Diseño de redes de autobuses y establecimiento de la flota

Abstract

Los problemas relativos a planificación de transportes son de enorme complejidad, motivo por el cual suelen tratarse por etapas; como diseño de rutas, determinación de frecuencias, determinación de horarios, de la flota, etc. Aunque desde un punto de vista computacional dividir por etapas hace los problemas más manejables, desde la perspectiva de encontrar el óptimo, nos alejamos. Hay una fuerte tendencia en la integración de etapas más que en la separación de las mismas. El presente proyecto se centra en la integración de las etapas diseño de rutas, determinación de frecuencias y flota. El problema consiste en diseñar las líneas del transporte público de autobuses desde cero, determinando así, para cada línea, su itinerario, paradas terminales, frecuencia y flota (número y tipo de autobús). Al mismo tiempo, se establecen las rutas que los pasajeros seguirían según el criterio de minimizar tiempo de viaje. Para ello, se utiliza una red de referencia con sus paradas y su demanda, pero sin considerar un conjunto de líneas candidatas. Se considera una red bimodal compuesta por dos capas según en modo de transporte: capa de peatón y capa de autobús. Para modelar el problema se presenta un modelo de programación lineal entero mixto. Se realizan experimentos computacionales sobre una red bastante usada en la literatura: la red de Mandl’s, 1980 [1] compuesta por 15 nodos y 21 arcos bidireccionales que representan la unión de 15 ciudades suizas. Sobre esta red se consideran distintos escenarios considerando distintas combinaciones de los parámetros de entrada. Para cada escenario se resuelve el modelo matemático cuyo principal objetivo es buscar una red que resulte lo más atractiva posible para los pasajeros. Se tendrá en cuenta el tiempo total de viaje del pasajero, considerando los tiempos de espera, los tiempos de viaje en el autobús, tiempos de caminata y tiempos de transbordo. Dado que el objetivo del pasajero y el del operador son contrapuestos, finalmente se espera conseguir un equilibrio entre el tiempo de viaje y el costo de la flota, es por ello por lo que se restringe el número de autobuses disponibles.

The problems related to transport planning are extremely complex, which is why they are usually dealt with in stages; such as route design, determination of frequencies, determination of schedules, of the fleet, etc. Although from a computational point of view dividing by stages makes the problems more manageable, from the perspective of finding the optimum, we are far from it. There is a strong tendency to integrate stages rather than separate them. This project focuses on the integration of the route design, frequency determination and fleet stages. The problem consists in designing the public transport bus lines from scratch, thus determining, for each line, its itinerary, terminal stops, frequency and fleet (number and type of bus). At the same time, the routes that passengers would follow according to the criteria of minimizing travel time are established. To do this, a reference network is used with its stops and demand, but without considering a set of candidate lines. A bimodal network is considered composed of two layers depending on the mode of transport: pedestrian layer and bus layer. To model the problem, a mixed integer linear programming model is presented. Computational experiments are carried out on a network widely used in the literature: the Mandl's network, 1980 [1] composed of 15 nodes and 21 bidirectional arcs that represent the union of 15 Swiss cities. On this network, different scenarios are considered considering different combinations of input parameters. For each scenario, the mathematical model is solved whose main objective is to find a network that is as attractive as possible for passengers. The passenger's total travel time will be taken into account, considering waiting times, bus travel times, walking times and transfer times. Since the objective of the passenger and that of the operator are opposed, finally it is expected to achieve a balance between travel time and the cost of the fleet, which is why the number of buses available is restricted.