Los Costes de la Congestión Urbana. Estimación de Cambios en el Bienestar Derivados de la Implementación de un Cobro por Congestión

El objetivo de esta ponencia es la optimización del valor de una tarifa de congestión dentro un análisis de coste/beneficio (CBA), cuyo objetivo principal es maximizar una función objetivo compuesta por diferentes indicadores de un sistema de transporte, dentro de una zona de estudio. El proceso de optimización se realiza con el apoyo de un modelo de usos del suelo y transporte, adaptado y calibrado para la Comunidad de Madrid. El peaje se aplica a los usuarios del coche que tengan como destino el centro del municipio de Madrid (almendra). Los flujos, costes y tiempos de viaje (según cada escenario), se estiman con un modelo de usos del suelo y transporte (LUTI, Land Use and Transport Integrated), lo que permite, por medio del desarrollo de un modelo de optimización, calcular los cambios de una función objetivo, según el valor de la nueva tarifa. Cuatro costes principales son identificados, clasificados de la siguiente manera: los cambios en los costes de los usuarios (tasas, ahorros de tiempo y costes de operación), beneficio de los operadores, el valor de las externalidades (emisión de gases de efecto invernadero, contaminantes y accidentes) y la recaudación por impuestos de los combustibles. Una vez realizado el análisis, se ha encontrado una tarifa óptima para el peaje de ingreso a la almendra de 1.15 € en la hora punta. Esta tarifa maximiza la función objetivo planteada. Este cobro adicional hace que se presente un cambio modal del coche hacia el transporte público de un 2% aproximadamente, mientras que el resto de viajeros, prefiere cambiar su destino habitual, por otras zonas más alejadas del centro, reduciendo entre otras cosas las emisiones en el centro de Madrid

Impacts of fuel consumption taxes on mobility patterns and CO2 emissions using a system dynamic approach

Current transport behaviour leads to increasing congestion of the infrastructure, growing dependence on fossil fuels, increasing energy demand, and growing CO2 emissions. Policies based principally on increasing system speed and in particular car speeds will lead to greater urban sprawl with increases in average trip lengths. Time saved by speed increases are traded for more distance. This trend is not sustainable in the longer term. Transport policies based just on time savings for citizens may not be the basis for our city planning strategy. The same happens with transport cost. With underpriced transport, the market undervalues land use location, which again may lead city to sprawl and could induce greater trip lengths. In this study, the efficiency of a fuel consumption or CO2 tax policy is analysed as a policy to internalise externalities of transport in a fair travel cost. Based on system dynamics theory, an integrated land use and transport model is proposed in order to assess the effects and impacts of such policy in the short, medium and long term. Different scenarios related to clean vehicles are incorporated. This model is applied to three cities Madrid, Vienna and Leeds and compares their results

Optimización dinámica de estrategias de movilidad sostenible en áreas metropolitanas

En los últimos años ha habido un debate a nivel europeo referente a la interacción entre la demanda de viajes y el entorno urbano. La alta dependencia y el uso intensivo del coche en las zonas urbanas son vistos con preocupación creciente ya que están conduciendo los sistemas de transporte hacia escenarios insostenibles. Estos escenarios hacen que la planificación a largo plazo tenga una gran relevancia para tratar de invertir esta tendencia. Para poder alcanzar escenarios urbanos sostenibles, debe existir una planificación integrada que se base en el desarrollo de estrategias que busquen maximizar sus efectos positivos combinados (sinergias) y mitigar los negativos (superación de barreras). Esta Tesis Doctoral se enmarca en este contexto proponiendo un nuevo método que sirva de apoyo al proceso de planificación y toma de decisiones a largo plazo, con el fin de alcanzar escenarios de movilidad sostenible. En el proceso de planificación integrada del transporte se plantean problemas difíciles que requieren frecuentemente la aplicación de técnicas matemáticas complejas. Frente a una aproximación tradicional, donde se aborda el problema desde una perspectiva estática y a corto plazo, se quiere aprovechar las ventajas que brinda la combinación de un modelo dinámico de usos del suelo y transporte (LUTI) y una rutina de optimización a lo largo del tiempo. El hilo conductor de esta investigación se basa en el desarrollo e integración de dichos subsistemas que, aunque aplicados a escenarios distintos, conservan una entidad propia y podrían ser utilizados en diversos ámbitos. Para la optimización de un problema existen varios algoritmos según la forma de la función objetivo, el conocimiento derivativo, la capacidad de cómputo y los requisitos para la tasa de convergencia, entre otros. En este caso, las funciones a optimizar no son explícitas, ya que las medidas pueden variar, lo que hace que el método sea flexible y permita adecuarse a necesidades específicas. Después de haber realizado una revisión de métodos de optimización que se adecuen a esta problemática concreta y teniendo en cuenta la complejidad de las relaciones y ciclos causales del modelo LUTI utilizado (que en la mayor parte de los casos no son relaciones lineales) y una función objetivo compleja, cuya composición hace prácticamente imposible obtener derivadas (involucra un grupo de estrategias variadas), se ha escogido como algoritmo de optimización el método modificado de Powell, el cual es considerado como el más adecuado para este tipo de problemas. La investigación ha desarrollado y comparado dos enfoques distintos para el diseño, la evaluación y la optimización de medidas de transporte urbano a nivel estratégico. El primer enfoque se ha basado en un análisis coste-beneficio (CBA) dinámico, aplicando valores monetarios a los diferentes componentes de la sostenibilidad: eficiencia, equidad y medio ambiente. Con esta evaluación se pretende maximizar el bienestar social según una función objetivo previamente definida El segundo enfoque utiliza los mismos criterios de sostenibilidad y está definido por una función multicriterio (MCA), donde se pretende satisfacer el desarrollo sostenible de un sistema de transporte urbano, estableciendo prioridades según las percepciones de un panel de expertos locales. Finalmente, como un enfoque alternativo, se presenta un análisis de la eficiencia económica de políticas de transporte que implican el recaudo de nuevos ingresos. En conclusión, el resultado general de esta investigación es una propuesta de un método de evaluación estratégica que permite la optimización de servicios de transporte urbano, mediante la definición de escenarios de oferta, de movilidad, de medio ambiente y consumo energético, a largo plazo. Este desarrollo ha sido aplicado en un caso de estudio a la Comunidad de Madrid, junto con el modelo LUTI estratégico y la rutina de optimización integrada y automatizada. Los escenarios estudiados en el caso práctico muestran evidencias de diferentes tipos de sinergias y en diferentes proporciones, lo cual ha permitido estudiar el comportamiento general y los impactos de diferentes grupos de medidas actuando en conjunto sobre un sistema dinámico y complejo, como lo es una zona urbana. Abstract iii ABSTRACT In the last few years there has been a debate on the interaction between travel demand and urban environment. The high dependence and intensive car usage in urban zones are a growing concern because they are switching the transport systems to unsustainable scenarios. These scenarios make the long-term planning relevant to reverse this trend. To be able to reach sustainable urban scenarios, it should exist an integrated planning based on the development of strategies that look to maximize their positive combined effects (synergies) and to mitigate the negative ones (political and financial barriers). This doctoral thesis is proposing a new method that can support the process of long-term planning and decision making in order to reach scenarios of sustainable mobility. While working on transport integrated planning, some difficulties arise that required a frequent application of complex math techniques. Facing a traditional approach, which the problem is considered from a static and short-term perspective, we would like to take the advantages from the combination of a dynamic model of land use and transport interaction (LUTI) and an optimization routine along the time. The line of research is based on the development and integration of the mentioned subsystems which, even though applied to different scenarios, keep a self identity and could be used in diverse fields. To obtain the optimization of a certain problem, there are many algorithms according to the objective function, the derivative information, the calculation capacity and the convergence rate requirements, among others. In this case, the functions to be optimized are not explicit because the measures could vary, which makes the method flexible and able to adapt itself to specific needs. Revising the adequate optimization methods for this concrete situation and taking into account the complexity of the relations and causal cycles of the used LUTI model and a complex objective function, which composition makes practically impossible to obtain derivatives, the modified Powell method has been chosen as the optimization algorithm. This method is considered as the most adequate for these types of problems. The investigation has developed and compared two different approaches for designing, assessing and optimizing the urban transport policies to a strategic level. The firs approach is based on a dynamic cost-benefit analysis (CBA), applying monetary values to the different components of sustainability: efficiency, equity and environment. This evaluation pretends to maximize social welfare according to an objective function previously defined. The second approach uses the same criteria of sustainability and it is defined by a multi criteria function (MCA). This perspective moves toward satisfying sustainable development of an urban transport system by establishing priorities according to the perceptions of local planners and decision makers. Finally, as an alternative approach, it is shown an analysis of economic efficiency of transport policy that implies the collection of new income. In conclusion, the general result of this research is a proposal of a strategic assessment method that allows the optimization of urban transport services by defining the long-term scenarios of supply, mobility, environment and energy consumption. This method has been applied in a study case in Comunidad de Madrid, together with LUTI strategic model and the routine of the integrated and automated optimization. The analyzed scenarios in this practical case show different types of synergies in diverse proportions. These demonstrations allow us to study the general behaviour and the impact of various measures by combining a complex and dynamic system, such as an urban area

Impacto del cobro de impuestos a los combustibles sobre la movilidad y las emisiones de CO2

Debido a la gran complejidad que existe en la interacción de los sistemas de transporte con los usos del suelo y la localización de actividades, es importante analizar de la mejor manera posible los problemas de las ciudades y ver, a largo plazo, el impacto de las estrategias implementadas. Por esta razón, es necesario contar con herramientas útiles para evaluar las políticas e inversiones, ya que en la mayoría de las veces no es posible contar con estudios detallados de transporte, que implican una toma de grandes y costosos volúmenes de información, lo que hace del proceso una tarea lenta y sin tener la seguridad que este nivel de detalle servirá para una planeación efectiva. Esta situación dio paso el desarrollo de modelos estratégicos, los cuales trabajan con un nivel de agregación alto, con una zonificación relativamente pequeña, razón por la cual no es necesario un nivel de información muy detallado. Un modelo de este tipo está en capacidad de evaluar estrategias con mucha más rapidez que los modelos clásicos y además, tienen en cuenta sus efectos a largo plazo. Así, los modelos estratégicos de transporte y usos del suelo permiten analizar gran variedad de alternativas, para así posteriormente profundizar en las medidas puntuales requeridas. Una parte de estos modelos estratégicos, son los modelos construidos con ayuda de los sistemas dinámicos (ver numeral 6). Estos se refieren al conjunto de interrelaciones que se producen en toda el área urbana o regional, tanto en el desarrollo de las actividades inherentes con el desarrollo de la ciudad, como a sus sistemas de transporte. Los sistemas dinámicos sirven para entender cómo evolucionan los procesos de la naturaleza, en este caso una zona urbana. Un sistema dinámico es aquel donde las actividades predominantes del sistema provocan cambios en los atributos de las entidades del mismo. Cuando se modela matemáticamente un sistema, las variables del modelo que representan los atributos se controlan mediante funciones continuas. De manera general, en los sistemas dinámicos las relaciones describen las tasas a que cambian los atributos, de manera que el modelo está formado por ecuaciones diferenciales. Una explicación acerca de la dinámica de sistemas puede verse un poco más en detalles en el Anexo I. Por las razones descritas anteriormente, el objetivo principal de esta comunicación es analizar cómo influye una política de impuestos sobre la energía en el ámbito del transporte bajo esta perspectiva. Si está asumido que mayores velocidades permiten a las personas recorrer mayores distancias para satisfacer sus necesidades dentro de sus condicionantes de tiempo y coste y por tanto una dispersión, indirectamente también se asume que el incremento del coste del desplazamiento puede producir un efecto gravitatorio que compacte las ciudades en subcentros de actividades. Para ello se plantearán diferentes escenarios tecnológicos e impositivos a evaluar simulando sus efectos en un modelo de usos del suelo y transporte bajo un entorno de Sistemas Dinámicos. Se aplicará un modelo dinámico a la Comunidad de Madrid, comparándose los resultados obtenidos y la importancia del efecto regional sobre una misma política de transporte. El modelo utilizado como herramienta en esta comunicación para medir los diferentes impactos, es conocido como MARS (Pfaffenbichler 2003) “Metropolitan Activity Relocation Simulator” y este documento también se enfocará en describir el proceso de su implementación en la Comunidad de Madrid, así como su desarrollo y calibración

Dispersión urbana. Estudio de la comunidad de Madrid por corredores y su dependencia del centro

Analizando la evolución de la movilidad de la Comunidad de Madrid bajo un contexto de un sistema equilibrado enfocado a la reducción de costes totales de transporte y escenarios más eficientes, es decir, hacia una movilidad más sostenible, se tiene que el gran aumento de la motorización y la dependencia del coche, no contribuyen a este objetivo. Entre 1996 y 2004 la movilidad en Madrid ha aumentado casi en un 40%, debido principalmente al crecimiento de la población, pero también a que las personas cada vez viajan más. Generalmente, los desplazamientos realizados en la Comunidad de Madrid presentaban una alta dependencia con la zona central del municipio. Sin embargo, esta tendencia dependiente del centro poco a poco ha venido mostrando un cambio y ahora muestra una inclinación a darle una mayor importancia a los movimientos transversales. De esta manera, la nueva tendencia de la movilidad en Madrid es dejar a un lado el concepto de ciudad monocéntrica ya que progresivamente se vienen desarrollado importantes núcleos atractores de viajes fuera del Municipio de Madrid y cerca de importantes infraestructuras viales de transporte. Esta comunicación presenta el análisis de los resultados desde el punto de vista de movilidad y equilibrio territorial que esta dispersión y descentralización de las principales actividades de la ciudad genera. El análisis se ha llevado a cabo bajo una estructura sectorial por corredores como ejes principales de movilidad de la Comunidad sobre los que se han caracterizado la movilidad y el territorio de cara a discernir si esta evolución conduce a escenarios autosuficientes de concentración policéntrica o si por el contrario a escenarios mucho más difusos de dispersión urbana

Análisis de impactos en la tarifa de cobro por congestión en Madrid utilizando la dinámica de sistemas

Madrid, desde hace unos años tiene implementado un sistema de cobro por estacionamiento en su centro urbano (almendra central). Esta medida ha tenido gran influencia sobre el aparcamiento ordenado dentro de esta área. Su influencia sobre la demanda vehicular también ha sido notable pero quizás insuficiente desde el punto de vista medioambiental y de congestión. Con base en esta situación inicial, y utilizando un modelo de usos del suelo y transporte basado en sistemas dinámicos, se pretende realizar un análisis del impacto que tendría la implementación de nuevas estrategias de gestión de la demanda como por ejemplo el cobro de una tarifa por congestión o contaminación (peaje) por ingresar al centro de la ciudad, un aumento en el precio del estacionamiento en combinación con la medida anterior. Estas estrategias darán como resultado distintos escenarios que podrán compararse. Este estudio tiene como objetivo principal estimar a medio y largo plazo el impacto sobre la movilidad y el cambio en los usos del suelo que el cobro de una tarifa adicional a la del estacionamiento regulado (o una combinación de ambos) tiene sobre la zona central de la ciudad y de la región en general. Como primera medida, se modeló y optimizó una tarifa para el valor a implementar en el peaje de acuerdo con unos objetivos fijados previamente como son la reducción de emisiones de CO2 y del uso del vehículo privado dentro de la zona de estudio. Adicionalmente, se realizó un análisis multivariable de sensibilidad sobre las políticas implementadas y su variación en el precio. En este análisis de sensibilidad, se desarrolla un proceso de modificar las hipótesis de los valores de las tarifas en el modelo y examinar la variabilidad de los resultados

Integration of congestion pricing and intertemporal preferences rate integration in social welfare function

Many researchers have used theoretical or empirical measures to assess social benefits in transport policy implementation. However, few have measured social benefits by using discount rates, including the intertemporal preference rate of users, the private investment discount rate, and the intertemporal preference rate of the government. In general, the social discount rate used is the same for all social actors. This paper aims to assess a new method by integrating different types of discount rates belonging to different social actors to measure the real benefits of each actor in the short term, medium term, and long term. A dynamic simulation is provided by a strategic land use and transport interaction model. The method was tested by optimizing a cordon toll scheme in Madrid, Spain. Socioeconomic efficiency and environmental criteria were considered. On the basis of the modified social welfare function, the effects on the measure of social benefits were estimated and compared with the classical welfare function measures. The results show that the use of more suitable discount rates for each social actor had an effect on the selection and definition of optimal strategy of congestion pricing. The usefulness of the measure of congestion toll declines more quickly over time. This result could be the key to understanding the relationship between transport system policies and the distribution of social actors? benefits in a metropolitan context

Exploring users inter-temporal preferences for measuring transport social equity effects

There exist different ways for defining a welfare function. Traditionally, welfare economic theory foundation is based on the Net Present Value (NPV) calculation where the time dependent preferences of considered agents are taken into account. However, the time preferences, remains a controversial subject. Currently, the traditional approach employs a unique discount rate for various agents. Nevertheless, this way of discounting appears inconsistent with sustainable development. New research work suggests that the discount rate may not be a homogeneous value. The discount rates may change following the individual’s preferences. A significant body of evidence suggests that people do not behave following a constant discount rate. In fact, UK Government has quickly recognized the power of the arguments for time-varying rates, as it has done in its official guidance to Ministries on the appraisal of investments and policies. Other authors deal with not just time preference but with uncertainty about future income (precautionary saving). In a situation in which economic growth rates are similar across time periods, the rationale for declining social optimal discount rates is driven by the preferences of the individuals in the economy, rather than expectations of growth. However, these approaches have been mainly focused on long-term policies where intergenerational risks may appear. The traditional cost-benefit analysis (CBA) uses a unique discount rate derived from market interest rates or investment rates of return for discounting the costs and benefits of all social agents included in the CBA. However, recent literature showed that a more adequate measure of social benefit is possible by using different discount rates including inter-temporal preferences rate of users, private investment discount rate and intertemporal preferences rate of government. Actually, the costs of opportunity may differ amongst individuals, firms, governments, or society in general, as do the returns on savings. In general, the firms or operators require an investment rate linked to the current return on savings, while the discount rate of consumers-users depends on their time preferences with respect of the current and the future consumption, as well as society can take into account the intergenerational well-being, adopting a lower discount rate for today’s generation. Time discount rate of social actors (users, operators, government and society) places a lower value in a future gain, but the uncertainty about future income strongly determines the individual preferences. These time and uncertainty depends on preferences and should be integrated into a transport policy formulation that may have significant social impacts. The discount rate of a user cannot be the same than the operator’s discount rate. The preferences of both are different. In addition, another school of thought suggests that people, such as a social group, may have different attitudes towards future costs and benefits. Particularly, the users have different discount rates related to their income. Some research work tried to modify user discount rates using a compensating weight which represents the inverse of household income level. The inter-temporal preferences are a proxy of the willingness to pay during the time. Its consideration is important in order to make acceptable or not a policy or investmen

Integración de estrategias de transporte urbanas: evidencia de sinergias

En el presente trabajo se estudian las potenciales sinergias que podrían producirse al combinar diferentes medidas en un plan de movilidad sostenible. Esto permite maximizar la utilidad de las actuaciones programadas y optimizar el diseño de las estrategias para alcanzar un objetivo concreto de movilidad. Para ello se propone un método de evaluación que integra un modelo dinámico de usos del suelo y transporte que simula escenarios a largo plazo, un mecanismo de evaluación de escenarios que mide la utilidad de las actuaciones a implementar y un módulo de optimización que permite diseñar las actuaciones de tal forma que maximice una función de utilidad previamente definida

Análisis de las tasas sobre emisiones de CO2 en el sector del transporte como medida de alcanzar escenarios sostenibles

En la reciente comunicación del “Libro Verde, Hacia una nueva cultura de la movilidad urbana” claramente se especifica que las ciudades europeas son todas diferentes, pero sin embargo se enfrentan a retos afines tratando de encontrar soluciones similares para hacer nuestras ciudades más sostenibles (COM (2007) 551). . Esto no es una tarea menor cuando en Europa más del 60% de la población vive en áreas urbanas y son responsables del 85% del PIB (COM (2007) 551, Eurostat). A lo largo de toda Europa el incremento del tráfico rodado es un fenómeno común. Estas circunstancias crean una situación adversa en la que las externalidades creadas (congestiones, polución, estrés, inequidades sociales, etc.) conducen a las ciudades en una espiral de degradación. Al mismo tiempo, el cambio climático es reconocido como un problema. En el Protocolo de Kioto, los estados miembros acordaron compromisos importantes de reducción de su capacidad emisora de los gases de efecto invernadero. Bajo este objetivo, diversas políticas se han llevado a cabo de muy diversa índole, ya sea como respuesta a Directivas Europeas o a iniciativas individuales. La sensibilidad hacia entornos urbanos más “verdes” está creciendo, y el transporte está en la agenda de todos, tanto a nivel nacional como local. El interés por la formulación de políticas de movilidad sostenible está creciendo de manera considerable. Algunas de las políticas quedan englobados bajo el título de políticas de gestión de la demanda (TDM), Políticas como las impositivas sobre el combustible caerían también bajo dentro de este concepto. Si bien las implicaciones de este tipo de políticas parece claro que pueden influir sobre la elección modal, principalmente a corto plazo, la efectividad de la medida crece principalmente a largo plazo en el momento en que existan escenarios de mayor eficiencia tecnológica o se tenga en cuanto su implicación sobre las dinámicas urbanas de localización e interacción entre actividades. La política de implementar impuestos a los combustibles inicialmente no se concibió con fines ambientales, aunque sus consecuencias claramente si lo son. Históricamente, las externalidades han jugado un papel pequeño como motivación para los impuestos a los combustibles Parry and Small (2005)). Sin embargo, en la actualidad esta política puede jugar un papel mucho más relevante en la configuración de las políticas de movilidad sostenible, pese a posibles barreras políticas o electoralistas que pueden existir (Hammar et al. (2004)). El objetivo de esta comunicación es analizar como una política de impuestos sobre la energía en el ámbito del transporte bajo esta perspectiva. Si está asumido que mayores velocidades permiten a las personas recorrer mayores distancias para satisfacer sus necesidades dentro de sus condicionantes de tiempo y coste, y por tanto una dispersión, indirectamente también se asume que el incremento del coste del desplazamiento puede producir un efecto gravitatorio que compacte las ciudades en subcentros de actividades. Para ello se plantearán diferentes escenarios tecnológicos e impositivos a evaluar simulando sus efectos en un modelo de usos del suelo y transporte bajo un entorno de Sistemas Dinámicos,. Se aplicará este modelo a las ciudades de Madrid, Viena y Leeds comparándose los resultados obtenidos y la importancia del efecto regional sobre una misma política de transporte