Estructuras óptimas de líneas de transporte público considerando distintos periodos en Santiago

Abstract

El diseño estratégico de un sistema de transporte público en áreas urbanas se basa en la estructura de líneas (red de transporte público), las flotas, frecuencias y tamaños de bus correspondientes. Un diseño adecuado depende de la forma de la ciudad y estructura de la demanda. Sin embargo, la estructura de la demanda varía a lo largo del día, por lo que un único diseño puede no ser apropiado y cambiarlo continuamente no es sensato. El objetivo de esta memoria es evaluar si es mejor diseñar para punta mañana y adaptar las líneas para fuera de punta o viceversa, basándose en datos reales de la ciudad de Santiago. Para esto, se minimizan los costos totales de diferentes estructuras de líneas en ambos periodos por separado para conocer la mejor estructura en cada periodo, y luego se diseña de las dos maneras mencionadas anteriormente, con el fin comparar los costos diarios. Para lograr lo anterior, se trabaja una representación topológica simplificada de Santiago, utilizando el modelo basado en centros propuesto por Fielbaum et al. (2017a), donde la ciudad está compuesta por un distrito central (CBD) y zonas constituidas por un subcentro y una periferia. Usando datos de viajes reales en el sistema de transporte público de la ciudad se proponen ocho macrozonas con las respectivas distancias entre los 17 nodos resultantes y una estructura de demanda por periodos. Luego, se consideran cuatro estructuras de líneas (exclusivas, directas, hub&spoke y troncal-alimentador) para optimizar sus frecuencias para los periodos punta y fuera de punta por separado, minimizando la suma de los costos de los operadores y de los usuarios. De lo anterior, para la estructura con menor costo, se rescatan las flotas óptimas resultantes en ambos periodos; luego, considerando esta flota disponible se adaptan las frecuencias del otro periodo de tal manera que la proporción de buses utilizados sea la misma que el periodo óptimo. Al optimizar las frecuencias de las cuatro estructuras de líneas en punta mañana y fuera de punta resulta que la mejor estructura (aquella que presenta menor costo total) es la de líneas exclusivas para ambos periodos, considerando distintos valores de la penalidad por transbordo en un análisis de sensibilidad. Al diseñar y adaptar la flota para ambos periodos, se observa que al diseñar para fuera de punta se presentan menores costos diarios que al diseñar para punta mañana y adaptar, debido a que el periodo fuera de punta tiene mayor relevancia en el día. Sin embargo, la diferencia de costos de ambas formas de diseñar es leve, debido a que existen costos que no disminuyen con la forma de diseñar, variando solamente tiempos de espera y costos de operadores. Además, este resultado se mantiene al cambiar algunos parámetros como las categorías de buses o la cantidad de horas de cada periodo en un día, por lo que los resultados son robustos. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos con la forma de operación de Santiago, resultando que los buses en el mejor diseño encontrado son más pequeños y con frecuencias más altas que las actuales, lo cual hace notar la importancia de considerar el costo de los usuarios de igual manera que el de los operadores.