A veces uno va en carro por una vía principal, y se topa con una presa, piensa uno, seguro hay un choque o algo, pero luego nos damos cuenta de que ¡no hay nada! y piensa uno ¿De dónde esta presa?  Este fenómeno en la circulación de carros se conoce como “presa fantasma” y es algo que ocurre y tiene que ver con la densidad de carros, y con el hecho de que las personas no somos conductores perfectos. 

El flujo vehicular es un fenómeno bastante complicado. La formación de congestiones de tránsito es motivo de estudios desde hace muchos años y entender este fenómeno permite pensar en soluciones a la congestión vial.  En esta columna voy a mostrar, con un modelo simulado, cómo se forma una “presa fantasma” y qué implicaciones tiene en términos de planeamiento vial.  

Para crear la simulación necesitamos imitar el comportamiento de un conductor en una carretera.  Digamos que un conductor puede viajar a una velocidad constante, y si se acerca al carro de adelante, va a disminuir su velocidad e incluso frenar completamente si es necesario.  Circulamos sobre un carril, y para facilitar las cosas pensemos en una carretera circular de la siguiente manera,

Cada carro, en la simulación, se puede mover hacia adelante, o frenar, y cuando frena, se encienden las luces rojas,

Ahora sí, la dinámica de la simulación.  Pondremos a dos o más carros a circular en nuestra carretera circular.  Cada carro trata de mantener una velocidad constante, pero, como ya sabemos que pasa en humanos, a veces apretamos o soltamos el acelerador un poco. Cada carro está pendiente del carro de adelante y reduce la velocidad, frena o avanza dependiendo de qué tan cerca está de él.  En esta primera simulación pongamos dos carros,

Se ven los carros manteniendo más o menos la misma distancia entre ellos y la misma velocidad. Aunque esperemos un gran rato, es poco probable que los carros se encuentren, dado que ambos están monitoreando el carro de adelante, y si hay algún cambio de velocidad, hay suficiente espacio para que reaccionen. Como resultado ambos carros se mantienen circulando en forma ordenada.  Ahora, si aumentamos el número de carros en la misma vía o  mayor densidad de carros (12 carros en el mismo espacio), veamos lo que sucede,

Si esperamos un rato, se forma una presa.  Los carros comienzan a detenerse debido a que se acercan mucho al carro de adelante, y esto genera una reacción en cadena que hace que los siguientes carros tengan que ir frenando. Si ven las flechas, se genera una “ola” que viaja hacia atrás, se propaga y mantiene. Esa es precisamente una presa fantasma que se forma de manera espontánea.  Mientras más densidad de carros, más rápido se forma la presa. 

Esto no sucedería si los conductores manejaran a velocidad exactamente igual y con coordinación perfecta, como se ve en esta otra simulación,

¿La causa? Los conductores no podemos conducir de forma homogénea, nos cuesta sostener una velocidad de forma exacta, a veces nos movemos un poco más rápido, a veces un poco más lento. Con sólo una persona que maneje de forma irregular, y la suficiente densidad de carros, se forma esta presa fantasma.  Vean incluso este mismo experimento pero con carros reales en este video:

Esto también está relacionado con lo que se llama el “efecto mirón”, que son presas que suceden cuando los carros reducen la velocidad para ver algo, un accidente por ejemplo.  En la siguiente simulación, los carros van a la misma velocidad, sin variación, pero se detienen un instante cuando ven el carro verde accidentado,

Se genera una pequeña ola que luego se disipa, pero se va generando nuevamente a medida que los carros se detienen a mirar, esto hace que en promedio el carril vaya más lento.

Estos son solamente alguno de los tipos de presa que se pueden formar. El secreto del control de presas está en la reducción de la densidad de carros.  Diríamos, bueno, ¡construyamos más carreteras!, no es tan sencillo, de hecho esa ha sido la política en la mayoría de países en las últimas décadas.  La realidad es que más carreteras, generan una demanda inducida, es decir, inducen mayor cantidad de vehículos. Inicialmente parece funcionar, pero luego quedamos igual.  La solución es reducir la densidad de carros promoviendo modos alternativos de transporte, como bicicletas, transporte público y otros, pero de eso probablemente hablaré otro día.

Este tipo de modelos matemáticos forman parte de una estrategia de modelado que se llaman  “modelos basados en agentes”.  Tienen ese nombre porque el modelo trata de reproducir los “agentes” que son los carros, y su interacción con otros agentes y ambiente físico de manera explícita, se imita el fenómeno físico y humano dentro de la computadora.  Este tipo de modelos son comunes cuando la matemática es muy difícil de manejar de forma explícita, y donde hay propiedades emergentes (luego hablaré de eso) que no son fáciles de derivar.  Para personas interesadas, pueden revisar el código de las simulaciones… y bueno, si queremos soluciones viales, debemos entender el fenómeno de circulación, para construir alternativas reales.

Dr. Tomás de Camino Beck,

Director de la Escuela de Sistemas Inteligentes

Universidad Cenfotec