Modelización del transporte

Hoy en día, los urbanistas y los encargados de la planificación del tráfico deben encontrar el equilibrio entre varias demandas contrapuestas. La transición hacia un ecosistema de movilidad más sostenible que permita afrontar retos como el cambio climático y la creciente urbanización, y conformar entornos habitables es más urgente que nunca. Al mismo tiempo, la demanda de movilidad y de medios de transporte de fácil acceso no deja de crecer.  Todo el mundo espera disfrutar de un transporte seguro, accesible, rápido y cómodo. Por tanto, los encargados de la planificación tienen la tarea de idear soluciones de transporte fiables que sean asequibles, eficientes y equitativas.

En la planificación del transporte y el desarrollo de sistemas de movilidad avanzados, la previsión de los hábitos de transporte y la demanda de movilidad desempeña un papel crucial. Solo si es posible estimar cómo y dónde viajará la gente en los próximos años, se pueden tomar las decisiones correctas para un futuro sistema de movilidad. La modelización y simulación del flujo de tráfico permite a los encargados de la planificación comprender los problemas actuales de su sistema de transporte, identificar oportunidades y prever y medir los efectos de los planes de desarrollo. Sirve de base para tomar decisiones acertadas y establecer el marco adecuado para el futuro del transporte.

¿Qué es la modelización del transporte?

Un modelo del transporte es una réplica digital detallada del complejo sistema de transporte y uso del suelo del mundo real. Representa las numerosas y complejas opciones de viaje que eligen las personas, sus pautas de desplazamiento y, por tanto, el nivel de demanda de movilidad, así como la capacidad de la red de sistemas de transporte. 

La modelización del transporte no se limita al tráfico de automóviles, sino que es multimodal. Se pueden modelizar todas las modalidades de transporte y sus interacciones. Esto incluye las bicicletas, los peatones, el transporte público, los nuevos modos de micromovilidad e incluso el tráfico aéreo. Los modelos del transporte son una representación de la realidad donde se pueden evaluar digitalmente el impacto de las distintas opciones de transporte y uso del suelo, y analizar cómo funcionará previsiblemente el sistema de transporte en el futuro. La modelización del transporte es, por tanto, una poderosa herramienta para realizar análisis fiables de hipótesis urbanísticas y en materia de transporte y para planificar posibles situaciones. 
 

¿Para qué sirve un modelo del transporte?

Los modelos del transporte son la base de la planificación del transporte y el tráfico. En los sistemas de transporte intervienen muchos componentes y partes interesadas, cada uno con su propia perspectiva e intereses. Además, el transporte está estrechamente ligado a muchos otros aspectos de la sociedad. Por lo tanto, la planificación del transporte no suele consistir en encontrar la «única solución óptima» posible, sino en considerar una serie de posibles medidas, políticas y condiciones externas y, a continuación, sugerir las acciones adecuadas para la toma de decisiones políticas o comerciales. Esto se denomina análisis «de hipótesis» o análisis de posibles situaciones.

Las herramientas de modelización del transporte permiten a los expertos en modelización concebir rápidamente distintas situaciones hipotéticas para una red de transporte y ponerlas a prueba en una serie de condiciones demográficas o económicas futuras presumidas.

Para planificar las infraestructuras y los servicios de transporte y para crear un sistema de movilidad preparado para el futuro es crucial plantearse dónde vivirán y trabajarán los ciudadanos en el futuro y cómo y dónde se desplazarán. Los modelos de la demanda de movilidad representan todos los procesos de la toma de decisiones en materia de transporte que condicionan que las personas se desplacen. Dentro de un modelo, pueden elaborarse supuestos hipotéticos futuros del crecimiento de la población, el uso del suelo, las redes de transporte y los hábitos de movilidad con el fin de evaluar el efecto de estos cambios. Esto permite a los encargados de la planificación determinar si es necesario un nuevo carril de autopista, cómo debe ampliarse la red de transporte público para satisfacer la demanda, dónde deben ubicarse las nuevas terminales de autobuses o los centros logísticos o cómo cambiarán los hábitos de movilidad de las personas con los vehículos autónomos. 
 

La modelización del transporte permite a los encargados de la planificación: 

• desarrollar estrategias y soluciones de transporte avanzadas y preparadas para el futuro; 
• realizar análisis y previsiones de tráfico;
• planificar los servicios de transporte público; 
• establecer un marco para adaptarse a nuevos servicios de movilidad, como la conducción autónoma.
   

¿Cuáles son las posibilidades de uso de la modelización del transporte?

Los modelos del transporte se utilizan para una gran variedad de aplicaciones. He aquí algunos ejemplos:   

Planes generales de transporte y planificación de infraestructuras 

Las ciudades y los organismos de transporte se enfrentan hoy al reto de crear una infraestructura de movilidad que satisfaga todas las necesidades, no solo en términos de circulación eficiente de personas y mercancías, sino también en relación con objetivos de planificación como la seguridad y la sostenibilidad.  La modelización del transporte ayuda a planificar y diseñar nuevas infraestructuras teniendo en cuenta la evolución futura y asegurando que puedan adaptarse fácilmente a las cambiantes condiciones demográficas, económicas o espaciales. 

La modelización del transporte sirve de apoyo para: 

• la planificación y el diseño de nuevas infraestructuras; 
• el desarrollo a largo plazo de las infraestructuras de transporte en función de las proyecciones demográficas y la evolución del uso del suelo; 
• la accesibilidad a diferentes servicios y utilizando diversas modalidades de movilidad.
   

Planificación del transporte público y la red de ferrocarril 

¿Cómo puede ampliarse la red de transporte público? ¿Dónde tiene sentido una nueva línea de autobús y dónde se necesitan nuevas paradas? ¿Qué frecuencia satisface la demanda y consigue crear una oferta atractiva? La modelización del transporte ofrece una representación detallada de todos los modos de transporte público, como el autobús, el tranvía, el metro, el taxi, el ferrocarril y el tren. Permite a los encargados de la planificación diseñar unos servicios de transporte público fiables que satisfagan de forma óptima las necesidades de los pasajeros y permitan una explotación eficaz.

Los modelos del transporte sirven de apoyo para

• la concepción de líneas y la elaboración de horarios para los próximos años (uno, cinco o diez años); 
• la planificación de la flota (adquisición de vehículos a largo plazo) y la asignación de vehículos; 
• la planificación de la explotación de autobuses eléctricos; 
• la planificación de los servicios;
• la licitación de partes de la red por los organismos encargados del transporte público; 
• la asignación de ingresos y la concesión de subvenciones a los operadores por el organismo correspondiente; 
• la evaluación de las estructuras tarifarias; 
• el análisis del recuento de pasajeros;
• el análisis de equidad
   

Elaboración de políticas y normas en materia de transporte 

Los modelos del transporte constituyen una base importante para definir las condiciones y normas marco para las políticas de transporte; por ejemplo, en la introducción de zonas de bajas emisiones u otras normas de tráfico, o como base para una gestión eficaz del tráfico.

Nueva planificación de la movilidad

El futuro de la movilidad apunta hacia los vehículos eléctricos y autónomos.  Además, los viajes y vehículos compartidos están cobrando una importancia cada vez mayor. Los encargados de la planificación del transporte deben adaptarse a estos nuevos servicios de movilidad y realizar los cambios necesarios para atender las necesidades de su comunidad. ¿Cómo puede planificarse estratégicamente la infraestructura de recarga necesaria para la movilidad eléctrica? ¿Qué impacto tendrán los vehículos autónomos en el flujo de tráfico y la capacidad de las vías? ¿Cómo pueden planificarse los servicios a la carta y compartidos de forma que complementen los servicios de transporte público existentes? La modelización del transporte es indispensable para fijar el rumbo correcto de un ecosistema de movilidad orientado al futuro.

¿Cuál es el flujo de trabajo para elaborar, mantener y aplicar un modelo del transporte?

En el ámbito de la planificación estratégica del transporte existe una distinción relativamente clara entre la elaboración de modelos y su aplicación. La elaboración de modelos es el proceso por el que se crea un modelo de referencia que reproduce la movilidad en las regiones que vayan a ser objeto de planificación en un momento dado (el año de referencia). Este modelo se crea a partir de varias fuentes de datos, que deben referirse en su totalidad al año de referencia. Mediante el ajuste de diversos parámetros y entradas, el modelo se calibra para que coincida con los recuentos de tráfico y diversos datos de estudios (como los recuentos de vehículos, los embarques de pasajeros en los medios de transporte público o las distribuciones de las distancias de viaje), que también se recogen para el modelo de referencia. Debido a estas necesidades de datos y calibración, el año de referencia del modelo no tiene por qué ser el mismo año en que se elabora el modelo.

Una vez calibrado y aprobado, este modelo de referencia puede utilizarse en numerosas aplicaciones diferentes para elaborar proyectos y poner a prueba situaciones hipotéticas. A continuación, este modelo puede entregarse a distintos organismos o consultores con el fin de que lo tengan en cuenta al estudiar sus proyectos.

Dado que el sistema de transporte evoluciona con el tiempo, también es necesario mantener y actualizar el modelo de referencia para que siga siendo representativo de la región en la que se basa. Las grandes actualizaciones del modelo suelen requerir también una recalibración. La frecuencia de estas actualizaciones depende del alcance de los cambios en la movilidad que tengan lugar en la región y del calendario y presupuesto del proyecto.  
 

¿Qué son los modelos macroscópicos, mesoscópicos y microscópicos?

Los tres términos se refieren al nivel de detalle con el que se realiza la modelización, en particular, del tráfico rodado. En los modelos macroscópicos, el modelo del tráfico se crea a partir de un modelo del flujo similar al de los fluidos, que genera resultados, por ejemplo, en forma de fracciones del volumen en tramos y giros. Los modelos macroscópicos pueden utilizarse para evaluar el tráfico en redes a gran escala, a expensas de los detalles en la simulación. En cambio, los modelos de microsimulación ofrecen una simulación detallada de los distintos vehículos, con su aceleración, desaceleración y movimientos precisos a lo largo de los tramos y en las intersecciones. Los modelos microscópicos contienen, por tanto, las trayectorias detalladas de los distintos vehículos. Los mayores recursos computacionales que precisan hacen que resulten menos aplicables a las redes a gran escala.  Los modelos mesoscópicos (o modelos de asignación basados en simulación) combinan aspectos de ambos modelos, al simular el tráfico en redes a gran escala mediante modelos simplificados del movimiento de vehículos que omiten aspectos como la aceleración o la deceleración. Los modelos mesoscópicos proporcionan un nivel de detalle suficiente para evaluar algunas situaciones específicas, por ejemplo las medidas de gestión del tráfico, aunque también pueden aplicarse a las redes a gran escala.

¿Qué métodos se utilizan para la modelización del transporte?

En función del nivel de detalle y precisión requerido, del periodo de previsión, de los datos registrados disponibles, de los recursos y de los conocimientos técnicos, pueden utilizarse distintos métodos matemáticos. Tradicionalmente, se ha empleado sobre todo una metodología agregada conocida como el «modelo de las cuatro etapas», o «modelo basado en viajes». En la actualidad, en muchos lugares se han aplicado métodos desagregados más detallados, conocidos como «modelos basados en actividades» o «modelos basados en agentes» (MBA). A continuación, se explican ambos métodos y algunos otros tipos de modelos:

Proceso de modelización clásica de la demanda de movilidad en cuatro etapas

El proceso de las cuatro etapas es una metodología establecida para la modelización de la demanda de movilidad urbana, regional y nacional. El modelo del transporte de planificación agregada comprende cuatro etapas relacionadas con las opciones de viaje.

1. Generación de viajes: ¿cuántos viajes se generan?

La primera etapa del proceso de planificación del transporte en cuatro etapas se ocupa del número de viajes que se originan en una zona de transporte (ZT) concreta o tienen como destino dicha zona.  Las ZT son o zonas o barrios en el área del modelo y sirven como origen o destino de los viajes. Las ZT también se codifican con datos sobre el uso del suelo, como el número de hogares y el empleo, con el objetivo de comprender la demanda de movilidad.  Los viajes generados están asociados a diferentes finalidades; por ejemplo, trabajo, compras, educación u ocio. La producción y atracción de viajes se rige por los llamados «índices de viaje», promedios basados en el número de personas por hogar o el número de vehículos disponibles.

A veces, se introducen unas ZT específicas en el modelo a fin de representar instalaciones como aeropuertos o grandes fábricas, que presentan unas características especiales de producción y atracción de viajes.  

El resultado de la etapa de generación de viajes es un conjunto de valores de producción y atracción asociados a cada zona. 
 

2. Distribución de viajes: ¿cuál es el destino en los viajes?

La elección del destino es el segundo componente en la planificación del transporte en cuatro etapas. La etapa de distribución de los viajes establece una correspondencia entre el origen y el destino de los viajes. Para ello, se sopesan el atractivo del destino potencial y el esfuerzo necesario para alcanzarlo, como la distancia por carretera, el tiempo de viaje y el peaje/coste. 

Como resultado de ello, la demanda de origen desde una ZT se reparte entre varias zonas de destino. El resultado del procedimiento de distribución de viajes es una matriz que contiene números fraccionarios de viajes entre los pares de zonas (O-D). La diagonal de la matriz contiene los viajes «intrazonales», que no suelen tenerse en cuenta en el modelo, pero se añaden mediante otro proceso. En función de la segmentación del modelo, pueden generarse múltiples matrices de distribución, por ejemplo, por motivo del viaje o por renta familiar.

3. Elección de la modalidad: ¿qué modo de transporte se utiliza en cada viaje?

En la tercera etapa, los viajes entre las ZT se adscriben a los correspondientes modos de transporte. El modo de transporte que utilizan los ciudadanos depende de sus preferencias y de aspectos familiares o personales, como ser propietario de un coche. Otros factores, como el tiempo de viaje, el coste, la disponibilidad de aparcamiento y el número de transbordos en el transporte público, también influyen en el reparto modal. Estas variables y parámetros suelen incorporarse a un modelo de tipo Logit para calcular la distribución de la demanda entre los distintos modos.

Como resultado del procedimiento de elección de la modalidad, las matrices de viajes de la etapa de distribución se perfeccionan, convirtiéndose en matrices de viajes por modo.

4. Asignación: ¿cuál es la ruta empleada en cada viaje? 

En la etapa de asignación, los viajes entre un origen y un destino en un modo de transporte concreto se «asignan» a un itinerario específico. Esto significa que las matrices de viajes de las etapas anteriores se utilizan como datos de partida para asignar los flujos de las rutas a la red de transporte real. Se generan volúmenes de tráfico para segmentos de la red viaria (o tramos) y cargas de vehículos en tránsito, y a menudo se analizan como resultado.

Existen diferentes procedimientos de asignación a la red para los distintos modos de transporte:

Asignación de tráfico rodado

Para el tráfico rodado de automóviles, vehículos pesados, etc., limitado por la capacidad de las vías, se aplican procedimientos iterativos de asignación a redes basados en el equilibrio. La distribución del tráfico a distintas rutas en estos procedimientos se basa en la observación de que las velocidades reales de viaje en las vías disminuyen en función de la cantidad de tráfico en la vía en relación con la capacidad de esta (el nivel de saturación). Esto se expresa mediante funciones que relacionan la demora con el volumen (o funciones de restricción debido a la capacidad). Con el aumento del volumen de tráfico y la disminución de la velocidad de circulación en las carreteras primarias, los usuarios optan por rutas secundarias más rápidas.

Los procedimientos de asignación desplazan iterativamente fracciones de la demanda de movilidad entre diferentes rutas hasta que todas las rutas adjudicadas a cada par de zonas de origen-destino conlleven el mismo (o muy similar) tiempo de viaje (o coste generalizado). Este ajuste se realiza para todos los pares a la vez, lo cual desemboca en un estado de equilibrio en toda la red, denominado equilibrio de Wardrop. Debido al enorme número de rutas consideradas, nunca se consigue un equilibrio absoluto. Se utiliza un intervalo para indicar el nivel de convergencia alcanzado en el proceso de asignación. Una buena convergencia del modelo de referencia es esencial para la planificación del transporte, porque con una convergencia deficiente es imposible distinguir los efectos del escenario con el ruido de la asignación aleatoria en aplicaciones posteriores del modelo.
 

Asignación de transporte público

El proceso de asignación de viajes en transporte público funciona de forma diferente a la asignación del tráfico rodado. Las redes de transporte público están formadas por distintas líneas de transporte con frecuencias de servicio específicas y posibles tiempos de espera en las paradas. A la red de transporte público solo se puede entrar en determinadas paradas, por lo que es necesario acceder y salir de ella, normalmente a pie. Es posible que no exista una conexión directa para un determinado par de zonas origen-destino, por lo que pueden ser necesarios uno o varios transbordos. Además, las tarifas de transporte también se tienen en cuenta en la elección de la ruta.

Hay distintos factores que influyen en la experiencia del viaje, como el tiempo de viaje, el número de transbordos, los tiempos de espera o el tiempo de acceso y salida. Dentro de una asignación de transporte público, estos factores se tienen en cuenta en el modelo de la elección.

A partir de la red de transporte público y de los horarios se obtienen varias alternativas de conexión de los viajes. A continuación, los viajes se distribuyen entre estas alternativas en función de las preferencias de los viajeros y de las líneas, paradas y acceso a los vehículos de la red de transporte público que se hayan calculado, así como de los volúmenes disponibles para el análisis.
 

Asignación de bicicletas como forma de movilidad activa

Aunque los modos de transporte activo, como la bicicleta, suelen muchas veces utilizar la misma infraestructura viaria que los coches, la elección de ruta por los ciclistas está influida por factores distintos a los de los conductores.  Las velocidades de desplazamiento de las bicicletas no dependen de la capacidad, al contrario que las velocidades de desplazamiento de los coches. Por el contrario, los ciclistas se ven más afectados por características como las pendientes, el pavimento, los semáforos, la señalización, etc. Por ello, es necesario utilizar modelos de elección que reflejan estos aspectos para asignar viajes en modos de transporte activo para distintas alternativas de rutas.

Modelos desagregados basados en actividades / basados en agentes (MBA)

A diferencia de los modelos agregados basados en viajes, los modelos desagregados modelizan personas u hogares individualmente y, a menudo, con localizaciones más precisas de los hogares y las actividades. Dado que no se dispone de datos individuales de toda la población, se generan unos «datos demográficos artificiales» de los hogares y las personas a partir de datos estadísticos y distribuciones de variables clave, como la renta familiar y la edad de las personas.

La estructura general del modelo de la elección que se usa en el MBA es muy flexible. Los atributos de la persona y el hogar asociados a cada individuo, así como sus decisiones anteriores, pueden tenerse en cuenta en cada paso siguiente de la elección. Esto permite una representación más realista de su movilidad por lo que se refiere a los desplazamientos durante el día simulado, ya que las variables del contexto familiar (por ejemplo, el uso del coche familiar), las decisiones a largo plazo (por ejemplo, la propiedad de un coche) y las variables relativas al recorrido (por ejemplo, conducir hasta el trabajo) pueden utilizarse para estimar con mayor precisión las decisiones de desplazamiento.  La comprensión del tiempo y el espacio también suele ser más precisa, de modo que la estimación de los desplazamientos con peaje/tarifa y los viajes en modos de transporte activo será más exacta.

Los MBA generan planes de la actividad diaria que cubren las actividades relevantes de cada persona, junto con su ubicación, horario, modo y ruta (en algunos casos).  Este registro de viaje artificial proporciona un nivel de detalle espacial y temporal mucho mayor en los resultados del modelo con vistas a su análisis. Como los resultados se generan como recorridos, viajes y actividades individuales, son más fáciles de entender que los tradicionales flujos de tráfico fraccionados generados con los modelos agregados. Por el contrario, la creación y calibración de los MBA es más compleja que la de los modelos agregados.
 

Otros métodos de modelización

Modelos agregados basados en recorridos/actividades

Aunque mantienen la agregación y segmentación espacial de los modelos clásicos de cuatro etapas, los modelos agregados basados en recorridos tienen en cuenta los recorridos de los individuos y abarcan múltiples actividades en diferentes lugares. Incorporan algunos aspectos de los MBA y otros de los modelos agregados tradicionales.

Modelos incrementales / de punto de giro

Los modelos de punto de giro son similares a los modelos de crecimiento simple que relacionan el crecimiento con una variable relevante (como el cambio en el precio del billete), en el sentido de que estiman los cambios en la demanda de movilidad a partir de los cambios en el coste del viaje. Pero, en lugar de limitarse a aplicar una elasticidad fija en relación con una o unas pocas variables seleccionadas, suelen reflejar las complejas opciones que toman los viajeros por medio de un modelo de tipo Logit incremental. Dado que este enfoque permite tener en cuenta diversas variables que influyen en la elección de los viajes, su uso en la planificación del transporte se ha extendido enormemente, por ejemplo, para la evaluación de proyectos. Algunas directrices nacionales (por ejemplo, la directriz sobre análisis del transporte [TAG] del Reino Unido (Transport, 2022)) para la evaluación de proyectos proporcionan instrucciones detalladas y parámetros de modelos para el flujo de trabajo.

Modelización multimodal

En el caso de muchos viajeros, la movilidad no se limita al uso de un único medio de transporte por viaje.  Más bien al contrario: pueden coger su coche privado para llegar a un aparcamiento disuasorio, utilizar el transporte público para llegar al centro de la ciudad y luego continuar su viaje en patinete eléctrico hasta alcanzar su destino. Otros ejemplos son los sistemas de viajes o coches compartidos, que se basan en el uso del coche, pero, a ojos del usuario, son muy similares a un medio de transporte público. Para la modelización multimodal, es necesario tener en cuenta estos requisitos y condiciones marco especiales.

¿Cómo se tienen en cuenta el transporte de mercancías y el tráfico comercial?

El transporte de mercancías, así como las actividades comerciales y de servicios, generan una gran parte del volumen total de tráfico. Debido a la gran variedad de operaciones implicadas y a la heterogeneidad y complejidad de las cadenas logísticas, la modelización del transporte comercial y de mercancías está menos uniformizada. La disponibilidad de datos de entrada y la calibración de los modelos limitan la aplicación generalizada de dichos modelos. Muchos modelos a menor escala (para zonas urbanas) solo evalúan de manera aproximada el tráfico comercial y de mercancías. A menudo se elaboran modelos más complejos y específicos a escala nacional para una evaluación del transporte de mercancías basada en las cadenas de suministro internas y externas.

¿Cómo se estructuran los modelos agregados del transporte?

Estructura del modelo espacial: ¿qué son las zonas de transporte (ZT)?

El principio básico de los modelos agregados es la disección espacial del área de estudio en zonas de transporte (ZT). Estas zonas cubren perfectamente el área de estudio y suelen estar asociadas a unidades estadísticas (comunidades, secciones censales, etc.) en las que se recogen datos estadísticos. La mayoría de los datos de entrada y salida se agregan a estas ZT y pueden prepararse y analizarse con herramientas SIG. Dado que las ZT son las unidades centrales de los cálculos del modelo, muchos resultados, como los indicadores del nivel de servicio de la red (denominados skims) (tiempo de viaje, coste, número de transbordos en transporte público, etc.) y los flujos de la demanda de movilidad (viajes de las personas, etc.) entre las ZT, se generan en forma de matrices cuadradas.  Las filas son las zonas de origen y las columnas son las zonas de destino.

Segmentación de la población

Las personas tienen diferentes pautas de desplazamiento en función de su situación vital y otros aspectos. Un empleado, por ejemplo, cubre rutas diferentes que un estudiante o un jubilado. Los habitantes de las zonas urbanas tienen unas opciones de desplazamiento diferentes a los de las zonas rurales. En los modelos de cuatro etapas, esto se refleja segmentando la población total de la ZT en diferentes grupos o «segmentos de demanda». El número de segmentos y las características consideradas para la segmentación (por ejemplo, edad, situación laboral o disponibilidad de coche) dependen del alcance del modelo, el presupuesto y la disponibilidad de datos. Una vez realizada la segmentación, en las etapas de modelización pueden aplicarse los parámetros individuales de las características del viaje por finalidad, preferencia de la modalidad, valor del tiempo, etc., para cada segmento.

Consideración del tiempo: ámbito temporal

La mayoría de los modelos de la demanda de movilidad se utilizan para consideraciones estratégicas. El horizonte de planificación es de varios años. En este contexto, a menudo basta con considerar los volúmenes de tráfico diario promedio. Así, muchos modelos estratégicos están diseñados para modelizar los volúmenes de tráfico y los viajes por día promedio. Como las pautas de desplazamiento tienden a presentar un alto grado de agrupación temporal y la infraestructura de transporte debe diseñarse para satisfacer la demanda en hora punta, suelen crearse modelos separados para las estimaciones del tráfico en hora punta. Si los modelos se utilizan para estudios más operativos, por ejemplo, de estrategias de gestión del tráfico, puede ser necesario un mayor grado de resolución temporal de la demanda, por ejemplo, por hora.

¿Cómo se elaboran los modelos del transporte?

¿Qué conjuntos de datos se utilizan para crear modelos del transporte?

Para crear modelos del transporte, se procesan y combinan los conjuntos de datos existentes, siempre que sea posible. En general, se necesitan varios tipos de datos de entrada para crear un modelo

Redes de transporte y datos sobre la oferta

Las redes de transporte constituyen la base de cualquier modelo del transporte. Las redes viarias pueden extraerse de bases de datos de navegación o de conjuntos de datos SIG. Puede ser necesario cierto procesamiento para proporcionar los atributos esenciales específicos de los modelos del transporte, como la capacidad. Los datos sobre las redes de transporte público y los horarios normalmente pueden obtenerse de los sistemas de planificación y suelen estar disponibles en formatos muy utilizados, como GTFS. Otras redes, por ejemplo, de vías ciclistas, de transporte marítimo o de tráfico aéreo, pueden obtenerse a partir de conjuntos de datos SIG u otras fuentes en línea. Pese a no ser necesario para la mayoría de los cálculos, conviene que las redes modales puedan fusionarse en una única red multimodal, por ejemplo, mediante el trazo de las líneas de autobús en la red viaria. Esto permite el análisis multimodal y la consideración de las interacciones entre modos.

Datos sobre el uso del suelo, demográficos y económicos

 Se necesitan datos sobre el uso del suelo, variables demográficas (población, edad, empleo, renta, etc.) y otros datos (lugares de trabajo, centros escolares, etc.) para determinar los orígenes y destinos de la demanda de movilidad. Gran parte de estos datos están disponibles en bases de datos o formatos SIG y pueden extraerse de los datos censales y sobre la monitorización del uso del suelo. En el caso de los modelos agregados, esta información suele condensarse a nivel de ZT, mientras que los MBA conservan las ubicaciones de las actividades individuales, las ubicaciones de los hogares y los datos demográficos artificiales.

Parámetros relativos a los hábitos de transporte

La mayoría de los cálculos en el proceso de modelización del transporte ―independientemente del tipo de modelo― se basan en parámetros que describen los hábitos de transporte de las personas. Estos parámetros pueden estimarse a partir de encuestas de registros de viaje de los hogares o calcularse mediante métodos estadísticos a partir de otros conjuntos de datos, como los datos de telefonía móvil.

Datos de control observados

Aunque no son necesarios para el cálculo del propio modelo, los conjuntos de datos de control son importantes para el proceso de calibración del modelo. Puede tratarse de volúmenes de tráfico observados a partir de recuentos manuales o automatizados de vehículos, recuentos de usuarios del transporte público obtenidos con sistemas automatizados de recuento o sistemas de expedición de billetes, o conjuntos de datos similares. Las distribuciones observadas de las distancias reales de los viajes, los tiempos de viaje, etc., también son útiles para calibrar los modelos de la demanda y a menudo se obtienen a partir de encuestas de viaje en los hogares o del análisis masivo de datos (Big Data).

Definición de la secuencia del modelo 

La secuencia del modelo describe la secuencia de cálculos, los pasos del procesamiento de datos y la generación de resultados que tienen lugar al «ejecutar» el modelo o evaluar una situación hipotética. Dependiendo del software utilizado para la modelización, la secuencia, junto con los parámetros de cálculo, pueden definirse a través de una interfaz gráfica de usuario o mediante un lenguaje de secuencia de comandos o programación. En muchos casos, los modelos de la demanda de movilidad incorporan bucles de retroalimentación, por lo que las subpartes de la secuencia del modelo se ejecutarán varias veces durante una única ejecución del modelo. Los modelos complejos o los determinados cálculos pueden incluso iniciar herramientas de software externas para componentes adicionales.

Calibración del modelo

Para ser utilizados como herramienta de planificación, los modelos del transporte deben lograr una réplica exacta de las pautas de desplazamiento en el año de referencia. Solo así podrán evaluarse de forma válida las situaciones hipotéticas futuras. Para lograrlo, los resultados del modelo se comparan con los datos observados: normalmente, el recuento de vehículos, el recuento de usuarios del transporte público o las distribuciones de la distancia y el tiempo de viaje, como mínimo. A partir de estas comparaciones, se ajustan los parámetros del modelo y otros aspectos hasta que se cumplen los requisitos de calibración (por ejemplo, una desviación máxima del +/- 5 % en el 85 % de los lugares de recuento). La calibración suele ser un proceso largo que requiere conocimientos y experiencia. Se pueden emplear varios procedimientos automatizados para ajustar de manera automática los componentes del modelo con el fin de que coincidan con los recuentos observados; por ejemplo, añadiendo constantes a las funciones de utilidad o mediante el ajuste automatizado de matrices a posteriori. Aunque aceleran el proceso de calibración, estos métodos pueden plantear problemas en relación con la expresividad del modelo y pueden llevar a un sobreajuste del mismo.

¿Cómo se analizan los modelos del transporte?

¿Qué datos y resultados generan los modelos del transporte?

Los modelos del transporte ofrecen diversos resultados con distintos niveles de detalle y segmentación. Entre los datos que generan, los más utilizados son los volúmenes de tráfico de los distintos modos de transporte en los tramos. Estos proporcionan información directa sobre los efectos del tráfico local, por ejemplo, en los niveles de ruido y emisiones. Para la planificación del transporte público, los datos generados comparables son los volúmenes en las líneas de transporte público o en los distintos servicios, o el acceso a los vehículos, la bajada de estos y el transbordo en las distintas paradas. Las asignaciones generan rutas completas a través de la red desde el origen del viaje hasta su destino, junto con los volúmenes respectivos, lo que permite analizar con detalle qué viajeros usan cada tramo. Esto es muy útil, por ejemplo, a la hora de planificar obras en la vía pública y desviaciones. 

Para las evaluaciones más exhaustivas de las situaciones hipotéticas, se puede proporcionar una multitud de indicadores clave del rendimiento globales para toda la red o para subsecciones, como determinadas relaciones o destinos. En el caso de los estudios sobre la descarbonización, puede tratarse de métricas como el kilometraje total o la longitud de la congestión. En el caso de los estudios sobre el transporte público, se proporcionan indicadores clave del rendimiento como el número total de usuarios, el tiempo medio de viaje, el número de transbordos, los ingresos tarifarios estimados y los costes de explotación. Las distintas matrices de red de tipo skim generadas durante el cálculo del modelo proporcionan información valiosa sobre cuestiones relacionadas con la accesibilidad y la conectividad.
 

¿Qué herramientas pueden utilizarse para analizar los resultados de los modelos del transporte?

Muchos de los resultados de los modelos del transporte pueden analizarse fácilmente con cuadros, gráficos o mapas SIG. Los mapas de barras en 2D o 3D son una representación muy utilizada para visualizar los volúmenes en los tramos.

La riqueza y estructura de los resultados de los modelos del transporte permiten análisis mucho más sofisticados. A continuación, se describen solo algunas de las muchas herramientas disponibles:

• Una de las herramientas más importantes es el análisis del «paquete de flujo» o del «tramo seleccionado». En este, se extraen todas las rutas que atraviesan los elementos de la red seleccionados. Los encargados del análisis pueden evaluar qué viajeros se verán afectados por los cambios en dichos elementos.
• Los cálculos de isócronas proporcionan una visión de la accesibilidad basada en la información detallada sobre los tiempos de viaje y la conectividad de la red contenida en el modelo del transporte.
• La información recogida en las matrices de la red de tipo skim y las matrices de la demanda de movilidad puede visualizarse y agregarse para identificar los flujos de demanda y las pautas generales de desplazamiento
• Se pueden investigar los perfiles temporales de las actividades en los lugares seleccionados, por ejemplo, la carga de vehículos eléctricos en instalaciones de recarga o la presencia de visitantes en un centro comercial.
• Los perfiles de las aglomeraciones y los lugares de transbordo en las líneas de transporte público o la coordinación de la señalización formando ondas verdes pueden analizarse en diagramas espaciotemporales especializados.
   

¿Cómo se conectan los modelos del transporte con otras planificaciones y aplicaciones?

La movilidad está en el centro de la actividad humana. Es por ello por lo que la planificación del transporte nunca puede ser una actividad aislada. De hecho, está conectada con muchas otras actividades en el campo del urbanismo y realiza aportaciones inestimables a los respectivos procesos y herramientas. Algunos ejemplos de esto son:

Evaluación de la calidad del aire y cambio climático

El tráfico rodado es responsable de gran parte de las emisiones de carbono y otros contaminantes que afectan a la calidad del aire en las ciudades. Por ello, muchos proyectos de planificación del transporte tienen como objetivo reducir esas emisiones; por ejemplo, introduciendo zonas de bajas emisiones en el centro de las ciudades. Los modelos del transporte calculan los volúmenes de tráfico originados por tales medidas, al tiempo que indican los efectos secundarios no deseados, como el aumento general de la duración de los viajes. Al combinarlos con modelos de emisiones, los encargados de la planificación pueden, por ejemplo, evaluar diferentes composiciones de las flotas de vehículos con motor eléctrico y de combustión. 

Evaluación del nivel de ruido

Al igual que ocurre con la calidad del aire, los volúmenes de tráfico calculados por los modelos del transporte también pueden combinarse con los modelos de emisiones sonoras. A partir de modelos detallados del entorno edificado, etc., los encargados de la planificación pueden evaluar la exposición al ruido y las posibles reducciones con herramientas específicas.

Accesibilidad y equidad

El acceso a distintos tipos de servicios, como la atención sanitaria, la educación o los comercios de alimentación, depende en gran medida del transporte, aunque no todas las alternativas de movilidad sirven para todas las personas. La representación detallada de todas las modalidades de transporte y la segmentación de los modelos del transporte en función de los distintos tipos de población permiten planificar de forma concisa la equidad en la prestación de los servicios. 

Planificación de la flota de vehículos de transporte público, ferrocarril y viajes compartidos

La adquisición de vehículos para transporte público, los servicios ferroviarios o la oferta de viajes compartidos requiere enormes inversiones financieras y tiene además, largos plazos de entrega. Por lo tanto, el inicio de la prestación o el ajuste de estos servicios no suele ser una cuestión que se decida a corto plazo, sino que requiere una adecuada planificación previa. En particular, la conversión de las flotas de autobuses de gasolina en flotas de autobuses eléctricos requiere una evaluación minuciosa de los diferentes conceptos operativos (la carga nocturna, la carga de oportunidad, etc.) y de la infraestructura de recarga necesaria. Los modelos del transporte pueden utilizarse para evaluar la flota de vehículos necesaria para operar un servicio proyectado o para analizar cómo se comportarán los distintos tipos de vehículos en dicho servicio.

Planificación de las obras en la vía pública

Cuando es necesario realizar obras de mantenimiento o sustitución de infraestructuras, o cuando otras obras en la vía pública afectan a la capacidad de las vías, los modelos del transporte ayudan a determinar la reubicación de los flujos de tráfico y a garantizar una capacidad suficiente y un tráfico fluido en las rutas alternativas.

Uso del suelo y red eléctrica

Cuando se lleva a cabo la ordenación urbana y se determinan los usos del suelo de una ciudad o región, es necesario ajustar los sistemas de transporte. Los modelos del transporte desempeñan un papel fundamental en este proceso. Con el cambio hacia la movilidad eléctrica, otras partes de la infraestructura urbana, como la red eléctrica, también pueden necesitar ajustes. Los modelos del transporte aportan ideas clave para ayudar a dimensionar estas infraestructuras.

Seguridad vial

La seguridad vial desempeña un papel fundamental en la habitabilidad de las ciudades. Los modelos del transporte pueden ayudar a identificar y analizar los puntos conflictivos donde se producen más accidentes y a diseñar alternativas en la red para mitigarlos.