Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Industrial / El desarrollo acelerado que han tenido las grandes urbes, durante las últimas décadas, ha significado un aumento en el número de viajes que se realizan en ellas. Este incremento explosivo, que no siempre ha sido acompañado de mejoras viales adecuadas, ha producido un aumento en la congestión vehicular. Por este motivo varias son las ciudades que han planificado o construido redes de transporte rápido, tales como metro o sistemas ferroviarios ligeros. Si bien la sola construcción de estas redes no disminuye la congestión, la evidencia internacional muestra que al menos es capaz de disminuir la tasa con la que se incrementa la congestión año a año. Lo anterior, sumado a que la construcción de un metro es una decisión altamente estratégica, por los altos costos involucrados, el largo horizonte de planificación y la dificultad en medir los efectos, hace necesaria la utilización de técnicas de la optimización que permitan tomar la mejor decisión. Existe abundante literatura respecto a la resolución del problema de diseño de una red de transporte rápido (Rapid Transit Network Design o RTND), cada uno de ellos considerando diversas aristas del problema. El principal aporte de esta tesis es considerar que las redes de transporte alternativo (por ejemplo, calles) sufren congestión de acuerdo al número de personas que elijan esta alternativa. Esta consideración es importante pues al incluir este efecto la red alternativa se hace más atractiva, ya que si la gente opta por la red fija, los tiempos de viajes en el sistema alternativo bajarán. En primer lugar, este estudio propone un modelo MIP (Mixed Integer Programming) el cuál es capaz de entregar una solución aproximada al problema. Este modelo MIP no es exacto pues considera la aproximación de la función de congestión (tipo Bureau of Public Roads) mediante una función lineal por parte. Dado que la modelación del problema es NP-Hard, no siempre es posible resolver el problema en un tiempo razonable, sobretodo para instancias de mayor tamaño. Por esto se hace necesaria la implementación de heurísticas. En esta tesis, se implementa una heurística constructiva mejorada con búsqueda Tabú y un algoritmo Greedy Random (GRASP). Comparando los resultados de las heurísticas y los del modelo MIP, se observa que las heurísticas tienen un muy buen comportamiento, tanto en la cercanía del óptimo como en los tiempos de ejecución. Finalmente se ve que el impacto de considerar la congestión en la modelación puede hacer variar la red óptima. Lo cual puede producir aumentos en los flujos, en hasta un 5%, respecto a no considerarla.

La investigación propuesta busca explorar el uso dado a la bicicleta en el Gran Santiago, enfocándose en la identificación de diversos tipos (deportivo, recreativo, funcional, etc.) y niveles de uso (frecuencia, intensidad, trayectos, etc.), considerando –de manera transversal- el posible impacto de la implementación del Transantiago en ello, así como las potencialidades y oportunidades que puede tener este tipo de vehículo para mejorar la calidad de vida y reducir los niveles de sedentarismo de los habitantes de la ciudad.

Ingeniero Civil Industrial / Metro de Santiago es el más importante medio de transporte público en la ciudad, transportando a 2.300.000 pasajeros diarios. Un evento operacional se define como cualquier imprevisto que interrumpa la operación diaria de transporte público, como averías o emergencias de usuarios y empleados. Sólo durante las horas punta de operación, los eventos generan pérdidas de frecuencia de trenes, con costos privados promedio por hora reloj entre MM$1,065 y MM$1,350 en línea 1, y entre MM$0,202 y MM$0,585 en línea 4. La problemática actual radica en que no existe una asociación clara entre la ocurrencia de estos eventos y sus efectos en la variación de la oferta programada de trenes. Por consiguiente, no hay claridad sobre cuáles tipos de eventos generar medidas preventivas. El objetivo de esta memoria es medir el impacto en términos de atraso y variación de la oferta que ocasionan los distintos eventos operacionales en la operación diaria de Metro. Se busca generar medidas y procedimientos preventivos. Este estudio se aplica en los horarios punta de operación, para las líneas 1 y 4 del Metro. La metodología usada fue primero categorizar los eventos operacionales relevantes, segundo asociar su ocurrencia a caídas de frecuencia de trenes mediante modelos econométricos logit multinomiales, tercero medir sus costos sociales y privados, y cuarto generar medidas de reacción ante los eventos más importantes. Los eventos operacionales se agrupan en 16 categorías, de las cuáles el análisis arroja que solo 7 de estas explican sobre el 80% de los atrasos históricos registrados desde Enero 2009 hasta Julio 2010. De los modelos econométricos, los resultados revelan como principales causantes de las caídas de frecuencia a atrapamientos de clientes en puertas de los trenes, accidentes en vagones y en andenes, y averías en los sistemas de puertas de los trenes. Además, se observa que línea 4 en su horario punta tarde no posee caídas de frecuencia relevantes debido a eventos. Se observa que en promedio en cada horario punta, entre un 52,11% y un 62,69% de los pasajeros en las direcciones de viaje más cargadas son afectadas por algún evento operacional. Estos pasajeros retrasan su viaje cuando ocurren eventos entre un 6,03% y un 12,38% del tiempo que usualmente tardarían. Se calcula además que la operación es más costosa en la mañana que en la tarde en ambas líneas. Se proponen medidas como la instalación de puertas especiales en andenes (VAN de MM$ -375,782 a 10 años), implementación de botones de emergencia en trenes de línea 1 (VAN de MM$ 23,474 a 5 años), o redistribución y contratación de personal de apoyo en andenes (beneficios mensuales de hasta $80.000 por estación). Salvo las puertas en andén, estas medidas son rentables privada y socialmente, recuperando trenes perdidos de frecuencia, ahorrando tiempos de viaje, y mejorando la imagen que Metro entrega a sus usuarios. Se propone también modificaciones a las políticas de mantenimiento, enfocadas a la disminución de costos operativos, cuyo estudio de rentabilidad queda abierto a futuras investigaciones de carácter más técnico.

Ingeniero Civil Mecánico / La motivación de esta memoria es la creciente incorporación de flotas de vehículos que utilizan combustibles gaseosos, como el Gas Natural Comprimido (GNC), al parque automotriz de la ciudad de Santiago, junto con el eventual impacto en emisiones de contaminantes atmosféricos que esta incorporación podría implicar. El objetivo principal del trabajo, es elaborar un diagnóstico ambiental preliminar del impacto ambiental que genera la conversión de vehículos de locomoción colectiva a Gas Natural. Los objetivos específicos, son recopilar los antecedentes relativos a las tecnologías disponibles para realizar conversiones, realizar una campaña de mediciones con dispositivos de muestreo a bordo a una muestra de taxi colectivos, para posteriormente concluir respecto del impacto ambiental que genera la masiva incorporación de esta tecnología al parque automotriz actual. La metodología aplicada contempla la realización de las siguientes tres etapas: recopilación de antecedentes, orientada a la caracterización de los kits de conversión que se encuentran en operación actualmente y del parque automotriz de la Región Metropolitana; campaña de mediciones de emisiones contaminantes en ruta aplicada a una muestra de vehículos que operan con Gas Natural Comprimido, utilizando un sistema de muestreo a bordo y el procesamiento y análisis de los datos obtenidos. Dos de los tres vehículos convertidos analizados, presentaron mayores niveles de emisiones para NOx funcionando con GNC que con Gasolina siendo en promedio un 400% mayores, para CO2 y CO se observan disminuciones por efecto de la adición del kit de conversión siendo un 20 y 22% menores respectivamente. Por lo tanto, el kit de conversión a Gas Vehicular no representa una clara medida para la disminución de emisiones contaminantes en Taxis básicos y Colectivos

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Transporte / Ingeniero Civil / El objetivo de la tesis es desarrollar y aplicar una metodología de estimación de viajes y actividades en base a datos pasivos de transacciones y de posicionamiento global de buses recolectados a través de sistemas tecnológicos de transporte público. El aprovechamiento de estos datos constituye un nuevo paso en la revolución de la información, que mediante la construcción de aplicaciones tienen potencial para transformarse en valiosas herramientas de planificación, más representativas y con menos errores y sesgos que las existentes en la actualidad. Para tal fin se desarrolla una metodología que consta de dos pasos principales: un primer módulo realiza un análisis secuencial de las transacciones, y apoyado en los estudios previos de estimación de puntos de bajada para transacciones efectuadas en transporte público, reconoce y diferencia actividades y viajes realizados por usuarios de transporte público en las ciudades de Santiago, Chile y Gatineau, Canadá. En forma posterior, un segundo módulo procesa las actividades estimadas previamente y con información adicional les asigna un propósito determinado. Una vez que los viajes y actividades se encuentran estimados, se lleva a cabo un análisis de las potencialidades de la metodología y sus resultados. Sobre estos, se puede observar el comportamiento social, en términos de asignación de tiempo y dinámica de viajes, en ambas ciudades; se establece una comparación entre ellas, encontrándose diferencias, y se mapean los hallazgos en términos de comportamiento temporal para cada tipo de actividad y propósito, concluyéndose que la metodología presenta potencialidades no sólo como herramienta para describir la demanda de transporte, sino también como instrumento para apoyar decisiones de planificación.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Transporte / Ingeniero Civil / El sistema de transporte público de Santiago (Transantiago) posee como único medio de pago una tarjeta electrónica (Bip!) y además en cada uno de los 6.000 buses del sistema hay aparatos GPS que registran su posición cada 30 segundos. Estas fuentes de información pasiva, que son extensivas y de bajo costo, permiten obtener información útil para la modelación de la demanda y el monitoreo de la operación del sistema. En el presente trabajo se calculan indicadores de calidad de servicio con las matrices OD generadas por a partir del seguimiento de las tarjetas Bip! y las emisiones GPS. Antes de realizar el cálculo de indicadores, se realizan mejoras a la información de los viajes, orientadas específicamente a errores u omisiones que podrían sesgar el cálculo de ellos. En primer lugar se realizan correcciones que caracterizan de mejora forma los viajes: por un lado se corrige las etapas en metro mediante la incorporación de información exógena como el tiempo de caminata de acceso y egreso en las estaciones, además de los tiempos de transbordo internos en las estaciones. Por otro lado, se desarrolla mejoras metodológicas en los cálculos del tiempo de viaje en vehículo, espera y caminata para corregir comportamientos que no se condicen con la realidad. En segundo lugar, se desarrollan criterios para eliminar viajes considerados anómalos. Éstos logran eliminar el 6,96% de los viajes, lo que muestra la relevancia de esta tarea para obtener indicadores creíbles. Una vez que los viajes son corregidos y filtrados, se miden indicadores con distintos niveles de desagregación temporal y espacial. Los indicadores medidos son: tiempo de viaje, número de etapas por viaje, distancia euclidiana de viaje, velocidad de viaje de los usuarios, razón distancia en ruta / distancia euclidiana, velocidad bus v/s auto y transbordos críticos, los cuales permiten realizar diagnósticos focalizados del servicio ofrecido a los usuarios. Se concluye que en promedio, los viajes más largos, más demorosos y con mayor número de etapas son aquellos que se inician entre 5:00 y 5:30, lo que se relaciona con los pares O-D de los viajes realizados en ese período (usualmente desde poniente y el sur al sector oriente de la capital). Finalmente, se realizan comparaciones de distintos indicadores de regularidad. Se comparan tres indicadores de regularidad basados en los definidos por los contratos de Transantiago con el indicador TE95/h, definido como la razón entre le percentil 95 del tiempo de espera y el intervalo programado del servicio, y que se utilizará como referencia de la percepción de regularidad de los usuarios. Se concluye que el indicador actualmente utilizado por Transantiago es aquel que tiene un comportamiento más parecido a TE95/h.

Ingeniero Civil Industrial / Todas las ciudades, a medida que se comienzan a extender y densificar, se ven enfrentadas al complejo fenómeno del sistema de transporte público, donde constantemente está en juego el desafío de lograr transportar una gran cantidad de gente de forma eficiente y efectiva. Actualmente, el sistema de transporte público de Santiago se ve afectado por un problema importante: los usuarios evaden el pago del pasaje. Según cifras recientes del año 2017, el índice de evasión supera el 30%, manteniendo una tasa creciente en el tiempo, y es bajo esta preocupación que se propone el proyecto FONDEF Desarrollo de tecnologías para el control de la evasión en el transporte público . Este proyecto busca desarrollar algoritmos eficientes para la resolución de un modelo de fiscalización a gran escala con el fin de mejorar los índices de efectividad del sistema de fiscalización actual y es en este contexto que se desarrolla esta memoria de título. Los modelos, considerados en el marco del proyecto, consisten en una estrategia mixta de fiscalización sobre el grafo de paraderos de Santiago, es decir, una densidad de probabilidad de fiscalización dentro del área de cobertura. Sin embargo, la implementación de estos resultados al sistema no es directa. Es por este motivo que este trabajo busca implementar un modelo de calendarización, que condense un estado probabilístico a una respuesta humanamente realizable, pero que a la vez sea eficiente en su ejecución. En virtud de este objetivo, se implementan dos modelos de calendarización diferentes; uno estático, que mantiene el sistema actual de fiscalización por paraderos, y uno dinámico, que se ajusta a sistemas de fiscalización implementados en otros países y permite la fiscalización con los buses en movimiento. Esta segunda estrategia permite ampliar el abanico de oportunidades que tiene el área de fiscalización del DPTM para cumplir su tarea. Dentro del arista estática, se generan dos propuestas: un sistema más directo, donde se genera una submuestra con su matching respectivo, y un segundo sistema más desarrollado, donde se genera una combinación de turnos a realizar. Generando una diferencia de hasta 92% en los costos de transporte entre estos modelos. Con respecto al modelo dinámico, se mejora en un 42% la capacidad de ejecutar correctamente los resultados de fiscalización. Esta mejora corresponde a la comparación de un modelo aleatorio con respecto a un modelo de decisión dinámica glotón por tramos. A modo de conclusión se propone la implementación del sistema estático en el corto plazo, mientras se trabaja en la formulación de modelos de decisión dinámicos más robustos a los utilizados actualmente junto con la generación de las herramientas necesarias para su correcta implementación. Como trabajo futuro se propone estudiar la posible implementación de un modelo híbrido que mantenga características tanto estáticas como dinámicas.

Magíster en Ciencias, Mención Computación. Ingeniera Civil en Computación / La integración de tarjetas inteligentes en sistemas de transporte público ha permitido que los operadores, autoridades e investigadores, tengan acceso a una mejor perspectiva del servicio. La colección diaria de transacciones de tarjetas inteligentes trae consigo problemas propios del manejo de grandes volúmenes de datos: problemas metodológicos y nuevos desafíos. Por ejemplo, para hacer un análisis longitudinal del comportamiento de los usuarios, se necesitan los registros de transacciones en largos periodos de tiempo. No obstante, no todos los sistemas de transporte asocian información del usuario a las tarjetas inteligentes. Luego, las tarjetas se vuelven intercambiables, y no es posible asegurar la relación uno a uno entre usuarios y tarjetas. Este problema se vuelve una limitación mayor cuando el sistema presenta una alta renovación de tarjetas. El objetivo de esta tesis es medir la estabilidad y unicidad del comportamiento de usuarios de transporte público, con el fin de evaluar la posibilidad de reconocer a los usuarios a través de su movilidad. Para lograr lo anterior, se implementan tres algoritmos de caracterización y comparación de la movilidad humana: dos adaptaciones de algoritmos de la literatura, y uno diseñado y calibrado en esta tesis. Los tres algoritmos se evalúan bajo dos perspectivas: - Cuán variable es la movilidad de los usuarios a través del tiempo. - Cuán característica es la movilidad de los usuarios respecto a sus pares. Para medir cuán variables son los usuarios se utilizó una base de datos de registros de dos años del sistema de transporte público de Gatineau, Canadá. Para medir la capacidad de reconocer usuarios se utilizó una base de datos de registros de dos semanas, separadas por un intervalo de cinco meses, del sistema de transporte público de Santiago, Chile. Los tres algoritmos reportan diferencias en el grado de variabilidad de los usuarios y en la capacidad de distinguirlos según su movilidad. Sin embargo, se observa de manera transversal que a mayor cercanía entre los periodos observados menor es la variabilidad medida. Del mismo modo se observa que a mayor tamaño de los periodos comparados, mayor es la estabilidad de la movilidad. Por otra parte, si bien los usuarios presentan una alta variabilidad en la movilidad, la mayoría posee una componente estable en el tiempo. En relación a la capacidad de reconocer a los usuarios, se observa que hay un grupo de usuarios distinguible por los tres algoritmos, del mismo modo, hay usuarios no distinguibles por ninguno. Se concluye que es posible reconocer a usuarios mediante su movilidad en transporte público, pero con una alta tasa de error. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Instituto de Sistemas Complejos de Ingeniería (CONICYT-PIA_FB0816), el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT 116_1589, FONDEF D10E_1002), y el programa de estadías cortas de investigación del departamento de postgrado y postítulo de la Vicerrectoría de Asuntos Académicos de la Universidad de Chile

Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Matemático / El problema de la evasión del pago del pasaje en el transporte público es transversal a distintos sistemas de transporte a lo largo del mundo, causando pérdidas a las empresas operadoras y al Estado. Ya que la instalación de barreras físicas y torniquetes no siempre es posible o deseable, diversos sistemas recurren al control del pago del pasaje a bordo. En esta tesis se modela el fenómeno de la evasión como un juego de Stackelberg sobre un grafo dirigido en el que interactúan dos jugadores: un inspector (el líder) y un evasor (el seguidor). Para controlar la evasión, el líder se ubica aleatoriamente sobre a lo más un arco de la red. Para ello, su estrategia consiste en fijar una distribución de probabilidad de inspección sobre los arcos del grafo. El seguidor, quien desea viajar entre dos nodos fijos sin pagar el pasaje, reacciona escogiendo como estrategia un camino, y lo recorre de manera que si atraviesa el arco donde se encuentra el inspector, deberá pagar una multa antes de continuar su viaje. Dependiendo de su comportamiento después de pagar la multa, se hace la distinción entre un seguidor no adaptativo, que continúa su viaje por el camino escogido previamente sin modificar su ruta, y uno adaptativo, que continúa su trayecto a través de un camino mínimo con respecto a las distancias. Dada una distribución de probabilidad de inspección, los tiempos de viaje y el valor de la multa, el objetivo del seguidor es encontrar un camino de costo esperado mínimo. Mientras que para el seguidor no adaptativo este problema se reduce a encontrar un camino mínimo con respecto a una versión modificada de las distancias, la pregunta por la complejidad del problema del seguidor adaptativo queda abierta. En esta tesis se diseñan algoritmos pseudopolinomiales para este último problema en grafos acíclicos y en grafos generales, además de un algoritmo fuertemente polinomial en grafos generales para el caso en que la distribución de inspección es uniforme sobre los arcos. Por último, se presenta un esquema de aproximación a tiempo totalmente polinomial (FPTAS) en grafos generales, y se amplía un resultado previo de Correa et al., donde se muestra que el cuociente entre los valores óptimos de los problemas no adaptativo y adaptativo es a lo más 4/3, mostrando un ejemplo donde la cota es ajustada. El líder, por su parte, es modelado de acuerdo a dos variantes. En la primera de ellas, su objetivo es maximizar el costo esperado del seguidor. Se prueba que cuando el seguidor es no adaptativo, este problema se puede resolver en tiempo polinomial, mientras que para el seguidor adaptativo se diseña un FPTAS. En la segunda variante, el líder busca maximizar el valor esperado de la multa recolectada. En el caso del seguidor no adaptativo, se demuestra que el problema de decisión asociado es NP-completo, mientras que para el seguidor adaptativo la pregunta por la complejidad se deja abierta.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Transporte. Ingeniero Civil / En esta tesis se plantean modelos que estiman cambios en la programación óptima de semáforos si se modifican los criterios de equivalencia entre buses y automóviles a través del uso de las tasas de ocupación. Los objetivos son: analizar el efecto del uso de las tasas de ocupación en las componentes de la programación de semáforos, analizar los distintos supuestos que existen para utilizar herramientas computacionales de modelación de tránsito (Transyt 15 y Aimsun) y analizar los ahorros en demoras que sufren las personas del sistema al optimizar redes considerando las tasas de ocupación de los vehículos. La primera parte de la tesis se enfoca en la optimización de la programación de semáforos en una intersección aislada. El análisis del tiempo de ciclo óptimo para una intersección aislada es fundamental para entender la programación de semáforos de redes más complejas, dado que posee dos elementos fundamentales de la programación (tiempo de ciclo y tiempos de verde). Se estimó un modelo de tiempo de ciclo y tiempos de verde óptimos considerando las tasas de ocupación de los vehículos y se utilizó el modelo en un caso de estudio. Se logró replicar el modelo de tiempo de ciclo óptimo de Akcelik, lo cual validó la metodología utilizada, para continuar con la estimación de un modelo de demoras de personas. Se encontraron ahorros al utilizar el enfoque de demoras de personas del 5,5% para una intersección aislada, lo cual se encuentra en el orden de los resultados reportados por Ma et. al (2014). En la segunda parte del trabajo, se midió un histograma de salida de buses en una intersección de Santiago y se comparó con los obtenidos a partir de Transyt y Aimsun. Aimsun entrega un MAPE de 33,7%; el Modelo de Dispersión de Pelotones (PDM) entrega un MAPE de 29,4% y el Modelo de Transmisión de Celdas (CTM) de un 63,4%, por lo que el modelo PDM de Transyt fue el más cercano a la observación real de intervalos de llegada de buses en el ejemplo estudiado. Finalmente, en la tercera parte del trabajo, el análisis se extiende a redes de semáforos (agregando el desfase como variable de optimización). Se realizaron dos escenarios de optimización: demoras de vehículos y demoras de personas (considerando tasas de ocupación). Al comparar los beneficios del enfoque de personas versus el de vehículos, se encontró un ahorro del 3,4% en términos de demoras, lo que se encuentra cercano a los resultados reportados por Christofa et. al (2015) para una red de semáforos optimizada en tiempo real. Se concluye que se obtienen beneficios al minimizar las demoras de personas para intersecciones aisladas y redes más complejas para programación de semáforos pre-fijada, en un orden inferior al 10% en los casos analizados. El beneficio principal es para los usuarios de transporte público.