APLICACIÓN DE MODELOS DE MICROSIMULACIÓN EN LA INGENIERÍA DEL TRÁNSITO

Los modelos de microsimulación del tránsito se vienen aplicando, desde hace más de una década, en el campo de la ingeniería del tránsito y, en algunos casos, también como herramienta de apoyo a la planificación del transporte. Análisis de capacidad y de congestión, impactos de acciones, propuestas, evaluación de medidas de control del tránsito y operabilidad de transporte urbano son, entre otros, los campos de acción de tales modelos.

* Por el Ing. Vidal Roca  

A lo largo de las últimas cinco décadas, gran diversidad de modelos de simulación de tránsito se han ido desarrollando a nivel académico. Algunos de ellos, y en especial los modelos microscópicos, han evolucionado en forma de software comercial para dar paso a su propagación como herramienta útil y versátil en la ingeniería del tránsito.

UTILIZACIÓN
Aunque teóricamente la aplicación de modelos de simulación es aconsejada cuando ningún procedimiento analítico puede ser usado, el empleo de algunas herramientas de miscrosimulación representa una gran ventaja debido a su versatilidad, detalle de modelación, fácil manejo y visualización de alta calidad. Redes viales topológica y geométricamente complejas, gran variedad de tipos de flujos de tránsito e interacciones y un sin fin de medidas de control del tránsito ofrecen un panorama complejo y difícil de tratar en detalle con formulaciones matemáticas, que requieren no sólo de simplificaciones, sino del aislamiento de los problemas a tratar. Por el contrario, la simulación le permite al ingeniero abordar el sistema en su forma íntegra, siendo la computadora la responsable de ejecutar los procedimientos lógicos individuales de acuerdo con el modelo. Además, la aplicación de la simulación ofrece las ventajas de planificar el transporte en forma rentable y versátil:
* Experimentación ágil e innovativa con el sistema (nuevas geometrías y medidas de control o de ordenación).
* Análisis agregados o desagregados.
* Análisis locales o globales.
* Análisis de sistemas congestionados.
* Visualización comprensible.
* Testeo de sistemas semafóricos sin riesgo alguno. 

MICROSIMULACIÓN
Algunos de los paquetes software de microsimulación actuales permiten modelar, de forma flexible, cualquier tipo de geometría posible y, en gran detalle, todo tipo de flujos multimodales de tránsito, incluyendo buses, tranvías, bicicletas y peatones. Su campo de aplicación es muy amplio e incluye tanto proyectos de transporte privado como público, en zonas urbanas e interurbanas. La gran variedad de resultados posibles permite todo tipo de análisis y su visualización de alta calidad representa una forma fácil de presentación de resultados. Típicas aplicaciones de estos paquetes son:
* Estudios sobre redes arteriales o de autopistas.
* Estudios de impactos de grandes construcciones.
* Planes de evacuación.
* Desarrollo de estrategias de gestionamiento de autopistas.
* Esquemas de tránsito calmado.
* Estudios sobre sistemas de transporte masivo.
* Evaluaciones de priorización del transporte público.
* Diseño y evaluación de terminales.
* Diseño y evaluación de peajes.
* Análisis de cruces a nivel con vías férreas.
* Evaluación de sistemas ITS.
* Estudios de terminales aeroportuarias.
* Estudios de impacto medioambiental.

CASOS
El diseño de rotondas o glorietas puede ser una tarea enormemente complicada. Un número elevado de conflictos y entrecruzamientos de flujos de tránsito mixto y peatonal pueden tener lugar, con o sin semaforización. El ingeniero tiene que hallar un compromiso entre geometría posible (restricciones de suelo), fluidez del tránsito y seguridad. Una vez establecida la composición vehicular, su variación de volumen en el tiempo y la calibración del comportamiento, es posible diseñar y experimentar con diferentes geometrías y técnicas para hallar este compromiso. El programa de microsimulación es una herramienta de excelente apoyo, debido al alto detalle asequible y a la flexibilidad de modelización que ofrece, ya que es posible trabajar sobre todo tipo de intersecciones y rotondas. Por ejemplo (ver figuras 2 y 3), rotondas normales, minirotondas, rotondas dobles o de más carriles, de dos puentes, rotondas tipo pesa, partidas, anulares, con semaforización, etc.
En el siguiente ejemplo (ver figura 4) se ilustra el cálculo de la capacidad de una glorieta mediante el uso de la microsimulación, que puede ser aproximada inicialmente mediante los modelos de manuales (Highway Capacity Manual, fórmulas de CETUR y SETRA, metodología de AUSTROADS, etc.), pero para un mejor ajuste y estudio completo que tenga en cuenta desde detalles geométricos hasta particularidades locales, operativas y análisis en condiciones de congestión u otros, el uso de la simulación debe ser considerado. Para ello, la microsimulación ofrece multitud de resultados posibles como volúmenes, velocidades, densidades, tiempos de trayecto y de demora, longitudes de colas, etc., agregados según intervalos de tiempo y por clases de vehículo definidos por el usuario. La capacidad de entrada se determina de forma independiente en cada ramal, manteniendo un flujo de ingreso saturado y variando en el tiempo el volumen del flujo de circulación (impedimento de entrada). Mediante colectores de datos virtuales (Qc y Qe en la figura 4) es posible obtener información sobre volúmenes en carriles. Con base en esto posible estimar la capacidad de la rotonda. En la figura 5, se compara la capacidad del ramal este-sur con y sin carril adicional de giro a la derecha (carril bypass o segregado, ilustrado en la figura 4).
Evidentemente, dependiendo de los volúmenes de giro, una actuación de este tipo tendrá más o menos efecto sobre la capacidad de entrada en un ramal en concreto.
Encontrar el diseño adecuado con base en un modelo calibrado y muy posiblemente teniendo en cuenta algunos requerimientos prefijados, es objetivo del ingeniero de tránsito.
Mediante medidores virtuales de tiempos de viaje (ver línea amarilla en la figura 4), pueden obtenerse tiempos de demora en cada uno de los giros. Variando el volumen de todos los ramales en el tiempo y colectando, a su vez, volúmenes agregados de cada entrada y tiempos de demora de todos los giros, es posible hacer un análisis de los retrasos en función del volumen de tránsito total de entrada (ver figura 6).
Otros posibles estudios pueden ser llevados a cabo sobre la longitud de colas en situaciones de congestión, que serán de relevancia en el caso de que influyan en el flujo de otras intersecciones contiguas.
Por otro lado, la flexibilidad de este sistema para la elaboración de los modelos más adecuados y la posibilidad de adaptarlo a particularidades locales permite analizar los aspectos clásicos de los manuales de capacidad, asegurando su aplicabilidad en todo entorno. A su vez, abre nuevas posibilidades de estudio permitiendo recolectar resultados inusuales, como proporciones de tránsito en conducción libre (sin otra restricción que la impuesta por el modelo), gaps espaciales (separaciones) y temporales (brechas) o uso de los carriles. Este potencial en el uso de la microsimulación abre un sin fin de posibilidades en el campo de la investigación.
El siguiente ejemplo de modelización de una rotonda anular, con seis miniglorietas (ver figura 7) permite ilustrar algunas construcciones poco usuales y un tanto complejas. En este caso, la circulación giratoria es de dos sentidos (con conducción a la izquierda), permitiendo un ruteo tanto en el sentido de la agujas del reloj como en sentido contrario. Estudios sobre los efectos de aplicación de señalizaciones informativas, sean éstas fijas o variables (por ejemplo, en función de horas pico), pueden ser llevados a cabo hasta encontrar el uso adecuado de estos diseños particulares.
Otro caso a tener en cuenta en cuestiones de flexibilidad de modelización es la aplicación para la circulación de tránsito mixto. Flujos con vehículos pesados, livianos, motocicletas, bicicletas y peatones pueden ser analizados (ver figura 8) teniendo en cuenta, a su vez, posibles interacciones con el transporte público con rutas fijas y paradas predeterminadas.
En el diagrama de la figura 8 se observa el efecto que tiene la presencia de tránsito pesado sobre la capacidad de entrada del ramal norte-oeste, manteniendo un volumen de circulación constante de 1.000 vehículos por hora y variando la proporción de tránsito pesado desde un 10% hasta un 90%.
Asimismo, las rotondas son más seguras que otros tipos de intersecciones. El número total de puntos conflictivos vehículo con vehículo se ve drásticamente reducido por su mismo diseño, que convierte todos los cambios de dirección en giros a la derecha.
En la planificación de glorietas es muy útil el uso de la microsimulación, sobre todo si se desea estudiar los efectos de aplicar medidas de seguridad con semaforización en el entorno proyectado. En estos casos, los flujos son temporalmente interrumpidos y el análisis sobre la longitud de las colas causadas son de especial interés para el ingeniero. En la figura 9 se ilustra la interrupción de tránsito circular, dando temporalmente preferencia al de entrada para despejar, por razones de seguridad, la intersección entre tranvía y vehículos en una zona vecinal. La longitud de colas creada en la glorieta es de relevante importancia y puede ser fácilmente modelizada y analizada con el uso de la microsimulación, hasta el punto de poder relativizar este tipo de priorización de transporte público en función de la congestión causada para buscar el punto óptimo.

CONCLUSIÓN
El uso de la microsimulación no es tan sólo una alternativa, sino que es la más adecuada para el estudio pragmático de proyectos de ingeniería de tránsito y supone una herramienta sin precedentes, debido a la modelización flexible que ofrece, tanto en cuestiones de adaptación al entorno como de cuidado del detalle.
Un aspecto técnico de este tipo de mecanismo es su integración con modelos de demanda y planificación estratégica del transporte. La capacidad de compartir información digital sobre el modelo de oferta, el nivel de detalle requerido por el modelo y sin pérdida consistente de datos, es una funcionalidad de vital importancia en proyectos de gran envergadura.

 

* El ingeniero Vidal Roca es el representante para América Latina de PTV Vision.