Diseño de servicios expresos para buses
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2013
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Los servicios expresos, que en general se pueden definir como servicios que atienden a un subconjunto de los paraderos de un determinado corredor, son una estrategia de operación que puede ser beneficiosa tanto para los operadores como para los usuarios. Una reducción en el número de detenciones beneficia a los usuarios al reflejarse en una disminución en los tiempos de viaje. Naturalmente, esto también favorece a los operadores, que al ver reducidos sus tiempos de ciclo pueden hacer un uso más eficiente de su flota. Estos beneficios deben compensar el perjuicio que experimentan los usuarios de los paraderos omitidos, cuyos tiempos de espera pueden verse elevados por este tipo de medida. En este trabajo se propone una forma de diseñar servicios expresos en una red de transporte público urbano operada por buses. El algoritmo de diseño que se plantea genera un conjunto de servicios y entrega sus frecuencias de operación, tomando en cuenta la restricción que impone la capacidad máxima de los buses, y considerando que los pasajeros minimizan sus tiempos esperados de viaje considerando la existencia de líneas comunes y la posibilidad de realizar trasbordos.
El problema descrito es abordado enfocando inicialmente los esfuerzos en el caso de un corredor aislado, para posteriormente construir una heurística que diseña los servicios de una red descomponiéndola en corredores. El problema de diseño de servicios expresos para un corredor es a su vez descompuesto en dos subproblemas: el problema de optimización de frecuencias para un conjunto de servicios fijo, y el problema de generación de servicios para un corredor. En Leiva et al. (2010) se formula un modelo para la optimización de frecuencias de servicios expresos en un corredor que fue utilizado como punto de partida para esta investigación. Un análisis en profundidad de este modelo permitió detectar algunas posibilidades de mejora, dentro de las que se cuentan nuevas formas de representar los servicios introduciendo restricciones de continuidad de frecuencia por nodo, y mejoras en la heurística de ajuste de capacidad que reducen drásticamente los tiempos de ejecución.
Para resolver el problema de generación de servicios se diseñaron diversas heurísticas. En términos generales, estas heurísticas evalúan el efecto sobre los costos sociales de permutaciones locales como eliminar o agregar paraderos sobre servicios existentes, o comparan los beneficios de diferentes configuraciones de servicios de formato predeterminado (cortos y zonales). Se proponen también heurísticas diseñadas especialmente para el caso con restricción de capacidad activa, donde centrando el análisis en el arco crítico del corredor se obtienen expresiones analíticas para frecuencias y costos óptimos. Todo esto permitió construir un algoritmo para el diseño de servicios expresos en un corredor que combina el modelo de optimización de frecuencias con las heurísticas de generación de servicios encontradas en esta etapa. El modelo así obtenido fue implementado en cerca de mil escenarios, de forma de identificar los factores que hacen propicio un corredor para la implementación de servicios expresos. Calibrando un modelo de regresión lineal se concluye que estos beneficios son mayores cuando los viajes son en promedio más largos y están concentrados en menos pares, cuando el tiempo perdido por cada detención es mayor, cuando el volumen de viajes es más alto, cuando el tiempo de viaje es más valioso, cuando el valor del tiempo de espera es menor, y cuando la capacidad es menor.
El problema de diseño para una red es finalmente abordado mediante un algoritmo iterativo en dos fases: primero, se escoge un corredor de la red, se fija su demanda, y se aplica sobre él el algoritmo de diseño, y luego se optimizan las frecuencias de la red incorporando los nuevos servicios generados, reasignando a los usuarios sobre la red completa. Cuando no se obtiene mejora para ningún corredor de referencia, el resultado es ajustado para satisfacer las restricciones de capacidad. Este algoritmo fue implementado en una red de prueba con restricción de capacidad activa, donde mostró ser capaz de generar servicios expresos que entregaban ahorros considerables en los costos del sistema.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2013