PLANIFICACIÓN Y EXPLOTACIÓN DEL TRANSPORTE · d) Movilidad: Encuestas de viajes OD sobre Muestras...
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by Álvaro Fernández Heredia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
• 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
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¿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
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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)
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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.
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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
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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
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• 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.
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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
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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
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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
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Caracterización del Hogar
Indice Motorización
Cuestionario (EDM 96)
Composición del hogar
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Edad Actividad
Disponibilidad hacia Tte Público
Cuestionario (EDM 96)
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Origen - Destino
Motivo Horas
Modo Desutilidad Tte Público
Desutilidad Tte Privado
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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.
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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
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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
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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)
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Modelo clásico de cuatro etapas
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¿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.
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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
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Generalización de los modelos de transporte
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
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Modelización de la OFERTA
Generalización de los modelos de transporte
Modelización de la DEMANDA
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Centroide
Zonificación =Discretización del territorio
Cómo un es representado para un análisis computacional
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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
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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.
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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.
Redes - Modelización de la oferta
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Centroide Conector
Redes - Modelización de la oferta
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Modelos de Planificación
• El modelo de demanda en cuatro fases
• Modelos, previsiones, escenarios
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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
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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+=
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Modelos de Planificación
• El modelo de demanda en cuatro fases
Ejes viarios para un escenario concreto
Vista del centro de Bilbao:
volúmenes, intercomunicaciones, velocidades…
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Flujos Observados
Fluj
os M
odel
ados
Calibración
Modelo - Calibración
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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
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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
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Modelos de Planificación
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)
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Modelos de Planificación
• 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
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Modelos de Planificación
• 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,…
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Modelo clásico de cuatro etapas
Generación de viajes
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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)
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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.
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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,
=
=
=
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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 )()(
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Método de Análisis por Categorías
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• 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)
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• 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€
Método de Regresión Lineal Múltiple (MLR)
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• 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)
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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.
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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
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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:
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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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Modelo clásico de cuatro etapas
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Modelo clásico de cuatro etapas