The sustainability of shared mobility: Can a platform for shared rides reduce motorized traffic in cities?

Studies in several cities indicate that ridesourcing (ride-hailing) may increase traffic and congestion, given the substitution of more sustainable modes and the addition of empty kilometers. On the other hand, there is little evidence if smartphone apps that target shared rides have any influence on reducing traffic levels. We study the effects of a shared-mobility service offered by a start-up in Mexico City, Jetty, which is used by travelers to book a shared ride in a car, van or bus. A large-scale user survey was conducted to study trip characteristics, reasons for using the platform and the general travel choices of Jetty users. We calculate travel distance per trip leg, for the current choices and for the modes that riders would have chosen if the platform was not available. We find that the effect of the platform on vehicle kilometers traveled (VKT) depends on the rate of empty kilometers introduced by the fleet of vehicles, the substitution of public versus private transport modes, the occupancy rate of Jetty vehicles and assumptions on the occupancy rate of substituted modes. Following a sensitivity analysis approach for variables with unavailable data, we estimate that shared rides in cars increase VKT (in the range of 7 to 10 km/passenger), shared vans are able to decrease VKT (around −0.2 to −1.1 km/passenger), whereas buses are estimated to increase VKT (0.4 to 1.1 km/passenger), in our preferred scenarios. These results stem from the tradeoff between the effects of the occupancy rates per vehicle (larger vehicles are shared by more people) and the attractiveness of the service for car users (shared vans attract more car drivers than buses booked through Jetty). Our findings point to the relevance of shared rides in bigger vehicles such as vans as competitors to low occupancy car services for the future of mobility in cities, and to the improvement of public transportation services through the inclusion of quality attributes as provided by new shared-mobility services

Dynamic OD matrix estimation exploiting ICT traffic measurements

Pla de Doctorats Industrials de la Generalitat de CatalunyaDuring the last decades, urban mobility has become the main concern for city councils and transportation operators. The main problem is the traffic congestion that easily appears in urban networks, producing negative economic impacts for the associated cost and, what is becoming more relevant from the sustainability point of view. In this context, the transportation operators and planners make use of traffic simulation models that assist their strategic decisions aiming at improving the mentioned problems. The dynamic OD matrices estimation problem is a crucial step in transportation modeling and simulation because they contain the total number of vehicles that are circulating throughout the city, including their origins, destinations, and their departing time and describe the associated mobility patterns in terms of trip distributions. As this information is not directly observable in reality, this problem has been widely studied and many different methodologies have been proposed in order to obtain the suitable OD matrices that reflect the urban mobility of the studied area. The common approach is to use the counting stations data sets to estimate, using a minimization problem, the OD matrices that produce them. This is called the bi-level optimization approach. However, the main problem of this approach is that it is mathematically underdetermined, because many different OD matrices can produce the same traffic counts on certain links of the urban network, but presenting totally different trip distributions that could not correspond to the socio-demographic structure originating them. In this thesis, we address the different studies measuring the structural similarity between the estimated OD matrix and the reliable OD matrices, which are the ground truth OD matrix in synthetic experiments or the historical OD matrix in the real ones. The appearance of new sources of traffic data from the growth of the information and communication technologies (ICT) appeals to the researchers to use it for reducing such underdetermination, adding it to the OD estimation problem. GPS devices are increasingly used by vehicles and a huge volume of data is generated every day that, implicitly, contains information of the traffic state under real conditions. These data can be analyzed and processed in order to clean, filter and extract this information and can be then introduced into the OD estimation problem. Most of the theoretical research since the ICT technologies are available assume implicitly or explicitly that GPS tracking data can be done through a controlled collection process. However, in the practical world, GPS data are supplied by companies that use different data collection policies and constraints imposed by privacy policies, which invalidate some of these theoretical hypotheses. One of the main research aspects of this thesis is to investigate how these commercial data can be used for the OD estimation problem. However, the introduction of such information in the bi-level optimization problem is not direct and many alternatives arise. This thesis proposes a data-driven estimation of the dynamic assignment matrix to introduce the GPS data information to an analytical model, reducing the underdetermination of the problem. Moreover, such estimation replaces the dynamic traffic assignment reducing also the computational effort of the OD estimation problem. As this thesis results from the collaboration between the simulation software company PTV Group and the Universitat Politècnica de Catalunya, all the experiments of this thesis have been carried out in PTV Visum and using the already existing products. Moreover, the results have been analyzed both from the computational performance and from the quality aspect.Durant les últimes dècades, les externalitats que es deriven de la mobilitat urbana han estat una de les principals preocupacions dels ajuntaments, gestors metropolitans i operadors de transport. El principal problema és la congestió, que fàcilment apareix en infraestructures urbanes i que impacta negativament en la nostra economia i, el que és més greu, en la sostenibilitat del planeta en que vivim. La contaminació i el soroll provocats per la congestió no només afecten nocivament a la qualitat de l’aire, sinó que també afecten la salut ciutadana i mediambiental. En aquest context, els operadors i planificadors de trànsit utilitzen models de planificació i simulació de trànsit que els aporten coneixement per dur a terme decisions estratègiques i operatives que mitiguin els problemes associats a la mobilitat urbana. El problema d’estimació de les matrius origen-destinació (OD) és un tema crucial en la modelització i simulació del trànsit. Aquestes contenen el nombre total de vehicles que circulen per la ciutat, incloent informació sobre els l’origen, destinació i temps de sortida de cadascun en un horitzó temporal. D’aquesta manera, la distribució de viatges definida en les matrius OD descriu el patró de mobilitat de la xarxa. No obstant això, aquesta informació no és directament observable en un cas pràctic real i, per aquest motiu, es tracta d’un problema profundament estudiat. S’han desenvolupat diferents metodologies que procuren obtenir matrius OD apropiades, és a dir, que reprodueixin correctament la mobilitat de la zona estudiada. L’enfoc més comú consisteix en usar dades recollides per sensors de trànsit que compten vehicles en certs punts de la xarxa per estimar les matrius OD mitjançant la resolució d’un problema de minimització. De tota manera, aquest problema complex és altament indeterminat i diferents matrius OD, que representen realitats sociodemogràfiques i patrons de mobilitat diferents, poden reproduir els mateixos comptatges de vehicles en les vies de la xarxa dotades de sensors. Per tant, moltes línies de recerca han usat diferents tipus de dades de transport addicionals, com ara velocitats mitjanes i densitats de flux, per reduir els graus de llibertat del problema. L’estructura d’una matriu OD descriu el nombre de viatges i la forma com es distribueixen espaialment en la xarxa urbana, des del seu origen a la seva destinació, traçant així el patró de mobilitat global de la xarxa d’estudi. Com que dues matrius OD poden generar els mateixos comptatges, és absolutament necessari fer un estudi exhaustiu de la similaritat de les seves estructures. En aquesta tesi, enfoquem les diferents propostes mesurant sempre el grau de similaritat estructural entre la matriu OD estimada i una matriu OD de referència, sent aquesta la matriu OD històrica en casos reals o la matriu fonamental en el cas dels experiments sintètics. L’aparició de noves fonts de dades de trànsit degut al creixement de les tecnologies de la informació i comunicació (TIC) obre noves línies de recerca adreçades a reduir la indeterminació del problema d’estimació de les matrius OD. L’ús d’aparells GPS en vehicles va en augment, fet que contribueix a la generació diària de grans volums de dades. Aquestes contenen, de manera implícita, informació de l’estat del trànsit en condicions reals. Mitjançant un procés de neteja, filtratge i extracció es pot derivar informació del trànsit per a després introduir-la al problema de l’estimació de matrius OD. El conjunt de dades GPS de tipus comercials no permet conèixer el procediment de recol·lecció de dades i, sovint, està subjectes a polítiques de protecció i privacitat que no permeten assumir certes hipòtesis de qualitat i control en relació als orígens i destinacions. En aquesta tesi, investiguem el valor que poden afegir aquests conjunts de dades comercials per a l’estimació de matrius OD. La introducció d’aquestes dades al problema d’optimització binivell no és directa i existeixen diverses alternatives. Els enfocs analítics no permeten introduir directament aquestes dades perquè la relació entres les dades GPS i els fluxos OD no és elemental. Per altra banda, la versatilitat dels mètodes de simulació-optimització permeten usar-los directament, però l’inconvenient és l’esforç computacional associat. Aquesta tesi proposa un model de la matriu dinàmica d’assignacions basat en dades (data-driven) per aprofitar la informació implícita de les dades GPS i reduir, així, la indeterminació del problema. A més, aquesta tècnica substitueix la necessitat de recórrer a un model de simulació y redueix l’esforç computacional del problema. Aquesta tesi és fruit de la col·laboració entre l’empresa de software de simulació PTV Group i la Universitat Politècnica de Catalunya. Tots els experiments d’aquesta tesi han estat implementats en PTV Visum i usant els productes existents. A més, els resultats de la tesi han estat sempre analitzats des d’una doble perspectiva: computacional i de la qualitat. Aquesta última té com a objectiu analitzar la matriu OD pel que fa a la seva similaritat estructural amb la matriu de referència.Durante las últimas décadas, las externalidades que se derivan de la movilidad urbana han sido una de las principales preocupaciones de los ayuntamientos, gestores metropolitanos, y operadores de tráfico. El principal problema es la congestión, que fácilmente aparece en infraestructuras urbanas y que impacta de forma negativa en nuestra economía y, lo que es más grave, en la sostenibilidad del planeta que habitamos. La contaminación y el ruido provocados por la congestión no solo afectan nocivamente a la calidad del aire, sino que también perjudican la salud ciudadana y medioambiental. En este contexto, los operadores y planificadores de transporte usan modelos de planificación y simulación de tráfico que les aportan conocimiento para tomar decisiones estratégicas y operativas que mitiguen los problemas asociados a la movilidad urbana. El problema de la estimación de las matrices origen-destino (OD) es un tema crucial en la modelización y simulación de tráfico. Éstas contienen el número total de vehículos que circulan por la ciudad, incluyendo información sobre el origen, destino y tiempo de salida de cada uno de los vehículos en un horizonte temporal. De esta manera, la distribución de viajes definida en las matrices OD describe el patrón de movilidad de la red. Aun así, esta información no es directamente observable en un caso práctico real y, por este motivo, se trata de un problema extensamente estudiado. Se han desarrollado diferentes metodologías con el fin de obtener las matrices OD más apropiadas, es decir, aquellas que reproducen adecuadamente la movilidad de la zona estudiada. El enfoque más común consiste en usar datos recogidos por sensores de tráfico que cuentan vehículos en ciertos puntos de la red para estimar las matrices OD mediante la resolución de un problema de minimización. Aun así, este complejo problema es altamente indeterminado y diferentes matrices OD, que representan realidades sociodemográficas y patrones de movilidad distintos, pueden reproducir los mismos conteos de vehículos en las vías de la red dotadas de sensores. Por consiguiente, muchas líneas de investigación han utilizado de forma adicional diferentes tipos de datos de tráfico, como velocidades medias y densidades de flujo, para reducir los grados de libertad del problema. La estructura de una matriz OD describe el número de viajes y la forma como se distribuyen espacialmente en la red urbana, desde su origen hasta su destino, trazando, así, el patrón de movilidad global de la red de estudio. Como dos matrices OD pueden reproducir los mismos conteos, es absolutamente necesario hacer un análisis exhaustivo de la similitud de sus estructuras. En esta tesis, abordamos las diferentes propuestas midiendo siempre el grado de similitud estructural entre la matriz OD estimada y una matriz OD de referencia, siendo ésta la matriz OD histórica en casos reales o la matriz fundamental en el caso de los experimentos sintéticos. La aparición de nuevas fuentes de datos de tráfico debido al crecimiento de las tecnologías de la información y comunicación (TIC) abre nuevas líneas de investigación dirigidas a reducir la indeterminación del problema de estimación de las matrices OD. El uso de aparatos GPS en vehículos va en aumento, hecho que contribuye a la generación diaria de grandes volúmenes de datos. Éstos contienen, de manera implícita, información del estado del tráfico en condiciones reales. Mediante un proceso de limpieza, filtrado, y extracción se puede derivar información del tráfico para luego introducirla en el problema de estimación de matrices OD. El conjunto de datos GPS de tipo comercial no permite conocer el procedimiento de recolecta de datos y, a menudo, está sujeto a políticas de protección y privacidad que no permiten asumir ciertas hipótesis de calidad y control en relación a los orígenes y destinos. En esta tesis, investigamos el valor que pueden añadir estos conjuntos de datos comerciales para la estimación de matrices OD. La introducción de estos datos en el problema de optimización binivel no es directa y existen diferentes alternativas. Los enfoques analíticos no permiten incorporar directamente estos datos puesto que la relación entre los datos GPS y los flujos OD no es elemental. Por otro lado, la versatilidad de los métodos de simulación-optimización permiten usarlos directamente, pero el inconveniente es el esfuerzo computacional asociado. Esta tesis propone un modelo de la matriz dinámica de asignaciones basado en datos (data-driven) para aprovechar la información implícita de los datos GPS y reducir, así, la indeterminación del problema de estimación. Además, esta técnica reemplaza la necesidad de recurrir a un modelo de simulación y reduce el esfuerzo computacional del problema. Esta tesis es fruto de la colaboración entre la empresa de software de simulación PTV Group y la Universitat Politècnica de Catalunya. Todos los experimentos de la tesis han sido implementados en PTV Visum y usando los productos existentes. Además, los resultados de la tesis han sido siempre analizados desde una doble perspectiva: computacional y de calidad. Esta última tiene como objetivo analizar la matriz OD estimada respeto la similitud estructural con la matriz de referencia..Postprint (published version

Estrategias multi-mapa para el enrutamiento dinámico de tráfico urbano

La Directiva «Clean Transport, Urban Transport» de la Unión Europea identifica que la congestión en áreas urbanas tiene un coste anual acumulado de 100 billones de euros. El 60% de la población europea se ubica en áreas urbanas de más de 10,000 habitantes. De igual manera, se estima que la movilidad urbana es causante del 40% de emisiones de CO2 y hasta el 70% de otros contaminantes. Pero el problema es global y generalizado. La tesis aborda la problemática de optimizar tanto la planificación del tráfico urbano como su enrutamiento dinámico mediante una nueva técnica denominada Traffic Weighted Multi-Maps (TWM) con el fin de mitigar la congestión y sus efectos en los entornos urbanos. TWM propone la entrega selectiva de mapas de tráfico a los diferentes conjuntos de vehículos presentes en la red tenido en cuenta sus especificidades, el momento temporal, las situaciones de la via y el contexto. Para ello, recoge la colección de artículos científicos publicados en revistas indexadas respecto a TWM. La tesis analiza el uso de TWM para diversos casos de uso: mejora de la congestión en redes urbanas complejas mediante mapas de red aleatorizados, el encaminamiento selectivo de flotas, la reducción de la congestión ante incidentes aleatorios o planificados, y se plantean otros muchos escenarios. Asimismo, la tesis profundiza en cómo obtener distribuciones de mapas TWM óptimos para una cierta demanda de tráfico conocida por medio de datos históricos, proponiendo un conjunto de algoritmos de optimización basado en algoritmos evolutivos. El éxito de la implantación de un sistema de gestión inteligente de tráfico (ITS) depende de la adherencia de los conductores al mismo, dependiendo ésta de la percepción de la utilidad por los conductores. La tesis propone un modelo de experiencia de usuario-conductor para analizar el caso complejo de una red de tráfico que emplee diversos ITS de forma simultánea y no coordinada, con el objetivo de analizar la evolución en el tiempo de la adherencia de los conductores a TWM y así validar las hipótesis de partida respecto a su efectividad. La parte experimental de la tesis describe cómo se han empleado simulaciones de tráfico de diferente tipología: microscópicas y macroscópicas, desarrollando componentes de simulación específicos sobre plataformas abiertas de simulación de tráfico. Los resultados obtenidos son muy prometedores, obteniendo mejoras en la congestión global que oscilan entre el 20% y el 45%, con impacto en el resto de indicadores de emisiones y movilidad. Los estudios de simulación del comportamiento de los conductores en base a la utilidad percibida de TWM, muestran cómo la adherencia al mismo crece y se estabiliza garantizando el comportamiento global. Por último, se indican las posibles líneas futuras de investigación identificadas

Bio-inspired Computing and Smart Mobility

Por último, se aborda la predicción de plazas libres de aparcamiento utilizando técnicas de aprendizaje automático, tales como series temporales, agrupamiento, etc., incluyendo un prototipo de aplicación web. La tercera parte de esta tesis doctoral se enfoca en el diseño y evaluación de un nuevo algoritmo inspirado en la epigénesis, el Algoritmo Epigenético. Luego de la descripción del modelo en el que se basa y de sus partes, se utiliza este nuevo algoritmo para la resolución del problema de la mochila multidimensional y se comparan sus resultados con los de otros algoritmos del estado de arte. Por último se emplea también el Algoritmo Epigenético para la optimización de la arquitectura Yellow Swarm, un problema de movilidad inteligente resuelto por un nuevo algoritmo bioinspirado. A lo largo de esta tesis doctoral se han descrito los problemas de movilidad inteligente y propuesto nuevas herramientas para su optimización. A partir de los experimentos realizados se concluye que estas herramientas, basadas en algoritmos bioinspirados, son eficientes para abordar estos problemas, obteniendo resultados competitivos comparados con los del estado del arte, los cuales han sido validados estadísticamente. Esto representa un aporte científico pero también una serie de mejoras para la sociedad toda, tanto en su salud como en el aprovechamiento de su tiempo libre. Fecha de lectura de Tesis: 01 octubre 2018.Esta tesis doctoral propone soluciones a problemas de movilidad inteligente, concretamente la reducción de los tiempos de viajes en las vías urbanas, las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de combustible, mediante el diseño y uso de nuevos algoritmos bioinspirados. Estos algoritmos se utilizan para la optimización de escenarios realistas, cuyo trazado urbano se obtiene desde OpenStreetMap, y que son luego evaluados en el microsimulador SUMO. Primero se describen las bases científicas y tecnológicas, incluyendo la definición y estado del arte de los problemas a abordar, las metaheurísticas que se utilizarán durante el desarrollo de los experimentos, así como las correspondientes validaciones estadísticas. A continuación se describen los simuladores de movilidad como principal herramienta para construir y evaluar los escenarios urbanos. Por último se presenta una propuesta para generar tráfico vehicular realista a partir de datos de sensores que cuentan el número de vehículos en la ciudad, utilizando herramientas incluidas en SUMO combinadas con algoritmos evolutivos. En la segunda parte se modelan y resuelven problemas de movilidad inteligente utilizando las nuevas arquitecturas Red Swarm y Green Swarm para sugerir nuevas rutas a los vehículos utilizando nodos con conectividad Wi-Fi. Red Swarm se centra en la reducción de tiempos de viajes evitando la congestión de las calles, mientras que Green Swarm está enfocado en la reducción de emisiones y consumo de combustible. Luego se propone la arquitectura Yellow Swarm que utiliza una serie de paneles LED para indicar desvíos que los vehículos pueden seguir en lugar de nodos Wi-Fi haciendo esta propuesta más accesible. Además se propone un método para genera rutas alternativas para los navegadores GPS de modo que se aprovechen mejor las calles secundarias de las ciudades, reduciendo los atascos

The Multi-Agent Transport Simulation MATSim

"The MATSim (Multi-Agent Transport Simulation) software project was started around 2006 with the goal of generating traffic and congestion patterns by following individual synthetic travelers through their daily or weekly activity programme. It has since then evolved from a collection of stand-alone C++ programs to an integrated Java-based framework which is publicly hosted, open-source available, automatically regression tested. It is currently used by about 40 groups throughout the world. This book takes stock of the current status. The first part of the book gives an introduction to the most important concepts, with the intention of enabling a potential user to set up and run basic simulations.The second part of the book describes how the basic functionality can be extended, for example by adding schedule-based public transit, electric or autonomous cars, paratransit, or within-day replanning. For each extension, the text provides pointers to the additional documentation and to the code base. It is also discussed how people with appropriate Java programming skills can write their own extensions, and plug them into the MATSim core. The project has started from the basic idea that traffic is a consequence of human behavior, and thus humans and their behavior should be the starting point of all modelling, and with the intuition that when simulations with 100 million particles are possible in computational physics, then behavior-oriented simulations with 10 million travelers should be possible in travel behavior research. The initial implementations thus combined concepts from computational physics and complex adaptive systems with concepts from travel behavior research. The third part of the book looks at theoretical concepts that are able to describe important aspects of the simulation system; for example, under certain conditions the code becomes a Monte Carlo engine sampling from a discrete choice model. Another important aspect is the interpretation of the MATSim score as utility in the microeconomic sense, opening up a connection to benefit cost analysis. Finally, the book collects use cases as they have been undertaken with MATSim. All current users of MATSim were invited to submit their work, and many followed with sometimes crisp and short and sometimes longer contributions, always with pointers to additional references. We hope that the book will become an invitation to explore, to build and to extend agent-based modeling of travel behavior from the stable and well tested core of MATSim documented here.

Efficient Traffic Management in Urban Environments

[ES] En la actualidad, uno de los principales desafíos a los que se enfrentan las grandes áreas metropolitanas es la congestión provocada por el tráfico, la cual se ha convertido en un problema importante al que se enfrentan las autoridades de cada ciudad. Para abordar este problema es necesario implementar una solución eficiente para controlar el tráfico que genere beneficios para los ciudadanos, como reducir los tiempos de viaje de los vehículos y, en consecuencia, el consumo de combustible, el ruido, y la contaminación ambiental. De hecho, al analizar adecuadamente la demanda de tráfico, es posible predecir las condiciones futuras del tráfico, y utilizar esa información para la optimización de las rutas tomadas por los vehículos. Este enfoque puede ser especialmente efectivo si se aplica en el contexto de los vehículos autónomos, que tienen un comportamiento más predecible, lo cual permite a los administradores de la ciudad mitigar los efectos de la congestión, como es la contaminación, al mejorar el flujo de tráfico de manera totalmente centralizada. La validación de este enfoque generalmente requiere el uso de simulaciones que deberían ser lo más realistas posible. Sin embargo, lograr altos grados de realismo puede ser complejo cuando los patrones de tráfico reales, definidos a través de una matriz de Origen/Destino (O-D) para los vehículos en una ciudad, son desconocidos, como ocurre la mayoría de las veces. Por lo tanto, la primera contribución de esta tesis es desarrollar una heurística iterativa para mejorar el modelado de la congestión de tráfico; a partir de las mediciones de bucle de inducción reales hechas por el Ayuntamiento de Valencia (España), pudimos generar una matriz O-D para la simulación de tráfico que se asemeja a la distribución de tráfico real. Si fuera posible caracterizar el estado del tráfico prediciendo las condiciones futuras del tráfico para optimizar la ruta de los vehículos automatizados, y si se pudieran tomar estas medidas para mitigar de manera preventiva los efectos de la congestión con sus problemas relacionados, se podría mejorar el flujo de tráfico en general. Por lo tanto, la segunda contribución de esta tesis es desarrollar una Ecuación de Predicción de Tráfico para caracterizar el comportamiento en las diferentes calles de la ciudad en términos de tiempo de viaje con respecto al volumen de tráfico, y aplicar una regresión logística a esos datos para predecir las condiciones futuras del tráfico. La tercera y última contribución de esta tesis apunta directamente al nuevo paradigma de gestión de tráfico previsto, tratándose de un servidor de rutas capaz de manejar todo el tráfico en una ciudad, y equilibrar los flujos de tráfico teniendo en cuenta las condiciones de congestión del tráfico presentes y futuras. Por lo tanto, realizamos un estudio de simulación con datos reales de congestión de tráfico en la ciudad de Valencia (España), para demostrar cómo se puede mejorar el flujo de tráfico en un día típico mediante la solución propuesta. Los resultados experimentales muestran que nuestra solución, combinada con una actualización frecuente de las condiciones del tráfico en el servidor de rutas, es capaz de lograr mejoras sustanciales en términos de velocidad promedio y tiempo de trayecto, ambos indicadores de un menor grado de congestión y de una mejor fluidez del tráfico.[CA] En l'actualitat, un dels principals desafiaments als quals s'enfronten les grans àrees metropolitanes és la congestió provocada pel trànsit, que s'ha convertit en un problema important al qual s'enfronten les autoritats de cada ciutat. Per a abordar aquest problema és necessari implementar una solució eficient per a controlar el trànsit que genere beneficis per als ciutadans, com reduir els temps de viatge dels vehicles i, en conseqüència, el consum de combustible, el soroll, i la contaminació ambiental. De fet, en analitzar adequadament la demanda de trànsit, és possible predir les condicions futures del trànsit, i utilitzar aqueixa informació per a l'optimització de les rutes preses pels vehicles. Aquest enfocament pot ser especialment efectiu si s'aplica en el context dels vehicles autònoms, que tenen un comportament més predictible, i això permet als administradors de la ciutat mitigar els efectes de la congestió, com és la contaminació, en millorar el flux de trànsit de manera totalment centralitzada. La validació d'aquest enfocament generalment requereix l'ús de simulacions que haurien de ser el més realistes possible. No obstant això, aconseguir alts graus de realisme pot ser complex quan els patrons de trànsit reals, definits a través d'una matriu d'Origen/Destinació (O-D) per als vehicles en una ciutat, són desconeguts, com ocorre la majoria de les vegades. Per tant, la primera contribució d'aquesta tesi és desenvolupar una heurística iterativa per a millorar el modelatge de la congestió de trànsit; a partir dels mesuraments de bucle d'inducció reals fetes per l'Ajuntament de València (Espanya), vam poder generar una matriu O-D per a la simulació de trànsit que s'assembla a la distribució de trànsit real. Si fóra possible caracteritzar l'estat del trànsit predient les condicions futures del trànsit per a optimitzar la ruta dels vehicles automatitzats, i si es pogueren prendre aquestes mesures per a mitigar de manera preventiva els efectes de la congestió amb els seus problemes relacionats, es podria millorar el flux de trànsit en general. Per tant, la segona contribució d'aquesta tesi és desenvolupar una Equació de Predicció de Trànsit per a caracteritzar el comportament en els diferents carrers de la ciutat en termes de temps de viatge respecte al volum de trànsit, i aplicar una regressió logística a aqueixes dades per a predir les condicions futures del trànsit. La tercera i última contribució d'aquesta tesi apunta directament al nou paradigma de gestió de trànsit previst. Es tracta d'un servidor de rutes capaç de manejar tot el trànsit en una ciutat, i equilibrar els fluxos de trànsit tenint en compte les condicions de congestió del trànsit presents i futures. Per tant, realitzem un estudi de simulació amb dades reals de congestió de trànsit a la ciutat de València (Espanya), per a demostrar com es pot millorar el flux de trànsit en un dia típic mitjançant la solució proposada. Els resultats experimentals mostren que la nostra solució, combinada amb una actualització freqüent de les condicions del trànsit en el servidor de rutes, és capaç d'aconseguir millores substancials en termes de velocitat faig una mitjana i de temps de trajecte, tots dos indicadors d'un grau menor de congestió i d'una fluïdesa millor del trànsit.[EN] Currently, one of the main challenges that large metropolitan areas have to face is traffic congestion, which has become an important problem faced by city authorities. To address this problem, it becomes necessary to implement an efficient solution to control traffic that generates benefits for citizens, such as reducing vehicle journey times and, consequently, use of fuel, noise and environmental pollution. In fact, by properly analyzing traffic demand, it becomes possible to predict future traffic conditions, and to use that information for the optimization of the routes taken by vehicles. Such an approach becomes especially effective if applied in the context of autonomous vehicles, which have a more predictable behavior, thus enabling city management entities to mitigate the effects of traffic congestion and pollution by improving the traffic flow in a city in a fully centralized manner. Validating this approach typically requires the use of simulations, which should be as realistic as possible. However, achieving high degrees of realism can be complex when the actual traffic patterns, defined through an Origin/Destination (O-D) matrix for the vehicles in a city, are unknown, as occurs most of the times. Thus, the first contribution of this thesis is to develop an iterative heuristic for improving traffic congestion modeling; starting from real induction loop measurements made available by the City Hall of Valencia, Spain, we were able to generate an O-D matrix for traffic simulation that resembles the real traffic distribution. If it were possible to characterize the state of traffic by predicting future traffic conditions for optimizing the route of automated vehicles, and if these measures could be taken to preventively mitigate the effects of congestion with its related problems, the overall traffic flow could be improved. Thereby, the second contribution of this thesis was to develop a Traffic Prediction Equation to characterize the different streets of a city in terms of travel time with respect to the vehicle load, and applying logistic regression to those data to predict future traffic conditions. The third and last contribution of this thesis towards our envisioned traffic management paradigm was a route server capable of handling all the traffic in a city, and balancing traffic flows by accounting for present and future traffic congestion conditions. Thus, we perform a simulation study using real data of traffic congestion in the city of Valencia, Spain, to demonstrate how the traffic flow in a typical day can be improved using our proposed solution. Experimental results show that our proposed solution, combined with frequent updating of traffic conditions on the route server, is able to achieve substantial improvements in terms of average travel speeds and travel times, both indicators of lower degrees of congestion and improved traffic fluidity.Finally, I want to thank the Ecuatorian Republic through the "Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación" (SENESCYT), for granting me the scholarship to finance my studies.Zambrano Martínez, JL. (2019). Efficient Traffic Management in Urban Environments [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/129865TESI

Impacto y consecuencias de la congestión de las infraestructuras de transporte en el sistema usos del suelo-transporte-sociedad

La congestión en la red viaria es un fenómeno que se produce por la existencia de una demanda próxima o superior a la que se puede ofrecer los diferentes elementos que forman esa red en ese instante. El tráfico experimenta velocidades inferiores a las de situaciones de flujo libre y, por lo tanto, aumenta el tiempo de viaje para recorrer los arcos congestionados.La congestión suele presentar unos patrones característicos dependiendo del tipo de vía quesea, tanto en intensidad como en horas en las que se produce. Además, la congestión produce efectos Spillover que deforman la ciudad de manera desigual y afectan a cómo se puede interactuar con las oportunidades disponibles.El objetivo de la tesis doctoral es evaluar y cartografiar cómo la congestión recurrente de las carreteras, la congestión que se produce en circunstancias normales, altera los valores de potencial de interacción, también conocida como accesibilidad, con coche a lo largo del día para las diferentes áreas altamente densas de la Unión Europea elegidas como áreas de estudio: las áreas metropolitanas de Barcelona (ES), Berlín (DE), Hamburgo (DE), Londres(GB), Madrid (ES), Milán (IT), París (FR) y Roma (IT), y el conjunto de los Países Bajos (NL).De la misma manera, se ha estudiado para el caso de Madrid como el cambio continuo de oportunidades puede mitigar o exacerbar los efectos de la congestión.Para llevar a cabo esta investigación se han realizado una serie de modificaciones del indicador de accesibilidad potencial, que permiten incorporar explícitamente la componente temporal..

The significance of Traveler's Route Knowledge for Choice of commuting mode of transport

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.Travelling in a city is an essential part of everyone’s life, whether it is the routine daily commute or navigating to a previously unknown place, and can be accomplished with a variety of means of transport. This thesis explores how personal, first-hand route knowledge influences choice of mode of transport. This is motivated by the premise that human-oriented approach for computer systems design can be of significant benefit to the user. Public (bus, train, tram, metro) and private (bicycle, car, on foot) means of transport are considered and compared. Collected survey data analysed with a logistic regression method does not show any relationship between route knowledge and choice of mode of transport

Impacte da interação entre veículos motorizados e bicicletas na escolha de rota, desempenho de tráfego, emissões e segurança

Mobility in urban areas is highly complex because of the variety of possible facilities and routes, the multitude of origins and destinations, the increase of population and traffic. Increased use of active modes, such as cycling, presents economic and environmental benefits, and contributes to health improvement. However, it can lead to safety concerns such as bicycles sudden or unexpected movements mainly when circulating together with motor vehicles (MVs) or when there is an overtaking situation between MVs and bicycles. The main goal of this doctoral thesis is to quantify and assess the impact of the interaction motor vehicle-bicycle on traffic performance, road safety and emissions to define a multi-objective analysis model of the impacts regarding the use of motor vehicle and/or bicycle. The thesis was focused on three main topics developed based on the evaluation of traffic performance, safety and emissions at urban areas : (i) to perform a multi-objective analysis in an integrated manner of the traffic performance, pollutant emissions and road conflicts between bicycles and MVs at a signalized intersection; (ii) to assess the driving volatility in MV-bicycle interactions at two-lane roundabouts and its impacts on safety, pollutant emissions and traffic performance; and (iii) to analyze the impacts of the overtaking lateral distance between a bicycle and a MV on road safety and energy consumption at two-lane urban roads. Second-by-second bicycle and vehicle dynamic data were collected using GPS travel recorders. The methodology developed in this thesis was applied based on real world case studies at different urban road types in the city of Aveiro, Portugal. The present work uses a microscopic simulation platform of traffic (VISSIM), road safety (Surrogate Safety Assessment Methodology – SSAM) and emissions (Vehicle Specific Power – VSP) to analyze traffic operations, road safety concerns and to estimate carbon dioxide (CO2), nitrogen oxide (NOX), carbon monoxide (CO), and hydrocarbons (HC) pollutant emissions. Furthermore, the Fast Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) was used in order to address the multi-objective analysis of traffic performance, road conflicts between MVs and bicycles, and emissions. Bicycle Specific Power (BSP) and VSP concepts were used in order to analyze the impacts on cyclist and vehicle energy consumption as well. The findings showed that roundabouts present, in general, better traffic performance (number of stops and travel time reduced in 78% and 14%, respectively) and less emissions (CO2, NOX, and HC decreased 9%, 7%, and 12%, respectively) than other intersections, even with high demand of cyclists (270 bicycles per hour). Regarding safety, roundabout layout lead to more severe conflicts and potential crashes while the number of total conflicts can be reduced significantly (-49%). It was also found that the impact of MVs and bicycles speeds, as well as roundabout design, were more important factors than bicycle volumes at roundabouts. Considering the MV-bicycle interaction at two-lane roundabout, the results of emissions dictated good relationships (R2 > 70%) between acceleration and VSP modes distributions. Finally, the findings showed 50% of overtaking lateral distance (between bicycle and MV) lower than 0.5m in both morning and afternoon peak hours. Moreover, it was found that there was a good fit between overtaking lateral distance and traffic volumes in morning (R2 = 72%) and afternoon (R2 = 67%) peak hours. The findings of this research can be useful for policy makers of the mobility and road safety fields, municipalities, road designers, and traffic engineers.A complexidade inerente à mobilidade em áreas urbanas está associada ao excesso de tráfego e à multiplicidade de origem-destinos, rotas e motivos de viagem. O incremento do uso dos modos suaves, nomeadamente da bicicleta, apresenta benefícios económicos e ambientais, contribuindo para a melhoria da saúde. No entanto, a presença de bicicletas acarreta preocupações ao nível da segurança dos ciclistas. As questões de segurança podem estar relacionadas com movimentos súbitos ou inesperados dos ciclistas, principalmente quando circulam em conjunto com veículos motorizados (VMs), ou quando há uma situação de ultrapassagem entre VMs e bicicletas. O principal objetivo da Tese de Doutoramento consistiu em quantificar e avaliar o impacto da interação entre veículos motorizados e bicicletas ao nível do desempenho de tráfego, segurança rodoviária e emissões para definir um modelo de análise multiobjetivo. A tese foi focada em três tópicos principais, desenvolvidos com base na avaliação do desempenho do tráfego, segurança e emissões em áreas urbanas: (i) análise multiobjetivo de forma integrada do desempenho do tráfego, emissões poluentes e conflitos rodoviários entre bicicletas e VMs em intersecções sinalizadas; (ii) avaliação da volatilidade de condução em interações VM-bicicleta em rotundas de duas vias e seus impactos na segurança, emissões de poluentes e desempenho de tráfego; e (iii) análise dos impactos ao nível de segurança rodoviária e consumo de energia em vias urbanas, com a avaliaçao da distância lateral de ultrapassagem entre uma bicicleta e um VM. Os dados da dinâmica do velocípede e do VM foram recolhidos e gravados segundo a segundo com um GPS. A metodologia desenvolvida nesta tese foi aplicada tendo por base os estudos de caso associados a diferentes tipos de vias urbanas na cidade de Aveiro, Portugal. O presente trabalho utiliza uma plataforma de simulação microscópica de tráfego (VISSIM), segurança rodoviária (SSAM) e emissões (Potência Específica do Veículo - VSP) para analisar as operações relacionadas com tráfego, questões com segurança rodoviária e estimar o dióxido de carbono (CO2), emissões de poluentes como o óxido de azoto (NOX), monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetos (HC). Além disso, para a análise multiobjetivo do desempenho do tráfego, conflitos rodoviários entre VMs e bicicletas, e emissões, o algoritmo genético NSGA-II (Nondominated sorted genetic algorithm II) foi utilizado. As metodologias de Potência Específica de Bicicleta (BSP) e VSP foram usados para analisar os impactos no consumo de energia do ciclista e do veículo, respetivamente. Os resultados mostraram que, em geral, as rotundas apresentam melhor desempenho de tráfego (número de paragens e tempo de viagem reduzidos em 78% e 14%, respetivamente) e menores emissões (CO2, NOX e HC diminuíram 9%, 7% e 12%, respetivamente) quando comparadas a outras interseções, mesmo com elevados níveis de ciclistas (270 bicicletas por hora). Em relação à segurança, o design da rotunda tende a favorecer a ocorrência de conflitos mais graves e potenciais acidentes, apesar do número total de conflitos poder diminuir significativamente (menos 49%). Descobriu-se também que o impacto das velocidades de circulação dos VMs e das bicicletas, bem como o design da rotunda constituem fatores mais importantes do que o volume de ciclistas nas rotundas. Considerando a interação VM-bicicleta numa rotunda de duas vias, os resultados das emissões sugerem boas relações (R2> 70%) entre as distribuições dos modos de aceleração e VSP. Por fim, os resultados mostraram que em 50% das ultrapassagens a distância lateral entre o velocípede e o VM foi menor que 0,5m, tanto na hora de ponta da manhã como da tarde. Além disso, verificou-se um bom ajuste entre a distância lateral de ultrapassagem e os volumes de tráfego nas horas de ponta da manhã (R2 = 72%) e da tarde (R2 = 67%). A metodologia e resultados desta investigação poderão ser utilizados por decisores políticos na área da mobilidade e da segurança rodoviária, câmaras, gestores e engenheiros de tráfego.Programa Doutoral em Engenharia Mecânic

Multi-objective optimization for short distance trips in an urban area: choosing between motor vehicle or cycling mobility for a safe, smooth and less polluted route

Mobility in urban areas is highly complex because of the variety of possible facilities and routes, the multitude of origins and destinations, the increase of population density and traffic. Furthermore, people are willing to use more environmentally friendly transportation modes, such as cycling, to do short-distance trips in urban areas. This paper develops a multi-objective model for passengers in urban transportation network for short trips using bicycle or motor vehicle. The main objective of this paper is to improve the urban network mobility in order to decrease traffic congestion, road conflicts between road users and pollution. Furthermore, optimization objectives could comprehensively reflect expectations of passengers from the dimension of traffic and emissions as criteria and use a motor vehicle or a bicycle as an alternative. The methodology of this study was applied based on the real world case study in the city of Aveiro, Portugal. The present work uses a microscopic simulation platform of traffic (VISSIM), road safety (SSAM) and emissions (Vehicle Specific Power – VSP) to analyze traffic operations, road conflicts and to estimate carbon dioxide (CO2) and nitrogen oxide (NOX) emissions. Three-dimensional Pareto Fronts, which were expressed through traffic performance, road conflicts between motor vehicles and bicycles and emissions, were optimized using the fast Non-Dominated Genetic Algorithm (NSGA-II)