Diseño de estrategias de control predictivo no lineal para la operación dinámica de sistemas de transporte público

Abstract

El estudio de sistemas complejos de gran escala se ha hecho imprescindible en muchos campos de la ingeniería, y requieren modelos, así como técnicas de control avanzado, para lograr las metas y niveles de servicio exigidos actualmente por la industria. En este contexto, la principal contribución de esta tesis es la utilización de distintas técnicas de control avanzado para resolver el problema de alta complejidad, correspondiente al diseño de controladores para gestionar la operación de un sistema de transporte público. Esto es, se diseña una serie de controladores avanzados para la gestión de flota de sistemas de transporte público, incluyendo métodos de diversa complejidad, los que son aplicados sistemáticamente a modelos del sistema de creciente complejidad. En una primera etapa, se diseñaron dos controladores difusos para un sistema de una ruta de transporte público, con el objeto de reducir el tiempo total de espera de los pasajeros; el primero intenta mantener cada grupo de tres buses consecutivos equidistantes en un corredor, con el fin de regularizar el tiempo de espera entre buses de todo el sistema, mientras que el segundo considera la asignación de valores de tiempo de espera entre buses para cada paradero en función de su demanda, obteniendo ambos controladores beneficios superiores al 53% con respecto al tiempo de espera resultante de sistemas comparables en lazo abierto. En una segunda etapa, sobre este mismo sistema de transporte público, se diseñaron dos controladores predictivos híbridos (HPC); el primero considera índices de comportamiento dirigidos a la disminución del tiempo de espera y de viaje, mientras que el segundo controlador considera un análisis multiobjetivo que compara los costos del usuario versus los del operador. En ambos controladores se obtuvieron beneficios superiores al 57% con respecto al tiempo de espera resultante de sistemas comparables en lazo abierto. En una tercera etapa, sobre un sistema de transporte público compuesto por dos rutas y una estación de transbordo, se diseñaron controladores para sistemas de gran escala (centralizados, descentralizados y distribuidos) con algoritmos difusos y HPC. En tales casos se consideran índices de comportamiento de control de ruta, sincronización y maximización de la intensidad del transbordo. El controlador distribuido HPC obtuvo beneficios que son un 9.6% superior con respecto al tiempo de espera resultante de un sistema comparable al cual se aplica un controlador descentralizado HPC. Por último, para un sistema de transporte público compuesto por tres rutas locales, tres rutas troncales y tres estaciones de transbordo, se diseñó un control jerárquico (compuesto de controladores distribuido HPC y descentralizado difuso, lográndose un beneficio 9.75% superior con respecto al tiempo de espera de un sistema comparable en el cual se aplica un controlador descentralizado difuso.