anÁlisis del flujo peatonal mediante un diagrama

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERIA ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA FUNDAMENTAL MACROSCÓPICO IGNACIO TOMÁS ARISMENDI GONZÁLEZ Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería Profesor Supervisor: JUAN CARLOS HERRERA MALDONADO Santiago de Chile, Septiembre, 2018 2018, Ignacio Tomás Arismendi González

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Page 1: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE

ESCUELA DE INGENIERIA

ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE

UN DIAGRAMA FUNDAMENTAL

MACROSCÓPICO

IGNACIO TOMÁS ARISMENDI GONZÁLEZ

Tesis para optar al grado de

Magíster en Ciencias de la Ingeniería

Profesor Supervisor:

JUAN CARLOS HERRERA MALDONADO

Santiago de Chile, Septiembre, 2018

2018, Ignacio Tomás Arismendi González

Page 2: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE

ESCUELA DE INGENIERIA

ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE

UN DIAGRAMA FUNDAMENTAL

MACROSCÓPICO

IGNACIO TOMÁS ARISMENDI GONZÁLEZ

Tesis presentada a la Comisión integrada por los profesores:

JUAN CARLOS HERRERA MALDONADO

JUAN CARLOS MUÑOZ ABOGABIR

SEBASTIÁN SERIANI AWAD

IGNACIO TOMÁS VARGAS CUCURELLA

Para completar las exigencias del grado de

Magíster en Ciencias de la Ingeniería

Santiago de Chile, Septiembre, 2018

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i

i

A todos aquellos que tienen la

voluntad para comprometerse

emocionalmente con el

proceso de aprendizaje de una

persona, ya sea como

aprendices o como maestros.

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ii

AGRADECIMIENTOS

En primer lugar, me gustaría agradecer a la comunidad del Departamento de Ingeniería de

Transporte y Logística, de la cual pude ser y sentirme parte durante estos años. En especial

quiero agradecer a mi profesor supervisor Juan Carlos Herrera por su constante apoyo y

motivación en mi proceso de aprendizaje. También agradezco al profesor Juan Enrique

Coeymans quien, tras una conversación, me hizo reconsiderar la opción del magíster. Y en

general, a todos los profesores y funcionarios con los cuales pude compartir y trabajar

durante estos años, de quienes aprendí y sentí tanto confianza, como afecto.

En segundo lugar, a mis compañeros y amigos de Postgrado, particularmente al connotado

“Qué Pasillo”, de quienes me llevo no solo un apoyo necesario durante este periodo, pues

estoy seguro de que son relaciones que me llevaré para toda la vida. Son todos importantes,

Seba, Hernán, Mariana, Nacho, Jimmy, Nico, Willy, Owen, Tygger, Pipe, Andre y hasta la

Eli. Gracias por el F-T, las pichangas, el hax, las juntas y tantas cosas que compartimos.

En tercer lugar, a la Escuela de Ingeniería, ya sean compañeros, profesores o funcionarios.

Agradezco a quienes conocí en las instancias en que participé y pude aprender a ser una

mejor persona y profesional, especialmente al Cuerpo de Tutores, al TCUC, al CAi,

Proyecta UC y cuántas otras más. Estoy seguro de que tuve el lujo de compartir con los

futuros articuladores de un Chile más unido, activo y tolerante. Además, gracias a ustedes

pude realizar esta tesis, pues muchos participaron como voluntarios en mis mediciones.

Finalmente, pero no menos importante, quiero agradecer a mi familia por darme la

oportunidad de ser quien soy y estar donde estoy, por las conversaciones y constante

comprensión y apoyo. Agradezco a mi polola Esperanza, quien nunca dejó de creer en mí, a

mis amigos del Ketin, siempre presentes y a todos los que me dan su cariño y tiempo. Esta

tesis es resultado de trabajo, pero también de las oportunidades que he tenido gracias a todo

lo que ustedes me entregan. Me dan el lujo de permitirme vivir la vida que vivo.

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TABLA DE CONTENIDO

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................ ii

RESUMEN .................................................................................................................. vii

ABSTRACT ............................................................................................................... viii

1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 1

1.1 Hipótesis .......................................................................................................... 3

1.2 Objetivo ........................................................................................................... 4

1.3 Contenido ......................................................................................................... 4

2. REVISIÓN BIBLIOGRAFÍA ................................................................................. 6

2.1 Diagrama Fundamental Macroscópico (MFD) ................................................ 6

2.2 Estudios de flujos peatonales ......................................................................... 11

2.3 Resumen......................................................................................................... 22

3. METODOLOGÍA ................................................................................................. 24

3.1 Diseño experimental ...................................................................................... 24

3.2 Recolección y procesamiento de datos .......................................................... 31

3.3 Análisis a realizar........................................................................................... 44

4. RESULTADOS ..................................................................................................... 45

4.1 MFD: flujo libre y congestión ....................................................................... 45

4.2 Análisis por tipo de peatón ............................................................................ 54

4.3 3D-MFD......................................................................................................... 63

5. CONCLUSIONES ................................................................................................ 68

BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................... 72

ANEXOS...................................................................................................................... 80

Anexo 1: Cálculo de distancias ................................................................................ 81

Anexo 2: Base de datos agregada por intervalo ....................................................... 82

Anexo 3: Valores promedio por escenarios ............................................................. 84

Anexo 4: Formulación teórica .................................................................................. 85

Anexo 5: 3D-MFD por tipo de peatón ..................................................................... 89

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2-1: Estudios previos sobre MFD peatonales. ....................................................... 17

Tabla 3-1: Parámetros y duración de escenarios por cada medición. .............................. 31

Tabla 3-2: Versión reducida de la base de datos de eventos original de la medición 1. .. 34

Tabla 3-3: Versión reducida de la base de datos de viajes original de la medición 1. ..... 36

Tabla 3-4: Distancias predeterminadas asociadas a cada viaje, según origen-destino. ... 38

Tabla 3-5: Versión reducida de la base de datos agregada por intervalo original de la

medición 1. ....................................................................................................................... 39

Tabla A-1: Base de datos agregada por intervalo. Medición 1. ....................................... 82

Tabla A-2: Base de datos agregada por intervalo. Medición 2. ....................................... 83

Tabla A-3: Valores promedio de macro-variables de intervalos pertenecientes a un

mismo escenario. .............................................................................................................. 84

Tabla A-4: Distancias predeterminadas asociadas a cada par O-D.................................. 88

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1-1: Congestión observada en mezzanina de estación Pedro de Valdivia,

Santiago, Chile por cierre de torniquetes. (Fuente: Twitter). ............................................. 2

Figura 2-1: Función de tasa de salida genérica. Fuente: Daganzo (2007). ........................ 7

Figura 3-1: Bosquejo de la puesta en escena. Flechas indican dirección del flujo. ......... 26

Figura 3-2: Ubicación de las cámaras. Elipses segmentadas muestran aproximadamente

el área filmada por cada cámara. ...................................................................................... 32

Figura 3-3: Representación gráfica de áreas utilizadas para calcular la variable α(k).

Numerador es área verde; Denominador es suma de áreas naranja y verde. ................... 41

Figura 3-4: Ejemplo de un peatón que inicia su viaje en el intervalo k-1 y termina en

k+2. .................................................................................................................................. 43

Figura 4-1: MFD general de la zona de estudio. .............................................................. 46

Figura 4-2: MFD de la ZE según tasa de atención de la salida controlada. ..................... 47

Figura 4-3: Velocidad media espacial versus acumulación, por tasa de atención en C,

para la ZE. ........................................................................................................................ 49

Figura 4-4: Cambios en demanda entre escenarios de los MFD de la ZE. ...................... 50

Figura 4-5: Cambios en proporción de viajes con dirección a C entre escenarios de los

MFD de la ZE. ................................................................................................................. 51

Figura 4-6: MFD teórico versus empírico de la zona de estudio. .................................... 52

Figura 4-7: MFD por tipo de peatón para: (a) PNC; y (b) PC. ........................................ 55

Figura 4-8: Velocidad media espacial versus acumulación, por tipo de peatón para: (a)

PNC; y (b) PC. ................................................................................................................. 58

Figura 4-9: Tasa de salida en función de la proporción de PC en la ZE. ......................... 60

Figura 4-10: Velocidad media espacial versus proporción de PC, por intervalos, en la

ZE. .................................................................................................................................... 62

Figura 4-11: 3D-MFD para la tasa de salida en función de la acumulación y la

proporción de PC, por intervalos. .................................................................................... 64

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Figura 4-12: Tasas de salida de la zona de estudio en función de la proporción de PC y

acumulación por intervalo. ............................................................................................... 65

Figura A-1: Distancia para pares de puertas: (a) A-E y E-A; (b) A-C y E-C; (c) B-A y D-

E; (d) B-E y D-A. ............................................................................................................. 81

Figura A-2: Tasas de salida de la zona de estudio para PNC en función de la proporción

de PC y acumulación por intervalo. ................................................................................. 89

Figura A-3: Tasas de salida de la zona de estudio para PC en función de la proporción de

PC y acumulación por intervalo. ...................................................................................... 90

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RESUMEN

El presente trabajo analiza potencialidades de la implementación de una metodología

que permita estudiar una zona de tráfico peatonal con un Diagrama Fundamental

Macroscópico (MFD en inglés). Un MFD relaciona la tasa de salida de peatones de una

zona con la acumulación, es decir, la cantidad de peatones circulando en ella. Interesa

conocer cómo la coexistencia de dos tipos de peatón, en cola hacia una salida controlada

(PC) y otros circulando hacia salidas no controladas (PNC), influye en la tasa de salida

de una zona de estudio. Esto mediante el análisis de variables por tipo de peatón, pero

principalmente con la implementación y evaluación de la variable de proporción de PC,

α. La recolección y el procesamiento de datos se realizaron en una zona de circulación

multidireccional, con ambos tipos de peatón en simultáneo, mediante experimentos

controlados. Los resultados confirman la existencia de un MFD bien definido para la

zona peatonal estudiada. Separando por tipo de peatón, se encontraron MFD con

dispares resultados. Al representar la presencia de ambos mediante α no se encuentra

una relación clara, de esta por sí sola, con la tasa de salida. Se propone estudiarla junto a

la acumulación para entender los distintos niveles de tasa de salida. Así, los estudios son

complementados con un 3D-MFD, el cual relaciona la tasa de salida con la acumulación

y la proporción de PC. Se analiza la respuesta de las variables frente al cambio de

parámetros de demanda, distribución de los viajes y tasa de atención de la salida

controlada. Se halla congestión en el 3D-MFD producida por un aumento en la cantidad

total de los distintos tipos de peatón y el nivel de proporción de PC. Para complementar

los hallazgos se sugieren, entre otros, la realización de más experimentos controlados y

de mediciones en terreno.

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ABSTRACT

The present work analyzes potentialities of the implementation of a methodology that

allows to study a zone of pedestrian traffic with a Macroscopic Fundamental Diagram

(MFD in English). An MFD relates the pedestrian exit rate of a zone with the

accumulation, that is, the number of pedestrians circulating. How the coexistence of two

types of pedestrian, in queue towards a controlled exit (PC) and others circulating

towards uncontrolled exits (PNC), influences the exit rate of a study area is interesting to

know. This is done through the analysis of variables by type of pedestrian, but mainly

with the implementation and evaluation of the PC proportion variable, α. The collection

and processing of data in a multidirectional circulation zone, with both pedestrian types

simultaneously, were carried out through controlled experiments. The results confirm

the existence of a well-defined MFD for the pedestrian area studied. Separating by type

of pedestrian, MFD with disparate results were found. Representing the presence of both

by α does not give a clear relation, by itself, with the exit rate. The study of α together

with the accumulation to understand the different levels of exit rate is proposed. Thus,

the studies are complemented with a 3D-MFD, which relates the output rate with the

accumulation and PC proportion. The response of the variables to the change of demand

parameters, distribution of trips and attention rate of controlled output is analyzed. There

is congestion in the 3D-MFD produced by an increase in the total amount of the

different types of pedestrian and the level of PC proportion. To complement the

findings, the performance of more controlled experiments and measurements in the field

are suggested, among others.

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1. INTRODUCCIÓN

Los principales estudios del movimiento peatonal se han enfocado en situaciones de

evacuación por emergencias, eventos masivos y, más recientemente, en el diario caminar

de las personas en zonas de dinámicas complejas que concentran mucho tránsito

peatonal como pueden ser estaciones de intercambio modal, paraderos de transporte

público o centros comerciales.

La infraestructura de algunos de estos espacios se caracteriza por poseer una

multiplicidad de entradas y salidas, dando paso a flujos peatonales con múltiples

direcciones, los cuales en altas concentraciones aumentan la probabilidad de conflictos

entre peatones circulantes (Fruin, 1971). Estos conflictos generan detenciones o cambios

en la dirección de la velocidad deseada de los peatones, y su ocurrencia puede verse

intensificada o disminuida según las medidas operacionales existentes. Un ejemplo de

estas es el control de una parcialidad o de la totalidad del flujo peatonal en un área,

mediante una tasa de atención. Cuando el control se realiza al interior o en las salidas de

un área puede conllevar la formación (o recuperación) de colas tras el punto de control.

Según la geometría del área, estas colas pueden entorpecer la circulación de peatones

moviéndose hacia puntos sin control, provocando el derrame de la congestión en

distintas direcciones. Esto se observa en las mezzaninas (o entrepisos) de algunas

estaciones de metro cuando, por motivos de seguridad en los andenes, se disminuye la

capacidad de sus torniquetes (Figura 1-1). También se observa en espacios

pertenecientes a patios de comida, centros de salud, cines, o locales comerciales (tiendas

o puestos de venta) donde su capacidad disminuye por demoras en la atención de sus

cajas.

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Figura 1-1: Congestión observada en mezzanina de estación Pedro de Valdivia, Santiago, Chile por cierre

de torniquetes. (Fuente: Twitter).

Este tipo de situaciones se ha abordado con estándares de diseño y operación, obtenidos

a partir de modelos predictivos basados en información estática. El problema es que

estos requieren una gran cantidad de información y no existen modelos capaces de

representar todas las características del comportamiento peatonal (Duives, Daamen, &

Hoogendoorn, 2013). Esto es un desafío aún mayor en zonas complejas como las

descritas, donde la formación de colas de peatones puede deberse factores extrínsecos al

comportamiento de los individuos, como la tasa de atención. Daganzo (2007) propone

un cambio de paradigma, desde la predicción del flujo de vehículos por una red a su

monitoreo y control. Basarse en este paradigma sobre flujos peatonales permitiría

conocer el estado del sistema en tiempo real y a partir de este implementar, por ejemplo,

estrategias de control. Esto sugiere, entonces, el uso de una herramienta que permita

conocer el valor de indicadores en tiempo real, de manera eficaz.

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Una herramienta que permite lo anterior es el Diagrama Fundamental Macroscópico,

conocido como MFD, por sus iniciales en inglés. Básicamente, un MFD para una

determinada zona y operación consiste en una relación entre la tasa de salida de

vehículos de esa zona (considerando las llegadas a destino dentro de ella) y el número de

vehículos circulantes de esa misma zona (acumulación). Los fundamentos del MFD se

encuentran en el estudio de Daganzo (2007), donde se propone para modelar el tráfico

vehicular de grandes zonas urbanas de manera dinámica y a nivel agregado. Esta

herramienta ya ha sido probada en flujos peatonales (Hoogendoorn, Campanella &

Daamen, 2011; Saberi & Mahmassani, 2014; Daamen, Knoop & Hoogendoorn (2015) y;

Hoogendoorn, Daamen, Knoop, Steenbakkers & Sarvic, 2017). Sin embargo, no se ha

incluido en ella alguna variable que determine cómo la presencia de peatones en cola de

un punto controlado puede afectar la tasa de salida del sistema. El modelo y las

condiciones que propician su existencia son explicados en mayor detalle en el siguiente

capítulo.

1.1 Hipótesis

¿Cómo se podría representar la congestión en una zona peatonal multidireccional como

la descrita anteriormente, identificando peatones en cola de una salida controlada y otros

circulando hacia otras salidas sin control, de manera simple?

La hipótesis principal de este trabajo es que, si la acumulación y la tasa de salida de los

peatones de una zona como la descrita anteriormente responden a un MFD, entonces,

mediante la inclusión de una variable que capture la acumulación de peatones en cola de

una salida controlada y otros circulando hacia otras salidas sin control, se pueden

discernir los resultados de sus tiempos de viaje y proceso de salida. De esta manera, no

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4

solo se espera que la tasa de salida de la zona de estudio dependa de la cantidad de

individuos en el espacio, sino que también varíe con la proporción de distintos tipos de

peatón en el área.

En casos extremos, frente a la presencia de únicamente peatones en cola hacia salidas

controladas se esperaría observar una parte del MFD diferente a la vista cuando solo hay

peatones circulando hacia salidas no controladas. Para estados intermedios con

diferentes proporciones de peatones en cola a la salida controlada, se observaría una

familia de partes distintas del MFD del área.

1.2 Objetivo

El objetivo general de esta tesis es analizar potencialidades del uso de un MFD para

estudiar una zona peatonal. Los objetivos específicos son los siguientes: (i) verificar que,

para distintos niveles de acumulación, se puede hallar un MFD bien definido en una

zona con flujos peatonales multidireccionales; (ii) cuantificar el impacto que generan

distintos niveles de la proporción de peatones sobre la tasa de salida de una zona

peatonal; y finalmente, (iii) desarrollar una propuesta de análisis de flujos peatonales,

agregando una tercera dimensión al MFD.

1.3 Contenido

Esta tesis se estructura de la siguiente forma. El Capítulo 2 presenta los estudios previos

en redes vehiculares y zonas peatonales, relacionados al MFD. El Capítulo 3 describe la

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5

5

metodología implementada, es decir, el diseño de las mediciones del experimento

controlado realizado, la forma de recolección y procesamiento de datos y, por último, los

análisis para alcanzar el objetivo de este trabajo. El Capítulo 4 entrega los resultados

obtenidos para las mediciones de los experimentos realizados, seguidos cada uno por su

posterior discusión y análisis. Finalmente, el Capítulo 5 presenta las principales

conclusiones, aportes y pasos a seguir de este trabajo.

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2. REVISIÓN BIBLIOGRAFÍA

En esta tesis se utiliza el Diagrama Fundamental Macroscópico (MFD por su sigla en

inglés) para modelar flujos peatonales. Por esta razón, en primer lugar, se presenta el

MFD, sus antecedentes y principales características, incluyendo una revisión de estudios

que analizan las condiciones propuestas para su existencia y uso. En segundo lugar, se

realiza una revisión de las particularidades del flujo peatonal y sus enfoques de

modelación tradicionales. A partir de los modelos mostrados, se presentan los estudios

previos relacionados al MFD peatonal. En tercer lugar, se establecen las razones que

avalan la elección de esta herramienta para el análisis realizado. Además, se define el

dominio que esta tesis abarca para aportar en el desarrollo de esta herramienta.

2.1 Diagrama Fundamental Macroscópico (MFD)

Estudios iniciales desarrollaron de forma teórica y a partir de la ecuación fundamental de

tráfico, una relación entre el flujo y la densidad promedio a nivel de una red vehicular.

Uno de los primeros trabajos en esta línea es el realizado por Godfrey (1969), quien

postula que debiera existir una cantidad de vehículos óptima que maximice el flujo de

una red vehicular. Sin embargo, no fue hasta que Daganzo (2007) propuso un enfoque

macroscópico de las dinámicas del tráfico de grandes ciudades para que se delinearan los

fundamentos y las conjeturas iniciales que dieron forma al MFD. En ese estudio se

plantea la gestión de una red de transporte basada en el monitoreo y control, dejando de

lado la vieja propuesta de predicción llevada a cabo por los tradicionales modelos

microscópicos de comportamiento vehicular. Para esto, se propone que la tasa con la que

se terminan los viajes en una determinada zona (tasa de salida) depende de la cantidad

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7

de vehículos que circulan por esa misma zona (acumulación). El MFD es la curva que

relaciona estas variables para una red y una operación específicas. A modo de ejemplo,

se puede ver la Figura 2-1 que muestra un MFD de forma teórica para una red vehicular

genérica, el cual relaciona la tasa de salida (terminación de viajes dentro y aguas abajo

del área), 𝑔, con la acumulación, 𝑛, mediante la función 𝐺(𝑛).

Figura 2-1: Función de tasa de salida genérica. Fuente: Daganzo (2007).

En este MFD se observa una tasa de salida máxima, 𝛾, la cual se alcanza en un intervalo

de acumulación, [𝜇, 𝜇]. El conjunto de estados (𝑛,𝐺(𝑛)) muestran que la red está

operando a capacidad. Los estados para [0, 𝜇] muestran una relación creciente de la tasa

de salida con el aumento de la acumulación, mientras que para [𝜇,𝜔] es decreciente.

Estos reflejan, respectivamente, los regímenes de flujo libre y de congestión que

conforman las ramas del MFD. El valor teórico 𝜈 depende de la geometría del sistema y

representa la acumulación máxima sostenible alcanzada sin restricciones de salida. La

acumulación de taco, 𝜔, indica la acumulación donde se alcanza el gridlock o punto

máximo de congestión, caracterizado por la tasa de salida nula de vehículos de la red.

Daganzo (2007) plantea que si bien la tasa de salida 𝐺(𝑛) describe un comportamiento

de estados estacionarios (equilibrio), puede ser usado para el análisis dinámico.

Reconoce que las transiciones entre estados estacionarios debido a cambios de la

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demanda de la red no son instantáneos, pero si son realizados lentamente, entonces el

sistema debería encontrarse cercano al equilibrio todo el tiempo.

El uso de un MFD tiene la ventaja de requerir poca información y la posibilidad de

tomar decisiones en tiempo real conociendo el valor de la acumulación. Teóricamente,

las características que permiten observar un MFD bien definido son la distribución

homogénea de la congestión en los arcos de la red y la existencia de condiciones de

demanda estacionaria o cambios suaves de esta en el tiempo (Daganzo, 2007). Ambas

condiciones en conjunto permiten que la acumulación y la tasa de salida totales de la red

jueguen un rol de variables de estado en un modelo dinámico aproximado, el MFD.

Tras la propuesta del MFD, Geroliminis & Daganzo (2007) comprueban su existencia

mediante simulación y concluyen que debiera existir un mismo MFD independiente de

los niveles de demanda. Los estudios continuaron con la verificación empírica de la

existencia del MFD para la ciudad de Yokohama, Japón (Geroliminis & Daganzo,

2008); Toulouse, Francia (Buisson & Ladier, 2009); y Brisbane, Australia (Tsubota,

Bhaskar & Chung, 2014). La evidencia sugiere así, sin demostrarlo, que existe al menos

un MFD asociado a una red real.

Luego de comprobar la existencia del MFD, los siguientes estudios se enfocaron en

evaluar las condiciones planteadas por Daganzo (2007) para la existencia de un MFD

bien definido. En primer lugar, respecto al no cumplimiento de la condición de

distribución homogénea de vehículos en la red existen estudios teóricos (Daganzo &

Geroliminis, 2008; Geroliminis & Sun, 2011), empíricos (Buisson & Ladier, 2009;

Geroliminis & Sun, 2011) y simulados (Ji, Daamen, Hoogendoorn, Hoogendoorn-

Lanser, & Qian, 2010; Mazloumian, Geroliminis, & Helbing, 2010). Los estudios en

conjunto muestran que la distribución heterogénea de la congestión presenta estados de

tráfico por debajo de un límite superior teórico y demasiado dispersos para alinearse a lo

largo de un MFD. Además, algunos de estos estudios entregan evidencia que avala que

la distribución espacial no homogénea puede generar loops de histéresis, en sentido

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horario, dentro del MFD (Buisson & Ladier, 2009; Geroliminis & Sun, 2011; Ji et al.,

2010; Gayah & Daganzo, 2011). Es decir, que para niveles cercanos de densidad entrega

mayores flujos en el proceso de carga que de descarga de la red.

Para modelar redes con distribuciones no homogéneas de la congestión, Mazloumian et

al. (2010) proponen la inclusión de la desviación estándar de la densidad de los arcos

como variable para medir la heterogeneidad. Los resultados obtenidos del modelo

utilizado explican que a medida que crece la heterogeneidad, aumenta la probabilidad de

derrame de la congestión, llegando a más arcos y así, disminuyendo notoriamente el

flujo de la red. Un estudio aplicado de este fenómeno es el realizado por Ji &

Geroliminis (2010), quienes propusieron dividir áreas con niveles similares de

heterogeneidad, minimizando la varianza en la densidad de los arcos de clusters

cercanos. A partir de esto se logró encontrar MFD bien definidos para cada zona. Otro

estudio que siguió una línea similar es el realizado por Knoop & Hoogendoorn (2013),

quienes incluyeron una variable que considera la desviación estándar de la densidad,

largo y número de pistas de distintas secciones de una autopista anular para conformar lo

que ellos denominaron el Diagrama Fundamental Macroscópico Generalizado (o

GMFD, por su sigla en inglés). Estos investigadores sugieren que la producción de

viajes, la cual representa la tasa de salida de un MFD, no puede ser predicha solo

mediante la acumulación.

Los estudios presentados se enfocan principalmente en la distribución de los vehículos

en el espacio, sin estudiar directamente la presencia de grupos de estos, sometidos a

distintas condiciones o comportamientos. Un estudio que sí consideró esto último es el

realizado por Geroliminis et al. (2014), quienes estudian si se puede representar el flujo

de una red con dos modos de transporte (buses y autos), compartiendo la misma

infraestructura (tráfico mixto). Entre otras características, los buses se diferencian de los

autos por poseer velocidades de operación menores. Para esto proponen un 3D-MFD, el

cual relaciona el flujo total circulante con la acumulación de autos y la de buses en la

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red. Mediante análisis matemáticos y simulación, observaron distintos escenarios y

enfoques para hallar la cantidad óptima de buses y autos en la red. A partir de los

resultados, destacaron que se pueden implementar nuevas estrategias del control de

tráfico con dos modos, como tratamientos preferenciales a uno de ellos o la

redistribución del espacio urbano entre ambos. Este estudio es relevante, pues entrega la

posibilidad de modelar un área con peatones en cola hacia salidas controladas y otros

circulando a salidas no controladas, conociendo la acumulación de cada uno.

Volviendo a las condiciones para la existencia de un MFD bien definido planteadas por

Daganzo (2007), existen estudios que analizaron el no cumplimiento de demanda

estacionaria o de cambios suaves de esta en el tiempo. Los estudios se dividen en

teóricos y simulados. Respecto al estudio teórico, Daganzo & Geroliminis (2008)

plantean que se puede observar una dispersión significativa en el MFD, debido a una

demanda que cambia rápidamente (basado en Daganzo, 1998), incluso en aquellas redes

que satisfacen ciertas condiciones de regularidad. En el estudio de Ji et al. (2010),

basado en simulación, se observa que disminuciones repentinas en la demanda del

sistema afectan drásticamente la forma del MFD, debido a que la recuperación de la

congestión causada lleva a que la capacidad de los arcos no sea utilizada por completo.

Los arcos pueden soportar mayores flujos, pero su tasa de salida sigue siendo baja por la

congestión.

Finalmente, de los estudios anteriores se desprenden algunas de las condiciones que

aumentan la probabilidad de existencia de un MFD bien definido. Estas son la carga

uniforme (Daganzo & Geroliminis, 2008) y redundancia de la red (Daganzo &

Geroliminis, 2008), la adaptabilidad de los conductores (Daganzo, Gayah, & Gonzales,

2011; Gayah & Daganzo, 2011) y la mayor presencia de calles homogéneas, es decir,

con similares anchos, largos de cuadras y configuraciones de semáforo (Daganzo &

Geroliminis, 2008). Las condiciones asociadas a Daganzo y Geroliminis (2008), también

conocidas como condiciones de regularidad, solo son suficientes, y no necesarias, para la

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existencia de un MFD, es decir, que puede haber una curva bien definida, aun cuando no

se cumpla alguna de ellas. Por otro lado, se debe considerar que en congestión aumenta

la inestabilidad de la red, y en casos extremos provoca la presencia de gridlock

(Daganzo et al., 2011). Es decir, que, en casos extremos, hay dificultades inherentes al

fenómeno de congestión que entregan ramas congestionadas con múltiples resultados

para el MFD.

2.2 Estudios de flujos peatonales

Según Helbing, Molnar, Farkas, & Bolay (2001), estudiar el flujo peatonal es

importante, pues entrega no solo luces del comportamiento, sino también nuevas

posibilidades para la toma de decisiones en cuanto a nivel de servicio, el diseño de

infraestructura y manuales de planificación. En este mismo artículo se hace referencia a

un conjunto de trabajos asociados a cada uno de estos dominios.

Los flujos peatonales no pueden analizarse como los vehiculares, pues existen

distinciones en el comportamiento de masas. Una de estas diferencias es que los

peatones se mueven bajo el supuesto de autoorganización. Helbing & Molnár (1997)

definen la autoorganización como la formación de patrones colectivos de

comportamiento sin planificación, prescripción u organización externas, como

semáforos, leyes o convenciones de comportamiento. Por el contrario, estos patrones

surgirían desde las interacciones no lineales entre peatones. Helbing et al. (2001)

afirman que la autoorganización peatonal es similar al comportamiento que se esperaría

por parte de conductores experimentados, debido a las reacciones instantáneas que estos

tomarían frente a algunas situaciones de tráfico determinadas, sin pensar en detalle los

pasos a realizar. A partir del supuesto de autoorganización se explican otros de los

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12

fenómenos estudiados en flujos peatonales. Algunos de estos son el efecto de cierre o

zipper effect (Hoogendoorn & Daamen, 2005), la formación de carriles o pistas (Oeding,

1963; Older, 1968), el arqueo en cuellos de botella (Hoogendoorn & Daamen, 2009;

Cristiani, Piccoli, & Tosin, 2014) y el movimiento en grupos (Bierlaire & Robin, 2009;

Do, Haghani, & Sarvi, 2016).

Otro aspecto por considerar dentro de los flujos peatonales, a diferencia de los

vehiculares, es la posibilidad de encontrar múltiples direcciones dentro un mismo

espacio compartido. Las pistas vehiculares, para un tramo horario específico, suelen

tener solo una dirección de flujo. Sin embargo, en el tráfico peatonal se pueden

encontrar tanto flujos unidireccionales, como multi-direccionales, destacando dentro de

estos los bidireccionales (Duives et al., 2013).

2.2.1 Modelación

La modelación de flujos peatonales se ha aplicado en distintos ámbitos: evacuaciones de

emergencias, eventos masivos y el diario caminar de las personas. Si bien, en esta tesis

solo se aborda este último ámbito, se puede revisar un buen resumen de aplicaciones de

modelos peatonales en evacuaciones por emergencias en Hardy & Wunderlich (2008) y

algunos estudios sobre eventos masivos en Getz (2011), Wirz et al. (2012), Zhang,

Weng & Yuab (2012), y Illiyas, Mani, Pradeepkumar & Mohan (2013).

El tipo de análisis para el flujo peatonal depende del nivel de observación al que se haga.

Al igual que el vehicular, el cual se diferencia según área geográfica (escala) y la

precisión del análisis (nivel de detalle) (Hardy & Wunderlich, 2008).

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13

13

a) Modelación microscópica

A nivel microscópico, el enfoque de los estudios se ha puesto en el comportamiento del

peatón mismo y de su relación con otros, considerando características como: el espacio

longitudinal (Hoogendoorn & Daamen, 2005) y el espacio lateral (por ejemplo, el

balanceo estudiado en Knoflacher, 1987), los tipos de reacción (Goffman, 1971) e

interacciones (Versluis, 2010) con otros peatones, las cuales pueden ser unilaterales o

bilaterales (Hoogendoorn & Daamen, 2005); factores que determinan la velocidad de

caminata (Hoogendoorn & Daamen, 2005); entre otros.

Las variables microscópicas del comportamiento peatonal se han utilizado para

especificar diversos modelos. Si bien existe una variedad amplia de estos, en esta tesis se

destacan solo dos, debido a que son los más tradicionales: Modelos de Autómatas

Celulares y de Fuerzas Sociales.

El modelo de Autómatas Celulares se programa sobre una grilla, donde cada entidad

(peatón) toma decisiones, que definen su estado, bajo un conjunto de reglas de

comportamiento. Blue & Adler (1998) son unos de los primeros investigadores en

estudiar la aplicación de estos modelos a flujos peatonales. Estos investigadores

aseguran que, hasta aquella fecha, la mayoría de los modelos se habían enfocado en

modelar flujos peatonales bajo ecuaciones y no bajo reglas de comportamiento. Una de

las ventajas que entrega esta modelación es la representación de las entidades en el

espacio y tiempo. A su vez, una desventaja evidente es modelar el espacio y tiempo de

manera discreta, con opciones acotadas de moverse para los peatones, lo cual en la vida

real no funciona así.

El modelo de Fuerzas Sociales (Helbing & Molnár, 1995) modela a los peatones según

la influencia de distintas fuerzas de atracción y repulsión que determinan su

comportamiento. De esta forma la modelación tiene un enfoque determinístico y

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14

continuo. Una de las ventajas que tiene es que las fuerzas no tienen que ser de naturaleza

física, sino que están más relacionadas a las motivaciones internas de los peatones para

realizar ciertos movimientos. Por lo tanto, se pueden modelar efectos adicionales, tales

como los que ocurren en salidas de evacuación, efectos sonoros, de luz, niveles de

estrés. Una evidente desventaja, por construcción, es la cantidad de información que

requiere. Esta información puede ir desde parámetros que deben ser calibrados

previamente con casos de la vida real, hasta el cálculo del valor de variables, en tiempo

real.

b) Modelación macroscópica

En esta modelación se considera a la masa de peatones como un gran cuerpo. Entran en

juego variables macroscópicas tradicionales, como la velocidad media, flujo y densidad.

A continuación, se destacan solo tres de este tipo de modelos, debido a que son los más

utilizados: modelos basados en la mecánica de fluidos, diagrama fundamental y MFD.

La modelación de grandes masas peatonales en la mecánica de fluidos fue postulada por

Henderson (1971), quien basó su propuesta en que, dado que las personas tienen masa y

velocidad, entonces la estadística de Maxwell-Boltzmann debiera describir el

movimiento de multitudes de personas. Una ventaja de esta forma de abordar los flujos

peatonales es que existe extensa literatura en la cual basarse. Además, simplifica el

comportamiento peatonal, partiendo de la base que los individuos serían partículas que

siguen las leyes de la física, para estudiarlas luego de manera agregada, reduciendo la

información requerida para modelar. Sin embargo, debido a la naturaleza del flujo

peatonal, este enfoque queda corto pues, en efecto, las personas no se mueven solo bajo

las leyes de la física. Por ejemplo, este modelo no es capaz de representar detenciones o

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maniobras que no conservan el momentum ni la energía, como las de desaceleración o

evasión de obstáculos.

Diversos investigadores han estudiado la forma de diagramas fundamentales a partir de

análisis teóricos, de simulación y de información empírica. Infraestructura, composición

socioeconómica, dirección del flujo, tamaño de equipaje, entre otros, son algunos de los

factores incorporados en los análisis de distintos diagramas. Algunos de estos trabajos

son los presentados por: Weidmann (1993), Seyfried, Steffen, Klingsch & Boltes (2005),

Daamen, Hoogendoorn & Bovy (2005), Seyfried et al. (2009), Seyfried et al. (2010),

Jelić, Appert-Rolland, Lemercier & Pettré (2012), y Rastogi, Ilango, & Chandra (2013).

Una gran ventaja de estos modelos es que, debido la agregación de la información,

permite tener variables macroscópicas robustas del tráfico en el tramo de estudio. Sin

embargo, una desventaja de usar un diagrama fundamental es que, a diferencia de los

flujos vehiculares, los peatones suelen caminar en diversas direcciones, lo cual es difícil

de capturar con este modelo.

MFD Peatonal

Daganzo (2007) especifica que los sistemas de interacciones de tráfico con potencial de

gridlock tienen en común que los objetos deben completar una tarea antes de irse y que

las condiciones de multitudes reducen la eficiencia con la que las tareas son

completadas. Agrega que estos sistemas son más frecuentes de lo que se piensa y

propone estudiar, entre otros, pasillos peatonales con su teoría de las dinámicas de redes,

la cual fundamenta los estudios posteriores del MFD.

Estudios previos de MFD peatonales son escasos y se presentan de forma resumida en la

Tabla 2-1. Dentro de estos se destaca el trabajo de Hoogendoorn et al. (2011) donde se

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16

encuentra un MFD a partir de experimentos controlados para dos cuellos de botella, por

separado, con flujos peatonales unidireccionales. El detalle de los experimentos

controlados se puede encontrar en Hoogendoorn & Daamen (2005). Ambas situaciones

entregaron resultados similares, esto es, un MFD que presentó tasas de salida que

crecieron con la acumulación hasta un cierto valor de capacidad de descarga del cuello

de botella, el cual varía según su ancho. Encontraron una tasa de salida máxima de

0,5 [𝑝𝑒𝑟/𝑠] con una acumulación crítica de 12,5 [𝑝𝑒𝑟] para ancho del cuello de botella

de 1 [𝑚] y área de la zona peatonal de 25 [𝑚2]; y de 0,8 [𝑝𝑒𝑟/𝑠] con 25 [𝑝𝑒𝑟] para

ancho de 2 [𝑚] y área de 30 [𝑚2]. En los intervalos a capacidad de ambos cuellos de

botella la velocidad siguió disminuyendo con el aumento de la acumulación. La tasa de

salida fue calculada como el número de peatones que dejaron la red en un intervalo de

30 [𝑠]; la acumulación y la velocidad a partir de las definiciones generalizadas de Edie

(1963).

También se simuló el flujo peatonal en el Hall Central del Schiphol Plaza, Ámsterdam,

con el fin de verificar la existencia del MFD en una zona de caminata más compleja. Se

encontró una relación entre el flujo generalizado de la zona y la acumulación. El flujo

máximo encontrado fue de 0,05 [𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)] con una acumulación crítica de

2.200 [𝑝𝑒𝑟]. Tanto flujo como acumulación fueron calculados a partir de las

definiciones generalizadas de Edie (1963).

Los autores destacan la posibilidad de encontrar un MFD para un área bidimensional,

dependiente de la geometría y uso que se le dé, donde factores como la composición del

flujo (propósito de viaje, género, edad) y factores sicológicos (prisa) podrían tener

distintos efectos. Estas sugerencias son antecedentes que van en la línea de esta tesis,

específicamente, diferenciar a los peatones según condiciones provocadas por la

operación de sus destinos dentro de la zona de estudio.

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Tabla 2-1: Estudios previos sobre MFD peatonales.

Estudio Tipo de

estudio

Tipo de flujos Variables MFD Observaciones y Conclusiones

Hoogendoorn

et al. (2011)

Empírico Unidireccional Tasa de salida

[𝑝𝑒𝑟/𝑚] y

Acumulación [𝑝𝑒𝑟]

Se encuentra la rama creciente de un MFD bien

definido para el área estudiada. Sin embargo, no existe una rama decreciente,

luego del valor de acumulación crítica.

Simulación Multidireccional Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)] y

Densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]

Se encuentra un MFD bien definido para el área estudiada, con rama creciente y decreciente.

Se mantienen las mismas proporciones de las

matrices O/D durante toda la simulación.

Saberi & Mahmassani

(2014)

Empírico Bidireccionales Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], Tasa de

salida [𝑝𝑒𝑟/𝑠] Densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]

Muestran que no siempre existe una relación lineal entre flujo promedio, por unidad espacial,

y la tasa de salida. Relación flujo/densidad no muestra una rama

completa en congestión, aunque entrega puntos

suficientes para observar decrecimiento.

Daamen et al.

(2015)

Simulación Unidireccional Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra una relación entre las tres

variables analizadas.

De lo entregado, solo se observa una rama a flujo libre.

Simulación Flujo que se cruza con una corriente

principal (Ángulo

recto)

Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra una relación entre las tres variables analizadas.

Proporciones de las Matrices O/D se cambian

en el tiempo durante la simulación. De lo entregado, se observan ramas a flujo libre

y algunos puntos en congestión.

Hoogendoorn et al. (2017)

Teórico Unidireccional Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Bajo varios supuestos, se muestra que, para los casos propuestos, un aumento en la desviación

estándar de la densidad entrega MFD menores

(menor flujo máximo y mayor densidad crítica).

Empírico Flujo que se cruza Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra la rama creciente de un MFD bien

definido para el área estudiada. Sin embargo, no existe una rama decreciente.

Empírico Confluencia Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra la rama creciente de un MFD bien

definido para el área estudiada.

Hubo congestión, sin embargo, no suficientes puntos para definir una rama decreciente.

Puntos en congestión presentan histéresis.

Simulación Bidireccional Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra la rama creciente de un MFD bien

definido para el área estudiada.

Sin embargo, no existe una rama decreciente.

Simulación Flujo que se cruza Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra un MFD bien definido para el área estudiada, con rama creciente y decreciente.

Rama decreciente del MFD presenta histéresis.

Simulación Multidireccional

(Evacuación)

Flujo promedio

[𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)], densidad

promedio [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]y

desviación estándar de

la densidad [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se encuentra la rama creciente de un MFD bien

definido para el área estudiada. Sin embargo, no existe una rama decreciente.

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Saberi & Mahmassani (2014) estudian, mediante experimentos controlados, al diagrama

fundamental a lo ancho del área, el cual relaciona el flujo peatonal [𝑝𝑒𝑟 ∗ 𝑚−1 ∗ 𝑠−1]

con la densidad [𝑝𝑒𝑟 ∗ 𝑚−2], calculadas a partir de trayectorias tridimensionales (x, y, t)

basándose en las definiciones de Edie (1963). Los autores sugieren, tras el análisis de

distintos métodos, basarse en estas definiciones para calcular las variables de tráfico de

un área bidireccional. Los estudios son realizados con 100 participantes estudiantes (25

años en promedio) a través de pasillos con flujo peatonal bidireccional de 8 𝑥 3,6 [𝑚2].

Los datos fueron agregados cada 1 [𝑠]. El detalle de los experimentos controlados se

puede encontrar en Zhang, Klingsch, Schadschneider & Seyfried (2012). El flujo

máximo hallado fue cercano a los 1,9 [𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)] en una densidad de cercana a los

2 [𝑝𝑒𝑟/𝑚2].

Se grafica la relación del flujo peatonal, el cual representa la circulación a través del

área, con la tasa de salida de la zona estudiada y se observa que, a partir de 1 [𝑝𝑒𝑟/

(𝑚𝑠)] la relación se vuelve dispersa. Especulan que esta dispersión se debe a que

durante la congestión los individuos zigzaguean más, aumentando el flujo peatonal, sin

necesariamente producir cambios en la tasa de salida del área estudiada. Debido a estos

resultados, se presenta una rama en congestión incompleta, pero con suficiente cantidad

de puntos para observar decrecimiento. Esta rama presenta histéresis en la relación flujo-

densidad, al igual que en flujos vehiculares, provocada por flujos peatonales mayores

para la carga del área y menores para la descarga, para un mismo valor de densidad.

Asocian este fenómeno a una caída de la capacidad del sistema (Cepolina & Tyler, 2005;

Cepolina & Farina, 2010) y cualitativamente a la formación de carriles estables por

autoorganización.

Otro trabajo interesante de analizar a nivel peatonal es el realizado por Daamen et al.

(2015). Basándose en los resultados presentados por Hoogendoorn et al. (2011) y el

estudio de Knoop & Hoogendoorn (2013), proponen que el flujo promedio del área

depende no solo de la acumulación, sino que también de cómo se distribuyen los

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peatones en el espacio. Por eso, introducen la desviación estándar de la densidad como

otra variable explicativa. Estudian un área de 10 𝑥 10 [𝑚2]. Calculan la densidad

promedio mediante su media espacial, a partir de valores del inverso del área vacía para

cada peatón, en un instante específico. Según las recomendaciones de Saberi &

Mahmassani (2014), al no usar las definiciones de Edie, esta formulación no sería la más

adecuada para el cálculo de la densidad.

Incluyen patrones de flujo unidireccional y flujos perpendiculares que se cruzan con una

corriente principal, es decir, con mayor demanda. A partir de resultados de simulación y

de los patrones analizados, obtienen que la variación espacial de la densidad está

correlacionada positivamente con la densidad. El análisis escrito de este trabajo es

contradictorio con lo mostrado en sus gráficos. Por eso, a continuación, se hace un

análisis desde los gráficos presentados. Se observa a partir de sus gráficos que en flujo

unidireccional solo se ven puntos donde el flujo crece con la densidad (flujo libre) y un

máximo de 0,4 [𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)] con 0,38 [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]. En flujo que se cruza también hay flujo

libre, pero además entrega algunos puntos donde el flujo disminuye con la densidad,

entregando un máximo de 0,2 [𝑝𝑒𝑟/(𝑚𝑠)] con 0,16 [𝑝𝑒𝑟/𝑚2]. En ambas simulaciones,

con un valor de densidad fijo, los flujos disminuyen con el aumento en la desviación

estándar de la densidad. Esto puede asociarse a que una mayor desviación estándar

(heterogeneidad) concentra la misma cantidad de peatones en espacios más reducidos,

aumentando los conflictos y disminuyendo el flujo dentro del área. Concluyen que la

forma del MFD y la desviación estándar de la densidad, están ligados a los patrones de

flujos.

El último estudio que aborda el uso de un MFD para peatones es el realizado por

Hoogendoorn et al. (2017). En este trabajo primero presentan una relación entre el flujo

peatonal unidireccional, la densidad y su distribución espacial mediante análisis teóricos.

Para eso plantean una metodología de cálculo de la densidad mediante diagramas

Voronoi (Voronoi, 1908) (similar a lo hecho en Daamen et al., 2015) y subregiones,

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suponiendo que los diagramas fundamentales de cada una son iguales. Se muestra, en

algunos casos propuestos, que un aumento en la desviación estándar de la densidad

entregará MFD menores (menor flujo máximo y eventualmente mayor densidad crítica).

A continuación, verifican los análisis teóricos con experimentos controlados y

simulación. Respecto a la experimentación toman dos fuentes de datos, la primera desde

los experimentos controlados de Daamen & Hoogendoorn (2003), donde buscan un

MFD para flujo que se cruza. El área utilizada es de 8 𝑥 8 [𝑚2]. Calculan las variables

de tráfico en base a las definiciones generalizadas de Edie (1963). En este caso solo

encuentran una relación a flujo libre. La segunda fuente proviene de Shahhoseini, Sarvi,

Saberi & Haghani (2017), quienes estudiaron flujos que confluyen en una misma

corriente mediante experimentos controlados. Se considera un flujo desviado y uno recto

que confluyen con un ángulo de 45°. Esta configuración tampoco entregó suficientes

datos en congestión como para ser analizados, pero sí lo suficientes para presentar

histéresis. Encontraron histéresis también para flujos bidireccionales y que se cruzan

mediante simulación. Los investigadores mencionan algunos usos que podría otorgarse

al MFD, específicamente para el análisis del nivel de servicio, control peatonal, la

modelación de dinámicas entre zonas y la evaluación de modelos de flujo peatonal.

Si se desea conocer algún otro modelo utilizado para el tráfico peatonal, diferente a los

presentados, los estudios de Saberi & Mahmassani (2014) y Duives et al. (2013)

entregan una buena revisión de algunos de ellos.

2.2.2 Tipos de estudios

De acuerdo con la Tabla 2-1, la generación de datos en estudios peatonales se realiza

tanto a través de la simulación como de la experimentación. Hoogendoorn et al. (2011)

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sugieren investigar la relación entre la forma del MFD y los factores que podrían

impactar en ella, mediante simulación, pero preferentemente de manera empírica. La

simulación ofrece la ventaja de generar datos para variados escenarios de forma rápida y

automática, a diferencia de estudios experimentales en los cuales el proceso de

obtención de datos se torna muy demandante (especialmente en áreas grandes) y

requiere técnicas avanzadas de recolección de datos (Hoogendoorn et al., 2011).

Los estudios experimentales pueden ser realizados en contextos controlados, lo cual

entrega al investigador la posibilidad de observar el comportamiento real de los

peatones, bajo escenarios artificiales a analizar. Hoogendoorn et al. (2017) agregan que

este tipo de experimentos permite observaciones de escenarios no disponibles o muy

difíciles de observar, en condiciones normales. Sumado a eso y en fines prácticos, estos

también permiten un registro de la información sin restricciones, dando paso a la

utilización libre de cualquier método de obtención de datos, sin requerir de permisos

especiales. Los resultados pueden ser acotados. Sin embargo, son precisos y fieles a la

realidad.

Los estudios empíricos de Hoogendoorn et al. (2011), Saberi & Mahmassani (2014),

Daamen et al. (2015) y Hoogendoorn et al. (2017), presentados como antecedentes de

MFD peatonales, trabajan a partir de experimentos controlados en países extranjeros.

Respecto al caso particular de Chile, se tiene conocimiento de solo un estudio con

peatones en cuanto a experimentos controlados. Este es el estudio empírico realizado por

Fernández, Valencia & Seriani (2015), quienes hacen un análisis de la capacidad de

transferencia de pasajeros en un bus una vez que se detiene en un paradero. A pesar de

enfocarse en un ámbito diferente al MFD peatonal, este estudio entrega precedentes de

experimentos controlados a nivel país. De esta forma, la presente tesis entrega el primer

trabajo en Chile referido al MFD.

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2.3 Resumen

Los trabajos de MFD peatonal revisados son buenos antecedentes para el presente, pues

avalan la posibilidad de encontrar uno bien definido para una zona de dinámicas

complejas, es decir, con distintos patrones de flujo, distribuciones espaciales de la

densidad y medidas para el control del flujo. Sin embargo, si se revisa la Tabla 2-1, se ve

que existen áreas que merecen mayor investigación:

En primer lugar, se observa que la mayoría de estos estudios se ha enfocado en la

relación flujo-densidad, sin tomar directamente los valores de tasa de salida y

acumulación. Del estudio de Saberi & Mahmassani (2014) se desprende que puede haber

dispersión para datos en congestión debido a esto.

En segundo lugar, la inclusión de la desviación estándar de la densidad para estudiar su

distribución ha aumentado la complejidad para obtener datos y modelar la realidad de

manera sencilla e igualmente útil. Si bien es diferente, utilizar el enfoque según tipo de

peatón entregaría más nociones sobre la operación.

En tercer lugar, los estudios empíricos no han logrado entregar ramas a congestión bien

definidas en el MFD, cosa que sí han hecho los teóricos y simulados.

En cuarto lugar, para zonas peatonales multidireccionales no bidireccionales solo existen

estudios simulados. Esto es relevante, pues verificar empíricamente la existencia de al

menos un MFD para un área peatonal compleja es un paso previo a su utilización para

modelar y controlar el tráfico en situaciones reales.

Por estas razones, en esta tesis se realiza un estudio empírico que analiza una zona de

tráfico peatonal multidireccional, a través de un MFD bien definido. Es decir, un MFD

con ramas a flujo libre y congestión claras, considerando la inclusión de una variable

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alternativa que facilite la modelación y capture el efecto de la interacción de individuos

en el área sobre la tasa de salida. Esto último plantea un cambio en el enfoque de los

estudios elaborados anteriormente. Específicamente, se seguirá la noción de Geroliminis

et al. (2014) para vehículos, donde se modela un 3D-MFD a partir de la acumulación de

entidades con diferentes comportamientos dentro del área. En ese sentido, se propone

que, en vez de fijarse en el impacto de la distribución de la congestión sobre el flujo

medio del área, los esfuerzos se centren en estudiar el tipo de peatón de acuerdo a las

condiciones generadas por la operación de sus destinos, en cola a salidas controladas y

otros circulando a salidas no contraladas, y la influencia de la proporción de

acumulación de cada uno sobre la tasa de terminación de viajes.

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3. METODOLOGÍA

El objetivo general de esta tesis es analizar potencialidades del uso de un MFD para

estudiar una zona peatonal. Con el fin de obtener datos que permitan realizar los análisis

deseados y alcanzar estos objetivos, se realizó un par de mediciones para un

experimento con voluntarios en una zona peatonal controlada. Dado eso, este capítulo

entrega, en primer lugar, el diseño experimental. Esto incluye la descripción de la zona

peatonal, su operación y los escenarios evaluados. En segundo lugar, se presenta la

metodología para la recopilación y procesamiento de datos, incluyendo la ubicación

física de cámaras y la definición de las bases de datos trabajadas. En tercer lugar, se

plantean los análisis específicos a realizar para alcanzar los objetivos de este trabajo.

3.1 Diseño experimental

En esta tesis se estudia una zona de tráfico peatonal con múltiples entradas y salidas,

cuya operación está inspirada en la observada en las mezzaninas de algunas estaciones

de Metro. Específicamente, se contará con algunas salidas controladas con una

determinada tasa de atención para potenciar o desincentivar la formación de colas dentro

del área. Como producto de esta decisión operacional, se observan dos tipos de peatón:

- Peatones a salida controlada o PC: quienes se mueven dentro de una cola hacia la

salida controlada como producto de la operación y dependen de su tasa de

atención para salir.

- Peatones a salidas no controladas o PNC: quienes caminan a las salidas que no

presentan control.

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Es relevante destacar que un peatón que ingresa a la zona con dirección a la salida

controlada no será un PC hasta que alcance la cola. Por construcción, el experimento

tiene un carácter cíclico dado que los peatones voluntarios que egresan de la zona de

estudio deben reingresar a esta nuevamente hasta recibir la instrucción de detenerse. La

obtención de datos se hace manualmente y a posteriori, mediante el registro de imágenes

de video. El experimento completo requirió de dos mediciones, en dos días diferentes

por disponibilidad de los voluntarios.

Las siguientes subsecciones describen el experimento en más detalle y los escenarios

definidos.

3.1.1 Descripción de la zona peatonal

Las mediciones se realizaron en una sala de estudios de la Escuela de Ingeniería de la

Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago. Esta sala posee 12,2 𝑥 12,2 [𝑚2] de

superficie y se observa en la Figura 3-1 (rectángulo continuo). La configuración

delimitada dentro de ella buscó replicar una zona peatonal como la descrita en la

introducción. Se utilizó esta misma configuración para todas las mediciones. Dentro de

esta sala, se delimitó con cuerdas y separadores de fila una sub-área de 8,4 𝑥 6,0 [𝑚2]

(rectángulo segmentado en la figura). Esta sub-área representa lo que ha sido llamada la

zona de estudio o ZE, en la cual se realizaron las mediciones. Sus dimensiones son

razonables con los espacios utilizados en estudios previos. Rodeando esta zona de

estudio se encuentra la zona de retorno o ZR utilizada por los voluntarios para moverse

rápidamente a su nuevo punto de ingreso una vez que salen del área analizada. En la

zona de retorno no se realizaron mediciones.

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26

En la Figura 3-1, se puede ver que entre ambas zonas existen cinco puntos de acceso y/o

egreso: A y E (línea verde), por las cuales se puede ingresar y salir de la zona de estudio;

B y D (línea azul) representan entradas controladas a la zona de estudio; y C (línea roja)

es un punto de salida controlado desde la zona de estudio, donde C1 y C2 corresponden a

dos puertas a disposición de los peatones con una tasa de atención específica para cada

escenario. El ancho de estos puntos de acceso y egreso es 2,0 [𝑚], a excepción de C1 y

C2, cuyos anchos son de 1,5 [𝑚] cada uno. Si bien el diseño buscó ser simétrico, en la

figura se observan un cuadrado y un círculo negro, ambos pilares inamovibles de la sala

de estudio (dibujados a escala). Estos no causaron problemas en las mediciones

realizadas y se consideran parte de la infraestructura.

Figura 3-1: Bosquejo de la puesta en escena. Flechas indican dirección del flujo.

Zona de Estudio

Zona de Retorno

1,0 m

2,0 m

0,8 m

5,2 m

6,0 m

8,4 m

0,8 m 2,0 m 3,0 m 1,4 m 2,0 m 1,9 m

A E

C

D B C1 C2

Page 37: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

27

27

3.1.2 Descripción de la operación

A nivel operacional, la zona de estudio cuenta con algunos puntos controlados. Las

entradas B y D representan llegadas periódicas de grupos de personas a la ZE cada ℎ𝑃

unidades de tiempo. Por su parte, el punto C da paso a un egreso controlado inspirado en

los torniquetes que permiten acceder a los andenes de una estación de Metro. En este

caso, este punto C presenta una tasa de atención que ha sido llamada 𝑠𝐶 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛], la

cual considera a ambos puntos C1 y C2. A diferencia de ℎ𝑃, 𝑠𝐶 se modifica en los

distintos escenarios analizados.

Las mediciones contaron con la participación de 92 voluntarios peatones el primer día y

109 el segundo. Los voluntarios fueron todos estudiantes universitarios, con un 60% de

hombres y un 40% de mujeres, y edades entre 19 y 35 años. Para la primera medición,

el total de voluntarios era novato en la ejecución del ejercicio. Sin embargo, un 30% de

los voluntarios del segundo día había participado en el primero también. Los voluntarios

se pueden dividir en dos: (i) controladores y (ii) peatones.

En cada medición, cuatro voluntarios fueron instruidos para actuar como controladores

en los puntos de acceso B, D y C de la zona de estudio (uno en cada acceso B, D y dos

en C). Los controladores de B y D dieron el paso a los peatones que querían ingresar por

aquellos accesos con ℎ𝑃 = 30 [𝑠]. La cantidad de peatones que ingresan a la ZE por

estos puntos varía en cada escenario según la proporción de viajes asignada a las

entradas B y D, y al ingresar estos lo hacen en conjunto como pelotón. Por otro lado, los

controladores de C atendieron individualmente a los peatones que se dirigían a la cola en

ese punto, según la tasa de atención indicada para cada escenario.

El resto de los voluntarios fueron instruidos como peatones. A cada uno de ellos se les

indicó puntos de ingreso-a y egreso-de la zona de estudio, los cuales cambiaban

Page 38: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

28

28

dependiendo del escenario. En la Figura 3-1, las trayectorias (línea segmentada púrpura)

representan el circuito aproximado que debieron recorrer voluntarios con orígenes-

destino B-E y E-C, a modo de ejemplo. Esta forma de trabajo significa una trayectoria

cíclica por parte de estos voluntarios, lo que permite mantener un constante flujo de

personas ingresando a la ZE sin requerir demasiados voluntarios. Además, cada

voluntario peatón sabía a priori en qué escenarios actuaría y qué par O-D le

correspondía. Específicamente, en la primera medición hubo voluntarios que estuvieron

circulando durante toda su duración, mientras otros solo lo hicieron durante algunos

escenarios. En la segunda medición todos circularon durante toda su duración.

Previo a la medición se les pidió a los peatones seriedad en la realización y caminar

como lo harían si tuviesen que circular por una estación de Metro, es decir, enfocados en

alcanzar su destino. Además, también fueron informados con anticipación de la

geometría y operación de la zona de estudio, las puertas de acceso y su funcionamiento,

y se presentaron los instantes de cambio de instrucciones a realizar durante la medición.

Finalmente, se les pidió circular lo más rápido posible por la zona de retorno para

maximizar los flujos de entrada a la zona de estudio.

Respecto a cambios específicos entre ambas mediciones, en la segunda se les pidió que

fuesen celosos de su puesto en la fila de la salida controlada C. Además, se les pidió

explícitamente que estuvieran ordenados en la cola, es decir, que esta se formara hacia

atrás en un área específica de la zona de estudio. Esto con el fin que las colas no

crecieran aguas arriba de las puertas de entrada. Si bien, en ninguna de las dos

mediciones las colas crecieron aguas arriba de la zona de estudio, la instrucción fue dada

en este caso como medida preventiva, dado que la segunda medición se diseñó para

tener acumulaciones mayores. Otra diferencia entre ambas mediciones es el cambio en la

tasa de atención de la salida controlada. En la medición 1, 𝑠𝐶 se aumentó y disminuyó,

abriendo o cerrando una de las salidas C1 o C2. En cambio, en la medición 2, 𝑠𝐶 se

modificó disminuyendo o aumentando el tiempo de atención en la salida controlada.

Page 39: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

29

29

Como consecuencia, la medición 1 tuvo periodos con solo una cola frente a la salida

controlada, mientras que en el 2 siempre hubo dos filas.

3.1.3 Escenarios

Para las mediciones se planificó un conjunto de escenarios que buscaron generar

distintos estados de tráfico en la ZE. Durante cada medición, el cambio de un escenario a

otro fue comunicado mediante un silbato. Los parámetros a modificar y que definen los

distintos escenarios son tres: demanda, distribución (matriz O/D en la zona de estudio)

de viajes y tasa de atención de la salida controlada.

El parámetro llamado demanda corresponde a la cantidad de peatones circulando en un

escenario, en total en la ZE y la ZR. A fin de representar periodos de demanda baja,

media y alta, se seleccionaron 44, 88 y 105 peatones circulando, respectivamente. Con

estos se esperaría ver estados a flujo libre y otros cercanos a congestión en la ZE,

considerando un área de 51,2 [𝑚2] y que solo parte de la demanda está dentro de ella,

utilizando los niveles de servicio de Fruin (1971) para flujos multidireccionales. En

términos prácticos, cada voluntario sabe a priori durante cuáles escenarios debe circular

y en cuáles no.

El parámetro llamado distribución de los viajes o proporción de viajes con dirección a la

salida controlada corresponde a la cantidad de peatones circulando en cada par O-D

factible dentro de la ZE. Estos son ocho: A-C, A-E, B-A, B-E, D-A, D-E, E-A y E-C. El

peatón que va a C escoge libremente si sale por C1 o C2. Para controlar la distribución de

los viajes, a cada voluntario se le asignó una puerta de entrada (origen) y otra de salida

(destino) a la ZE, dependiendo del escenario. Con la finalidad de modificar las

proporciones de PC en el área, algunos voluntarios cambiaron su par origen-destino

Page 40: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

30

30

entre escenarios. Si bien la proporción del total de peatones asignados a un determinado

par O-D es controlable en el diseño experimental, la proporción de PC y PNC que se

encuentran en la ZE no lo es de forma directa, ya que es una consecuencia de su

operación. Por eso, controlar la proporción del total de peatones asignados a un

determinado par O-D es solo una primera aproximación para provocar distintas

proporciones de PC en el área. Más adelante se muestra cómo se calcula esta última

variable a partir de los datos observados. Los niveles de distribución de los viajes

medidos en esta tesis son llamados explícitamente por los distintos porcentajes probados

y buscan prioritariamente entregar valores intermedios para la proporción de PC,

dejando en segundo plano casos extremos. Disminuciones de este parámetro entre dos

escenarios buscaron generar menor congestión. Específicamente, los valores probados

de la distribución de los viajes fueron 25%, 27%, 30%, 39%, 41% y 49%.

Finalmente, el parámetro llamado tasa de atención en la salida controlada corresponde a

la tasa a la cual los controladores de la puerta C dan el paso a los peatones que buscan

salir por ella. Considera la suma de las tasas de atención en C1 y en C2. Para generar

distintos largos de cola y niveles de velocidad de los PC, se modificó el parámetro 𝑠𝐶.

Este parámetro es relevante, ya que, cuando es inferior o igual a la demanda por el punto

C, modificarlo tiene un impacto directo en el valor de la tasa de salida total de la ZE. Un

cambio en 𝑠𝐶 conlleva un cambio en la oferta y operación del área estudiada. Por lo

tanto, estados de tráfico con distinto valor de 𝑠𝐶 se ubican en MFD diferentes de la ZE.

Valores mayores o menores de 𝑠𝐶 entregan estados de tráfico en un MFD con flujos más

altos o bajos, respectivamente. Para el análisis, es entonces relevante saber discernir

cuándo una baja en la tasa de salida de la ZE es provocada por la disminución en 𝑠𝐶, o

por los altos niveles de acumulación, o por el valor de la proporción de PC. Las tasas de

atención entregadas en las mediciones son de 0, 20, 30, 40 y 60 peatones por minuto.

Dada la dificultad práctica de implementar los 90 escenarios posibles (3 niveles de

demanda, 6 de proporción de viajes con dirección a la salida controlada y 5 de 𝑠𝐶), la

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31

31

Tabla 3-1 presenta los 12 escenarios definidos en ambas mediciones y su duración. La

duración de cada escenario buscó generar una cantidad similar y suficiente de estados

para cada nivel de demanda, dentro de cada medición.

Tabla 3-1: Parámetros y duración de escenarios por cada medición.

Escenario Medición

Duración

[𝒎𝒊𝒏] Demanda

Proporción de viajes con

dirección a salida

controlada

Tasa de

atención en C

[𝒑𝒆𝒓/𝒎𝒊𝒏]

E01 1 5 Baja 41% 30

E02 1 5 Baja 41% 60

E03 1 10 Media 39% 60

E04 1 10 Media 25% 30

E05 1 5 Baja 27% 30

E06 1 5 Baja 27% 60

E07 2 5 Alta 49% 0

E08 2 5 Alta 49% 20

E09 2 5 Alta 49% 40

E10 2 5 Alta 30% 40

E11 2 5 Alta 30% 20

E12 2 5 Alta 30% 0

En cada medición (antes del E01 y el E07) se comenzó a cargar la zona de estudio desde

cero, es decir, sin peatones en su interior. Luego de un periodo de 30 [𝑠], llamado

calentamiento, se tocó el primer silbato que indicó el inicio de las mediciones.

3.2 Recolección y procesamiento de datos

La recolección de datos se hizo posteriormente a la realización de las mediciones y a

partir de las grabaciones de cámaras.

Page 42: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

32

32

3.2.1 Ubicación de las cámaras

La grabación de las mediciones se hizo mediante el registro videográfico de cámaras

Samsung Flash Memory SD Camcoder (30 [fps]) ubicadas en altura, apuntando hacia los

cinco accesos. La altura se definió buscando un ángulo que permitiera capturar el

movimiento por ellos, sujeto a las características físicas de la sala. En la Figura 3-2 se

observa la ubicación de cada cámara. Tres cámaras fueron utilizadas en ambas

mediciones y se ubicaron a una altura aproximada de 3 [𝑚], mientras que una adicional,

usada solo en la segunda, se posicionó a unos 4 [𝑚] de alto. Esta última cámara se

agregó para facilitar la recolección de datos en el punto A. El procesamiento de estas

imágenes se realizó de forma manual.

Figura 3-2: Ubicación de las cámaras. Elipses segmentadas muestran aproximadamente el área filmada por

cada cámara.

Zona de Estudio

Zona de Retorno

A E

C

D B C1 C2

Cámaras Mediciones 1 y 2

Cámara Medición 2

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33

33

3.2.2 Datos registrados

Desde los videos, se registraron tres eventos: entradas a la ZE, salida de esta y llegadas a

la cola del punto C. Para cada evento de entrada y salida se registró el instante y punto

de acceso en que ocurrió (identificando el sentido en el caso de A y E) y un código

identificador del voluntario.

En el caso de la llegada a la cola del punto C, solo se registró el instante en que el evento

ocurrió y el código identificador del voluntario. Para los peatones que llegaron al punto

de atención en C sin enfrentar una cola, se registró el instante en que se ubicaron al

frente del voluntario controlador. Esto implica que entre el tiempo de salida por el punto

C y el de llegada a la cola hay una diferencia, debido a la atención del peatón.

A partir de los registros anotados se construyen tres bases de datos, las cuales se

describen a continuación. Notar que la base de datos utilizada para el análisis presentado

en el siguiente capítulo corresponde a la tercera. Sin embargo, la obtención de las dos

primeras que se presentan facilita su generación.

a) Base de datos de eventos

Esta base de datos entregó un total de 10.295 filas de datos para la primera medición y

8.382 para el segundo. La Tabla 3-2 muestra una versión resumida de esta. Las primeras

tres columnas de esta base de datos corresponden a información registrada directamente

desde los videos: instante de tiempo en que ocurre el evento (en 𝑡 = 0 los peatones

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comienzan a circular), tipo de evento (-1, salida; 1, ingreso; 0 llegada a la cola) y puerta

donde ocurre el evento (un guion, “-“, si es un evento de cola). A continuación, se

presenta cómo se calculó cada una de las otras variables.

Tabla 3-2: Versión reducida de la base de datos de eventos original de la medición 1.

𝒕 [𝒔]

𝑻𝒊𝒑𝒐

{−𝟏, 𝟎, 𝟏} 𝑷𝒖𝒆𝒓𝒕𝒂

{𝑨, 𝑩, 𝑪, 𝑫, 𝑬} 𝑨(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

𝑳(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

𝑸(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

𝑳𝑪(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑪(𝒕) [𝒑𝒆𝒓]

36,47 1 A 68 41 27 26 14 12

37,13 1 E 69 41 28 26 14 12

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮

1212,13 1 A 2235 2191 44 813 803 10

1212,23 0 - 2235 2191 44 814 803 11

1212,40 -1 E 2235 2192 43 814 803 11

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮

2434,17 -1 E 4467 4454 14 1374 1372 2

2434,17 -1 A 4467 4454 13 1374 1372 2

𝑛(𝑡) representa la acumulación en la ZE en el instante 𝑡, y se calcula de acuerdo a la

Ecuación 3.1.

𝑛(𝑡) = 𝑛0 + 𝐴(𝑡) − 𝐿(𝑡) (3.1)

𝐴(𝑡) y 𝐿(𝑡) representan el número acumulado de llegadas y salidas, respectivamente, de

la ZE al instante 𝑡 y se calculan en base a los conteos de los eventos de entrada y salida,

respectivamente. La acumulación inicial 𝑛0, corresponde a la última acumulación

observada antes del instante en que termina el calentamiento y comienza la medición.

Esta se calcula como la diferencia entre las curvas de llegada y salida, en el instante del

comienzo de la medición.

Page 45: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

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35

La variable 𝑛𝑃𝐶(𝑡) representa la cantidad de PC en la ZE, en el instante 𝑡, y se calcula de

acuerdo con la Ecuación 3.2.

𝑛𝑃𝐶(𝑡) = 𝑛𝑃𝐶0 + 𝑄(𝑡) − 𝐿𝐶(𝑡) (3.2)

Las curvas 𝑄(𝑡) y 𝐿𝐶(𝑡) representan el número acumulado de llegadas a la cola y salidas

por el punto C, respectivamente, y se calculan en base a los conteos de los eventos de

llegadas a la cola y salida por C. La cantidad inicial de PC en la ZE, 𝑛𝑃𝐶0, corresponde al

último valor observado antes del instante en que termina el calentamiento y comienza la

medición. Esta se calcula como la diferencia entre las curvas de llegada a la cola y salida

por C, en el instante del comienzo de la medición.

b) Base de datos de viajes

En esta nueva base de datos cada fila representa un viaje. Un viaje 𝑗 corresponde al

trayecto, definido por un punto de ingreso y egreso, que es realizado por un individuo en

la ZE. Cada peatón ingresa en más de una ocasión, por lo tanto, realizará más de un viaje

en la medición. Así, se obtuvo un total de 4.467 filas de datos para la primera medición

y 3.931 para la segunda. La Tabla 3-3 muestra una versión resumida de esta base de

datos. Las primeras seis columnas corresponden a información registrada directamente

desde los videos: identificador del voluntario, tiempos de entrada, llegada a la cola y

salida de la ZE y puerta de ingreso y egreso.

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Tabla 3-3: Versión reducida de la base de datos de viajes original de la medición 1.

𝑰𝑫

𝒕𝒋𝒊𝒏

[𝒔]

𝒕𝒋𝒄𝒐𝒍𝒂

[𝒔]

𝒕𝒋𝒐𝒖𝒕

[𝒔]

𝑷. 𝑰𝒏𝒈𝒓𝒆𝒔𝒐

{𝑨, 𝑩,𝑫, 𝑬} 𝑷. 𝑬𝒈𝒓𝒆𝒔𝒐

{𝑨, 𝑪, 𝑬} 𝝉𝒋

[𝒔]

𝝉𝑷𝑪𝒋

[𝒔]

𝒅𝒋

[𝒎]

𝒅𝑷𝑪𝒋

[𝒎]

𝒗𝒋

[𝒎/𝒔]

𝒗𝑷𝑪𝒋

[𝒎/𝒔]

ID013 36,47 - 47,33 A E 10,87 0 8,5 - 0,78 -

ID033 37,13 - 48,57 E A 11,43 0 8,5 - 0,74 -

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮

ID014 1211,37 1222,17 1238,43 A C 27,07 16,27 6,0 2,2 0,22 0,13

ID007 1211,57 1224,23 1241,97 A C 30,40 17,73 6,0 2,5 0,20 0,14

ID029 1211,57 1216,10 1261,40 E C 49,83 45,30 6,0 2,8 0,12 0,06

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮

ID003 2433,97 - s.i.1 B A Indef.

2

0 4,0 - Indef. Indef.

ID042 2434,10 - s.i. B A Indef. 0 4,0 - Indef. Indef.

La variable 𝜏𝑗 representa la permanencia (o tiempo de viaje) asociada al viaje 𝑗, y se

calcula de acuerdo a la Ecuación 3.3. A su vez, la variable 𝜏𝑃𝐶𝑗 representa la

permanencia en la cola asociada a un viaje 𝑗 con dirección a C (si peatón no va a C, su

valor es cero), y se calcula de acuerdo a la Ecuación 3.4. Análogamente, la variable

𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗 representa la permanencia del peatón 𝑗 con dirección a C, antes de posicionarse en

la cola. Esta se observa en la Ecuación 3.5 y, por construcción, si un peatón no se dirige

a C, entonces equivale al valor de 𝜏𝑗.

𝜏𝑗 = 𝑡𝑗𝑜𝑢𝑡 − 𝑡𝑗

𝑖𝑛

(3.3)

𝜏𝑃𝐶𝑗 = 𝑡𝑗𝑜𝑢𝑡 − 𝑡𝑗

𝑐𝑜𝑙𝑎

(3.4)

𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗 = 𝜏𝑗 − 𝜏𝑃𝐶𝑗

(3.5)

1 s.i.: Sin información 2 Indef.: Indefinido

Page 47: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

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37

La variable 𝑣𝑗 es la velocidad media con la que se realizó el viaje 𝑗, y se calcula de

acuerdo a la Ecuación 3.6. A su vez, las variable 𝑣𝑃𝐶𝑗 representa la velocidad media en

la cola asociada a un viaje 𝑗 con dirección a C (si peatón no va a C, se asume 0 por

construcción), y se calcula de acuerdo a la Ecuación 3.7. Análogamente, la Ecuación 3.8

entrega la velocidad media fuera de la cola de la salida controlada 𝑣𝑃𝑁𝐶𝑗 .

𝑣𝑗 =𝑑𝑗

𝜏𝑗

(3.6)

𝑣𝑃𝐶𝑗 =𝑑𝑃𝐶𝑗

𝜏𝑃𝐶𝑗

(3.7)

𝑣𝑃𝑁𝐶𝑗 =𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗

𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗

(3.8)

La variable 𝑑𝑗 es la distancia recorrida estimada para el par O-D asociado al viaje 𝑗. Está

compuesta por dos partes: 𝑑𝑃𝐶𝑗 , correspondiente a lo recorrido en cola; y 𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗,

correspondiente a lo recorrido antes de la cola. Si viaje 𝑗 no tiene como destino C,

entonces 𝑑𝑃𝐶𝑗 es cero y 𝑑𝑗 solo es igual a 𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗. Esta relación se explica en la Ecuación

3.9.

𝑑𝑗 = 𝑑𝑃𝐶𝑗 + 𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗 (3.9)

La distancia 𝑑𝑗 no fue medida, por lo que a cada par O-D factible dentro de la zona de

estudio se le asignó un valor constante estimado (ver Tabla 3-4). Desde las imágenes de

video se observó que aproximadamente 16 peatones alcanzaron a utilizar un largo de

cola de 5 [𝑚]. Con esto se proponen las Ecuaciones 3.10 y 3.11 para calcular 𝑑𝑃𝐶𝑗 y

𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗, respectivamente.

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38

38

𝑑𝑃𝐶𝑗 =

{

5

16𝑛𝑃𝐶(𝑡𝑗

𝑐𝑜𝑙𝑎)

5

16⌈𝑛𝑃𝐶(𝑡𝑗

𝑐𝑜𝑙𝑎)

2⌉

𝑠𝑖 𝑒𝑥𝑖𝑠𝑡𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑎 𝑒𝑛 𝑡𝑗𝑐𝑜𝑙𝑎

si existen dos colas en tjcola

(3.10)

𝑑𝑃𝑁𝐶𝑗 = 𝑚á𝑥{𝑑𝑗 − 𝑑𝑃𝐶𝑗; 0}

(3.11)

Tabla 3-4: Distancias predeterminadas asociadas a cada viaje, según origen-destino.

O – D Distancia 𝒅𝒋 [𝒎]

A – C 6,0

A – E 8,5

B – A 4,0

B – E 10,0

D – A 10,0

D – E 4,0

E – A 8,5

E – C 6,0

No todos los peatones contaron con un valor asociado de 𝑡𝑗𝑜𝑢𝑡, dado que algunos se

encontraban circulando dentro de la ZE al finalizar las mediciones. A priori, las

velocidades asociadas a estos viajes no se consideraron para cálculos agregados

posteriores debido a la falta de información. Sin embargo, hubo una excepción, pues en

el E12 ningún PC salió de la ZE debido a que 𝑠𝐶 = 0 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛], manteniéndolos

retenidos frente a la salida controlada hasta finalizar la medición. Esto provocó que no

hubiese datos de velocidad asociados a PC en este escenario. Por eso, se decide

estimarlos, igualando 𝑡𝑗𝑜𝑢𝑡 de los PC al tiempo de finalización de la medición 2, 𝑡2

𝑓𝑖𝑛=

1.828,27 [𝑠]. Para revisar cómo se estimó cada distancia ver Anexo 1.

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39

c) Base de datos agregada por intervalo

A partir de las bases de datos anteriores, los eventos se agregaron en rangos de un

minuto de largo, generando una nueva base de datos donde cada fila entrega información

correspondiente a cada uno de los intervalos. Para cada minuto se calcularon las

variables mostradas en la Tabla 3-5, las cuales serán llamadas macro-variables de ahora

en adelante.

Tabla 3-5: Versión reducida de la base de datos agregada por intervalo original de la medición 1.

𝑬𝒔𝒄𝒆𝒏𝒂𝒓𝒊𝒐

𝒌

𝒏(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝜶(𝒌) [−]

𝑮(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺(𝒌) [𝒎/𝒔]

𝑮𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝑮𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑵𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔]

E01 1 22,1 10,0 11,1 0,45 1,3 0,45 0,9 0,5 0,70 0,15

E01 2 23,8 10,4 13,4 0,44 1,3 0,42 0,9 0,4 0,64 0,13

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ E03 19 42,0 18,5 23,4 0,44 2,3 0,38 1,5 0,8 0,58 0,12

E03 20 41,2 15,1 26,1 0,37 2,1 0,38 1,3 0,8 0,54 0,12

E04 21 40,5 17,9 22,7 0,44 2,1 0,37 1,6 0,5 0,56 0,13

⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ E06 39 14,5 1,9 12,5 0,13 1,5 0,76 0,9 0,6 0,86 0,15

E06 40 14,4 1,7 12,6 0,12 1,7 0,84 1,1 0,6 0,93 0,16

Las primeras dos columnas identifican al escenario y el intervalo. El resto de las

columnas se explica a continuación.

Las entradas y salidas de la zona de estudio son eventos discretos. Esto hace que la

acumulación sea una función discontinua en el tiempo. Sin embargo, es integrable, ya

que se puede tratar como una curva escalonada. Esto quiere decir que, para un instante 𝑡,

su valor se mantiene fijo hasta el siguiente ingreso o egreso, lo que en la práctica implica

calcular la integral como la suma de rectángulos de distintas altura y anchos. Dado esto,

el cálculo de la acumulación promedio durante el intervalo 𝑘, 𝑛(𝑘), se decidió hacer

según la Ecuación 3.12. Análogamente se calculó la acumulación promedio de los PC en

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40

40

un intervalo 𝑘, 𝑛𝑃𝐶(𝑘), según la Ecuación 3.13. A partir de estas últimas, se calcula la

cantidad de PNC durante el intervalo 𝑘, 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘), según la Ecuación 3.14. La proporción

de PC en el intervalo 𝑘, 𝛼(𝑘), se calculó como una división entre los valores anteriores,

según la Ecuación 3.15.

𝑛(𝑘) =∫ 𝑛(𝑡)𝑑𝑡𝑡𝑓(𝑘)

𝑡𝑖(𝑘)

𝑡𝑓(𝑘) − 𝑡𝑖(𝑘)

(3.12)

𝑛𝑃𝐶(𝑘) =∫ 𝑛𝑃𝐶(𝑡)𝑑𝑡𝑡𝑓(𝑘)

𝑡𝑖(𝑘)

𝑡𝑓(𝑘) − 𝑡𝑖(𝑘)

(3.13)

𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘) = 𝑛(𝑘) − 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘)

(3.14)

𝛼(𝑘) =𝑛𝑃𝐶(𝑘)

𝑛(𝑘)

(3.15)

En las ecuaciones, 𝑡𝑖(𝑘) y 𝑡𝑓(𝑘) representan los instantes cuando comienza y finaliza el

intervalo 𝑘, respectivamente. Para comprender cómo se relacionan gráficamente las

variables de las ecuaciones se puede ver la Figura 3-3.

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41

41

Figura 3-3: Representación gráfica de áreas utilizadas para calcular la variable α(k). Numerador es área

verde; Denominador es suma de áreas naranja y verde.

La tasa de salida de la ZE para el intervalo 𝑘, 𝐺(𝑘), se calculó mediante la Ecuación

3.16. Considera el flujo hacia fuera de la ZE de todas las salidas (A, C y E).

𝐺(𝑘) =𝐿 (𝑡𝑓(𝑘)) − 𝐿(𝑡𝑖(𝑘))

𝑡𝑓(𝑘) − 𝑡𝑖(𝑘)

(3.16)

Conocido el valor de la velocidad promedio para un viaje 𝑗, 𝑣𝑗 , se procedió a calcular el

valor de la velocidad media espacial para un intervalo 𝑘, 𝑣𝑆(𝑘). Su cálculo está basado

en los estudios de la velocidad para espacios bidimensionales de van Wageningen-

Kessels, Hoogendoorn & Daamen (2014), quienes a su vez trabajaron a partir de las

definiciones de Edie (1963). La zona de estudio es un espacio bidimensional que

comprende un área 𝑆 constante para todo intervalo 𝑘. De esta manera la velocidad media

Page 52: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

42

42

espacial para un intervalo simplemente se calcula como la razón entre la distancia

recorrida por todos los viajes en esta ventana y la suma de los tiempos asociados a estos,

tal y como se expresa en la Ecuación 3.17. Análogamente, se derivan las Ecuaciones

3.18 y 3.19 para 𝑣𝑠𝑃𝐶(𝑘) y 𝑣𝑠𝑃𝑁𝐶(𝑘), respectivamente.

𝑣𝑆(𝑘) =∑ 𝜏𝑗(𝑘)𝑗 ∗ 𝑣𝑗∑ 𝜏𝑗(𝑘)𝑗

∀𝑗 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑡. 𝑘 (3.17)

𝑣𝑆𝑃𝐶(𝑘) =∑ 𝜏𝑃𝐶𝑗(𝑘)𝑗 ∗ 𝑣𝑃𝐶𝑗

∑ 𝜏𝑃𝐶𝑗(𝑘)𝑗 ∀𝑗 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑡. 𝑘

(3.18)

𝑣𝑆𝑃𝑁𝐶(𝑘) =∑ 𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗(𝑘)𝑗 ∗ 𝑣𝑃𝑁𝐶𝑗

∑ 𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗(𝑘)𝑗 ∀𝑗 𝑜𝑏𝑠𝑒𝑟𝑣𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑡. 𝑘

(3.19)

Notar que 𝜏𝑗(𝑘) es la parte, de la permanencia total 𝜏𝑗 de un viaje 𝑗, en que el peatón

estuvo en el intervalo 𝑘. Así, por ejemplo, si a un viaje le toma más de un intervalo

completarse, su permanencia se distribuye con una parte en cada uno de estos.

Matemáticamente esto se explica con la Ecuación 3.20. Esto se define así dado que hay

peatones que permanecen en la zona de estudio más de un intervalo, como se ejemplifica

en la Figura 3-4. Esto es análogo para 𝜏𝑃𝐶𝑗 y 𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗, presentado en las Ecuaciones 3.21 y

3.22.

∑𝜏𝑗𝑘

(𝑘) = 𝜏𝑗 (3.20)

∑𝜏𝑃𝐶𝑗𝑘

(𝑘) = 𝜏𝑃𝐶𝑗 (3.21)

∑𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗𝑘

(𝑘) = 𝜏𝑃𝑁𝐶𝑗 (3.22)

Page 53: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

43

43

Figura 3-4: Ejemplo de un peatón que inicia su viaje en el intervalo k-1 y termina en k+2.

Finalmente, se calculan las variables de tasa de salida solo para PNC, 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘), y solo

para PC, 𝐺𝑃𝐶(𝑘), según las Ecuaciones 3.23 y 3.24, respectivamente.

𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) = 𝐺(𝑘) − 𝐺𝑃𝐶(𝑘)

(3.23)

𝐺𝑃𝐶(𝑘) =𝐿𝐶 (𝑡𝑓(𝑘)) − 𝐿𝐶(𝑡𝑖(𝑘))

𝑡𝑓(𝑘) − 𝑡𝑖(𝑘)

(3.24)

Luego del cálculo de las variables se construyó la base de datos agregada por intervalo,

la cual se puede ver en el Anexo 2.

Ik Ik+1 Ik+2 Ik-1

t

… …

tjin tjout

τj

τj(k-1) τj(k) τj(k+1) τj(k+2)

Page 54: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

44

44

3.3 Análisis a realizar

Para abarcar el objetivo uno se verifica la existencia de las ramas a flujo libre y

congestión del MFD, a partir de la base de datos agregada por intervalos. Este análisis se

realiza bajo la definición conceptual de ambos regímenes y el contraste con los

resultados. Luego, se representan en un mismo gráfico las variables principales de un

MFD con 𝑠𝐶 fijo, es decir, la acumulación y tasa de salida de la ZE por intervalos (𝑛(𝑘)

y 𝐺(𝑘), respectivamente). A partir de los análisis de la forma del MFD, se busca hacer

énfasis en las anomalías que se presenten para estudiarlas en secciones posteriores. Esto

es complementado con una comparación del MFD obtenido con un caso teórico sin

interacciones entre peatones.

Con el fin de alcanzar el objetivo dos, primero se estudian por separado las relaciones

entre 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) y 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘), y entre 𝐺𝑃𝐶(𝑘) y 𝑛𝑃𝐶(𝑘). Adicionalmente, se analizan ambos

tipos de peatón en conjunto mediante la relación de la proporción de PC, 𝛼(𝑘), con la

tasa de salida de la ZE, 𝐺(𝑘), en un mismo gráfico.

Por último, para alcanzar el tercer objetivo, primero se grafica un 3D-MFD que

relaciona la tasa de salida 𝐺(𝑘) en función de la acumulación 𝑛(𝑘) y la proporción de

PC, 𝛼(𝑘), analizando a modo general los resultados. Se busca verificar que el 3D-MFD

pueda representar los análisis previos y sea capaz de facilitar la interpretación de lo que

ocurre en la zona de estudio.

Los estudios se complementan transversalmente con el análisis de cambio de parámetros

entre escenarios y con gráficos de velocidad media espacial por intervalos con la

acumulación o proporción de PC, según corresponda.

Page 55: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

45

45

4. RESULTADOS

En este capítulo se presentan los principales resultados obtenidos a partir de los análisis

propuestos, realizados sobre la base de datos agregada por intervalo, la cual se puede

revisar en el Anexo 2. Para lo anterior, se divide en tres secciones. En la primera, se

analiza el MFD peatonal de la ZE y se verifica que existen ramas a flujo libre y

congestión. Además, se estudia cómo se producen distintos estados de tráfico a partir de

cambios en los parámetros propuestos para cada escenario. Esto es complementado con

el estudio de la relación acumulación-velocidad para la ZE y la comparación del MFD

con un caso teórico sin interacciones. En la segunda sección, se estudia la relación

acumulación-tasa de salida y acumulación-velocidad para cada tipo de peatón por

separado. Posteriormente, se analiza el impacto de la proporción de PC sobre la tasa de

salida total y la velocidad de la ZE. La tercera sección utiliza un 3D-MFD para

comprender el efecto conjunto de la acumulación y proporción de PC de la ZE sobre la

tasa salida total y por tipo de peatón. En algunos análisis se comparan los valores

promedio de las variables de cada escenario, los cuales se pueden ver en el Anexo 3.

4.1 MFD: flujo libre y congestión

El MFD de la zona de estudio se puede ver en la Figura 4-1. Recordar que los estudios

sugieren la existencia de un único MFD para un área con una infraestructura y oferta

operacional específica. Si bien la infraestructura en la ZE se mantuvo igual entre

mediciones, la capacidad de atención del punto C (𝑠𝐶) varió entre escenarios. Por lo

tanto, un cambio en 𝑠𝐶 significa un cambio de MFD de la ZE. A pesar de aquello, los

Page 56: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

46

46

puntos de ambas mediciones parecen ajustarse todos razonablemente bien a un mismo

MFD bien definido. A este lo llamaremos MFD general de la ZE.

Figura 4-1: MFD general de la zona de estudio.

Visualmente se verifica la existencia de una rama a flujo libre y otra en congestión. Los

datos de la medición 1 presentan un coeficiente de correlación de Pearson positivo,

específicamente de un 85%, entre la tasa de salida y la acumulación de la zona de

estudio. Este es un resultado entre 𝐺(𝑘) y 𝑛(𝑘) propio de flujo libre. Sin embargo, en la

medición 2 se encuentra un coeficiente de correlación de Pearson negativo,

correspondiente a un -82%, entre ambas variables, lo cual es esperable para estados de

tráfico en congestión. Por lo tanto, de ahora en adelante, el rango de escenarios E01-E06

se identifica como a flujo libre y de E07-E12 como en congestión.

Debido al resultado contrario en cada rama, se observa que existe un valor de la

acumulación que maximiza la tasa de salida de la ZE. En este caso, hubo dos valores de

acumulación (muy cercanos entre sí) que provocaron la tasa de salida máxima de la ZE.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 20 40 60 80 100 120 140

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

○ Medición 1

♢ Medición 2

Page 57: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

47

47

Estos valores de acumulación fueron 50,4 [𝑝𝑒𝑟] y 51,1 [𝑝𝑒𝑟], los cuales provocaron una

tasa de salida máxima de 2,8 [𝑝𝑒𝑟/𝑠]. Finalmente, los puntos encerrados en la elipse

anaranjada de la Figura 4-1 corresponden al E01 y se destacan por presentar tasas de

salida inferiores a otros puntos con valores de acumulación similares, lo cual se analiza

más adelante.

Los análisis presentados permitieron una visión general de las mediciones realizadas.

Sin embargo, para comparar distintos estados de tráfico dentro de un mismo MFD, se

deben considerar las mismas características operacionales en la ZE. En las mediciones

realizadas, estas últimas se definieron por la tasa de atención en C. Por lo tanto, cada 𝑠𝐶

representa un MFD diferente de la ZE, lo cual se presenta en la Figura 4-2.

Figura 4-2: MFD de la ZE según tasa de atención de la salida controlada.

En la Figura 4-2 se ve un total de cinco posibles MFD, representados esquemáticamente

por líneas segmentadas y conformados por los escenarios: E01-E04-E05 (𝑠𝐶 =

30 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]); E02-E03-E06 (𝑠𝐶 = 60 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]); E07-E12 (𝑠𝐶 = 0 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]);

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 20 40 60 80 100 120 140

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Page 58: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

48

48

E08-E11 (𝑠𝐶 = 20 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]); y, E09-E10 (𝑠𝐶 = 40 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]). Los primeros dos

MFD presentan puntos solo a flujo libre y los restantes solo en congestión, dada la

correlación entre 𝐺(𝑘) y 𝑛(𝑘).

Respecto a los resultados hallados entre MFD diferentes, en general se observa que en

congestión un MFD con mayor (menor) 𝑠𝐶 entrega valores de 𝐺(𝑘) más altos (bajos), lo

cual es esperable, dado que permite una capacidad mayor de la ZE. No obstante, en los

puntos a flujo libre esto no fue tan evidente, pues la rama del MFD de mayor 𝑠𝐶 no

entregó valores notoriamente más altos de 𝐺(𝑘) que el de menor 𝑠𝐶. Para cualquier valor

de 𝑠𝐶, ver tasas de salida similares en acumulaciones bajas no es raro, pues 𝐺(𝑘)

depende más de la tasa de entrada a la ZE. Por otro lado, entre el E03 y el E04 las tasas

de salida son similares, a pesar de que 𝐺(𝑘) depende más de lo que ocurre dentro de la

ZE. Las diferentes tasas de salida entre este par no se pueden analizar por el cambio

conjunto de dos parámetros, la proporción de viajes con dirección a C y 𝑠𝐶, de los cuales

se espera que provoquen efectos en sentidos opuestos sobre el MFD.

El gráfico de la Figura 4-3 entrega la información relacionada con la velocidad media

espacial por intervalo, 𝑣𝑆(𝑘), versus la acumulación, 𝑛(𝑘). Este gráfico permite dar

sentido a la forma de los MFD de la ZE, para un 𝑠𝐶 específico (aun cuando las diferencia

para los distintos valores de 𝑠𝐶 son pequeñas). Se observa el decrecimiento de 𝑣𝑆(𝑘) a

medida que aumenta 𝑛(𝑘), lo cual es razonable con lo que ocurre en otros sistemas de

tráfico peatonales y vehiculares. El decrecimiento en flujo libre implica que no existe

una velocidad única asociada a este estado, lo que sugiere que los MFD de la ZE con 𝑠𝐶

igual a 30 y 60 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛] no son triangulares. Además, se muestra que en el E01 la

velocidad media espacial fue menor que la de escenarios con cercanos niveles de 𝑛(𝑘).

Estos resultados se condicen con lo observado en las figuras anteriores y sugieren que en

el E01 los peatones salieron a menor tasa, pues habrían permanecido más tiempo en la

ZE. Esto invita a analizar la proporción de PC en la ZE, pues su presencia influiría en las

permanencias y velocidad promedio de la ZE, debido a que su salida es controlada.

Page 59: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

49

49

Figura 4-3: Velocidad media espacial versus acumulación, por tasa de atención en C, para la ZE.

Los cambios en 𝑠𝐶 revelaron que el MFD general de la ZE no es suficiente para entender

qué sucede en ella. Por eso, también se estudian los cambios realizados en la demanda y

la proporción de viajes con dirección a C, comparando un par de escenarios similares, es

decir, donde hubo un cambio en el valor de solo uno de sus parámetros. El análisis de

este impacto se realizó considerando puntos con un mismo valor de 𝑠𝐶 y se enfocó

principalmente en el sentido del cambio de las variables del MFD, dejando en segundo

plano su magnitud.

Las Figura 4-4 y 4-5 presentan el MFD general de la ZE, donde la forma de sus

marcadores indica distintos niveles de demanda y de proporción de viajes con dirección

a C, respectivamente. En estas figuras, cada gráfico contiene flechas segmentadas que

representan el sentido de los cambios en 𝐺(𝑘) y 𝑛(𝑘), tras la modificación de un

parámetro entre dos escenarios. El objetivo de las flechas es esquemático y busca

facilitar el análisis. Por lo tanto, su largo no tiene relación con la magnitud del impacto

producido por cambios en el parámetro. Cada flecha es acompañada por un código de la

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 20 40 60 80 100

vS(k

) [m

/s]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Page 60: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

50

50

forma 𝑋𝑖,𝑗 que la identifica, donde 𝑋 puede ser 𝐴 o 𝐵 para indicar, respectivamente, un

aumento o baja del parámetro estudiado desde el escenario 𝑖 al 𝑗.

- Cambios de demanda (Figura 4-4)

Para analizarlos, se comparan los pares de escenarios E02-E03 (𝐴2,3) y E04-E05

(𝐵4,5).

Figura 4-4: Cambios en demanda entre escenarios de los MFD de la ZE.

Se observa que un aumento (disminución) en la demanda induce aumentos

(disminuciones) en la acumulación y en la tasa de salida. Este resultado es

razonable, pues los escenarios se encuentran en flujo libre. No se realizan

cambios de demanda dentro de la rama decreciente del MFD.

- Cambios en la proporción de viajes con dirección a C (Figura 4-5)

A pesar de haber una disminución directa en el valor del parámetro, entre el E03

y el E04 (𝐵3,4), no se analiza debido a que estos escenarios poseen diferentes 𝑠𝐶.

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

10 20 30 40 50 60 70 80

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E02

E03

E04

E05

𝑨𝟐,𝟑

𝑩𝟒,𝟓

Niveles de

demanda:

○ Media

∆ Baja

Page 61: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

51

51

Para discutir sobre estos cambios, entonces, se comparan los pares E01-E05

(𝐵1,5), E02-E06 (𝐵2,6), E07-E12 (𝐵7,12), E08-E11 (𝐵8,11) y E09-10 (𝐵9,10), los

cuales difieren solo en la proporción de viajes con dirección a C.

Figura 4-5: Cambios en proporción de viajes con dirección a C entre escenarios de los MFD de la ZE.

En todos los casos, una menor proporción de viajes con dirección a C conllevó

una disminución en la acumulación, la cual es menos notoria en escenarios con

valores más bajos de 𝑛(𝑘). En la mayoría de los pares comparados, esta baja en

la acumulación conllevó un aumento en la tasa de salida. Esto es más notorio en

la rama congestionada que en la de flujo libre, y sugiere que la acumulación total

se explica principalmente por la cantidad de PC. Sin embargo, en el caso del E02

al E06 (𝐵2,6), ambos con el valor mayor de 𝑠𝐶, la pequeña baja en la acumulación

no produjo mayores cambios en la tasa de salida, pero sí una mayor dispersión.

Las dinámicas de la ZE sugieren que la diferencia en los resultados de la tasa de

salida no estaría explicada solo por el nivel de acumulación total en la ZE. La

proporción de viajes con dirección a C es una forma indirecta para provocar

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

10 20 30 40 50 60 70 80

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

𝑩𝟏,𝟓

𝑩𝟐,𝟔

𝑩𝟑,𝟒 𝑩𝟕,𝟏𝟐

𝑩𝟖,𝟏𝟏

𝑩𝟗,𝟏𝟎

Niveles de

proporción de

viajes con

dirección a C:

∆ 25-27%

□ 30%

○ 39-41%

♢ 49%

Page 62: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

52

52

distintos niveles de 𝛼(𝑘). Por lo tanto, estos primeros resultados sugieren

observar qué ocurre con cada tipo de peatón por separado, pero también cómo en

conjunto se impacta la tasa de salida, mediante la variable 𝛼(𝑘).

Los MFD obtenidos son consecuencia de la multidireccionalidad y presencia de distintos

tipos de peatones en la ZE, las cuales generan una mayor probabilidad de interacciones o

conflictos entre los individuos circulantes. Se define un conflicto o interacción como en

Fruin (1971), es decir, alguna detención o quiebre en la caminata normal debido a una

confrontación demasiado cercana con otro peatón. Estas confrontaciones requieren

ajustes en la velocidad y/o dirección para evitar la colisión. Para cuantificar la incidencia

de estas interacciones en la forma del MFD, se comparan los resultados con una

situación sin conflictos entre peatones (ver Figura 4-6). La modelación de esta última se

hace en base a la Ley de Little y su formulación se puede observar en el Anexo 4.

Figura 4-6: MFD teórico versus empírico de la zona de estudio.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 20 40 60 80 100

G(e

)[p

er/s

]

n(e) [per]

Teórico

Empírico

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Page 63: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

53

53

En la Figura 4-6 se observa la relación entre la tasa de salida 𝐺(𝑒) y la acumulación

𝑛(𝑒), agregadas a nivel de escenario 𝑒. Este nivel de agregación se elige porque cada

escenario se identifica por niveles de demanda, proporción de viajes con dirección a C y

𝑠𝐶 específicos. El MFD teórico (rombos) se estima mediante la Ley de Little y

corresponde a la curva que se observaría sin interacciones entre los peatones circulantes

de la ZE. Los escenarios que lo conforman, por construcción, son estacionarios. Por otro

lado, el MFD empírico (rayas horizontales) es el resultado de los experimentos,

agregado a nivel de escenario.

Las flechas esquematizan diferencias de tasa de salida y acumulación entre el MFD

teórico y el empírico. En todos los casos se observan disminuciones de tasa de salida

desde el MFD teórico al empírico. Estas disminuciones se pueden interpretar como

aumentos en la permanencia promedio de los peatones en la ZE, debido a que la

cantidad total de peatones circulantes es igual en ambos MFD. Se observa también cómo

en congestión la acumulación en la ZE aumenta, mientras que en flujo libre no cambia.

Esto muestra que en el caso empírico hubo menos peatones en la ZR, respecto al caso

teórico. El crecimiento en la acumulación de la ZE sugiere que en congestión las

interacciones generan un impacto mayor en la forma del MFD. Dado que las

interacciones dependen del tipo de peatón, la variable 𝛼 permitiría facilitar el análisis de

los resultados.

En resumen, tras el análisis de las macro-variables en ambas mediciones se obtienen las

siguientes observaciones. Primero, existe una relación entre la acumulación de peatones

en la ZE y su tasa de salida que se asemeja a un MFD, aun cuando algunos escenarios

presentan distintas características operacionales. Esto es interesante considerando que la

ZE es un área de flujos peatonales multidireccionales. Además, se observa que no todos

los puntos en flujo libre siguen una misma rama, entregando puntos con tasas de salida

inferiores a lo esperado. Para un nivel de 𝑠𝐶 fijo, debido a cambios en los niveles de

proporción de viajes con dirección a C, fue posible encontrar resultados diferentes para

Page 64: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

54

54

𝐺(𝑘). Finalmente, la forma obtenida para el MFD sería resultado de distintas

interacciones en la ZE e inferior a uno teórico sin conflictos entre peatones. Estas

diferencias requieren ser analizadas más en detalle mediante el estudio por tipo de

peatón y de 𝛼(𝑘).

4.2 Análisis por tipo de peatón

La presente sección se enfoca en estudiar la relación de las variables de tasa de salida

por tipo de peatón, 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) y 𝐺𝑃𝐶(𝑘), sobre sus respectivas acumulaciones, 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘) y

𝑛𝑃𝐶(𝑘). La motivación principal es verificar que ambos tipos de peatón entregan

distintos resultados y dar sentido a algunas resoluciones reportadas en la sección

anterior. Estas variables permiten estudiar a ambos tipos de peatón de manera

independiente. Sin embargo, por separado no permiten comprender de forma clara los

efectos producidos por la presencia conjunta en el espacio de ambos tipos de peatón en

la ZE. Para representar esto, posteriormente se presentan los resultados para 𝛼(𝑘) y su

relación con 𝐺(𝑘) y 𝑣𝑆(𝑘).

La Figura 4-7 presenta la relación entre 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) y 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘) (parte a), y entre 𝐺𝑃𝐶(𝑘) y

𝑛𝑃𝐶(𝑘) (parte b). A estas relaciones se les identificará de ahora en adelante como MFD

por tipo de peatón.

Page 65: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

55

55

(a)

(b)

Figura 4-7: MFD por tipo de peatón para: (a) PNC; y (b) PC.

Lo primero que se observa es que ambos tipos de peatón se comportan de manera

diferente. Los PC entregaron, por el diseño experimental, niveles de 𝐺𝑃𝐶(𝑘) menores a

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 10 20 30 40 50 60

GP

NC(k

) [p

er/s

]

nPNC(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0 10 20 30 40 50 60

GP

C(k

) [p

er/s

]

nPC(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Niveles de proporción de

viajes con dirección a C:

25-27%

30%

39-41%

49%

Niveles de demanda:

○ Baja

● Media

● Alta

Niveles de proporción de

viajes con dirección a C:

25-27%

30%

39-41%

49%

Niveles de demanda:

○ Baja

● Media

● Alta

Page 66: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

56

56

1 [𝑝𝑒𝑟/𝑠], mientras que los PNC entregaron niveles de 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) mayores o cercanos a

ese mismo valor en algunos casos. Al analizar por 𝑠𝐶, se observó que los PNC solo

entregaron una rama a flujo libre, mientras que los PC parecieron entregar una rama

creciente (a flujo libre) y, para valores de 𝑛𝑃𝐶(𝑘) mayores, la mantención de 𝐺𝑃𝐶(𝑘) (a

capacidad). Solo el E06 entregó PC a flujo libre y, los demás escenarios, estados a

capacidad, lo cual se corroboró desde las imágenes de video. Por último, un MFD por

tipo de peatón con 𝑠𝐶 mayor entregó tasas de salidas más altas solo en PC. En el caso de

los PNC el impacto por un 𝑠𝐶 mayor no es claro, al menos desde las mediciones

realizadas.

Del análisis por tipo de peatón, se observa que la rama de congestión, apreciada en el

MFD general de la ZE, se provocó con PNC circulando a flujo libre y PC circulando a

capacidad, y no en congestión. Esto sugiere el análisis de la proporción de PC y

acumulación en conjunto.

Se comparan escenarios con distintos niveles de demanda, pero iguales 𝑠𝐶 y proporción

de viajes con dirección a C, por tipo de peatón. A medida que los escenarios aumentaron

(disminuyeron) los niveles de demanda, aumentó (disminuyó) la acumulación de ambos

tipos de peatón. Sin embargo, el efecto fue diferente para cada tipo de peatón, pues el

cambio en la acumulación fue de mayor magnitud en PC que en PNC, debido al diseño

experimental. Esto último implica cambios en la proporción de PC en la ZE. Los

cambios de demanda se hicieron entre pares de escenarios con estados solo a flujo libre

para PNC y solo a capacidad para PC. Por eso, los cambios en el valor de 𝐺(𝑘)

dependieron de 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) principalmente y no de 𝐺𝑃𝐶(𝑘), la cual se mantuvo constante

entre los escenarios de cada par. Estos hallazgos sugieren que las tasas de salida

observadas serían consecuencia del nivel de acumulación total, pero también se

relacionaría con la proporción de cada tipo de peatón, en conjunto, como se plantea en la

hipótesis de esta tesis.

Page 67: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

57

57

Se comparan escenarios con distintos niveles de proporción de viajes con dirección a C,

pero iguales niveles de demanda y 𝑠𝐶, por tipo de peatón. En las mediciones realizadas,

la disminución en la proporción de viajes con dirección a C implicó bajas en la

acumulación de los PC y aumentos muy leves o nulos en la de los PNC. Esto último

conlleva cambios en la proporción de PC en la ZE. Al igual que en el caso de la

demanda, las consecuencias sobre la tasa de salida de PC dependieron de si se está a

flujo libre o capacidad. Sin embargo, en PNC, a pesar de haber cambios nulos o leves en

la acumulación, su tasa de salida cambió. Desde la Figura 4-7a, se ve que los estados con

un valor del parámetro igual o menor que 30% (azul y celeste) parecieran seguir una

rama con tasas de salida mayores que la conformada por los escenarios con niveles

mayores o iguales a un 39% (rojo y naranjo). Se especula que este aumento de 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘),

para menores proporciones de viajes con dirección a C, se relacionaría con un aumento

en la velocidad con la que los PNC circulan, lo que a la vez estaría explicado por la

disminución en la proporción de PC dentro de la ZE, lo cual se estudia más adelante.

Desde el análisis del MFD general de la ZE no se pudieron explicar los distintos

resultados observados en 𝐺(𝑘) al disminuir la proporción de viajes con dirección a C.

Sin embargo, al considerarse en conjunto los análisis hechos para cada tipo de peatón, se

sugiere que en el par E02-E06, la mantención del valor de 𝐺(𝑘) se provocó por un

aumento en 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) y una disminución de 𝐺𝑃𝐶(𝑘), producida por el paso de los PC

desde capacidad (E02) a flujo libre (E06). En los demás pares de escenarios

comparables, el aumento de 𝐺(𝑘) está relacionado con el aumento de 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) y la

mantención de 𝐺𝑃𝐶(𝑘), por PC a capacidad. Se observa que 𝐺(𝑘) está determinada por

la cantidad de PNC y PC, en conjunto.

Con el motivo de especular con la forma de los MFD por tipo de peatón presentados y

corroborar los hallazgos a partir de cambios en la proporción de viajes con dirección a

C, se analizan los gráficos velocidad-acumulación, presentados en la Figura 4-8.

Page 68: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

58

58

(a)

(b)

Figura 4-8: Velocidad media espacial versus acumulación, por tipo de peatón para: (a) PNC; y (b) PC.

Al comparar ambas figuras, se observa que en general 𝑣𝑆𝑃𝑁𝐶(𝑘) ≥ 𝑣𝑆𝑃𝐶(𝑘), lo cual es

esperable debido a que los PNC solo circulan a flujo libre, mientras que los PC caminan

sujetos a la velocidad de la cola. Desde la Figura 4-8a, se observa que las curvas (con

distintos 𝑠𝐶) correspondientes a PNC presentaron una relación lineal y decreciente entre

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 10 20 30 40 50 60

vS

PN

C(k

) [m

/s]

nPNC(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 10 20 30 40 50 60

vS

PC(k

) [m

/s]

nPC(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Niveles de proporción de

viajes con dirección a C:

25-27%

30%

39-41%

49%

Niveles de demanda:

○ Baja

● Media

● Alta

Niveles de sC:

x 0 [per/min]

□ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

∆ 40 [per/min]

♢ 60 [per/min]

Niveles de proporción de

viajes con dirección a C:

25-27%

30%

39-41%

49%

Niveles de demanda:

○ Baja

● Media

● Alta

Page 69: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

59

59

𝑣𝑆𝑃𝑁𝐶(𝑘) y 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘). Dado que estos peatones se encuentran a flujo libre, se infiere que

estos MFD no son triangulares, pues no tienen un único valor de velocidad asociado a

estos estados. Desde la Figura 4-8b, se observa que las curvas asociadas a PC están

sujetas al valor de 𝑠𝐶, con excepción de la primera medición. En esta se ve cómo sin

importar el valor de 𝑠𝐶, las velocidades se posicionan en torno a 0,14 [𝑚/𝑠]. Esto se

explica por la decisión de aumentar (o disminuir) 𝑠𝐶 con la apertura (o cierre) de C1 o

C2. En todo momento cada cola en C es atendida a 𝑠𝐶 = 30 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛]. Para cada nivel

de 𝑠𝐶 y cantidad de colas en C, 𝑣𝑃𝐶(𝑘) se mantiene casi constante con el aumento de

𝑛𝑃𝐶(𝑘). La rama de flujo libre (estados de E06) tienen la misma velocidad que E02

(𝑣𝑃𝐶 = 0,18 [𝑚/𝑠]). Sin embargo, la acumulación de PC es menor en E06, implicando

menores flujos, basándonos en la relación fundamental de tráfico. La forma de estas

curvas tiene sentido con la relación decreciente observada entre 𝑣𝑆(𝑘) y 𝑛(𝑘), totales de

la ZE (Figura 4-3).

Respecto a la disminución de la proporción de viajes con dirección a C, en la Figura

4-8a se observa cómo los estados con un valor del parámetro igual o menor que 30%

(azul y celeste) entregaron velocidades mayores o iguales que los asociados a escenarios

con niveles mayores o iguales a un 39% (rojo y naranjo). La menor presencia de PC

permite un paso con mayor libertad de los PNC en la ZE, aumentando 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘), lo cual

corrobora lo especulado anteriormente. Cambios en la velocidad de un tipo de peatón

por la presencia de otro es razonable aún en flujo libre debido a la multidireccionalidad

de la ZE, y explica que los MFD no sean triangulares.

Los resultados por tipo de peatón entregaron información de lo que ocurre en la ZE que

no se puede apreciar de forma general en el MFD. Se disciernen ramas a flujo libre para

ambos tipos de peatón. Además, los PC entregaron puntos a capacidad, donde se

confirmó la directa relación de 𝐺𝑃𝐶(𝑘) con 𝑠𝐶 cuando la salida C es más demandada.

Estos hallazgos sugirieron que la congestión apreciada en el MFD general de la ZE fue

provocada con PNC y PC a flujo libre y capacidad, respectivamente, y no en congestión.

Page 70: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

60

60

Esta aseveración no es intuitiva a priori y requiere mayor análisis. Se observaron

resultados diferentes por tipo de peatón tras cambios en la proporción de viajes con

dirección a C, principalmente, sobre la acumulación y tasas de salida de cada uno de

ellos. Estos resultados mostraron que la presencia de un tipo de peatón puede generar

cambios en las velocidades de los del otro tipo. Los gráficos separados no permiten

discernir esto. Por eso, se propone estudiar la proporción de ambos en el espacio,

mediante 𝛼(𝑘).

Con el fin de estudiar el impacto de la proporción de ambos tipos de peatón en el espacio

sobre la tasa de salida de la ZE, la Figura 4-9 presenta la relación entre 𝐺(𝑘) y 𝛼(𝑘) para

las mediciones realizadas. El color de los marcadores representa una tasa de atención 𝑠𝐶

diferente. La forma de los distintos marcadores indica un determinado rango de

acumulación, 𝑛(𝑘), a fin de determinar si la relación 𝐺(𝑘) y 𝛼(𝑘) cambia con los

niveles de acumulación. Los datos se agrupan por rangos de 𝑛(𝑘), correspondientes a

escenarios cercanos según esta variable, definidos arbitrariamente. Así, cada grupo de

puntos queda definido por un nivel de 𝑠𝐶 y rango de 𝑛(𝑘) específicos.

Figura 4-9: Tasa de salida en función de la proporción de PC en la ZE.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

G(k

) [p

er/s

]

α(k)

Niveles de 𝑠𝐶:

○ 0 [per/min]

○ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

○ 40 [per/min]

○ 60 [per/min]

Rangos de 𝑛(𝑘):

○ E01 E02 E05 E06

□ E03 E04

∆ E10 E11 E12

♢ E07 E08 E09

Page 71: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

61

61

La relación entre 𝐺(𝑘) y 𝛼(𝑘) es similar a aquella entre 𝐺(𝑘) y 𝑛(𝑘) (Figura 4-1),

aunque la separación de los puntos del E01 (encerrados en una elipse anaranjada en la

Figura 4-9) con respecto a los demás escenarios se hace aún más notoria. Se observa que

para el rango de 𝑛(𝑘) más bajo (círculos) y para cada 𝑠𝐶 por separado, 𝐺(𝑘) se mueve

en torno a un mismo valor a lo largo de 𝛼(𝑘), lo cual es razonable dado que, con

menores acumulaciones, las tasas de salida de ambos tipos de peatón son más similares.

El siguiente rango de 𝑛(𝑘) (cuadrados) entrega una mayor dispersión que en el rango

menor, en cada 𝑠𝐶, lo cual no es bastante claro a priori. Sin embargo, se especula que se

debe a que en este rango los valores de 𝑛(𝑘) son más variados, lo cual se confirma más

adelante. Los dos rangos de 𝑛(𝑘) restantes (rombos y triángulos) son bastante similares

entre sí y difíciles de analizar, debido a que 𝛼(𝑘) no varía demasiado dentro de cada uno

de ellos. Estos resultados sugieren que entre flujo libre (primeros dos rangos de 𝑛(𝑘)) y

congestión, la relación entre 𝐺(𝑘) y 𝛼(𝑘) fue diferente. Mientras en flujo libre no se

aprecia una relación directa, en congestión sí se observa una relación que pareciera ser

lineal con correlación negativa. Estos resultados son particulares para los escenarios

diseñados y su mayor comprensión invita a revisar la relación entre 𝛼(𝑘), 𝑛(𝑘) y 𝐺(𝑘)

en mayor detalle.

Los puntos correspondientes al E01 están abajo de los demás escenarios, para valores de

𝛼(𝑘) entre 40% y 60%. Otra forma de verlo es que el E01 entregó valores mayores

(40 − 60%) de 𝛼(𝑘) que el E05 (15 − 25%), el cual posee niveles de 𝐺(𝑘) similares.

Esto entrega evidencia a favor de la especulación realizada a partir de las Figura 4-2 y

4-3, que comparan 𝑛(𝑘) con 𝐺(𝑘) y 𝑣𝑠(𝑘), respectivamente, pues confirma que los

bajos niveles de 𝐺(𝑘) del E01 estuvieron asociados a mayores permanencias de los

peatones en la ZE. Como el E01 tiene mayor 𝛼(𝑘) que otros escenarios con valores de

𝑛(𝑘) similares, entonces presenta más PC proporcionalmente. Estos peatones son más

lentos y presentan mayores permanencias en la ZE, lo cual se confirma a continuación.

Page 72: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

62

62

El gráfico de la Figura 4-10 presenta la velocidad media espacial en función de la

proporción de PC, con sus marcadores definidos como en la Figura 4-9. Se observa que,

para los escenarios estudiados, 𝑣𝑆(𝑘) disminuye a medida que aumenta 𝛼(𝑘). Esta

disminución es razonable pues al aumentar 𝛼(𝑘), crece la fracción de peatones con

menores velocidades, disminuyendo la velocidad promedio del intervalo. Esto, sumado a

lo analizado en la Figura 4-3, indica que 𝑣𝑆(𝑘) disminuyó con el aumento de 𝑛(𝑘) y

𝛼(𝑘) en las mediciones realizadas.

Figura 4-10: Velocidad media espacial versus proporción de PC, por intervalos, en la ZE.

La elipse anaranjada acoge a los puntos del E01, los cuales muestran que no existe un

solo valor de 𝑣𝑆(𝑘) asociado a ese nivel de 𝛼(𝑘). En este escenario hubo

proporcionalmente más PC (y con mayor permanencia) que en otros con niveles de

velocidad similares. Esto, al igual que los análisis anteriores sobre el E01, invita a

estudiar los peatones en función de 𝐺(𝑘), 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘).

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

vS(k

) [m

/s]

α(k)

Niveles de 𝑠𝐶:

○ 0 [per/min]

○ 20 [per/min]

○ 30 [per/min]

○ 40 [per/min]

○ 60 [per/min]

Rangos de 𝑛(𝑘):

○ E01 E02 E05 E06

□ E03 E04

∆ E10 E11 E12

♢ E07 E08 E09

Page 73: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

63

63

En resumen, utilizar la proporción de PC revela información que tanto el MFD general

de la ZE como el MFD separado por tipo de peatón no mostraron. A nivel general,

sugiere que las bajas tasas de salida del E01, observadas en el MFD general, estarían

relacionadas a sus mayores niveles de 𝛼(𝑘) que sus pares con valores de 𝑛(𝑘) similares.

Además, entregó valores 𝐺(𝑘) similares a otros con menor 𝛼(𝑘), lo cual es esperable

para niveles bajos de 𝑛(𝑘), ya que implica que ambos tipos de peatón se comportan de

forma similar (más cercano a flujo libre). Separando los datos recolectados, se observa

que 𝛼(𝑘) se relaciona de manera diferente con 𝐺(𝑘) según los distintos 𝑠𝐶 y rangos de

𝑛(𝑘) estudiados, entregando resultados más alineados para valores mayores de

acumulación. Sin embargo, estos análisis son solo un primer acercamiento, ya que se

realizaron mediante rangos arbitrarios de 𝑛(𝑘) y, por lo tanto, no son concluyentes por sí

solos para otras agrupaciones. Se propone entonces el estudio conjunto de las variables

𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘) para comprender los distintos valores de 𝐺(𝑘), mediante el uso de un 3D-

MFD.

4.3 3D-MFD

La idea de un MFD graficado en tres dimensiones no es nueva. Geroliminis et al. (2014)

hicieron un estudio, mediante simulación, para analizar la forma de un 3D-MFD,

dependiente de acumulaciones de buses y de autos. Los investigadores esperaban

encontrar distintos resultados para el flujo de la red con diferentes composiciones de

tráfico. Este antecedente sugiere modelar una red con diferentes tipos de entidades

mediante un 3D-MFD. La ventaja de utilizar el 3D-MFD es pasar de los análisis de las

secciones anteriores al análisis en un solo gráfico.

Page 74: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

64

64

El 3D-MFD estudiado en esta tesis se grafica en la Figura 4-11, presentando a 𝐺(𝑘) en

función de los distintos valores del plano 𝑛(𝑘)-𝛼(𝑘). En este gráfico combinado se

pueden estimar las acumulaciones de PC, 𝑛𝑃𝐶(𝑘), y PNC, 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘), de manera sencilla

para cualquier punto (𝑛(𝑘), 𝛼(𝑘), 𝐺(𝑘)), como sugiere en la misma figura. Dado esto,

conociendo el 3D-MFD completo de la ZE, se podrían definir sectores del plano 𝑛(𝑘)-

𝛼(𝑘) que identifiquen estados a flujo libre, capacidad y congestión de cada tipo de

peatón.

Figura 4-11: 3D-MFD para la tasa de salida en función de la acumulación y la proporción de PC, por

intervalos.

Se observa un sector del plano de 𝑛(𝑘)-𝛼(𝑘) donde se encuentran los valores más altos

de la tasa de salida de la zona de estudio. Para las mediciones realizadas, hubo dos

puntos que entregaron la mayor tasa de salida, correspondiente a 2,8 [𝑝𝑒𝑟/𝑠]. Estos

correspondieron a acumulaciones de 50,4 [𝑝𝑒𝑟] y 51,1 [𝑝𝑒𝑟], ambos durante el E10 y

con proporción de PC de 0,38. Estos puntos son indicados en la Figura 4-11, mediante

las líneas segmentadas. Desde las áreas de los rectángulos se observa que en ambos

puntos hubo un total de 19,5 PC y 30,9 y 31,6 PNC.

nPNC(k) nPC(k)

nPNC(k)

nPC(k)

G(k

) [p

er/

s]

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per] α(k)

α(k)

n(k) [per]

Page 75: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

65

65

No se pueden ver todos los puntos que conforman el 3D-MFD real de la ZE, ya que los

datos recolectados son acotados. Sin embargo, a partir de estos datos se puede entender

qué está ocurriendo dentro de ella. Para lograrlo, la Figura 4-12 presenta tres gráficos de

dispersión, los cuales relacionan 𝐺(𝑘) con 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘). Esta figura busca simplificar el

análisis de un único gráfico tridimensional, mediante tres gráficos bidimensionales. Para

analizarla, se debe tener noción de cual eje comparten dos gráficos. El par de gráficos de

la primera fila se compara en horizontal por medio de 𝐺(𝑘) y los de la primera columna

en vertical mediante 𝑛(𝑘). La oblicua ubicada en el extremo inferior derecho funciona

como un espejo que refleja la abscisa de la Figura 4-12b sobre la ordenada de la Figura

4-12c. A modo de ejemplo, se pueden observar las líneas segmentadas dibujadas en la

Figura 4-12, correspondientes al punto de máximo 𝐺(𝑘).

(a) (b)

(c)

Figura 4-12: Tasas de salida de la zona de estudio en función de la proporción de PC y acumulación por

intervalo.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

10 30 50 70

G(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

G(k

) [p

er/s

]

α(k)

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

10 30 50 70

α(k

)

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Page 76: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

66

66

En primer lugar, se analiza la relación 𝑛(𝑘)-𝛼(𝑘), correspondiente a la Figura 4-12c. En

ella se presentan los resultados obtenidos tras la recolección de datos, los cuales fueron

acotados y no cubrieron todas las posibles combinaciones de estos. En general, se

observa cómo 𝑛(𝑘) aumentó con 𝛼(𝑘) de una forma aproximadamente lineal. Los

escenarios E01 y E06 entregan puntos fuera de esta tendencia. Estos mismos escenarios

han entregado resultados inesperados en los análisis anteriores. El 3D-MFD permite

confirmar desde una perspectiva agregada lo que en estos escenarios se observó

anteriormente:

- El E01 presenta valores mayores de 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘), pero menores de 𝐺(𝑘) que el E05,

con igual 𝑠𝐶. Si el 3D-MFD se visualiza como una familia de MFD, definido cada

uno por cada valor de 𝛼(𝑘). Lo anterior se podría interpretar como que el E01 es

parte de una rama a flujo libre de un MFD con mayor 𝛼(𝑘) que el MFD que contiene

al E05, es decir, que posee valores mayores de 𝛼(𝑘). La rama del MFD con mayor

𝛼(𝑘) tendría menos pendiente que el MFD con menor 𝛼(𝑘), al menos hasta los 𝑛(𝑘)

correspondientes al E01. Bajo esta visión el E04, con igual 𝑠𝐶, pertenecería a un

MFD con valores de 𝛼(𝑘) entre el del E01 y el del E05.

- El E06 entrega los niveles más bajos de 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘), lo cual refleja los bajos valores

de 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘) y 𝑛𝑃𝐶(𝑘) observados en este escenario. Dado que están en flujo libre, se

esperaría observar valores de 𝐺(𝑘) menores para valores más bajos de 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘).

Conocer el 3D-MFD completo de la ZE, asociado a 𝑠𝐶 = 60 [𝑝𝑒𝑟/𝑚𝑖𝑛], permitiría

por ejemplo definir este sector del plano 𝑛(𝑘)-𝛼(𝑘) como a flujo libre para ambos

tipos de peatón. Replicando esto para todo el plano solo bastaría conocer el 3D-MFD

de la ZE para tomar decisiones en tiempo real y ya no sería necesario realizar el

análisis separado por tipo de peatón.

En general dentro de los escenarios de menor acumulación (E01, E02, E05 y E06) hubo

valores dispersos de 𝛼(𝑘), pero casi invariables en 𝑛(𝑘). El E03 y el E04 entregaron

valores dispersos tanto de 𝛼(𝑘) como de 𝑛(𝑘), lo cual a su vez confirma lo especulado

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67

67

en la Figura 4-9. Los demás escenarios, correspondientes a la rama congestionada del

MFD general de la ZE, muestran una dispersión muy baja en ambas variables.

La rama a congestión del 3D-MFD para cada 𝑠𝐶 aclara la información obtenida a partir

de los análisis anteriores. Específicamente, muestra que la congestión observada es

consecuencia de un aumento de 𝑛(𝑘), pero también de 𝛼(𝑘). Es decir, que 𝐺(𝑘)

disminuyó porque hubo más PC en la ZE. La tasa de salida disminuyó principalmente

porque el aumento de la cantidad PC produjo que las velocidades promedio de ambos

tipos de peatón disminuyeran, conllevando un mantenimiento en el valor de 𝐺𝑃𝐶(𝑘), a

capacidad, pero disminuyendo 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘). El uso del 3D-MFD aclara por qué en el

análisis por tipo de peatón, un aumento en la proporción de viajes con dirección a C

disminuyó 𝐺𝑃𝑁𝐶(𝑘) con valores de 𝑛𝑃𝑁𝐶(𝑘) casi invariables. Si se quiere ver esto de

forma gráfica, en el Anexo 5 se pueden ver los 3D-MFD por tipo de peatón.

En resumen, un 3D-MFD entrega un conjunto de estados de tráfico definidos y

caracterizados, los cuales permiten conocer el nivel al cual la ZE está operando, para un

𝑠𝐶 específico. La variable 𝛼(𝑘) permite separar el 3D-MFD en familias de MFD con

mayor o menor proporción de PC con sus respectivas ramas creciente y decreciente.

Además, la consideración conjunta de 𝑛(𝑘) y 𝛼(𝑘) permite representar de manera más

clara las consecuencias sobre 𝐺(𝑘) debido a la presencia de ambos tipos de peatón de la

ZE. A partir de esta información, se pueden tomar decisiones en búsqueda de, por

ejemplo, disminuir la permanencia de los peatones en el área, asegurar algún nivel de

acumulación o largo de colas en la salida controlada, o vaciar la zona en un tiempo

específico.

Page 78: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

68

68

5. CONCLUSIONES

En esta investigación se analizó el flujo peatonal en un área de circulación

multidireccional, con peatones en la cola de una salida controlada (PC) y otros

circulando a salidas no controladas (PNC), mediante un experimento controlado. El fin

del estudio fue analizar potencialidades del uso de un MFD para estudiar una zona

peatonal e incorporar la variable 𝛼 que representa la proporción de PC en esa misma

zona. Este es un primer paso para una futura implementación de esta metodología en una

zona de circulación peatonal real. Los datos utilizados fueron recopilados manualmente

a partir de mediciones de experimentos controlados.

En las mediciones realizadas se observan estados en flujo libre y congestión del sistema,

lo cual permitió analizar empíricamente un MFD bien definido para cada nivel de

operación en la zona de estudio. Al estudiar los distintos niveles de acumulación 𝑛 y tasa

de salida 𝐺, algunos escenarios presentaron puntos alejados de lo esperado. Tras el

estudio del MFD separado por tipo de peatón se confirma que, al contrario, se deben

estudiar en conjunto para explicar qué ocurre en la zona estudiada, debido a que existen

resultados que no se explican con la información de cada uno por separado. El estudio

conjunto mediante 𝛼 revela que existe más de una tasa de salida asociada a un nivel de

proporción de PC determinado, cuyos valores dependen también de la acumulación.

Los análisis realizados arrojaron que lo más adecuado para concluir, a partir de los

resultados, es estudiar a 𝑛 y 𝛼 en conjunto. Así, mediante un 3D-MFD (Geroliminis et

al., 2014) adaptado, se realizó la incorporación al MFD de la variable 𝛼, la cual sugiere

cómo cambia la forma del MFD para distintas proporciones de PC en la zona de estudio.

El objetivo general de esta tesis fue analizar potencialidades del uso de un MFD para

estudiar una zona peatonal. En esa línea, el 3D-MFD graficado fue capaz de representar

Page 79: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

69

69

las excepciones halladas en pasos previos y permitió comprender de forma sencilla

aseveraciones no esperables en el estudio de los tipos de peatón por separado.

Estos análisis son un paso inicial para estudios futuros. A continuación, se resumen los

principales aportes de este:

1. Implementación de una metodología de recolección y procesamiento de datos

para evaluar el tráfico por una infraestructura peatonal, mediante un experimento

controlado. Este estudio es el primero realizado en Chile que analiza la forma de

un MFD y 3D-MFD para flujos peatonales de manera empírica. Este trabajo

continua estudios de MFD peatonales anteriores realizados por Hoogendoorn et

al. (2011), Daamen et al. (2015), Saberi & Mahmassani (2014) y Hoogendoorn

et al. (2017).

2. Se alcanza el objetivo de cuantificar el impacto que generan distintos niveles de

la proporción de peatones sobre la tasa de salida de una zona peatonal. Para ello,

se propone, mide y posteriormente analiza la variable 𝛼 que representa la

proporción de PC para estudiar flujos de peatones bajo distintas condiciones. En

este caso, PC, quienes están en la cola tras una salida controlada, y PNC,

circulando hacia salidas no controladas. El cálculo de 𝛼 se contrasta con el valor

de la tasa de salida para entender cómo estas se relacionan y evaluar, por

ejemplo, cuándo podría ser necesario tomar medidas que busquen modificar su

valor con el fin de maximizar la terminación de viajes de la zona de estudio. La

propuesta presenta una alternativa a estudios previos peatonales que utilizaron la

desviación estándar de la densidad para observar la heterogeneidad del área

analizada (Daamen et al., 2015; Hoogendoorn et al., 2017). Con 𝛼 no es

necesario conocer la posición específica de los peatones en el espacio para tener

un indicador del tráfico de la zona peatonal de interés.

3. Se cumple el objetivo de verificar que, para distintos niveles de acumulación, se

puede hallar un MFD bien definido en una zona con flujos peatonales

Page 80: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

70

70

multidireccionales. El análisis es complementado mediante una comparación con

un MFD teórico, sin interacciones entre peatones. Desde las mediciones, se

presenta y analiza una rama a congestión en el MFD general de un área con un

nivel de operación fijo, provocada con PNC a flujo libre y PC a capacidad, al

analizarse por separado. Luego, se abarca el objetivo de desarrollar una

propuesta de análisis de flujos peatonales, agregando una tercera dimensión al

MFD. Con este, el 3D-MFD permite ver que la congestión surge a partir de un

aumento en la acumulación y la proporción de PC en la zona de estudio. La

congestión se asocia a una disminución de la tasa de salida de los PNC por el

aumento en el espacio de los PC. La congestión, provocada por la presencia de

peatones con destinos diferentes, entrega nuevos caminos para interpretarla en

áreas multidimensionales con más de un tipo de condición sobre los individuos

circulantes.

Como futuras líneas de investigación de este trabajo se proponen las siguientes:

1. Debido a que los datos obtenidos fueron acotados, en primer lugar, se propone

realizar más mediciones en la misma zona de estudio o en una de idénticas

dimensiones y diseño. Se sugiere completar un 3D-MFD para una tasa de

atención fija en la salida controlada. Para obtener las permanencias reales de

todos los peatones, se debe procurar que todos desocupen la zona de estudio al

terminar la medición. Además, para evaluar cambios entre escenarios, se debe

modificar solo un parámetro a la vez entre estos con el fin de identificar los

efectos provocados por este sobre las variables de interés.

2. Se propone, a partir de la evidencia obtenida, la aplicación de esta metodología

en un caso real. Esta podría implementarse apoyándose en lo presentado en este

trabajo, por ejemplo, en una estación de Metro. En un lugar como este sería

valioso separar la zona de estudio en dos regiones: los andenes y la mezzanina,

debido a que las decisiones operacionales de cierre de torniquetes suelen darse

Page 81: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

71

71

por la acumulación en los andenes. A partir de esto, se sugiere estudiar cómo los

3D-MFD de ambas zonas se relacionan entre sí.

3. En miras de una implementación automática y en tiempo real del análisis a partir

de un MFD, se propone profundizar en la inclusión de herramientas tecnológicas,

especialmente para realizar conteos automáticos, como el reconocimiento de

imágenes con inteligencia artificial, o el uso de dispositivos que registren el

recorrido y posición de cada peatón, o que detecten el paso de un peatón por

ciertos sectores de la zona de estudio. Con el seguimiento peatonal también se

pueden definir trayectorias para cada viaje que permitan mejorar la estimación de

la velocidad media espacial en cada intervalo.

4. Finalmente, se invita a futuros investigadores a adaptar la propuesta realizada en

esta tesis, respecto al estudio y clasificación de los peatones mediante

modificaciones a la definición de la variable 𝛼. Por ejemplo, en zonas de estudio

de mayor complejidad, es decir, con mayores puntos de formación de colas,

cantidades de entradas y salidas, o variedad de actividades y comportamientos

peatonales.

Page 82: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

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80

ANEXOS

Page 91: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

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81

Anexo 1: Cálculo de distancias

Las distancias propuestas en la Tabla 3-4 se estiman según una aproximación visual

según la Figura A-1.

(a) (b)

(c) (d)

Figura A-1: Distancia para pares de puertas: (a) A-E y E-A; (b) A-C y E-C; (c) B-A y D-E; (d) B-E y D-A.

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82

Anexo 2: Base de datos agregada por intervalo

Tabla A-1: Base de datos agregada por intervalo. Medición 1.

𝑬𝒔𝒄.

𝒌

{𝒏ú𝒎} 𝒏(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓] 𝜶(𝒌)

𝑮(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺(𝒌)

[𝒎/𝒔] 𝑮𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝑮𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑵𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔] E01 1 22,1 10,0 12,1 0,45 1,3 0,45 0,9 0,5 0,70 0,15

E01 2 23,8 10,4 13,4 0,44 1,3 0,42 0,9 0,4 0,64 0,13

E01 3 22,5 12,3 10,2 0,55 1,2 0,39 0,8 0,4 0,72 0,11

E01 4 23,9 11,7 12,2 0,49 1,2 0,37 0,9 0,4 0,62 0,11

E01 5 23,7 11,6 12,1 0,49 1,2 0,39 0,8 0,4 0,66 0,12

E02 6 17,9 4,9 12,9 0,28 1,7 0,66 0,9 0,9 0,85 0,17

E02 7 17,0 4,2 12,9 0,24 1,6 0,66 0,8 0,8 0,82 0,15

E02 8 17,7 4,0 13,7 0,23 1,6 0,66 0,9 0,7 0,82 0,15

E02 9 17,5 3,7 13,8 0,21 1,7 0,68 0,9 0,8 0,82 0,16

E02 10 17,3 3,7 13,6 0,21 1,6 0,66 0,8 0,8 0,78 0,16

E03 11 32,4 10,0 22,5 0,31 2,1 0,52 1,3 0,8 0,70 0,14

E03 12 42,2 15,6 26,6 0,37 2,5 0,43 1,7 0,9 0,60 0,14

E03 13 41,5 16,4 25,1 0,39 2,2 0,40 1,5 0,8 0,57 0,13

E03 14 42,1 17,4 24,6 0,41 2,3 0,40 1,5 0,7 0,60 0,12

E03 15 42,3 19,1 23,3 0,45 2,2 0,37 1,5 0,7 0,57 0,12

E03 16 43,0 18,0 24,9 0,42 2,3 0,39 1,5 0,8 0,59 0,12

E03 17 40,3 15,2 25,1 0,38 2,2 0,40 1,4 0,8 0,57 0,13

E03 18 43,0 16,9 26,1 0,39 2,3 0,40 1,6 0,8 0,58 0,13

E03 19 42,0 18,5 23,4 0,44 2,3 0,38 1,5 0,8 0,58 0,12

E03 20 41,2 15,1 26,1 0,37 2,1 0,38 1,3 0,8 0,54 0,12

E04 21 40,5 17,9 22,7 0,44 2,1 0,37 1,6 0,5 0,56 0,13

E04 22 34,0 13,1 20,9 0,38 2,2 0,49 1,8 0,5 0,71 0,15

E04 23 36,5 14,6 21,9 0,40 2,2 0,47 1,8 0,4 0,70 0,13

E04 24 38,1 14,7 23,3 0,39 2,3 0,45 1,9 0,4 0,65 0,12

E04 25 35,0 13,8 21,2 0,39 2,2 0,47 1,8 0,4 0,68 0,13

E04 26 34,6 12,9 21,7 0,37 2,1 0,46 1,7 0,4 0,65 0,13

E04 27 35,0 10,0 24,9 0,29 2,0 0,44 1,6 0,4 0,57 0,14

E04 28 33,6 12,2 21,4 0,36 1,9 0,45 1,5 0,4 0,63 0,14

E04 29 36,0 10,7 25,3 0,30 2,2 0,48 1,8 0,4 0,62 0,14

E04 30 35,5 12,7 22,7 0,36 2,1 0,45 1,7 0,4 0,63 0,13

E05 31 26,5 9,7 16,9 0,36 2,0 0,52 1,6 0,5 0,73 0,15

E05 32 14,5 2,8 11,8 0,19 1,5 0,73 1,1 0,5 0,86 0,17

E05 33 14,0 2,9 11,0 0,21 1,3 0,72 0,9 0,4 0,86 0,15

E05 34 17,7 4,4 13,3 0,25 1,5 0,64 1,1 0,4 0,80 0,15

E05 35 15,5 3,6 11,8 0,24 1,3 0,68 0,9 0,5 0,84 0,15

E06 36 14,7 2,2 12,5 0,15 1,8 0,83 1,1 0,7 0,94 0,15

E06 37 15,6 1,6 14,0 0,10 1,4 0,71 0,9 0,5 0,77 0,15

E06 38 15,2 1,3 13,9 0,08 1,5 0,75 1,0 0,5 0,81 0,16

E06 39 14,5 1,9 12,5 0,13 1,5 0,76 0,9 0,6 0,86 0,15

E06 40 14,4 1,7 12,6 0,12 1,7 0,84 1,1 0,6 0,93 0,16

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83

83

Tabla A-2: Base de datos agregada por intervalo. Medición 2.

𝑬𝒔𝒄.

𝒌

{𝒏ú𝒎} 𝒏(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝒏𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓] 𝜶(𝒌)

𝑮(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺(𝒌)

[𝒎/𝒔] 𝑮𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝑮𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑵𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔]

𝒗𝑺𝑷𝑪(𝒌)

[𝒎/𝒔]

E07 1 79,0 50,0 29,0 0,63 1,8 0,19 1,8 0,0 0,49 0,01

E07 2 77,1 50,0 27,1 0,65 1,9 0,20 1,9 0,0 0,55 0,01

E07 3 77,1 50,0 27,1 0,65 1,7 0,19 1,7 0,0 0,52 0,01

E07 4 78,3 50,0 28,3 0,64 1,7 0,17 1,7 0,0 0,44 0,01

E07 5 77,5 47,1 30,4 0,61 1,8 0,18 1,6 0,2 0,46 0,01

E08 6 72,5 45,2 27,3 0,62 2,0 0,20 1,7 0,3 0,49 0,02

E08 7 71,5 44,5 27,0 0,62 2,0 0,20 1,7 0,3 0,48 0,04

E08 8 72,3 45,1 27,2 0,62 1,9 0,21 1,6 0,3 0,48 0,05

E08 9 71,3 45,0 26,3 0,63 1,9 0,21 1,6 0,3 0,51 0,05

E08 10 73,4 45,6 27,9 0,62 2,0 0,21 1,7 0,3 0,48 0,06

E09 11 69,6 42,0 27,6 0,60 2,3 0,23 1,7 0,6 0,48 0,08

E09 12 68,3 41,0 27,4 0,60 2,1 0,24 1,6 0,6 0,48 0,09

E09 13 70,0 40,6 29,4 0,58 2,2 0,24 1,6 0,6 0,45 0,09

E09 14 69,2 41,9 27,3 0,61 2,1 0,22 1,6 0,6 0,44 0,09

E09 15 69,5 40,3 29,2 0,58 2,2 0,24 1,7 0,6 0,44 0,09

E10 16 64,2 37,2 27,0 0,58 2,3 0,27 1,7 0,6 0,52 0,09

E10 17 52,5 22,9 29,6 0,44 2,6 0,36 1,9 0,6 0,57 0,10

E10 18 49,8 19,2 30,6 0,39 2,6 0,40 2,1 0,6 0,60 0,10

E10 19 50,4 19,5 30,9 0,39 2,8 0,41 2,2 0,6 0,61 0,10

E10 20 51,1 19,5 31,6 0,38 2,8 0,41 2,2 0,6 0,61 0,09

E11 21 53,7 24,7 28,9 0,46 2,3 0,34 2,0 0,3 0,58 0,05

E11 22 53,8 25,1 28,6 0,47 2,4 0,35 2,1 0,3 0,60 0,05

E11 23 55,3 25,2 30,1 0,46 2,3 0,35 2,0 0,3 0,59 0,05

E11 24 54,9 25,4 29,5 0,46 2,4 0,33 2,1 0,3 0,55 0,05

E11 25 54,8 25,2 29,6 0,46 2,4 0,33 2,1 0,3 0,58 0,03

E12 26 57,7 30,0 27,7 0,52 2,0 0,29 2,0 0,0 0,58 0,01

E12 27 60,9 31,0 29,9 0,51 2,0 0,27 2,0 0,0 0,53 0,01

E12 28 58,9 31,0 27,9 0,53 2,0 0,28 2,0 0,0 0,56 0,01

E12 29 59,1 31,0 28,1 0,52 2,0 0,30 2,0 0,0 0,60 0,01

E12 30 59,6 31,0 28,6 0,52 2,0 0,25 2,0 0,0 0,56 0,01

Page 94: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

84

84

Anexo 3: Valores promedio por escenarios

Tabla A-3: Valores promedio de macro-variables de intervalos pertenecientes a un mismo escenario.

Esc.

𝒏(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝜶(𝒌) [−]

𝑮(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗(𝒌) [𝒎/𝒔]

𝒏𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝑮𝑷𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑷𝑪(𝒌) [𝒎/𝒔]

𝒏𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓]

𝑮𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒑𝒆𝒓/𝒔]

𝒗𝑷𝑵𝑪(𝒌) [𝒎/𝒔]

E01 23,2 0,48 1,23 0,40 11,2 0,38 0,12 12,0 0,85 0,66

E02 17,5 0,23 1,63 0,66 4,1 0,79 0,16 13,4 0,84 0,82

E03 41,0 0,40 2,24 0,41 16,2 0,76 0,13 24,8 1,48 0,59

E04 35,9 0,37 2,14 0,45 13,3 0,42 0,13 22,6 1,72 0,64

E05 17,7 0,27 1,54 0,64 4,7 0,44 0,15 13,0 1,10 0,81

E06 14,9 0,12 1,56 0,77 1,8 0,56 0,15 13,1 1,00 0,86

E07 77,8 0,64 1,76 0,18 49,4 0,03 0,01 28,4 1,73 0,49

E08 72,2 0,62 1,96 0,21 45,1 0,31 0,04 27,1 1,65 0,49

E09 69,3 0,59 2,18 0,24 41,1 0,57 0,09 28,2 1,62 0,46

E10 53,6 0,44 2,59 0,37 23,7 0,59 0,09 29,9 2,00 0,58

E11 54,5 0,46 2,35 0,34 25,1 0,31 0,05 29,4 2,04 0,58

E12 59,3 0,52 2,00 0,27 30,8 0,00 0,01 28,5 2,00 0,57

Page 95: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

85

85

Anexo 4: Formulación teórica

Dado que, para cada par O-D, los individuos realizan un circuito por la ZE y la ZR,

entonces en un estado estacionario se podría estimar el flujo como una relación del

tiempo de ciclo de un peatón y la cantidad total de personas circulantes, mediante la Ley

de Little. Debido a la estacionariedad, el flujo corresponde a la tasa de salida vista en

cada par O-D. De esta forma, la relación entre las variables, para un escenario y par O-D

determinados, viene dada por la Ecuación A.1.

𝑁(𝑒, �⃗�) = 𝐺(𝑒, �⃗�) ∗ Τ(𝑒, �⃗�) (A.1)

Del diseño de la experimentación se conoce, para cada escenario, 𝑒, y par O-D, �⃗�, la

cantidad de peatones circulando, 𝑁(𝑒, �⃗�). La tasa de salida y tiempo de ciclo para el

escenario, 𝑒, y el par O-D, �⃗�, deben calcularse. Para dibujar el MFD, interesa conocer

los valores de la acumulación en la ZE, 𝑛(𝑒) y la tasa de salida 𝐺(𝑒), para cada

escenario. Ver que la acumulación se relaciona con la cantidad de peatones circulando,

mediante la Ecuación A-2. Análogamente el tiempo de ciclo de un peatón se relaciona

con la permanencia de un peatón en la ZE, mediante la Ecuación A.3.

𝑁(𝑒, �⃗�) = 𝑛(𝑒, �⃗�) + �̅�(𝑒, �⃗�) (A.2)

Τ(𝑒, �⃗�) = 𝜏(𝑒, �⃗�) + 𝜏̅(𝑒, �⃗�) (A.3)

Las variables �̅�(𝑒, �⃗�), 𝜏(𝑒, �⃗�) y 𝜏̅(𝑒, �⃗�) corresponden respectivamente a la cantidad de

peatones en la ZR, permanencia en la ZE y tiempo del circuito en la ZR, para cada

escenario, 𝑒, y par O-D, �⃗�. La acumulación y tasa de salida total de la ZE para un

escenario 𝑒 específico vienen, entonces, dadas por las Ecuaciones A.4 y A.5.

𝑛(𝑒) = ∑𝑛(𝑒, �⃗�)

�⃗�∈𝑃

(A.4)

𝐺(𝑒) = ∑𝐺(𝑒, �⃗�)

�⃗�∈𝑃

(A.5)

Page 96: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

86

86

Donde 𝑃 corresponde al conjunto de todos los pares O-D factibles. A continuación, para

cada par O-D, se presentan los cálculos realizados.

Par A-E y E-A

𝜏(𝑒, �⃗�) =𝑑𝑍𝐸(�⃗�)

𝑣0

(A.6)

Τ(𝑒, �⃗�) =𝑑(�⃗�)

𝑣0

(A.7)

𝑛(𝑒, �⃗�) =𝜏(𝑒, �⃗�)

Τ(𝑒, �⃗�)∗ 𝑁(𝑒, �⃗�)

(A.8)

𝐺(𝑒, �⃗�) =𝑛(𝑒, �⃗�)

𝜏(𝑒, �⃗�)=𝑁(𝑒, �⃗�)

Τ(𝑒, �⃗�)

(A.9)

Par B-A, B-E, D-A y D-E

𝜏(𝑒, �⃗�) =𝑑𝑍𝐸(�⃗�)

𝑣0

(A.10)

Τ(𝑒, �⃗�) = ℎ𝑃 (A.11)

𝑛(𝑒, �⃗�) =𝜏(𝑒, �⃗�)

Τ(𝑒, �⃗�)∗ 𝑁(𝑒, �⃗�)

(A.12)

𝐺(𝑒, �⃗�) =𝑛(𝑒, �⃗�)

𝜏(𝑒, �⃗�)=𝑁(𝑒, �⃗�)

Τ(𝑒, �⃗�)

(A.13)

Para A-C y E-C

Hay dos casos: (i) bajo capacidad; (ii) a capacidad. Para el primer caso se tiene:

Page 97: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

87

87

Si 𝑁(𝑒,�⃗�)

𝑠𝐶<

𝑑(𝑒,�⃗�)

𝑣0

𝜏(𝑒, �⃗�) =𝑑𝑍𝐸(�⃗�)

𝑣0

(A.14)

Τ(𝑒, �⃗�) =𝑑(�⃗�)

𝑣0

(A.15)

𝑛(𝑒, �⃗�) =𝑁(𝑒, �⃗�)

𝑇(𝑒, �⃗�)∗ 𝜏(𝑒, �⃗�)

(A.16)

𝐺(𝑒, �⃗�) =𝑛(𝑒, �⃗�)

𝜏(𝑒, �⃗�)=𝑁(𝑒, �⃗�)

𝑇(𝑒, �⃗�)

(A.17)

Si no

𝜏(𝑒, �⃗�) =𝑁(𝑒, �⃗�)

𝑠𝐶−𝑑𝑍𝑅(�⃗�)

𝑣0

(A.18)

Τ(𝑒, �⃗�) =𝑁(𝑒, �⃗�)

𝑠𝐶

(A.19)

𝑛(𝑒, �⃗�) = 𝑠𝐶 ∗ 𝜏(𝑒, �⃗�) (A.20)

𝐺(𝑒, �⃗�) = 𝑠𝐶 (A.21)

En todas las ecuaciones la velocidad deseada 𝑣0 se asumió como 1 [𝑚/𝑠], mientras que

las distancias 𝑑𝑍𝑅(�⃗�) y 𝑑𝑍𝐸(�⃗�) se estimaron visualmente, describiendo el trayecto más

corto a realizar por el peatón para el par indicado. Los valores de estos se encuentran en

la Tabla A-4.

Page 98: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

88

88

Tabla A-4: Distancias predeterminadas asociadas a cada par O-D.

�⃗� 𝑑𝑍𝐸

[𝑚] 𝑑𝑍𝑅 [𝑚]

A-E 8,4 12,4

E-A 8,4 12,4

B-A 2,2 3

D-E 2,2 3

B-E 6,3 8

D-A 6,3 8

A-C 2,8 4

E-C 2,8 4

A partir de estos se calculó la distancia total del circuito para el par O-D, �⃗�, mediante la

Ecuación A.22.

𝑑(�⃗�) = 𝑑𝑍𝐸(�⃗�) + 𝑑𝑍𝑅(�⃗�) (A.22)

Page 99: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

89

89

Anexo 5: 3D-MFD por tipo de peatón

Ambas figuras contienen líneas segmentadas, que indican el punto de mayor tasa de

salida obtenido desde los resultados.

(a) (b)

(c)

Figura A-2: Tasas de salida de la zona de estudio para PNC en función de la proporción de PC y

acumulación por intervalo.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

10 30 50 70

GP

NC(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

GP

NC(k

) [p

er/s

]

α(k)

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

10 30 50 70

α(k

)

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

Page 100: ANÁLISIS DEL FLUJO PEATONAL MEDIANTE UN DIAGRAMA

90

90

(a) (b)

(c)

Figura A-3: Tasas de salida de la zona de estudio para PC en función de la proporción de PC y

acumulación por intervalo.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

10 30 50 70

GP

C(k

) [p

er/s

]

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

GP

C(k

) [p

er/s

]

α(k)

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

10 30 50 70

α(k

)

n(k) [per]

E01

E02

E03

E04

E05

E06

E07

E08

E09

E10

E11

E12