Metodología

Como se menciona en la introducción, el problema de diseño de servicios expresos se puede entender como un problema en dos grandes niveles: el nivel superior, correspondiente al problema de diseño de trazados (es decir, determinar qué paraderos son atendidos por cada servicio), y un nivel inferior, que corresponde a la optimización de frecuencias de los servicios diseñados en el nivel superior. El problema de diseño de frecuencias también a su vez puede ser entendido como un

problema en dos niveles, separando la optimización de frecuencias de la asignación de los usuarios a la red, aunque lo más común es encontrarlo formulado simultáneamente. En esta tesis el problema será enfrentado mediante este enfoque binivel, aunque también se discute y experimenta con la opción de separar en algunas partes la asignación del problema, que como se verá en el capítulo 5 puede resultar de gran utilidad.

Las etapas seguidas para enfrentar el problema de diseño y responder las preguntas centrales de esta tesis se describen a continuación:

1. Primero, los esfuerzos fueron concentrados en resolver el problema de las frecuencias para un corredor aislado. De esta manera se resuelve un problema de complejidad moderada, pero que sirve como bloque básico para la construcción de un modelo más complejo. Dado al papel crítico que cumple esta pieza en todo el resto de los algoritmos desarrollados, era crucial dedicar mucha atención a este paso de forma de obtener un modelo eficiente y que a la vez entregara buenos resultados. En esta etapa se toma como punto de partida el modelo de Leiva, que provee una forma razonable de resolver el problema de optimización de frecuencias con capacidad, pero que no se hace cargo del diseño de los servicios ni es capaz de optimizar una red, además de presentar varias oportunidades de mejora en términos de eficiencia.

2. Una vez diseñado un modelo para la optimización de frecuencias que trabajaba con restricciones de capacidad y respetaba el comportamiento racional de los usuarios, se procedió a estudiar diferentes estrategias para el diseño de servicios. Este tipo de estrategias se basaron en distintos

indicadores generados a nivel de paraderos y de pares OD, tomando en consideración el efecto sobre los costos del operador y de los usuarios de la inclusión u omisión de paraderos en los trazados de posibles servicios. Con esto se construyeron heurísticas para la generación de servicios, que eran evaluados aplicando el modelo de optimización de frecuencias. También fueron diseñadas heurísticas especiales para la generación de servicios de configuraciones particulares, como servicios cortos y un tipo de servicio que en el contexto de esta tesis fue denominado como zonales. En esta etapa también se estudiaron indicadores y heurísticas diseñados específicamente para situaciones donde el corredor opera con restricción de capacidad activa, sacando provecho de ciertas propiedades particulares a este caso. Al final de esta etapa se propone una heurística consolidada para la generación de servicios expresos para un corredor aislado, que combina las técnicas desarrolladas que mostraron ser más eficientes en los pasos anteriores.

3. La heurística consolidada fue luego aplicada en un experimento donde se generaron cerca de mil escenarios con diferentes atributos de demanda, parámetros de operación y de costos, de forma de identificar econométricamente las principales características de un corredor que lo hacen ser un buen candidato a ser atendido con servicios expresos, y así responder la segunda pregunta propuesta como objetivo de este trabajo.

4. Los modelos de optimización de frecuencias y de diseño de servicios fueron finalmente generalizados en una heurística para la optimización de servicios expresos en una red de transporte público. Esta heurística resuelve en forma

iterativa el problema, separando la red en corredores, aplicando las heurísticas para diseñar servicios y optimizar frecuencias en cada uno de estos en forma secuencial. Como resultado de esta etapa se obtiene un algoritmo que permite resolver el problema de diseño satisfaciendo las cuatro condiciones impuestas en el planteamiento del problema: cumplimiento de la capacidad, comportamiento racional de los usuarios, generación de servicios, y posibilidad de trabajar con redes, proporcionando de esta forma respuesta a la pregunta central de esta tesis.

Lo que sigue de este documento está organizado de acuerdo a la metodología recién expuesta. El capítulo 2 presenta e identifica las posibilidades de mejora que existen para el modelo y el algoritmo de Leiva, explora algunas propiedades interesantes del problema, y luego propone un nuevo algoritmo para el problema de optimización de frecuencias de servicios expresos en un corredor y una serie de variantes del problema que resultan de interés en algunos casos especiales. El capítulo 3 plantea un conjunto de heurísticas de generación de servicios, y una heurística consolidada que resuelve para un corredor el problema de diseño de servicios expresos, combinando generación con optimización de frecuencias. En el capítulo 4 se realiza el experimento descrito en la etapa 4 de la metodología, con el fin de determinar cuándo resulta conveniente aplicar servicios expresos. El capítulo 5 presenta una generalización de la heurística del capítulo 3, que permite resolver el problema de diseño en redes, y entrega un ejemplo detallado de una implementación de este modelo. Finalmente, el capítulo 6 sintetiza los principales resultados obtenidos en este trabajo.

2. OPTIMIZACIÓN DE FRECUENCIAS DE SERVICIOS EXPRESOS