Modelos de optimización para planificación y gestión operativa de sistemas de bicicleta pública

Abstract

RESUMEN: En esta tesis se presentan una serie de modelos de optimización orientados a la planificación y gestión de sistemas de bicicleta pública. Los modelos desarrollados se fundamentan en la consecución de dos objetivos: la maximización del número de usuarios de la bicicleta pública y la minimización de los costes totales del sistema (coste de operación y coste del usuario, para todos los modos de transporte considerados). Para lograr este objetivo se ha recurrido a la utilización de programación matemática multinivel. En concreto, se ha planteado un problema binivel, el cual incluye un nivel inferior donde se ocupa un modelo de simulación del comportamiento de los usuarios de los distintos modos de transporte considerados (además de la bici pública). Este nivel inferior reporta resultados (flujos, tiempos de acceso, tiempos de espera, tiempos de viaje, etc.) que serán datos input para la cuantificación del coste de los usuarios que forma parte de la función de coste total del nivel superior. Esta estructura multinivel, considerando varios modos de transporte, y distintas componentes de coste, permite optimizar el diseño del sistema, desde un punto de vista lo más eficiente y sostenible posible, tanto económica como socialmente. La metodología presentada ha sido aplicada al caso real de la ciudad de Santander (España), siendo posible, por un lado, validar los modelos de comportamiento de los usuarios, contrastando datos simulados con datos reales del actual sistema y por otro lado reflejando la importancia de contar con herramientas de optimización para diseñar un sistema de puntos de préstamo bien dimensionado y localizado correctamente, así como para gestionar eficientemente sistemas de redistribución de bicicletas.

ABSTRACT: This thesis presents a series of optimization models for the planning and management of bicycle sharing systems. These models have been developed with two objectives in mind: maximization of bicycle users, and minimization of total system costs (operating costs and user costs for all transport modes considered). To achieve these goals, multilevel mathematical programming has been used. In particular, a bi‐level problem was implemented, its lower level composed by user behaviour models for each transport mode (aside from public bicycle), yielding results (flows, access times, waiting times, travel times, etc.) that are the input data needed to quantify the user costs that are part of the total system cost of the upper level. This multi‐level structure, taking into account several modes of transport and different cost function parameters, can be used to optimize the design of a transport system as efficient and sustainable as possible, both economically and socially. The methodology presented in this thesis has been applied to the real scenario of Santander city (Spain), which has allowed for the validation of the user behavior models, comparing simulated and real data; and has also made apparent the importance of the availability of optimization tools to design a public bicycle system with the right dimension and docking stations location, and to efficiently manage bike repositioning systems.