NOMBRE DE LA MATERIA
DESARROLLO HUMANO
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN
“M
ODELADO DE
I
NTERDEPENDENCIAS EN SISTEMAS
CRÍTICOS
:
C
ASO DEL
S
ISTEMA DE
T
RANSPORTE
C
OLECTIVO
M
ETRO
”
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DOCTOR EN INGENIERÍA DE
SISTEMAS
PRESENTA
M. en C. DIEGO ALFREDO PADILLA PÉREZ
DIRECTOR DE TESIS
DR. JAIME REYNALDO SANTOS REYES
RESUMEN
Una "infraestructura" se ha definido como "una red de, sistemas independientes, en su mayoría de propiedad privada y hechos por el hombre y los procesos que funcionan en colaboración y de forma sinérgica para producir y distribuir un flujo continuo de bienes y servicios esenciales". La interdependencia entre infraestructuras y su potencial de efectos en cascada se ha hecho evidente en una gran cantidad de accidentes que han ocurrido en todas las infraestructuras críticas (energía, todos los modos de transporte, por citar algunos).
Una gran cantidad de reportes de investigación se han encontrado en la literatura; sin embargo, una de las debilidades más importantes que se han identificado es que todavía no hay un buen entendimiento de cómo ocurren las interdependencias entre las infraestructuras críticas.
Este proyecto se centra en el estudio de un sistema crítico como es el caso del sistema de transporte colectivo metro de la Ciudad de México. El metro es el sistema que mayor afluencia de usuarios tiene en la Ciudad. Aunado a esto, el transporte colectivo se ha convertido en una gran preocupación para el mundo debido a que la población crece y por ende necesita trasladarse de un punto a otro. Esto se convierte en un grave problema cuando el sistema de transporte colectivo sufra alguna falla o un accidente. Sin embargo, la seguridad de estos transportes colectivos ha sido cuestionada debido a que estos sistemas son muy vulnerables a las fallas provocando un desequilibrio a la infraestructura del transporte urbano de la Ciudad.
En particular, este trabajo de investigación modela las interdependencias del sistema de transporte colectivo metro. La modelación de las interdependencias de la infraestructura crítica se llevó a cabo con base en la fusión metodológica, el modelo de sistemas viables, las autómatas celulares y dinámicas de sistemas. Esta modelación proyecta diferentes escenarios críticos para observar los efectos cascada dentro y fuera del metro. La fusión metodológica focaliza los niveles recursivos para modelar y analizar las interdependencias del sistema de transporte colectivo metro.
.
ABSTRACT
“Modeling of Interdependencies in Critical Systems: the Case of the Metro Underground Transport System”
An "infrastructure" is defined as "a network of independent systems, mostly privately owned and manmade processes and operating collaboratively and synergistically to produce and distribute a continuous flow of essential goods and services ". The interdependence between infrastructures and their potential cascading effects has been evident in a lot of accidents that have occurred in all critical infrastructures (energy, all modes of transportation, to name a few).
A lot of research reports found in the literature, however, one of the major weaknesses that have been identified is that there is still no clear understanding of how the interdependencies between critical infrastructures occur.
This project focuses on the study of a critical system such as the metro underground mass transit system for the City of Mexico. The metro underground system is the largest number of users is in the City. Added to this, public transport has become a major concern for the world because the population is growing and therefore need to move from one point to another. This becomes a serious problem when the public transport system suffers a failure or an accident. However, the safety of the public transport has been questioned because these systems are very vulnerable to failures causing an imbalance in the urban transport infrastructure of the city.
In particular, this research models the interdependencies metro underground public transport system. The modelling of the interdependencies of critical infrastructure was carried out based on the fusion methodology, model viable systems, cellular automata, dynamic systems. This modelling projects different critical scenarios to observe the effects cascade in and out of the metro underground. The methodology focuses recursive fusion levels for modelling and analysing interdependencies underground public transport system.
AGRADECIMIENTOS
INDICE
Resumen ... IV Abstract ... V
Agradecimientos ... VI Índice de Figuras y Tablas... X Glosario ... XV Nomenclatura ... XX Acrónimos ... XX
Capítulo 1 Introducción y Justificación... 1
1.1 Antecedentes ... 2
1.2 Formulación del Problema y las Preguntas de Investigación ... 4
1.2.1 Pregunta Principal de Investigación ... 4
1.2.2 Preguntas de Investigación ... 5
1.3 Justificación del Proyecto de Investigación. ... 5
1.4 Metodología de Investigación ... 6
1.5 Consideraciones y Limitaciones de la Investigación ... 8
1.6 Productos Derivados del Proyecto de Investigación ... 9
1.7 Presentación de la Tesis ... 10
1.8 Resumen del Capítulo ... 11
Capítulo 2 Revisión de la Literatura (Estado del Arte) ... 12
2.1 Infraestructuras Críticas ... 14
2.2 Infraestructura Crítica de Transporte ... 16
2.2.1 Sistema de Transporte Colectivo Metro ... 17
2.2.2 Longitud de Red Vial del STCM ... 19
2.2.3 Usuarios del Metro ... 20
2.2.4 Costo del Boleto del Metro ... 21
2.3 Investigaciones de Interdependencias de Infraestructuras Críticas .... 22
2.4 Conclusiones del Capítulo ... 28
Capítulo 3 CONTEXTO ESPACIAL Y TEMPORAL, MARCO
METODOLÓGICO Y TEÓRICO ... 29
3.1 Contexto Espacial y Temporal ... 30
3.2 Marco Metodológico ... 32
3.2.1 Metodología de Churchman/Ackoff y Hall ... 33
3.2.2 Metodología de Checkland ... 34
3.2.3 Método de Ferrer ... 35
3.2.4 Modelo de Sistemas Viables ... 36
3.2.4 Fusión Metodológica con el Modelo de Sistemas Viables y las Interdependencias ... 39
3.3 Marco Teórico ... 43
3.3.1 Teoría General de Sistemas ... 44
3.3.2 Epistemología. ... 44
3.3.3 Redes Neuronales Artificiales ... 45
3.3.4 Autómatas Celulares ... 47
3.3.5 Fractales ... 47
3.4 Conclusiones del Capítulo ... 48
Capítulo 4 DESCRIPCIÓN DEL CASO DE ESTUDIO ... 49
4.1 Sistema de Transporte Colectivo en la Ciudad de México ... 50
4.2. Sistema de Transporte en el Distrito Federal ... 52
4.2.1 Sistema de Transporte Colectivo Metro ... 54
4.2.2 Sistema de Transporte de Pasajeros del Distrito Federal ... 62
4.2.3 Sistema de Transporte Metrobus ... 63
4.2.4 Sistema de Transportes Eléctricos... 65
4.2.5 Sistema de Transporte Eléctrico - Tren Ligero ... 66
4.2.6 Sistema de Transporte Ferrocarriles Suburbano ... 67
4.2.7 Sistema de Transporte de Taxis y Microbuses ... 68
4.2.8 Transporte Particular ... 69
4.2.9 Sistema de Transporte Eco-bici ... 69
4.3 Conclusiones del Capítulo ... 70
Capítulo 5 ANÁLISIS DE INTERDEPENDENCIAS PARA EL CASO DE
ESTUDIO ... 71
5.1 Modelo del Sistema de Transporte con base en el Modelo de Sistemas Viables ... 72
5.2 Modelo de las Interdependencias con Autómatas Celular ... 79
5.3 Modelo de Posibles Futuros Escenarios y ¿Cómo Afectaría al STCM? 88 5.3.1 Modelado de la Población en México... 88
5.3.2 Posibles Escenarios del Aumento de Población en los Sistemas de Transporte ... 89
5.4 "Controles" de las Interdependencias (usuarios vs capacidad del STCM) ………91
5.5 Conclusiones del Capítulo ... 95
Capítulo 6 DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ... 96
6.1 Modelo del Sistema de Transporte con base en el Modelo de Sistemas Viables ... 98
6.2 Modelo de las Interdependencias con Autómatas Celular ... 99
6.3 Modelo de Posibles Futuros Escenarios y ¿Cómo afectaría al STCM?102 Capítulo 7 CONCLUSIONES Y FUTURO TRABAJO ... 105
7.1 Conclusiones sobre las Preguntas de Investigación ... 106
7.1.1 Metodología para Focalizar las Interdependencias ... 107
7.1.2 Modelación del Sistema de Transporte con el Modelo de Sistemas Viables ... 107
7.1.3 Interdependencias Lógicas ... 108
7.1.4 Futuras Interdependencias en el Sistema de Transporte Colectivo Metro ... 108
7.2 Conclusiones Acerca del Problema de Investigación ... 109
7.2.1 Limitaciones ... 110
7.3 Futuro Trabajo ... 110
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y WEBGRÁFICA ... 112
ANEXOS ... 120
Anexo A: Ejemplos de Fallas de Infraestructuras Críticas ... 124
Anexo B: Algunos Metros del Mundo ... 127
Anexo C: Autómata Celular ... 130
Anexo D: Accidentes Ocurridos en el Metro a Nivel Mundial ... 132
Anexo E: Fusión Metodológica ... 134
Anexo F: Programación de la Interfaz Gráfica ... 142
Anexo G: Plan Maestro ... 143
Anexo H: Productos Derivados del Proyecto de Investigación ... 146
ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS
FIGURAS
Figura 1.1 Presentación de la Fusión Metodológica ... 7
Figura 2.1 Modelo Holístico de la Revisión de la Literatura ... 13
Figura 3.1 Ubicación geográfica del STCM ... 30
Figura 3.2 Representación Gráfica de la conjugación de la metodología de Checkland, Ackoff y Hall y el método de Ferrer con el MSV ... 32
Figura 3.3 Arquitectura del Sistema 1 del MSV ... 37
Figura 3.4 Arquitectura del Sistema 2 del MSV ... 37
Figura 3.5 Arquitectura del Sistema 3 del MSV ... 38
Figura 3.6 Arquitectura del Sistema 4 del MSV ... 38
Figura 3.7 Arquitectura del Sistema 5 del MSV ... 39
Figura 3.8 Fusión Metodológica para determinar las Interdependencias ... 40
Figura 3.9 Modelado de las Interdependencias ... 41
Figura 3.10 Niveles Recursivos del paso Acción ... 43
Figura 3.11 Holos del Marco Teórico ... 43
Figura 3.12 Conexión neuronal ... 45
Figura 3.13 Arquitectura de Elman ... 46
Figura 4.1 Afluencia de Usuarios en los Sistemas de Transporte ... 51
Figura 4.2 Afluencia de usuarios Sistema de Transporte de la ciudad de México ... 53
Figura 4.3 Mapa de las líneas del Metro de la Ciudad de México ... 55
Figura 4.4 Área en donde se posicionan los usuarios en vagones ligados ... 56
Figura 4.5 Área en donde se posicionan los usuarios en vagones sentados de frente ... 56
Figura 4.6 Área en donde se posicionan los usuarios en vagones sentados de forma lineal ... 57
Figura 4.7 Área en donde se posicionan los usuarios en vagones sentados de espaldas ... 57
Figura 4.8 Cantidad de Trenes que circulan en cada una de las líneas del STCM ... 59
Figura 5.1 Modelo del sistema de transporte con base en el MSV ... 72
Figura 5.2 Entidades involucradas del sistema en foco STCM ... 73
Figura 5.3 Representación de las interdependencias con la fusión metodológica .... 77
Figura 5.4 Holística de los niveles recursivos de las Interdependencias del sistema de transporte ... 78
Figura 5.5 Diagrama de estados del sistema de transporte ... 79
Figura 5.6 Estado inicial de la autómata celular ... 83
Figura 5.7 Estado final de la autómata celular con 3344 iteraciones ... 84
Figura 5.8 Tabulación con 1681 celdas de la autómata celular ... 85
Figura 5.9 Simulación Inicial de la Autómata Celular ... 86
Figura 5.10 Estado Inicial de la Autómata Celular ... 87
Figura 5.11 Simulación de la población de México ... 89
Figura 5.12 Simulación del modelado del sistema de transporte ... 90
Figura 5.13 Simulación del modelado del sistema de transporte ... 91
Figura 5.14 Arquitectura retro – propagación de Elman ... 92
Figura 5.15 Interfaz Gráfica de Usuario ... 95
Figura Anexo 1 Plan Maestro de la Ciudad de México ... 142
Figura Anexo 2 Plan Maestro de la Ciudad de México ... 143
Figura Anexo 3 Plan Maestro de la Ciudad de México ... 144
TABLAS
Tabla 2.1 Diez primeras posiciones a nivel mundial de la fecha de apertura más antigua del Metro ... 17Tabla 2.2 Diez primeras posiciones de Latinoamerica de la fecha de apertura más antigua del Metro. ... 18
Tabla 2.3 Diez primeras posiciones a nivel mundial de la fecha de apertura más actuales del Metro ... 18
Tabla 2.4 Diez primeras posiciones a nivel mundial de la longitud de red vial del STCM ... 19
Tabla 2.5 Diez primeras posiciones de Latinoamerica de la longitud de red vial del Metro ... 19
Tabla 2.6 Diez primeras posiciones a nivel mundial de la afluencia de usuarios del STCM ... 20
Tabla 2.7 Diez primeras posiciones de Latinoamerica de la afluencia de usuarios del Metro ... 20
Tabla 2.8 Diez primeras posiciones a nivel mundial del costo mas bajo del boleto del Metro ... 21
Tabla 2.9 Diez primeras posiciones a nivel mundial del mayor costo del boleto del Metro ... 21
Tabla 3.1 Fechas de las inauguraciones de las lineas del STCM de la ciudad de México ... 31
Tabla 3.2 Metodología de Ackoff y Hall con base en C5 ... 33
Tabla 3.3 Metodología de Checkland Modificado ... 34
Tabla 3.4 Método de Análisis de Riesgo de Ferrer... 35
Tabla 4.1 Sistema de Transporte ... 50
Tabla 4.2 Dirección de desplazamiento de los usuarios del STCM ... 60
Tabla 4.3 Accidentes ocurridos en el STCM de la ciudad de México (1975-2012) .. 61
Tabla 4.4 Tipos y cantidades de camiones RTP ... 62
Tabla 4.5 Cantidad de camiones en cada módulo operativo ... 63
Tabla 4.6 Cantidad de usuarios en cada línea del Trolebús ... 65
Tabla 5.1 Modelado de las interdependencias del STCM con la fusión metodológica ... 74
Tabla 5.2 Matriz de transición de interdependencias ... 80
Tabla 5.3 Herramientas para la Simulación de RNA y Autómata Celular ... 82
Tabla 5.4 Cantidad de Trenes en las horas pico ... 93
Tabla 5.5 Bondad de Ajuste de la Arquitectura RNA ... 93
Tabla 6.1 Afluencia de usuarios cada hora del 1 de septiembre en las estaciones de la línea 2 del STCM ... 101
Tabla 6.2 Líneas del Metro y Tren Ligero Programados para el Año 2020 ... 103
Tabla Anexo 1 Metros de todo el mundo ... 127
Tabla Anexo 2 Accidentes en el Metro a Nivel Mundial ... 132
Tabla Anexo 3 Modelado de las interdependencias de la RTP con la fusión metodológica ... 134
Tabla Anexo 4 Modelado de las interdependencias del metrobus con la fusión
metodológica ... 135
Tabla Anexo 5 Modelado de las interdependencias del transporte eléctrico “trole” con la fusión metodológica ... 136
Tabla Anexo 6 Modelado de las interdependencias del tren ligero con la fusión metodológica ... 137
Tabla Anexo 7 Modelado de las interdependencias del suburbano con la fusión metodológica ... 138
Tabla Anexo 8 Modelado de las interdependencias de taxis y microbuses con la fusión metodológica ... 139
Tabla Anexo 9 Modelado de las interdependencias del transporte particular con la fusión metodológica ... 140
Tabla Anexo 10 Modelado de las interdependencias de eco-bici con la fusión
metodológica ... 141
GLOSARIO
Accidente.- Es un acontecimiento que sucede sin intención y que provoca un daño a un persona, elemento o sistema.
Afluencia.- Es el arribo de personas en gran cantidad a un lugar.
Amplificador.- Es el incremento de un elemento o fenómeno físico.
Andenes.- Acera generalmente elevada situada a los lados de la vía o de la calzada en las estaciones de tren o de autobús, respectivamente, para que los pasajeros entren y salgan de ellos con facilidad. (Dictionary, 2012)
Articulados.- Es la unión de dos camiones manipulados por un solo conductor.
Atenuador.- Es la disminución de un elemento o fenómeno
Auditoria.- Es la gestión de una evaluación sistemática, documentada y objetiva de la eficacia del sistema.
Autopoiésis.- Son aquellos sistemas que se mantienen en control a pesar de las perturbaciones de su entorno.
Bidireccional.- Es una capacidad de funcionar en dos direcciones.
Boleto.- Es una tarifa para ingresar al sistema de transporte colectivo metro.
Caídas.- Usuarios que pasan de los andenes a las vías.
Confiabilidad.- Es la probabilidad de que funcione un elemento (o sistema) en un periodo especificado.
Demográfica.- Es la composición y distribución de donde se ubica el caso de estudio.
Disponibilidad: Es la probabilidad de que un elemento o (sistema) esté disponible cuando se requiera.
Ejes Viales.- son una serie de vialidades en la ciudad de México, utilizadas para el tránsito de vehículos motorizados de todo tipo y tamaño. Atraviesan la ciudad de norte a sur y de oriente a poniente o viceversa, algunos con un solo sentido y otros con doble, e incluso algunos usan calles o avenidas paralelas para así tener ambos sentidos. (Psicologia2000, 2003)
Equilibrio Homeostático.- Es la estabilidad del sistema cuando existe una perturbación en donde se mantiene la estructura del sistema.
Excluyentes.- Son eventos en los que si uno sucede el otro no ocurre, es decir, no le afecta.
Función de transferencia.- Es un modelo matemático que representa la dinámica de un sistema respecto a la salida sobre la entrada de la red neuronal artificial.
Horas Pico.- Son las horas con mayor afluencia de usuarios en un sistema de transporte colectivo.
Intermodalidad.- Es una cualidad de un desplazamiento de un usuario de un lugar a otro utilizando más de dos transportes colectivos.
Latinoamericana.- Son los países del continente Americano en donde se habla español o portugués.
Locomotora eléctrica.- Son aquellas que utilizan como fuente de energía la energía eléctrica proveniente de una fuente externa.
Masivo.- Es donde se genera una gran cantidad de sucesos o elementos.
Metodología.- Es un conjunto de métodos. Los métodos son un conjunto de actividades secuenciales para alcanzar un objetivo.
Modelos Macroscópicos.- se encarga de focalizar las relaciones globales del flujo de tránsito.
Operan.- Son los Días en donde brindan servicio los sistemas de transporte.
Pasajeros.- Son aquellas personas que utilizan cualquier sistema de transporte colectivo.
Proximidad espacial.- Es la distancia física que existe entre un elemento y otro.
Ranking.- Es un listado en donde se clasifican elementos, sucesos, actividades etc.
Riesgo.- Es la probabilidad de que ocurra un accidente.
Ruta.- Es un trayecto en donde unen lugares.
Sinergia.- Es un aumento de nivel de organización que genera propiedades emergentes. Concentración de varios elementos u órganos complementarios para realizar una función común.
Sistema.- Es una unión de partes o componentes, conectados en una forma organizada
Sistema blando.- Están determinados con características conductuales y social, son vivientes y están en constante cambio cuando interactúan con su entorno
Sistema duro: Es la unión de elementos relacionados entre sí, que definen con claridad la situación por resolver, de manera que no existe cuestionamiento del problema planteado.
Socioeconómico.- Es una focalización de las variables que intervienen a la población del país.
Tarifa.- Es el precio que tiene que pagar el usuario para utilizar un sistema de transporte colectivo.
Transborde.- Es un cambio de línea dentro del sistema de transporte colectivo metro.
Tranvía.- Es un ferrocarril que circula por el interior de la calle.
Traspié.- Es un Tropezón o resbalón que tiene un usuario.
Tumultos.- Conjunto masivo de usuarios.
Vulnerabilidades.- Es una susceptibilidad de ocurrir un accidente.
NOMENCLATURA
Variable Descripción Unidades
MAE Media del Valor absoluto del error adimensional
ME Error Medio adimensional
MSE Media del cuadrado del error adimensional
SDE Desviación estándar del error adimensional
SSE Suma del cuadrado del error adimensional
UC Error no sistemático o Error remanente adimensional
UM Sesgo del error de la estimación adimensional
US Variabilidad del Modelo adimensional
ACRÓNIMO
Siglas Descripción
CAT Autómatas Celular
ECB Eco-bicis
MB Metrobús
MCR Microbús
MSV Modelo de Sistemas Viables
RTP Red de Transporte de Pasajeros
STCM Sistema de Transporte Colectivo Metro
TB Trolebús
TL Tren Ligero
TSV Tren Sub-Urbano
TX Taxis
“El hombre superior apoya sus actos en la moral y justicia”
Confucio
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN Y JUSTIFICACIÓN
1.1 Antecedentes
La investigación sobre "infraestructuras críticas" se ha convertido en un tema de creciente importancia en los últimos años. (Madsen, 1998; Protection P. C., 1997; Webster’s, 1993; Yusta et al, 2011). El informe de la PCCIP (President's
Commission on Critical Infrastructure Protection) define a una infraestructura como una red de sistemas hechos por el hombre, formando una sinergia para producir y distribuir un flujo continuo de un servicio o producto esencial (Protection P. C., 1997). El informe ha identificado a ocho infraestructuras críticas que son: las
telecomunicaciones, sistema de energía eléctrica, gas natural y petróleo, banca y finanzas, transporte, sistema de abastecimiento de agua, servicios gubernamentales y servicios de emergencia. (Protection P. C., 1997).
La energía puede ser considerada como una de las infraestructuras clave de la sociedad moderna. El sector energético es comúnmente dividida en dos áreas en el contexto de la protección de infraestructuras críticas: el área del suministro de energía eléctrica y la industria del petróleo y gas natural. Se cree que la industria eléctrica provee servicios a casi 130 millones de hogares e instituciones en los EE.UU. Se estima que este país consume cerca de 3,6 billones de kilovatios hora en 2001. Por otra parte, cabe destacar que todas las formas de actividad productiva (por ejemplo, empresas, fábricas, escuelas, hospitales, entre otros) requiere de electricidad.
(Protection P. C., 1997).
El sector del agua de cualquier nación es fundamental tanto desde el punto de vista de la salud pública así como en el aspecto económico. En el contexto de infraestructuras críticas, el sector del agua se compone de dos componentes básicos: el suministro de agua potable y de recolección y tratamiento de aguas residuales. Las infraestructuras del sector del agua son diversos y complejos en su distribución, que van desde sistemas que sirven a unos pocos clientes hasta sistemas que abastecen a millones de personas. Estas utilidades dependen de embalses, presas, pozos y acuíferos, así como las instalaciones de tratamiento, estaciones de bombeo, acueductos y tuberías de distribución. (Protection P. C., 1997).
El sector de las telecomunicaciones ofrece servicios de voz y datos a los usuarios públicos y privados a través de una infraestructura de red pública compleja y diversa que abarca, por ejemplo, la red pública Conmutada Telecomunicaciones (PSTN, por sus siglas en inglés), el Internet y las redes privadas a empresas. La red PSTN ofrece circuitos conmutados de telefonía, datos, entre muchos otros servicios. Debido a que el sector gobierno así como las otras infraestructuras críticas dependen en gran medida de la
infraestructura pública de telecomunicaciones para servicios vitales de comunicaciones; así que todas las iniciativas de protección del sector son particularmente importantes. (Protection P. C., 1997).
El sector del transporte se compone de varios modos fundamentales: la aviación, marítimo, ferroviario, por carretera y transporte público masivo. En su conjunto, los distintos modos de transporte proporcionan la movilidad de la población y contribuyen a la calidad de vida de los habitantes de cualquier país. Teniendo en cuenta lo anterior, una amenaza para el sector del transporte puede tener un impacto en otras industrias que dependen de ella o para los demás modos de transporte. Interdependencias entre modos de transporte, por lo tanto, deben ser estudiados. (Protection P. C., 1997).
Varios autores han propuesto diferentes tipos de interdependencias; por ejemplo Rinaldi (2001) ha propuesto las siguientes: físicas, 'cibernética', geográfica, y lógicas. La interdependencia física se tiene cuando el estado de una infraestructura depende de la producción de material de la otra infraestructura. La interdependencia cibernética se genera en el momento en que una infraestructura requiere de información en enlaces electrónicos de otra infraestructura. Una interdependencia geográfica se produce en el momento en que dos o más infraestructuras se encuentran en estrecha proximidad espacial. Finalmente, dos infraestructuras son lógicamente interdependientes si el estado de cada uno depende del estado de la otra a través de la validez de los argumentos en términos de su estructura.
Una de las preocupaciones acerca de las infraestructuras críticas es su complejidad y que además éstos sistemas están altamente interconectados de los unos a los otros y cualquier falla en cualquiera de ellos causan un efecto dominó y atentar contra la seguridad nacional de cualquier país (Crowthe, 2008; Cavelty et al., 2009; Castrucci et al., 2012; Osorio et al., 2009; Wilson et al., 2012; Chai et al., 2011; Townsend, 2006; Torbin, 2003; Trucco et al., 2012). Esto ha sido evidenciado
recientemente, por ejemplo, con los ataques terroristas y otros eventos que han sido reportados en la literatura. Por ejemplo, el colapso de una infraestructura fue el la pérdida de uno de los satélites de los EE.UU., lo cual provocó la interrupción de todos los localizadores del área (cubierta por el satélite) y como efecto cascada se cayeron los sistemas de servicios bancarios y financieros.
Otro ejemplo de las consecuencias que se tienen cuando se tienen interdependencias de las infraestructuras críticas, es cuando se tienen, por ejemplo, fallas en el suministro de la energía eléctrica. Estas fallas generalmente ocasionan la interrupción en la operación de casi todos los sistemas que dependen de la energía eléctrica; éstos pueden ser la industria producción del petróleo y el gas natural, las operaciones de refinación, la industria del transporte (incluye a todos los modos de transportación: aviación, terrestre, marítimo, ferroviario) (Bajpai et al., 2007; Kalam et al., 2009; Morris et al., 2011; Baysari et al., 2009; Macchi et al., 2012; FU et al., 2008; Young et al., 2010; Kyriakidis et al., 2012)
Estos eventos también tienen un impacto económico dando lugar a pérdidas en la productividad (Ryu et al., 2009; Roman et al., 2007). El Anexo A presenta un ejemplo
que ilustra gráficamente las consecuencias en la falla del suministro eléctrico que ocurrió en la India.
Esta preocupación ha obligado a gobiernos de los países llamados del primer mundo ha llevar a cabo investigación y desarrollo, entre otros aspectos, de modelos que permitan un mejor entendimiento de cómo funcionan dichos sistemas y así asegurar la seguridad y confiabilidad de los mismos. (Assaf, 2008; Hartong et al., 2008; Stewart, 2010; Toft, Duero et al.,2010; Theoharidou, et al., 2008; Forte, 2008; Szyliowicz, 2013; Yusta et al., 2011; Murray et al., 2012; Patterson et al.,2007).
1.2 Formulación del Problema y las
Preguntas de Investigación
El problema de investigación concerniente al área de infraestructura crítica así como las preguntas formuladas acerca del problema principal de investigación se presenta en esta sección.
1.2.1 Pregunta Principal de
Investigación
La pregunta principal de investigación formulada para este trabajo de tesis es la siguiente:
¿Se pueden modelar las interdependencias del Sistema de Transporte Colectivo Metro para tener una cosmovisión del efecto cascada?
Con base en los resultados obtenidos del presente trabajo de investigación se puede concluir que si es posible modelar las interdependencias del sistema de transporte colectivo metro mediante un enfoque sistémico. En particular, ha permitido identificar los siguientes tipos de interdependencias: a) Físicas, b) Cibernética, c) Geográfica. El trabajo de investigación propone una fusión metodológica para modelar las interdependencias lógicas con autómata celular. Y finalmente se proponen futuros trabajos para la línea de investigación de Interdependencias de sistemas críticos.
1.2.2 Preguntas de Investigación
El problema principal de investigación se ha abordado con base en la formulación de preguntas de investigación, las cuales serán contestadas durante el desarrollo de este trabajo de investigación; el Capítulo 6 presenta las respuestas a cada una de las siguientes preguntas formuladas:
¿Se puede formar una Metodología con el enfoque sistémico para focalizar las interdependencias del Sistema de Transporte Colectivo Metro?
¿Se puede modelar el Sistema de Transporte Colectivo como un modelo de sistema viable?
¿Se pueden identificar las interdependencias lógicas en los otros modos de transporte de la Ciudad cuando se tenga una interrupción en el STCM?
¿Cuál sería el flujo de usuarios en los modos de transporte de la Ciudad para el 2020 y cómo afectaría al STCM?
La pregunta principal del problema de investigación y las preguntas de investigación permitieron darle una focalización al trabajo de investigación. Las preguntas de investigación proporcionaron una búsqueda de información específica para resolver el problema de investigación. Las preguntas de investigación se desarrollaron durante el proceso de revisión de la literatura que se presenta en el Capítulo 2.
1.3 Justificación del Proyecto de
Investigación
En la actualidad los países con mayor poder socioeconómico han tenido graves problemas con la supervivencia básica debido a los desastres naturales, brotes de enfermedades y ataques terroristas. Estas eventualidades han demostrado los planes de acción rápida para la supervivencia de la sociedad. Por ejemplo: Tormenta de hielo en Canadá en el 1998, los ataques terroristas del 11 de septiembre en EE.UU. (Gregoire, 2011), el apagón en Canadá y EE.UU del 14 de agosto del 2003 (mundo, 2003), el tsunami en el sur de Asia en 2004 (Paralibros, 2008), el huracán Katrina en EE.UU. en el 2005 (Internacional, 2008), terremoto de Haití el 12 de enero de 2010 (Minustah, 2011), tsunami en Japón el 12 enero 2011 (Informador, 2011), entre otros sucesos cascada (Crowthe, 2008; Cavelty et al., 2009; Castrucci et al., 2012; Osorio et al., 2009; Wilson et al., 2012; Chai et al., 2011; Townsend, 2006; Torbin, 2003; Trucco et al., 2012) Estos eventos han
evidenciado que los desastres son sistemas dinámicos que requieren una focalización holística de las interdependencias críticas entre las infraestructuras para atenuar el impacto e incrementar la sobrevivencia de la sociedad.
En las últimas décadas las infraestructuras críticas de transporte han tenido una sinergia con mayor complejidad, pero cada día se vuelven más vulnerables. Sistema de masivos de transporte como el caso del sistema de transporte colectivo metro (STCM) de la Ciudad de México es también vulnerable a fallas y afectar otros modos de transporte de la Ciudad; por ejemplo, el 6 de octubre del 2006 una falla eléctrica afectó a más de 50,000 usuarios en siete estaciones causando un caos vial en la Ciudad (ver Anexo A). Por otro lado, la comunidad científica se ha interesado en la importancia de las interdependencias de las infraestructuras críticas, tal y como lo demuestran los trabajos publicados (Alexoudi et al., 2008; Strasser et al. 2008;
Tsuruta et al., 2008; Assaf, 2008; Hartong et al., 2008; Stewart, 2010; Toft et al., 2010; Theoharidou, et
al., 2008; Forte, 2008; Szyliowicz, 2013; Yusta et al., 2011; Murray et al., 2012; Patterson et al., 2007).
Sin embargo, en la revisión de la literatura no se encontró evidencia del estudio de interdependencias de sistemas críticas empleando un enfoque sistémico. Este proyecto de investigación se centra en el modelado de interdependencias en sistemas críticos, caso del sistema del transporte colectivo metro (STCM) de la Ciudad de México.
1.4 Metodología de Investigación
Este trabajo de investigación está sujeto a temas teóricos de sistemas duros, sistemas blandos y sistemas viables. Por lo tanto, el modelado de Interdependencias de Sistemas Críticos se utilizará el Modelo de Sistemas Viables, Metodología de Checkland, Metodología de Churchman y Ackoff, metodología de Hall y el Método de Ferrer. En la Figura 1.1 se muestra una representación de la fusión metodológica para modelar las interdependencias en los sistemas críticos, como nuestro caso de estudio.
Figura 1. 1 Representación de la Fusión Metodológica. (Elaboración propia, 2013)
En la Figura 1.1 se tiene la fusión metodológica para modelar las interdependencias. El diagnóstico posee información de todos los eventos externos e internos que pueden afectar a la infraestructura del sistema de transporte colectivo metro.
El diseño está compuesto por cinco etapas que son: definición raíz, Modelos conceptuales, construcción del modelo, amenazas y vulnerabilidades, y el impacto. El diseño de la fusión metodológica aportará las entidades involucradas, dirección de la relación, tipos de Interdependencia, estado de relación y el riesgo. También definen las entidades involucradas los tipos de interdependencia que son: Física (un elemento producido por uno depende del consumido del otro elemento), Cibernética (flujo de información electrónica), geográfica (se produce en el momento en que dos o más elementos se encuentran en estrecha proximidad espacial), lógica (el estado del elemento depende a través de la validez de otro elemento).
La acción dará la pauta para hacer la simulación de las interdependencias del sistema crítico, con el fin, de simular diferentes escenarios en la infraestructura del sistema de transporte colectivo metro.
Por último, el modelo de sistemas viables focalizará el sistema de transporte en la ciudad de México.
1.5 Consideraciones y Limitaciones
de la Investigación
Consideraciones de la investigación
Para la modelación de las interdependencias, los datos fueron obtenidos por medio de los siguientes medios:
Sistema de Solicitudes de Información del Distrito Federal “INFOMEXDF”
Instituto Nacional de Estadística y Geográfica “INEGI” Plan Maestro
Encuesta origen – destino.
Las áreas internas de los vagones del metro fueron obtenidas con un flexómetro de forma manual de cada uno de los diferentes modelos de los trenes.
Los datos para la probabilidad, impacto y riesgo son datos cualitativos.
Limitaciones de la investigación
Las principales limitaciones de la investigación se centran en la falta de información por parte del Sistema de Transporte colectivo Metro, por ejemplo, en las siguientes áreas:
El rango de la cantidad de usuarios para ser considerado sobre población en un andén (estación).
El rango de la cantidad de usuarios para ser considerado sobre población en los transbordes.
La cantidad de vendedores.
Acontecimientos diarios de fallas en las puertas.
Hora en que han tenido personas accidentadas en las vías. Periodo de mantenimiento para los instrumentos de los
señalizadores.
Acontecimientos de fallas eléctricas en las instalaciones. Fallas eléctricas que han provocado suspensión del
servicio del metro.
El sistema de transporte colectivo metro solo tiene información del año 2005 a la fecha. De años anteriores al 2005 no tienen información. Esto influyó en el análisis ya que hubiera sido deseable contar con más datos históricos para así poder dar una mejor estimación de futuros escenarios como número de accidentes, incidentes pudieran tenerse, por ejemplo, en el 2020.
1.6 Productos Derivados del
Proyecto de Investigación
Los productos de investigación derivados de este proyecto de Investigación se listan a continuación (ver Anexo G)
Jaime Santos-Reyes, Diego Padilla-Pérez, & Alan N Beard. (2014). "Modelling critical infrastructure interdependency: The case of the Mexico City Metro transport system", artículo publicado en la revista: Human
and Ecological Risk Assessment: An International Journal. DOI: 10.1080/10807039.2014.957956 (Aceptado para publicación).
Jaime Santos-Reyes, & Diego Padilla-Pérez. (2014). "Analysis of Interdependencies of the Mexico City Metro system". In: Proc. of the 12th
International Probabilistic Safety Assessment and Management Conference (PSAM12). Honolulu, Hawaii, USA
Diego A. Padilla Pérez; Jaime R. Santos Reyes; Luis M.
Hernández Simón; Tatiana Gouzeva; Galdino C. Santos Reyes.
Interdependencias del Sistema de Transporte Colectivo Metro y la Red de Transporte de Pasajeros con Autómata Celular artículo publicado en la revista
“Research in Computer Science” con ISSN: 1870–4069 indizada en LATINDEX y periódica.
Jaime R. Santos-Reyes & Diego A. Padilla Pérez “Analysis of Interdependencies of the Mexico City Metro system” artículo aceptado y presentado en The 12th International Probabilistic Safety Assessment and Management Conference (PSAM12).
Jaime R. Santos-Reyes; Diego A. Padilla Pérez; Beard, A.N. “Modelling Critical Infrastructures: The case of the Metro Transport System”
artículo aceptado y presentado en The 4th International Conference on Risk Analysis and Crisis Response.
Diego A. Padilla Pérez; Jaime R. Santos Reyes; Luis M.
Hernández Simón; Tatiana Gouzeva; Galdino C. Santos Reyes.
“Interdependencias del Sistema de Transporte Colectivo Metro y la Red de Transporte de Pasajeros con Autómata Celular”artículo aceptado y presentado
en el IX Congreso Internacional de Tendencias Tecnológicas en Computación.
Diego A. Padilla Pérez; Jaime R. Santos Reyes; Luis M.
Hernández Simón; Tatiana Gouzeva; Galdino C. Santos Reyes. “Interdependencias de la Infraestructura Crítica de la Línea 2 del Sistema de Transporte Colectivo Metro con la Red de Transporte de Pasajeros” artículo
aceptado y presentado en el XIII Congreso Nacional de Ingeniería Electromecánica y de Sistemas.
Diego A. Padilla Pérez; Jaime R. Santos Reyes; Luis M. Hernández Simón. “Análisis de Infraestructuras Críticas con el Modelo de Sistemas Viables y Redes Neuronales Artificiales del Sistema de Transporte Colectivo Metro” artículo aceptado y presentado en el 8o Congreso
Internacional “Tendencias Tecnológicas en Computación”
Diego A. Padilla Pérez; Jaime R. Santos Reyes; Luis M.
Hernández Simón. “Fractales y su Aplicación” artículo aceptado y presentado en el 1er Congreso Nacional de Innovación y Vinculación.
1.7 Presentación de la Tesis
Este trabajo de tesis está segmentado en siete capítulos y el contenido de los mismos se describe a continuación:
El capítulo 2 se presenta la revisión de la literatura sobre las ocho infraestructuras críticas (Telecomunicaciones, Sistema de energía eléctrica, Gas natural y Petróleo, Banca y Finanzas, Transporte, Sistema de Abastecimiento de Agua, Servicios Gubernamentales y Servicios de Emergencia), Sistema de transporte colectivo metro (aperturas más antiguas y actuales a nivel mundial y Latinoamérica, Afluencia de usuarios, Longitud de Red Vial y Costo del boleto), Investigaciones sobre interdependencias y conclusiones del capítulo.
El capítulo 3 se describe el contexto espacial y temporal, el marco metodológico (metodología de Ackoff, metodología de Checkland, método de Ferrer, modelo sistemas viables y la fusión metodológica para las interdependencias) y el marco teórico (Teoría General de Sistemas, Epistemología, Redes Neuronales Artificiales, Autómata Celular y Fractales) y conclusiones del capítulo.
El capítulo 4 se muestra la descripción del caso de estudio sobre el modelado de interdependencias en sistemas críticos del metro, tipos de sistemas de transporte, Sistema de transporte en el Distrito Federal (Sistema de transporte colectivo metro, red de transporte de pasajeros, metrobús, trolebús, tren–ligero, suburbanos, taxis y microbuses, transporte particular y eco–bici).
El capítulo 5 se tiene el análisis de las interdependencias del sistema de transporte colectivo metro, con autómatas celular, dinámica de sistemas y controles para las interdependencias.
El capítulo 6 se presenta una discusión de los resultados más relevantes del trabajo de investigación sobre el modelado del sistema de transporte, modelado de las interdependencias con autómatas celular y dinámica de sistemas.
El capítulo 7 contiene las conclusiones y futuros trabajos más contrastantes del trabajo de investigación.
Los anexos presentan información adicional al trabajo de
investigación. Anexo A (Ejemplos de consecuencias de fallas de
infraestructuras críticas) Anexo B (Algunos ejemplos de Metros del Mundo), Anexo C (Autómata celular), Anexo D (Algunos Accidentes ocurridos en el Metro a Nivel Mundial), Anexo E (Fusión Metodológica), Anexo F (Programación de la Interfaz Gráfica), Anexo G (Plan Maestro) y Anexo H (Productos de investigación)
1.8 Resumen del Capítulo
El presente capítulo presentó la tesis de la tesis que contiene los antecedentes de las infraestructuras críticas, la formulación del problema y las preguntas de investigación, la justificación del proyecto de investigación, la metodología de investigación, consideraciones y delimitaciones de la investigación y los productos derivados del proyecto de investigación.
La tesis continúa con una descripción detallada del trabajo de investigación. El estado del arte sobre infraestructuras críticas, sistema de transporte así como las investigaciones referentes de las infraestructuras críticas.
“Es fácil mantenerse cuando uno va de subida Pero difícil hacerlo cuando baja”
Napoleón Bonaparte
CAPÍTULO 2
REVISIÓN DE LITERATURA
CAPÍTULO 2
REVISIÓN DE LITERATURA
En resumen, el presente capítulo contiene: la sección 2.1 presenta las ocho infraestructuras críticas, los cuatro tipos de interdependencias y ejemplos de efectos en cascada. La sección 2.2 la infraestructura crítica del transporte. La sección 2.3 presenta las investigaciones sobre Infraestructuras críticas y finalmente la sección 2.4 presenta las conclusiones de la revisión de la literatura. En la Figura 2.1 se muestra una forma holística del capítulo 2 “revisión de la literatura” referente a las infraestructuras críticas, así como las investigaciones principales de las infraestructuras críticas.
Figura 2. 1 Modelo holístico de la revisión de la literatura. (Elaboración propia, 2013)
2.1 Infraestructuras Críticas
El término infraestructura se define como “el fundamento de base o marco básico (a partir de un sistema u organización)” (Webster’s, 1993). En
octubre de 1997 la Comisión Presidencial de los EE.UU., adquirió un nuevo significado e importancia al definir una infraestructura como una red de sistemas y procesos independientes, en su mayoría de propiedad privada, hechos por el hombre, los cuales funcionan en colaboración y de forma sinérgica para producir y distribuir un flujo continuo de bienes y servicios esenciales (Protection P. C., 1997).
En sus deliberaciones, la Comisión Presidencial se concretó básicamente en ocho infraestructuras críticas, cuya incapacidad o destrucción tendría un impacto debilitante en la defensa, seguridad pública y seguridad económica (Protection P. C., 1997) Estas ocho infraestructuras son:
Telecomunicaciones
Sistema de energía eléctrica Gas natural y petróleo
Banca y finanzas Transporte
Sistema de abastecimiento de agua, Servicios gubernamentales
Servicios de emergencia.
Las infraestructuras se encuentran conectadas en múltiples puntos, de tal manera que existe una relación bidireccional entre los estados de dos infraestructuras determinadas. En otras palabras, sea la infraestructura 1 la cual depende de la infraestructura 2 a través de la relación i y viceversa, la infraestructura 2 que depende de la infraestructura 1 a través de la relación j; adicionalmente, ambas infraestructuras depende de la relación i j.
Los tipos de Interdependencias tienen características distintas, estas clases de interdependencias no son mutuamente excluyentes. Los tipos de interdependencias son: (Protection P. C., 1997)
La interdependencia física se tiene cuando el estado de una infraestructura depende de la producción de material de la otra infraestructura. Esto se genera entre la vinculación de entradas y salidas.
La interdependencia cibernética se genera en el momento en que una infraestructura requiere de información en enlaces electrónicos de otra infraestructura.
Una interdependencia geográfica se produce en el momento en que dos o más infraestructuras se encuentran en estrecha proximidad espacial.
Dos infraestructuras son lógicamente interdependientes si el estado de cada uno depende del estado de la otra a
través de la validez de los argumentos en términos de su estructura.
Las interdependencias de las Infraestructuras Críticas han demostrado el riesgo y las vulnerabilidades. Por lo tanto, las consecuencias pueden producir efectos en cascada expandiéndose a lo largo de otros sectores y fronteras. (Public Safety, 2008). A continuación se describen algunos
efectos de cascada de las infraestructuras críticas:
Heath en 1995 determinó que la gestión de la respuesta en el sismo de Kobe no fue óptima provocando efectos en cascada en otros sistemas. Esto demostró que al tomar la decisión de restablecer el servicio de energía eléctrica en las áreas afectadas provocó incendios después del sismo.
(Heath, 1995)
Rourke en el 2003 analizó los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 en los EE.UU. Los servicios de emergencia local fueron seriamente afectados cuando cientos de rescatistas murieron al colapsar las torres. El suministro de agua, el transporte público y las comunicaciones locales sufrieron daños considerables. Las autoridades de aviación canceló todos los vuelos comerciales; el sector bancario y financiero cerró temporalmente los mercados claves; esto incrementó la demanda para el teléfono y conexiones de internet, lo cual a su vez obligó a las compañías a cancelar sus servicios para evitar colapsos de sus redes. (O' Rourke et al., 2003)
La comisión del presidente de los EE. UU., de protección de infraestructura critica en el 2001 estableció que la economía y la seguridad de los EE.UU. depende de cinco sectores de infraestructura crítica que son: Banca y finanzas, Transporte, Telecomunicaciones, Servicios Humanos Vitales (servicios de emergencia, servicios del gobierno y sistemas de suministro de agua) y energía (energía eléctrica, petróleo, gas natural, producción y almacenamiento). Estas cinco infraestructuras críticas son altamente interdependientes (Protection P. C., 2001).
Rinaldi en el 2001 señaló que las infraestructuras críticas están altamente interconectadas y son dependientes mutuamente en una manera compleja, tanto física como a través de una serie de información. También definió que las infraestructuras afectan fundamentalmente sistemas y servicios que son críticos para la seguridad, economía y el bienestar social y es necesario definir las características de las infraestructuras, estado de operación, tipo de interdependencias, ambiente, acoplamiento de respuesta y tipos de fallas (Rinaldi, et al., 2001).
El 14 de agosto de 2003, sucedió un corte de energía eléctrica en el noroeste de EE.UU. Nizik en el 2003
declaró que los sistemas existentes de los EE.UU., puede generar una cascada de errores que podrían dejar vulnerable a la población (Nozik, 2003).
En 2003 el consejo consultivo nacional de infraestructura, estableció un grupo de trabajo encargado de estudiar las interdependencias entre sectores y orientar las evaluaciones de riesgo. El grupo de trabajo concluyó que la coordinación entre sectores durante el manejo de la crisis es fundamental para restaurar rápidamente estos sistemas, y es una pieza fundamental para mantener la confianza del público en los sistemas de infraestructura
(McGuinn, 2004)
2.2 Infraestructura Crítica de Transporte
El sistema de transporte es uno de las ocho infraestructuras críticas (ver capítulo 2.1). El sistema de transporte se ha convertido en parte de nuestra vida diaria, sin el difícilmente se podría imaginar los niveles de progreso que el mundo ha alcanzado.
El sistema de transporte se encuentra clasificado por el tipo de servicio que prestan, por tal motivo se tienen tres tipos de medio de transporte:
[Molinero et al., 2005]
Transporte Privado.- se presenta en vehículos operados por el dueño de la unidad. En este medio de transporte se encuentra: automóvil, la bicicleta, la motocicleta y el peatón.
Transporte de Alquiler.- es utilizado por cualquier persona que pague una tarifa en vehículos proporcionados por un operador, chofer o empleado ajustándose a los deseos de movilidad del usuario. Entre estos servicios se encuentra: taxis y servicios especiales.
Transporte Público.- son sistemas de transportación que operan con una ruta fija y horarios predeterminados y que pueden ser utilizados por cualquier persona a cambio del pago de una tarifa previamente establecida.
2.2.1 Sistema de Transporte
Colectivo Metro
La palabra metro es el nombre que denomina al ferrocarril metropolitano. El crecimiento de las ciudades con la revolución industrial y la transición demográfica hizo necesario introducir medios de transporte más eficaces como es el metro. Con la invención en 1876 de la locomotora eléctrica aparecen en todas las ciudades los tranvías, que más tarde se convirtiera en metro (Libre, 2012)
En la Tabla 2.1 se tienen las diez primeras posiciones a nivel mundial de la fecha de apertura más antiguas del sistema de transporte colectivo metro.
Tabla 2. 1 Diez primeras posiciones a nivel mundial de la fecha de apertura más antigua del metro
(Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Fecha de Apertura
1 Gran Bretaña Londres 10/01/1863 (Londres)
2 Grecia Atenas 27/02/1869 (Atenas)
3 Hungría Budapest 02/05/1896 (Budapest)
4 Gran Bretaña Glasgow 14/12/1896 (Glasgow)
5 EE.UU. Chicago 06/06/1892 (Chicago)
6 EE.UU. Boston 01/09/1897 (Boston)
7 Francia París 19/07/1900 (Paris)
8 Alemania Berlín 18/02/1902 (Berlin)
9 EE.UU. New York 27/10/1904 (New York)
10 EE.UU. Filadelfia 04/03/1907 (Filadelfia)
31 México Ciudad de México 05/09/1969 (STCM)
En la Tabla 2.1 se poseen las diez primeras posiciones de la fecha de apertura del metro en el mundo. El STCM de la ciudad de México se encuentra en la posición 31 de 81 ciudades del mundo por la fecha de su inauguración. En el Anexo B se tiene todo el listado de posiciones de las ciudades a nivel mundial.
En la Tabla 2.2 se observan las diez primeras posiciones de las fechas de apertura más antiguas del metro en la Latinoamérica.
Tabla 2. 2 Diez primeras posiciones a nivel Latinoamérica de la apertura más antigua del metro (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Fecha de Apertura
1 Argentina Buenos Aires 01/12/1913 (Buenos Aires)
2 México Ciudad de México 05/09/1969 (STCM DF)
3 Brasil San Pablo 14/09/1974 (San Pablo)
4 Chile Santiago de Chile 15/09/1975 (Santiago de Chile)
5 Brasil Rio de Janeiro 05/03/1979 (Rio de Janeiro)
6 Venezuela Caracas 02/01/1983 (Caracas)
7 Brasil Porto Alegre 02/03/1985 (Porto Alegre)
8 Brasil Recife 11/03/1985 (Recife)
9 Brasil Belo Horizonte 01/08/1986 (Belo Horizonte)
10 México Guadalajara 01/09/1989 (Guadalajara)
En la Tabla 2.3 se muestran las diez primeras posiciones a nivel mundial de la fecha de apertura más actual del metro.
Tabla 2. 3 Diez primeras posiciones a nivel mundial de las aperturas actuales del STCM (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Fecha de Apertura
1 España Sevilla 02/04/2009 (Sevilla)
2 Venezuela Los Teques 03/11/2006 (Los Teques)
3 Venezuela Valencia 18/09/2006 (Valencia)
4 Chile Valparaíso 23/11/2005 (Valparaiso)
5 Puerto Rico San Juan 06/06/2005 (San Juan)
6 EE.UU. Las Vegas 15/06/2004 (Las Vegas)
7 Portugal Oporto 07/12/2002 (Oporto)
8 Dinamarca Copenhague 19/10/2002 (Copenhague)
9 Brasil Brasilia 31/03/2001 (Brasilia)
10 Bulgaria Sofía 28/01/1998 (Sofía)
2.2.2 Longitud de Red Vial del
Sistema de Transporte Colectivo
Metro
El metro opera sobre distintas líneas que componen una red. La red está conformada por estaciones, líneas y transbordes. En la Tabla 2.4 se muestran las diez primeras posiciones a nivel mundial con la mayor longitud de red del metro.
Tabla 2. 4 Diez primeras posiciones a nivel mundial con mayor longitud de red vial del metro (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Líneas Estaciones Longitud Red Vial (km) 1 Gran Bretaña Londres 12 274 408 (Londres)
2 EE.UU. New York 27 422 368 (New York)
3 Japón Tokio 13 205 304.5 (Tokio)
4 España Madrid 13 238 293 (Madrid)
5 Rusia Moscú 12 141 292.9 (Moscú)
6 Corea del Sur Seúl 10 298 286.9 (Seul)
7 México Ciudad de México 12 195 227.7 (STCM DF)
8 China Shanghái 8 162 225 (Shanghai)
9 Francia París 16 300 213 (París)
10 China Beijíng 8 105 198.95 (Beijíng)
En la Tabla 2.4 se observa la cantidad de líneas, el número de estaciones y la longitud total de red vial. El metro de la ciudad de México se ha contemplado las estaciones y la longitud de la “línea dorada”.
En la Tabla 2.5 se tienen las diez primeras posiciones a nivel Latinoamérica con la mayor longitud de red del metro.
Tabla 2. 5 Diez primeras posiciones a nivel Latinoamérica con mayor longitud de red vial del STCM
(Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Líneas Estaciones Longitud Red Vial (km)
1 México Ciudad de México 12 195 227.7 (STCM DF)
2 Chile Santiago de Chile 5 101 96 (Santiago de Chile)
3 Brasil San Pablo 4 55 61.3 (San Pablo)
4 Venezuela Caracas 5 43 60.5 (Caracas)
5 Argentina Buenos Aires 6 76 56.6 (Buenos Aires)
6 Brasil Brasilia 2 21 46.5 (Brasilia)
7 Chile Valparaíso 1 20 43 (Valparaiso)
8 Brasil Recife 2 23 39.5 (Recife)
9 Brasil Rio de Janeiro 2 33 36.5 (Rio de Janeiro)
10 Brasil Porto Alegre 1 17 33.8 (Porto Alegre)
El metro de la ciudad de Monterrey ocupa la posición 11 a nivel Latinoamérica con dos líneas, 31 estaciones y una longitud de red vial de 32.5 km. La ciudad de Guadalajara está en la posición 14 a nivel Latinoamérica con dos líneas, 28 estaciones y una longitud de red vial de 24 km.
2.2.3 Usuarios del metro
El metro, es un medio de transporte masivo de pasajeros. Este sistema se ha establecido para unir diversas zonas de las grandes ciudades con una alta capacidad y frecuencia de usuarios. En la Tabla 2.6 se poseen las diez primeras posiciones con mayor afluencia de usuarios a nivel mundial del metro.
Tabla 2. 6 Diez primeras posiciones de la afluencia de usuarios a nivel mundial (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Afluencia Usuarios (millones)
1 Japón Tokio 3011 (Tokio)
2 Rusia Moscú 2529 (Moscú)
3 Corea del Sur Seúl 1655 (Se{ul)
4 EE.UU. Nueva York 1635 (Nueva York)
5 México Ciudad de México 1489 (STCM DF)
6 Francia París 1410 (París)
7 Gran Bretaña Londres 1014 (Londres)
8 España Madrid 900 (Madrid)
9 China Hong Kong 867 (Hong Kong)
10 Chile Santiago de Chile 840 (Santiago de Chile)
La Tabla 2.7 exhibe las diez primeras posiciones a nivel Latinoamérica de la afluencia de usuarios del metro.
Tabla 2. 7 Diez primeras posiciones la afluencia de usuarios a nivel Latinoamérica (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Afluencia Usuarios (millones)
1 México Ciudad de México 1489 (STCM DF)
2 Chile Santiago de Chile 840 (Santiago de Chile)
3 Argentina Buenos Aires 650 (Buenos Aires)
4 Brasil San Pablo 564 (San Pablo)
5 Venezuela Caracas 48 (Caracas)
6 Brasil Rio de Janeiro 170 (Rio de Janeiro)
7 Colombia Medellín 155 (Medillin)
8 México Monterrey 137.6 (Monterrey)
9 Brasil Porto Alegre 105 (Porto Alegre)
10 Brasil Recife 68.5 (Recife)
2.2.4 Costo del Boleto del Metro
El costo del boleto depende de variables reales (combustible, mantenimiento, costo del conductor y depreciación del convoy), las cuales están asociadas a los kilómetros recorridos o al tiempo del uso del carro. (Supply Chain Web all About Logistic) En la Tabla 2.8 se tiene las diez primeras posiciones a
nivel mundial del costo más bajo del boleto del metro.
Tabla 2. 8 Diez primeras posiciones a nivel mundial del costo más bajo del boleto del STCM (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Moneda Cantidad $Pesos
(Xe.com, 2012)
1 Venezuela Caracas, Valencia y Teques Bolívares 1.5 (Caracas) 0.100 2 Argentina Buenos Aires P. Argentino 1.3 (Buenos Aires) 3.5 3 México Ciudad de México Pesos 5 (STCM DF) 5.0 4 China Beijíng Yuan 2 (Beijing) 4.1 5 México Monterrey Pesos 4.5 (Monterrey) 4.5 6 Filipinas Manila P. Filipinos 15 (Manila) 4.7 7 Bulgaria Sofía Leva 0.7 (Sofía) 6.0 8 México Guadalajara Pesos 6 (Guadalajara) 6.0 9 China Shanghái Yuan 3 (Shanghai) 6.2 10 EE.UU. Detroit Dólares 0.5 (Detroit) 6.4
En la Tabla 2.8 se tienen las diez primeras ciudades del mundo con el menor costo del boleto del metro. La ciudad de México, Monterrey y Guadalajara se encuentran dentro de las primeras diez posiciones.
En la Tabla 2.9 se observan las ciudades con mayor costo en el boleto del STCM.
Tabla 2. 9 Diez primeras posiciones a nivel mundial del mayor costo del boleto del STCM (Elaboración propia, 2012)
Posición País Ciudad Moneda Cantidad $Pesos
(Xe.com, 2012) 1 EE.UU. Las Vegas Dólares 5 (Las Vegas) 64.5 2 Suecia Estocolmo Corona Sueca 30 (Estocolmo) 57.8 3 Dinamarca Copenhague Kr 20 (Copenhague) 44.7 4 Alemania Hamburgo Euros 2.6 (Hamburgo) 43.3 5 China Hong Kong HK dólares 26 (Hong Kong) 43.238 6 Alemania Bonn, Colonia, Múnich Euros 2.3 (Bonn) 38.3
7 Alemania Frankfurt Euros 2.2 (Frankfurt) 36.7 8 Canadá Montreal, Toronto Dólares 2.75 (Montreal) 36.2 9 Alemania Berlín Euros 2.1 (Berlin) 35 10 España Madrid Euros 2 (Madrid) 33.3
En las Tablas 2.8 y 2.9 se analizó solamente el costo del boleto sin contar el costo de cada transborde. En la mayoría de los metros de mundo cada transborde tiene un costo adicional, aunado a esto también genera un costo extra si se desea viajar en las horas pico. Por lo tanto la Tabla 2.8 y 2.9 no se consideró el costo de transbordes y horas pico.
2.3 Investigaciones de
Interdependencias de Infraestructuras
Críticas
Se han encontrado artículos publicado desde el año de 1995 sobre efectos de cascadas; hasta el año de 1997 se contrastan las ocho infraestructuras críticas y se han publicado gran variedad de artículos (Assaf, 2008; Hartong et al., 2008; Craven et al., 2008; Crowthe, 2008; Stewart, 2010; Cavelty et al., 2009; Baysari et al., 2009; Macchi et al.,2012; Toft et al.,2010;Sterbenz et al., 2009; Ryu et al.,2009; Anwar, et al., 2009; FU et al.,2008; Theoharidou et al.,2008; Forte, 2008; Roman et al.,2007; Torbin, 2003; Szyliowicz, 2013; Castrucci et al., 2012; Kyriakidis et al.,2012; Jenelius et al., 2010; Hellström, 2007; Kalam et al., 2009; Schmitz, 2007; Scaparra et al., 2008; Murray et al., 2012; Baiardi et al.,2009; Osorio et al., 2009; Madsen, 1998; Trucco et al., 2012; Yusta et al., 2011; Everett, 2011; Morris et al., 2011; Wilson et al., 2012; Chai et al.,2011; Johansson et al., 2010; Young et al., 2010; Patterson et al., 2007;Fischer et al., 2005; Townsend, 2006), por ejemplo:
Modelos de Protección de Infraestructuras de Información Crítica.- Proponen dos modelos de protección: el modelo de seguridad nacional y el modelo de continuidad de negocio. Dichos modelos se basan en los valores de seguridad y valores neoliberales para evaluar y entender las políticas nacionales. (Assaf, 2008)
Seguridad a la Infraestructura Ferroviaria EE.UU.- Debilidades del sistema que pueden ser utilizados para interrumpir el tráfico ferroviario del transporte de mercancías y pasajeros por ferrocarril. (Hartong et al., 2008)
Modelo de la red NAJPTC utilizando NS-2.- Tecnologías de comunicación basados en microprocesadores que son capaces de evitar colisiones de trenes, descarrilamientos y lesiones a los trabajadores. (Craven et al., 2008)
Las recientes catástrofes y ataques terroristas han aumentado la demanda en el gobierno de los EE.UU. para asegurar la seguridad y confiabilidad de la infraestructura crítica de la nación. El modelo es una generalización del problema de la protección de la nación de la infraestructura crítica que se centra en las transacciones de productos básicos entre los sectores económicos, derivado de un modelo económico y premio Nobel W. Leontief, y construido en Bureau of Economic Analysis (BEA) de datos para proporcionar información sobre el proceso de gestión del riesgo descentralizado. (Crowthe, 2008)
Evaluar el riesgo para evaluar los costos y beneficios de la lucha contra el terrorismo, los escenarios de amenaza y las probabilidades, el valor de la vida humana, el daño físico (directo), daños indirectos, reducción de riesgos y costos de protección. (Stewart, 2010)
Un enfoque más amplio de la cooperación público privada para ayudar a resolver algunos de los problemas de las infraestructuras críticas. (Cavelty et al., 2009)
Los errores que con frecuencia dan lugar a la ocurrencia de incidentes y accidentes ferroviarios que puede conducir al desarrollo de estrategias de prevención y 19 informes de investigación ferroviaria dan la pauta para identificar las similitudes y diferencias entre las técnicas para identificar y clasificar los errores. (Baysari et al., 2009)
Garantizar la seguridad de las operaciones y la disponibilidad de vías de ferrocarril y el equipo relacionado para la regulación del tráfico. El problema se soluciona con la metodología de análisis de confiabilidad de los equipos y del sistema ferroviario. (Macchi et al., 2012)
Repetidas interrupciones de energía eléctrica ponen en peligro seriamente la seguridad energética que pueden ser provocados por una variedad de eventos, entre ellos los ataques de los terroristas. Los ataques contra infraestructuras energéticas son relativamente pocos; debido a que no se ha encontrado una fuerte conexión entre las ideologías de diversos grupos terroristas y su tendencia a los ataques. Se sostiene que los terroristas en general, tienen relativamente pocos incentivos para atacar las infraestructuras de suministro de energía. (Toft et al., 2010)
El Internet se ha convertido en esencial para todos los aspectos de la vida. Se reconoce ampliamente que el Internet no es lo suficientemente resistente, puede sobrevivir, y confiable, y que la investigación significativa, el desarrollo y la ingeniería son necesarios para mejorar la situación. Se ha propuesto un marco arquitectónico para la resistencia y la capacidad de supervivencia de las redes de comunicación. (Sterbenz et al., 2009)
La infraestructura crítica y la automatización de una fábrica se realizan mediante la supervisión, control y adquisición de datos en tiempo real, generando vulnerabilidades. (Ryu et al., 2009)
Mapear manualmente los esquemas de activos
vulnerables. (Anwar et al.,2009)
En el sistema de tráfico ferroviario, es el subsistema clave para garantizar la seguridad y para mejorar la eficiencia. El desarrollo del sistema de control de la operación del tren se basa en el análisis del mecanismo de seguimiento de trenes. Un modelo celular para simular la operación de seguimiento de los trenes en movimiento con relaciones de
