Tesis
Modelo microscópico del movimiento peatonal basado en autómatas celulares y sistemas multiagentes
Fecha
2016-09-19Autor
Vega Hernández, Julio Emmanuel
Institución
Resumen
La simulación de la movilidad peatonal es utilizada para apoyar el diseño y análisis de
infraestructura urbana. El componente principal de cualquier simulación es el modelo que describe
las características del fenómeno analizado.
Un modelo microscópico que describe el comportamiento peatonal en un espacio de dos
dimensiones basado en la teoría de los autómatas celulares y sistemas multiagente se presenta en
esta tesis. El concepto del terreno inteligente por capas de la industria de los videojuegos es
retomado, así como los conceptos de los efectos del comportamiento interactivo de peatones:
seguimiento, evasión y rechazo.
En la simulación, un agente representa un peatón con características físicas homogéneas. Los
agentes se mueven a través de un espacio discreto formado por una malla de células hexagonales,
cada una de las cuales puede contener solo un agente al mismo tiempo. La duración de la
simulación se discretiza en seis intervalos de tiempo por segundo. Un agente guía su movimiento
siguiendo un campo de navegación numérico que apunta al camino más corto hacia su destino.
Cuando un agente avanza o se detiene, modifica a un grupo de células cercanas, dejando un rastro
numérico usado por agentes cercanos para seguir o rechazar a otros compañeros y para evitar zonas
congestionadas. La manera en que estos rastros son procesados sumados a la forma de las células de
la malla provee un enfoque diferente en comparación con propuestas previas que consideran células
cuadradas y que tienen que consultar cada una de ellas para modificar los rastros de los agentes.
El modelo es validado usando 17 conjuntos de datos reales de flujo unidireccional peatonal. Cada
conjunto de datos ha sido extraído de escenarios bajo condiciones de laboratorio llevados a cabo
con hasta 400 personas caminando a través de un corredor con diferentes configuraciones de su
ancho, la amplitud de las puertas de entrada y la amplitud de las puertas de salida. Cada conjunto de
datos contiene las coordenadas de las trayectorias peatonales. Los escenarios fueron replicados y
simulados usando el modelo propuesto, obteniendo 17 conjuntos de datos simulados. Una
metodología de medición basada en diagramas de Voronoi fue usada para medir la rapidez,
densidad y flujo específico de los peatones, con la finalidad de construir una gráfica de series de
tiempo y mapas de calor para cada uno de los conjuntos de datos reales y simulados.
En promedio los conjuntos de datos simulados son similares en un 82 % en densidad y un 62 % en
rapidez, con respecto a los conjuntos de datos reales. Se observó que en los conjuntos de datos
simulados no fue replicada la relación entre rapidez y densidad. Sin embargo, se verificó que el
modelo reproduce patrones de seguimiento y formación de líneas entre peatones, así como la
evasión de zonas congestionadas en favor de áreas con una menor densidad de peatones. Así
mismo, un plug-in fue desarrollado para la herramienta QGIS con el propósito de medir y
representar la rapidez, densidad y flujo como mapas de calor. Finalmente, se desarrolló un panel de
control para modificar los parámetros y atributos del modelo y una aplicación web-mapping para
visualizar las trayectorias y el comportamiento de los peatones durante un escenario de simulación.