u p c modelos de planificación del - · 3.1 modelos de generación y atracción de viajes. ......

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Esteve Codina & Lídia Montero Models Avançats de Demanda - MLTM 1

Modelos de Planificación del Transporte: análisis de la

oferta y la demanda

INTRODUCCIÓN A MADT-MLTM

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Esteve Codina & Lídia Montero

1. Metodología: Esquema de las Cuatro Etapas. 2. Recogida de Información: Oferta, demanda.

2.1 Caracterización socioeconòmica de las zonas de transporte. 2.2 Encuestas domiciliarias, aforos, etc. 2.3.Desarrollos y políticas previstos en el futuro.

3. Modelización. 3.1 Modelos de generación y atracción de viajes. 3.2 Modelos de distribución de viajes. 3.3 Modelos de reparto modal. 3.4. Modelos de asignación. Privado y público. Redes de transporte y

confrontación oferta-demanda. Calibración de la red base actual. 3.5. Extensiones a modelos de análisis más complejos.

4. Desarrollo de futuros escenarios y evaluación. Prognosis de la demanda a horizontes corto, medio y largo plazo (Exemplo AIMSUN-NG).

5. Entornos integrados de Planificación del Transporte: AIMSUN -NG, Emme/2, TransCAD, Estraus.

2

Guión

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Esteve Codina & Lídia Montero 3

• Referencias clásicas – Juan De Dios Ortúzar y Luis G. Willumsen (2001)

"Modelling Transport" , John Wiley & Sons.

– Adib Kanafani (1983), "Transportation Demand Analysis", Mc Graw Hill.

– Norbert Oppenheim (1995), "Urban Travel Demand Modelling. From Individual Choices to General Equilibrium" John Wiley & Sons.

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Análisis tradicional de los sistemas de transporte

• El objetivo de los análisis en la planificación del transporte urbano es la obtención de descripciones macroscópicas de los flujos de vehículos y viajeros sobre las infraestructuras a partir de hipótesis del comportamiento de los usuarios del sistema de transporte.

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Análisis tradicional de los sistemas de transporte

• Tradicionalmente se ha considerado que dicho proceso de planificación consta de cuatro fases, las cuales aparecen mencionadas por primera vez en el histórico estudio (1960) del Area de Transportes de Chicago (Chicago Area Transportation Study).

• Análisis moderno.

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1. Recopilación de datos y delimitación del área objeto del estudio de planificación.

2. Análisis y ajuste de modelos. 3. Previsiones de la demanda: a partir de

los modelos generados en la fase anterior. Construcción escenarios.

4. Evaluación de futuros escenarios.

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Esquema de las Cuatro Etapas

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Esquema de las Cuatro Etapas

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• Zona de transporte: homogeneidad de las características socioeconómicas, usos del suelo y de accesibilidad al sistema de transporte.

– Zonificaciones anteriores. – Divisiones administrativas: municipios,

distritos, secciones censales. – Partición de secciones censales en

previsión de nuevos desarrollos.

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Definición de área de estudio

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Definición de área de estudio • Partición del

territorio económico.

• Los centroides identifican: – Zonas de

transporte – Puertas del

modelo

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• De la definición de las zonas a nivel de comarcas o coronas

• …se refina en el área de interés a la definición de municipios.

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• De la definición de municipios …

• …se refina en el área de interés a la definición de distritos y/o barrios.

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Definición de área de estudio • De la definición

de distritos/barrios…

• …se refina en el área de interés a la definición de zonas de transporte como agrupación de secciones censales.

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Zonificación interior rondes del entorno inmediato de Barcelona.

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• Superficie • Población • Viviendas • Motorización, aparcamiento, carga/descarga. • Empleos por sectores • Usos del suelo: comercial, industrial, servicios,

residencial.

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Recopilación de datos: herramientas CAD

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Recopilación de datos: datos autoridades del ámbito

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Recopilación de datos: infraestructura viaria y movilidad

• Modelos regionales: carreteras según su tipología. – Evaluación

del Plan de Infraestructuras (PIT) en Catalunya.

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• Modelos urbanos: – Viario principal

y secundario: callejero.

• Sistema de transporte público: autobús urbano, interurbano, metro, Renfe, ferrocarril cercanías, tranvías, etc.

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• Modelos urbanos: – Viario

principal y secundario: callejero.

• A partir del callejero municipal.

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Recopilación de datos: encuestas de movilidad domiciliaria

• Conocer la movilidad cotidiana de la población del ámbito para establecer sus patrones.

• Obtener información sobre la opinión de los ciudadanos sobre aspectos relacionados con la movilidad.

• Estudiar la evolución de la demanda de desplazamientos en base a comparar encuestas periódicas.

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Recopilación de datos: encuesta de movilidad domiciliaria • Encuesta telefónica en

2006 a personas =>4 años.

• Muestra de 100000 ind, en primavera y otoño

• 27 Preguntas en 3 apartados: – Deplazamientos ayer. – Caracterización

socioeconómica. – Opinión: uso de modos de

transporte, satisfacción, motivos, costes,etc.

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Recopilación de datos: Encuesta domiciliaria EMQ’2001

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Recopilación de datos: EMQ’2001 Principales resultados

• Desplazamientos por motivos

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• Desplazamientos por modo principal:

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• Reparto modal y cuotas de mercado

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Recopilación de datos: EMQ’2001 Principales resultados Reparto modal por comarcas:

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Movilidad según las cadenas modales

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Movilidad semanal por etapas

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Desplazamientos según dia de la semana

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Movilidad semanal entre comarcas

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Autocontención por comarcas de residencia

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Movilidad semanal por género y motivo

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Cuotas de mercado de los modos por género

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Recopilación de datos: EMQ’2001 Principales resultados Cuotas de mercado del modo según la actividad profesional

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Conocimiento y valoración del Sistema de Integración Tarifaria

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Cambios de Hábitos de desplazamiento por Sistema de Integración Tarifaria

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Recopilación de datos: EMQ’2001 : Cuestionario

Cuadernillo con desplazamientos de un día:

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Recopilación de datos: Matrices origen destino modales entre zonas

• Asignar un peso

a cada individuo de la muestra, según el plan de muestreo: factor de expansión.

• Ponderar todos los desplazamientos de un individuo por su factor de expansión.

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Recopilación de datos: Puntos de aforo automáticos regulares

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Recopilación de datos: Si existe una Enc.Domiciliaria de menos de 5 años

Cuadernillo con desplazamientos de un día:

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Modelización oferta y demanda

1. Recopilación de datos.

2. Análisis y ajuste de modelos

3. Previsiones de la demanda.

4. Evaluación estratégica.

Generación y Atracción de Viajes

Distribución

Reparto Modal

Asignación

DEMANDA

OFERTA

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Modelos demanda: G/A viajes Modelos agregados (zona)

/ desagregados (hogar) • Generación de viajes

(modales/por motivos/periodo, etc) en las zonas: – Función de las

características de la zona: población, viviendas, usos del suelo, disponibilidad de coches, nivel económico,etc.

• Idem en Atracción.

Notación

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Simplificación

[ ]ijt=T= número de viajes entre el origen i y el destino j

ijt

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Modelos demanda: G/A viajes

Modelos agregados (zona):

• Modelos de regresión lineal múltiple generalizados (con variables contínuas y categóricas).

• Idem en Atracción.

∑=

+='

10

p

kjkk zββjD

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

= var.socioeconómica k en el origen i ikx

∑=

+=p

kikk x

10 ααiO

Facilitan los totales por origen (O s) y los totales por destino (D s)

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Modelos demanda: G/A viajes Modelos desagregados

(hogar) Análisis por categorías

(modelos estadísticos) – Tasas de generación de

viajes constantes en el tiempo para cada categoría

– Tablas de contingencia (SPSS, MINITAB, R, …)

– Modelos loglineales (SPSS, R, SAS, …).

– Más 2 dimensiones …

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Facilitan los totales generados según la tipología de hogar por origen (O s)

Número de viajes generados por hogar

Personas por hogar

HH_PERS_1

HH_PERS _2

HH_PERS _3

HH_PERS _4

HH_PERS _5

Autos por hogar

PERC_0_AUT

PERC_1_AUT

PERC_2_AUT

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Modelos demanda: G/A viajes

Modelos desagregados (hogar)

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Facilitan los totales generados según la tipología de hogar por origen (O s)

Se debe conocer el número de hogares por zona en la tipología.

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Modelos demanda: G/A viajes Modelos desagregados (hogar) Exemplo TransCAD:

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación Se debe conocer el número de hogares por zona en la tipología y su evolución futura !!!!

ID AREA

TOTAL_HH

HH_INC_1

HH_INC_2

HH_INC_3

HH_INC_4

HH_INC_5

PERC_0_AUT

PERC_1_AUT

PERC_2_AUT

1 7,27 4967 1000 1170 2280 300 217 0,17 0,67 0,16

2 13,00

16633 3000 4280 7620 933 800 0,23 0,47 0,30

5 8,26 16470 300 420 7200 4550 4000 0,16 0,43 0,41

4 9,29 8020 500 690 4305 1525 1000 0,14 0,81 0,05

3 7,39 16280 1100 1310 8745 3125 2000 0,29 0,14 0,58

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Modelos de Distribución Viajes Modelos agregados (zona) • Distribución de los viajes

generados en un origen entre diversos destinos – Oi conocidos – Dj conocidos

Notación

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T= número de viajes entre el origen i y el destino j

ijt

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Modelos de Distribución Viajes Modelos de factor de

decrimiento Disponible un patrón de

distribución – Encuesta OD – Estudio anterior – Oi actuales conocidos – Dj actuales conocidos

A estimar

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T

= número de viajes actuales entre el origen i y el destino j

[ ]ijd=D ijjiij dbat =

UPC

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Modelos de Distribución Viajes • Modelos de factor de

crecimiento: disponible un patrón de distribución y – Oi actuales conocidos – Dj actuales conocidos

• Factor de crecimiento

simple (por orígenes o destinos).

• Factor de crecimiento con restricciones dobles (orígenes y destinos) : método de Furness.

A estimar G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T


[ ]ijd=D

ijjiij dbat =disponible

Sujeto a:

UPC

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Modelos de Distribución Viajes • Modelos de gravedad:

– Disponible una matriz de costes de viaje origen-destino.

– Oi actuales conocidos – Dj actuales conocidos

• Modelo físico. • Más difíciles de entender

que los modelos de crecimiento tipo Furness.

A estimar G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T


[ ]ijcC =

)( ijjjiiij cDbOat f=

disponible

Sujeto a:

UPC

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Modelos de Distribución Viajes • Modelos de gravedad:

– Disponible una matriz de costes de viaje origen-destino.

– Oi actuales conocidos – Dj actuales conocidos

A estimar G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T


[ ]ijcC =

)( ijjjiiij cDbOat f=

disponible

UPC

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Modelos de Distribución Viajes • Modelos de

entropía Wilson (1967)

• Relacionados con hipótesis estadísticas de mínima cantidad de información añadida: – Oi actuales

conocidos – Dj actuales

conocidos – Con o sin patrón

de viajes

• Todos implementables con modificaciones del algoritmo tipo de Furness.

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

dij

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Modelos de Distribución Viajes

• Modelos de entropía: – Oi actuales conocidos – Dj actuales conocidos

A estimar G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

[ ]ijt=T

jjiiij DbOat =

disponible

– Disponible de un patrón origen-destino.

[ ]ijd=Dijdjjiiij DbOat =

+ – Disponible de un patrón origen-destino.

+

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Modelos de reparto modal • Modelos muy discutidos, pero imprescindibles. • Técnicamente clasificados en modelos agregados

(zona) y desagregados (individuo). • Los modelos desagregados a nivel de individuo

son los únicos considerados fiables. • Modelos estadísticos: modelos lineales

generalizados. – Extensión de la regresión clásica que permite incluir como

variables explicativas tanto variables cuantitativas como cualitativas.

– La variable de respuesta puede ser una variable aleatoria binomial, Poisson, multinomial, gamma, etc.

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

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Modelos de reparto modal La selección del

modo de transporte depende de las características del VIAJERO

• Disponibilidad

vehículo • Renta • Estructura

familiar • Densidad

residencial • Condicionantes

del resto del día

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

La selección del modo de transporte depende de las características del VIAJE

• Motivo del viaje • Hora del día

La selección del modo de transporte depende de las características del MODO

• Tiempo de viaje • Tiempo de espera • Coste del viaje • Coste y

disponibilidad parking

• Confort • Regularidad • Seguridad

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Modelos de reparto modal

• Basados en la Teoría de Elección Discreta de Alternativas basada en la maximización de la utilidad aleatoria (modelos econométricos).

• Postulados por el premio Nobel Daniel McFadden (1975).

• Modelos intrinsecamente desagregados (individuo): falta estrategia de agregación para la predicción.

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

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Modelos de reparto modal

• Modelos de Elección Discreta de Alternativas: selección de la alternativa que maximiza la utilidad aleatoria.

• La utilidad es una variable aleatoria

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

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Modelos de Elección Discreta de Alternativas

• Distribución de probabilidad de la utilidad percibida:

Modelos de reparto modal Modelos de Elección Discreta de

Alternativas • Distribución de probabilidad de la utilidad

percibida:

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Gumbel (simple) presupone modos i.i.d Normal (más potente) permite alternativas modales correlacionadas.

Modelos logit, logit multinomial Modelos probit






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Modelos de reparto modal Modelos de Elección Discreta de

Alternativas Logit Jerárquicos • Estructura jerárquica del proceso de decisión. • Aumenta la capacidad modelística de los modelos

logit. • Resulta mucho más simple que los modelos probit.

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Gumbel (simple) + permite alternativas modales correlacionadas.

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Modelos de reparto modal Modelos de Elección Discreta de Alternativas

Logit Jerárquicos

• Empezar por nido inferior (atributos independientes) • Calcular la utilidad del nido: • Calibrar parámetros de nido 0<φ≤1 y α • Subir a nido superior

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

Gumbel i.i.d. por nivel + permite alternativas modales correlacionadas.

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Modelos de asignación

• Transporte privado. • Transporte público. • Asignación bimodal (EMME/2). • Modelos integrados macro-micro

(AIMSUN-NG). • Modelos de equilibrio

multimodales (Estraus).

G/A

Distribución

Reparto Modal

Asignación

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Asignación bimodal: paradigma EMME/2

Asignación auto Tiempo de recorrido auto (timau) se usa en

impedancia transit (segmentos ligados al arco)

Asignación transit

Vehículos equivalentes auto (veq) se usa en impedancia auto (volad, volumen adicional)

Asignación auto

Asignación transit




Asignación transit


Asignación auto

Asignación transit




Asignación transit


Asignación auto

Asignación transit




Asignación transit


Asignación auto

Asignación transit




Asignación transit


Asignación auto

Asignación transit


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El entorno de modelización EMME/2

• EMME/2 is an interactive-graphic state-of-the-art multimodal urban transportation planning system.

• It offers the planner a complete and comprehensive set of tools for demand modelling, multimodal network modelling and analysis and for the implementation of evaluation procedures.

• Panorámica.

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El entorno de modelización TransCAD

• TransCAD es un sistema de información geográfica (SIG) diseñado especialmente para profesionales de transporte con el objeto de almacenar, mostrar, y analizar datos de transporte.

• TransCAD, a diferencia de los demás paquetes informáticos de transporte, combina en una sola plataforma integrada las propiedades de un SIG y las capacidades de modelación del transporte.

• Caliper Corporation 1172 Beacon Street • Newton MA 02461 • USA • Tel: +1(617)527-4700 • [email protected]

mailto:[email protected]

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• Una poderosa plataforma SIG con extensiones específicas para modelos de transporte.

• Herramientas de análisis diseñadas para el transporte, mapeo y visualización.

• Aplicaciones para módulos de creación de rutas, previsión de la demanda de viajes, transporte público, logística y gestión del territorio

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Modelos de demanda y planificación del transporte

• TransCAD es el único programa de planificación basado en un entorno SIG totalmente integrado y con herramientas y procesos de asignación.

• TransCAD incluye todos los elementos típicos de un programa de planificación del transporte convencional...

• Los Modelos de Generación – Producción de Viajes.

• Los Modelos de Atracción de Viajes. • Los algoritmos de ajuste de Viajes

están diseñados para ajustar el volumen total de atracciones con el de producciones.

• Los Modelos de Distribución de Viajes.

• Los Modelos de Distribución Modal. • P-A to O-D y Matrices Horarias

incluye herramientas para convertir producciones y atracciones en orígenes – destinos, descomponer una matriz diaria en un grupo de horarias, transformar viajeros en vehículos y aplicar factores de horas punta o valle.

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• Los Modelos de Avanzados Asignación de Tráfico incluidos en

TransCAD se basan en funciones de costos generalizados, para la evaluación de problemas de transporte multimodal o de competencia entre diferentes modos de transporte.

• TransCAD permite aplicar un modelo de asignación de tráfico

que simultáneamente asigna vehículos ligeros, pesados y autobuses sobre la red vial. Este procedimiento permite incluir peajes por tipología de vehículos y utilizar velocidades diferentes en la ecuación de costos generalizados. También pueden definirse restricciones por clases de vehículos en el uso de la red vial. Algunos vehículos con itinerarios fijos pueden ser considerados como precargas en la red.

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El entorno de modelización TransCAD: resultados asignación

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El entorno de modelización TransCAD: modelo BCN

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TransCAD: resultados asignación en modelo de BCN

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El entorno de modelización TransCAD: resultados asignación

• La red anterior de transporte privado se puede asignar con la matriz de demanda y se obtienen resultados a nivel de arco y pareja OD.

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El entorno de modelización AIMSUN-NG

• AIMSUN-NG se desarrolló en la UPC y actualmente en TSS (Transport Simulation System).

• Entorno informático muy evolucionado donde se integra: simulación microscópica, planificación del transporte y usos del suelo.

• Ver detalle …

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Gracias por su atención !

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