Simulación computacional del sistema de transporte masivo TransMilenio: un enfoque desde la física estadística
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2026-09-09
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas
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Torres Torres, Laura Daniela (2026). Simulación computacional del sistema de transporte masivo TransMilenio: un enfoque desde la física estadística. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/104031
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Resumen
This work develops a statistical-physical model of Bogotá’s TransMilenio mass transit system, aiming to characterize congestion from the perspective of statistical mechanics and to formulate well-founded optimization strategies. The model integrates two components: the estimation of travel demand through the maximum entropy principle —which yields a doubly-constrained gravity model, formally analogous to the Boltzmann distribution, in which the cost sensitivity parameter is interpreted as an inverse temperature—and the mesoscopic simulation of the resulting flow over the city’s real network, reconstructed from geographic and operational data, using the open-source simulator UXsim. By sweeping the demand factor, the transition between the free-flow and congested regimes is characterized as a phase transition, taking the proportion of completed trips as the order parameter and locating the critical demand that separates both regimes. The analysis of different scenarios reveals that only the weekday demand exceeds the critical threshold, and that the effect of rain conditions depends on the system’s proximity to that threshold. Finally, the quantitative evaluation of optimization proposals shows that, while individual interventions are insufficient, an integral strategy combining capacity reinforcement, signal prioritization, and demand management shifts the critical demand by around twenty-seven percent, although without eliminating an irreducible physical limit under extreme demand.
Descripción
Este trabajo desarrolla un modelo físico-estadístico del sistema de transporte masivo TransMilenio de Bogotá, con el objetivo de caracterizar la congestión desde la perspectiva de la mecánica estadística y de formular estrategias de optimización fundamentadas. El modelo integra dos componentes: la estimación de la demanda de viajes mediante el principio de máxima entropía que conduce a un modelo gravitacional doblemente restringido, formalmente análogo a la distribución de Boltzmann, en el que el parámetro de sensibilidad al costo se interpreta como una temperatura inversa y la simulación del flujo resultante sobre la red real de la ciudad, reconstruida a partir de datos geográficos y operacionales, mediante el simulador de código abierto UXsim. A partir de un barrido del factor de demanda se caracteriza la transición entre el régimen de flujo libre y el régimen congestionado como una transición de fase, tomando la proporción de viajes completados como parámetro de orden y localizando la demanda crítica que separa ambos regímenes. El análisis de distintos escenarios revela que únicamente la demanda del día laboral supera el umbral crítico, y que el efecto de las condiciones de lluvia depende de la proximidad del sistema a dicho umbral. Finalmente, la evaluación cuantitativa de propuestas de optimización demuestra que, si bien las intervenciones individuales resultan insuficientes, una estrategia integral que combina el refuerzo de la capacidad, la priorización semafórica y lagestión de la demanda desplaza la demanda crítica en un orden del veintisiete por ciento, aunque sin eliminar un límite físico irreductible bajo demandas extremas.
