Public transport optimization under dynamic congestion and mode choice

Abstract

La demanda de transporte público tiene un lugar esencial en los desplazamientos urbanos. En Europa, el transporte público concentra el 31% de los viajes en las 28 ciudades más grandes del continente, en América Latina este valor alcanza el 45% de los viajes. El creciente desarrollo económico y tecnológico ha contribuido a que un mayor número de personas tenga acceso al automóvil. Esta situación genera la posibilidad de que la gente elija entre el automóvil particular y el transporte público. Como resultado, existe una competencia por el espacio vial, el cual siempre es limitado. Resulta fundamental buscar políticas públicas que permitan el uso eficiente del espacio vial y reduzcan los costos asociados a estos viajes. El primer paper de esta tesis es un análisis teórico de la eficiencia de los sistemas \textit{Bus Rapid Transit} (BRT). Los sistemas BRT proporcionan vías segregadas a los buses que aumentan la velocidad. En este trabajo, utilizamos un enfoque de la congestión dinámica, lo cual considera que tanto la congestión vial como la congestión en las estaciones de BRT son endógenas al modelo. Mostramos analíticamente que, si la capacidad es perfectamente divisible, la implementación de un BRT es siempre eficiente (disminuye el costo social total). El análisis numérico permite demostrar que si la capacidad no es perfectamente divi, un BRT es eficiente en la mayoría de los casos. Además, el BRT puede inducir una mejora de Pareto en la que disminuyan tanto los costos de tiempo como los costos operativos del transporte público. Comparado con el óptimo cuando los buses circulan en tráfico mixto, el sistema BRT óptimo tiene: i) un período más corto de funcionamiento de los buses y los automóviles, ii) una mayor frecuencia y, lo que es muy importante, iii) más demoras para abordar los buses, es decir, colas más largas las paradas. El punto ii) implica que, aunque para cierto nivel de demanda, puede ser óptimo no prestar servicios de transporte público en tráfico mixto, con un BRT puede ser eficiente. El segundo paper analiza la provisión eficiente de un sistema de transporte público operado por autobuses, los que comparten la capacidad víal con el automóvil. Proponemos un modelo de congestión dinámico con partición modal, con el transporte público y los autómoviles como sustitutos. El período de congestionado, el patrón de salida y la cola en la parada de buses son endógenos. Definimos frecuencias diferentes para el período congestionado y el no congestionado con el objetivo de capturar explícitamente los efectos de la congestión. Mostramos bajo condiciones plausibles que la frecuencia eficiente en el período no congestionado es mayor que la frecuencia en el período congestionado. Si comparamos nuestros resultados, usando análisis numérico, con el caso en que la frecuencia es constante, tenemos (i) menor umbral donde es eficiente ofrecer transporte público, (ii) costos de los usuarios menores, (iii) las frecuencias óptimas son mayores, (iv) mayores gastos de operación, y (v) mayores demoras para abordar el bus. Los puntos ii) y iii) implican que el patrón de frecuencia eficiente reduce los costos de los usuarios al aumentar la frecuencia y los gastos operativos.