamente (PR) En el caso de las PD, valorar la respuesta a servicios o modos alternativos Investigar sobre la calidad percibida

Encuestas en el transporte privado-

Caracterizar a los viajeros y viajes en vehículo Pantalla / Cordón

Aforos en Transporte público

Volúmenes totales Distribución por periodos, paradas, tipos de tarifas, ocupaciones,..

Aforos al transporte privado

Volúmenes totales, composición (tipos de vehículos) del tráfico, ocupación, movimientos en intersecciones.


Encuestas general: obtención información

•  Estructura temporal (transversales- continuas)

•  División zonal: zonas internas, zonas externas

-  Tamaño muestra,

-  Estratificación (Tamaño hogar, motorización, ingresos,…)

-  Corrección y expansión

•  Periodificación de la encuesta - EPOCA/DÍA


Muestreo - Conceptos clave •  La recogida de información es esencial para

desarrollar los modelos de demanda de transporte.

•  La información consiste en observaciones de muestras de diferentes grupos de población

•  La información debe proveer la mayor cantidad de información al menor coste posible


Tipos de encuestas: naturaleza información

•  PREFERENCIAS REVELADAS:

•  PREFERENCIAS DECLARADAS:

•  “radiografía” situación real (RP-revealed preferences) •  Utilización de los modos de transporte (demanda y su

distribución por medios, temporal, geográfica, etc.) •  Funcionamiento del sistema de transportes (tiempos de

viaje, transbordos, etc.) •  Aceptación de las medidas implantadas

•  comportamiento en situaciones hipotéticas (alternativas o futuras) (SP- stated preferences)

•  Ranking: ordenación de opciones •  Elección de opción preferible •  Potenciales diferencias entre lo que se declara y lo

que realmente harán (sesgos)


Modelo clásico de cuatro etapas


¿como es el proceso de modelado clásico? 4 Etapas. Secuencia de pasos-modelos para responder a cuestiones como: 1.- Cómo será el área de estudio en el futuro

•  Cuánta población. Situación demográfica futura

•  Nivel de actividad y desarrollo económico. •  Dónde se localizarán las actividades

2.- Cómo serán las pautas de movilidad futuras? •  Cuántos viajes – desplazamientos se

realizarán •  De dónde a dónde irán los viajes •  Qué modos de transporte utilizarán •  Qué rutas usarán •  Cuál será el impacto o los efectos de esta

demanda de transporte.


MODELIZACIÓN Recogida de

datos y muestreo

Desarrollo del modelo y

técnicas de modelización

Evaluación y validación del

modelo

Utilización y evaluación de los resultados

• Propósito con que se está construyendo el modelo • Variables que se debieran incluir y son controlables • Nivel de Agregación que se ha de utilizar •  Tratamiento del Tiempo • Modelo Teórico que sustenta el propósito del modelo •  Técnicas estadísticas y matemáticas disponibles para construir el modelo • Métodos para calibrar y probar (Validar) el modelo



FENÓMENO ANALIZADO

ABSTRACCION DE ASPECTOS

RELEVANTES

MODELO

Teoría del Comportamiento del Consumidor

Modelos •  Descriptivos – Predictivos / Planificadores •  Deterministas – Estocásticos •  Estables – Dinámicos •  Agregados – Desagregados •  Secuenciales - Directos

Una descripción simplificada de un sistema, procesos, etc, desarrollado para la comprensión empírica o teórica. La representación conceptual o mental de algo.

Variables (exógenas – endógenas)- Parámetros-Relaciones-Algoritmo Simplificación de la realidad

• variables estimadas, inputs y desechadas • Errores de la Muestra


Modelización de la OFERTA


Modelización de la DEMANDA


Centroide

Zonificación =Discretización del territorio

Cómo un es representado para un análisis computacional


Dos dimensiones claves:

TAMAÑO NÚMERO

f(Tipo de estudio) • ESTRATÉGICO • DETALLADO

f(Recursos)

• Interesa sea compatible con divisiones administrativas

• Tamaño tal que la concentración de actividades en un centroide no produzca gran error

• Interesa que sean zonas homogéneas en cuanto a usos, composición población, ...

• Los límites de zonas compatibles con pe: zonificaciones anteriores, líneas pantalla,...

Zonificación


GRAFO RED MODELIZADA

NODOS

ARCOS

Redes - Modelización de la oferta

Velocidad, capacidad, carriles, carril-bus,…

IMD, % pesados, factor de hora punta, fin

semana

...

Permisividad en Giros

Penalizaciones por Giro

...

Comportamiento de los sistemas de

Transporte:

Velocidades, emisiones

Curvas Flujo / Velocidad...

Niveles Jerárquicos de las vías =

F( zonificación, objetivos modelo)

Qué ofrece el sistema de transporte para satisfacer las necesidades de movimiento de los viajeros en el área de

estudio.


Líneas – Servicios Autobús

Líneas- Servicios Metro

Oferta de Tte Público

GRAFO RED MODELIZADA

TP: Líneas, Servicios, nº autobuses,

velocidades, capacidad autobuses,frecuencias,

tarifas, coste,etc.



Centroide Conector



Modelos de Planificación

•  El modelo de demanda en cuatro fases

•  Modelos, previsiones, escenarios


Modelo clásico de transportes: Modelo de 4 etapas •  Se parte de una zonificación y un grafo

Elección de un itinerario

Elección de destino

Decisión de viajar

Elección de modo de transporte

•  Puede aplicarse en una etapa – M. Demanda Directa

Demanda

Oferta

Equilibrio

•  Sigue la conducta teórica del viajero

•  Cada Pregunta se formula econométricamente ε+= ),( viajerosviaje XXfY


Zonas y redes Datos del año base

Datos de años futuros

Base d e d ato s

Añ o s b ase Fu tu ro s

Generación de viajes

Distribución de viajes

Reparto modal

Asignación de viajes

Evaluación

Itera

cione

s Características

Socio Demográficas y

Territoriales Características

Origen, Atracción de destino,

Rozamiento de la relación

Características de medios/servicios de

transporte + Individuo

Características de las rutas -

restricciones de capacidad

ESTRUCTURA MODELO 4 ETAPAS

hago el viaje o no

con qué destino

en qué modo

por qué ruta

Viajes producidos y generados en cada zona

Tabla Origen – Destino de los desplazamientos

Tabla O-D por cada Modo de Transporte

Asignación de Ruta

Modelo - Calibración

OutPuts Inputs

Algoritmo

),()( ijjiij GZXfkY =

))(()( kXfkY ii =

)),(()( kmijm mkufkY ε+=



•  El modelo de demanda en cuatro fases

Ejes viarios para un escenario concreto

Vista del centro de Bilbao:

volúmenes, intercomunicaciones, velocidades…


Flujos Observados

Fluj

os M

odel

ados

Calibración

Modelo - Calibración


Situación actual Horizonte futuroCorto plazo: 1 añoMedio plazo: 5 añosLargo plazo: 10-20 años

SinActuación

variables representativas:

tráficos, niveles de congestión,

tiempos de viaje, etc.

Crecimiento situación actual debido

a variables exógenas: población,

comercios, etc.

ConActuación

Modificación situación actual:

nuevas carreteras, líneas,

conexiones, etc.

Crecimiento tráfico y actuaciones:

modificación variables

representativas

Escenarios de Modelización - Evaluación


RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN • Facilidades de transporte: Infraestructura,

gestión, servicios • Usos del Suelo: Residencias, empleos, ... • Viajes: OD, Motivos,...

PREDICCIÓN DE VARIABLES SOCIOECONÓMICOS Y USOS DEL SUELO

• Población • Actividad Económica • Tasas de Motorización, • Ingresos •  ....

CALIBRACIÓN DEL MODELO • Generación • Distribución • Reparto Modal • Elección de ruta

DEMANDA FUTURA

MODIFICACIÓN DE LA OFERTA • Nuevas Infraestructuras • Servicios • Políticas de transporte •  ....

RESPUESTA DEL MODELO

MODELO

Escenarios de Modelización - Evaluación



En pocas palabras: todas las poblaciones, viviendas, lugares de trabajo, carreteras, números de carriles, límites de velocidad, señales, líneas de transporte público, paradas, intervalos entre servicios, velocidades medias…

Interacciones espaciales Matriz origen-destino (O/D)



•  Las cifras de las previsiones pueden emplearse fácilmente para "enterrar“ un proyecto o mantenerlo "vivo“ aunque no merezca la pena

•  Los modelos se usan a menudo como "cajas negras”

•  Es fácil manipularlos para lograr resultados que se adapten a los deseos del usuario

•  Como no se suelen realizar "autopsias" a los proyectos, no falta gente dispuesta a predecir el futuro

El modelo de demanda en cuatro fases

•  No son oráculos / No previsiones •  … pero todo el mundo tiene un

modelo en mente •  La creación de modelos no es

más que una abstracción mental •  No hay que tener miedo a

modelar una conducta determinada, aunque ésta no esté en los libros

•  Los modelos (y las simulaciones) pueden ser herramientas de aprendizaje



•  Para saber más sobre proceso de análisis y modelación: –  “Modelling Transport” por Ortuzar, J. de D. y Willumsen, L.G., John Wiley, NY, 3ª

Edición,2001 –  “Travel Estimation Techniques for Urban Planning” Informe 365 del NCHRP, 1998 –  Manuales de usuario de los paquetes comerciales (Trips, Emme2, Tranplan,

QRSII, MinUTP, Tp+, Vissum, etc.)

•  Cuestiones emergentes: –  Herramienta creada para una finalidad distinta: nueva infraestructura vial. Hoy,

su uso se centra en la gestión del sistema –  Expansión en horas punta y demanda inducida –  ¿Sustitución de viajes? ¿Impacto de las tecnologías de la información? –  Descripción de las “condiciones medias ideales” –  Previsión: ¿permanecen constantes los parámetros básicos? ¿proceso de

retroproyección (backcasting)? –  Cuestión subyacente: las elecciones individuales –  Áreas que precisan mayor análisis:

•  Tipos de propiedad del automóvil (variable básica) •  Ocupación por automóvil (variable básica) •  Transporte y distribución de bienes, taxis,…



Generación de viajes


Variables explicativas- Selección y Análisis •  Atracción:

– Localizaciones dónde los motivos del viaje son satisfechos.

– Describen atributos de localización: usos del suelo, densidad,..

•  Variables ligadas a la atracción –  Oportunidades ofrecidas: puestos de trabajo, superficie centros

comerciales, etc. –  Servicios (Grandes almacenes, Oficinas de la Administración) –  Oferta de transporte público –  Dificultad de acceso (acceso)


Métodos de Generación de Viajes

•  Método del factor de crecimiento •  Análisis por categorías •  Método de Regresión Lineal Múltiple (MLR)

Objetivo: estimar viajes (por hogar, por zona), en base a relaciones (a definir) que

usan datos disponibles.


Método del factor de crecimiento

•  Método del factor de crecimiento. –  Método rápido, pero poco preciso. –  Expresión básica:

–  Estimación de Fi = a partir de la evolución de las variables socioeconómicas que explican los viajes.

–  P.E.

itiFiT ×=

oi

oi

oi

ni

ni

ni

iTMIPTMIPF⋅⋅

⋅⋅=

Validar para: •  2000 hogares •  2 estratos (c/s coche) •  Tasas de generación:

• C= 6 Viajes /día • SC = 2,5 viajes / día

•  P e I = Cte.

ocrecimient de factorFii zona la de actuales viajestii zona la de futuros viajes Ti

donde,

=

=

=


Método de Análisis por Categorías

•  Generación de viajes: – p = propósito – i = zona – h = tipo de hogar – ai(h) = número de hogares del tipo h en

zona i – tp(h) = ratio de viajes para los viajes de

tipo p y tipo de hogar h

∑=h

pi

pi hthaG )()(


Método de Análisis por Categorías


•  Método de Regresión Lineal Múltiple (MLR) –  Planteamiento de la Función: Relación lineal

donde:

αi son los parámetros del modelo y

xi las variables independientes asociadas a la variable dependiente (generación o atracción de los viajes).

∑=

×+=n

kikki XG

1

αε

Método de Regresión Lineal Múltiple (MLR)


•  Variables continuas discretizadas (p.e. Ingresos, edad)

•  Variables discretas (disponibilidad automóvil, tipo de residencia,…)

Tipo de residencia:

1= Piso 2= Casa unifamiliar

3= Apartamento 4= Otros

4 variables con valor [0,1]

Ingresos: 1= menos de 6000€ 2= 6.000 - 12.000€ 3= 12.000 - 24.000€ 4= 24.000 – 48.000€ 5= 48.000 – 90.000€ 6= más de 90.000€



•  Variables no-lineales – Las variables xi deben entrar en forma

lineal ð Transformación (logarítmica – elevar a potencia -…)

– Usar Variables mudas – “dummy” (N intervalos discretos cada uno tratado separadamente en el modelo).



Método de Regresión Lineal Múltiple (MLR) •  No hay límite en el número variables que

pueden aparecer en el modelo, siempre que no estén relacionadas linealmente =multicolinealidad. – Cada variable debe explicar su inclusión en la

regresión – Cada variable que se incorpore debe mejorar

la explicación del resultado respecto a la regresión sin inclusión.

•  Las extrapolaciones a futuro pierden precisión a medida que aumenta el plazo de predicción.


Resumen del proceso


Ejemplo 1:

En una pequeña área urbana se han observado que se producen diariamente un volumen de viajes (en miles):

Zona Viajes-V

1 1,960

2 0,905

3 4,684

4 5,480

5 2,900

Se pretende calibrar un modelo de generación polinómico que explique el volumen generado en función de las variables exógenas:

•  P: Población en miles de habitantes •  W: Viviendas en la zona en miles •  A: Autobuses diarios

Se dispone de las siguientes informaciones asociadas a dichas variables:

Zona P W A

1 10 3.0 20

2 5 1.0 10

3 25 6.0 40

4 30 6.2 45

5 15 4.2 25

AWPV λβα ++=

V = 0,16693 P + 0,15371 W – 0,01048 A

Posibles soluciones, con una regresión con Excel:

V = 0,05994 + 0,181761 P + 0,17291W - 0,024342 A


Una empresa de autobuses, presta servicio a las poblaciones en el entorno de una capital de provincia.

Al acercarse las Fiestas de Navidad, ha considerado la posibilidad de aumentar su servicio, para atender a los viajes se generan en los pueblos del entorno.

Ha observado que los viajes aumentan al acercarse el día de Navidad. Por ello se plantea estimar el número de viajeros por una fórmula exponencial del tipo βα pktV =donde

•  V Número de viajeros en miles de personas. •  t Días que faltan hasta la Fiesta. •  p Población en miles de personas. A B

Hab. 10.000 25.000 Días rest. Viajeros Días Rest. Viajeros

7 2080 7 3960 4 2760 4 5240 1 5510 1 10470

Valores observados de años anteriores

V = 8,6 t -0,5 p0,701

Ejemplo 2:


βα pktV =

Ejemplo 2: Datos disponibles P t v

10000 7 2.080 10000 4 2.760 10000 1 5.510 25000 7 3.960 25000 4 5.240 25000 1 10.470

Lo convierto en un modelo lineal

log V = log k + α log t + β log p

Datos linealizados logp logt logv

4,0000 0,8451 3,3181 4,0000 0,6021 3,4409 4,0000 - 3,7412 4,3979 0,8451 3,5977 4,3979 0,6021 3,7193 4,3979 - 4,0199

Aplicamos nuevamente el ajuste de regresión con mínimos cuadrados y el modelo resultante es:

V = 8,655 t -0,5 p 0,701







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