El estudio sistemático y especializado del transporte es una actividad relativamente joven, no obstante que, desde hace muchos años, varias reconocidas disciplinas científicas han dedicado una buena parte de sus esfuerzos a la solución de problemas de transporte y a elaborar planteamientos teóricos al respecto.

En este sentido, no se pueden ignorar los avances y aportaciones de la geografía, la economía, las matemáticas aplicadas, la física y la ingeniería, especialmente militar, civil y mecánica.

Sin embargo, aún subsiste una fuerte discusión sobre la naturaleza científica de los estudios del transporte. Los argumentos en contra se centran en el carácter aplicado del conocimiento y la supuesta ausencia de un “objeto de estudio” de la “ciencia del transporte”.

Con el propósito de aportar información sobre este tema, a continuación se presenta la traducción de un ensayo publicado recientemente en la prestigiada revista OR/MS Today (Operations Research/Management Science), cuyo autor es el Dr. Randolph Hall, mismo que es editor del “Manual de la Ciencia del Transporte” (Handbook of Transportation Science) publicado en 1999, por la editorial Kluwer Academic Publishers, de los Estados Unidos de América.

Por la naturaleza especializada de la revista donde se publicó, el ensayo está dirigido a lectores cuya actividad profesional se inscribe en la Investigación de Operaciones y por eso abunda en referencias y comentarios respecto a esta rama de las matemáticas aplicadas, lo cual no resta interés a sus observaciones y planteamientos.

El estudio del transporte se pavimenta con ciencia.

En investigación de operaciones no es extraño encontrar la palabra “ciencia”, antepuesta al nombre de alguna disciplina, como en los casos de “ciencia administrativa”, “ciencia de la manufactura” y “ciencia organizacional”. Cínicamente, esto se puede considerar como una astuta estrategia mercadotécnica, porque el término ciencia suele interpretarse como garantía de perfección, calidad y virtud. Sin embargo, tratar que la Investigación de Operaciones (IO) sea científica, ciertamente no es a lo que esta profesión se dedica del todo. De hecho, un buen profesional de la “ciencia administrativa” requiere de muchas habilidades y talentos, la mayoría de los cuales no tienen mucho que ver con ciencia.

Sin embargo, una fibra científica parece sostener efectivamente a la investigación de operaciones. Hace más de un siglo, en “Los Principios de la Ciencia”, Stanley Jevons, escribió:

“Todo el valor de la ciencia consiste en el poder que nos confiere al aplicar en un objeto, el conocimiento adquirido de otros objetos similares” [1].

Aspirando a hacer justamente esto – entender, diseñar y operar sistemas, de tal forma que se obtenga conocimiento de sistemas similares – nos comportamos científicamente.

La “Cadena de pensamiento” de la ciencia.

Las ideas de Jevons motivaron la edición del “Manual de la Ciencia del Transporte” (The Handbook of Transportation Science), recientemente publicado por la editorial Kluwer [2]. La premisa del libro es que el transporte puede ser definido como una disciplina científica que trasciende a su tecnología y métodos. Es decir, ya sea por automóvil, camión, avión – o quizás usando alguna modalidad aún no concebida – el transporte obedece a una serie de propiedades fundamentales. La ciencia del transporte define esas propiedades y demuestra cómo el conocimiento desarrollado sobre un modo de transporte, puede ser utilizado para explicar el comportamiento de otros.

Al igual que cualquiera de las ciencias naturales, la ciencia del transporte, como disciplina, surge de la curiosidad humana y el deseo de explicar el comportamiento del mundo que nos rodea. En palabras del famoso físico Max Planck:

El comienzo de cada acto de conocimiento y en consecuencia, el punto de partida de toda ciencia, debe estar en nuestra propia experiencia personal.... Ésta forma el primer y más sólido soporte del que sujetamos la “cadena de pensamiento” de la ciencia [3].

Este es el caso de la ciencia del transporte. Cuando miramos atrás, hacia las primeras publicaciones sobre la materia en los años 1950s y principios de los 1960s, lo primero que se observa es el deseo de explicar la dinámica del tránsito de vehículos en las carreteras. Entonces, y hoy, difícilmente existe una persona en la profesión que no considerara un viaje por la autopista como un experimento científico, buscando entender por qué el tránsito fluye tal como lo hace, cómo es que aparecen y desaparecen los “cuellos de botella” y qué es lo que causa la miríada de comportamientos observados en los conductores.

Los fenómenos del transporte.

Los científicos del transporte están motivados por el deseo de explicar las interacciones espaciales que resultan del movimiento de personas u objetos de un lugar a otro. La herencia de la ciencia del transporte incluye investigaciones realizadas en los campos de la geografía, economía y teoría de la localización. Sus metodologías derivan de la investigación de operaciones y las teorías de la probabilidad y el control. La ciencia del transporte es fundamentalmente una disciplina cuantitativa, que descansa en modelos matemáticos y algoritmos de optimización, para explicar los fenómenos de transporte.

La ciencia del transporte también deriva de las ciencias naturales, debido a que el transporte no sólo está presente en los sistemas construidos por el ser humano. El transporte ocurre de manera natural en la circulación de la sangre, en la migración de las aves, en la circulación de las hormigas, ríos y corrientes, en los flujos atmosféricos, la refracción de la luz, y en las manifestaciones territoriales de los animales. Mucho antes de que los humanos comenzaramos a inventar tecnologías para facilitar el transporte, el mundo era un lugar dinámico, con objetos y organismos en constante movimiento, no solamente obedeciendo las leyes de la física, sino también bajo principios de diseño de transporte inteligente. Muchos de los primeros investigadores del transporte fueron de hecho formados en las ciencias naturales y hábilmente combinaron conocimientos de los fenómenos naturales, como la termodinámica y la mecánica de los fluidos, con sus observaciones sobre el flujo de vehículos.

La ciencia del transporte reconoce que todas las modalidades de transporte tienen los mismos elementos esenciales – vehículos, vías y terminales – operando siempre bajo algún sistema de control. Los vehículos poseen recursos móviles que acompañan a las personas o embarques mientras viajan. Proveen la fuerza motriz y el espacio adecuado, para garantizar un viaje seguro y confortable. Las vías son recursos estáticos que definen rutas factibles de viaje y ofrecen la infraestructura física para sostener a los vehículos, a las personas y los embarques. Adicionalmente, las vías brindan seguridad al restringir los movimientos a las rutas definidas y proveer una superficie eficiente para el desplazamiento.

Por su parte, las terminales son recursos estáticos que se ubican en lugares estratégicamente definidos. Tienen la capacidad de ordenar a los vehículos, personas y embarques, entre las rutas de transporte que convergen en ellas. Finalmente el sistema de control comprende las reglas, regulaciones y algoritmos que determinan los movimientos y trayectorias dentro de los sistemas de transporte.

Evolución del transporte.

Hace muchos años (y actualmente todavía en muchísimas partes del planeta) el transporte se realizaba gracias a la fuerza motriz de los seres humanos, animales, o la propia naturaleza (i.e. viento, corrientes, gravedad), en vehículos simples (o incluso sin ellos), sobre vías que requerían poca construcción. Las terminales, si se les puede llamar así, fueron los mercados en pueblos y aldeas, estaciones de caravanas, o postas de viaje; el sistema de control residía en la mente de cada uno de los viajeros. En contraste, hoy la mayoría de los movimientos dependen de la propulsión mecánica, de vías y terminales construidas exprofeso, y de sistemas de control, en muchos casos computarizados. La tecnología de apoyo para proveer y manejar información, está sujeta también a un rápido cambio evolutivo, a través de compras por Internet, transmisión inalámbrica de datos, y computación móvil. En muchos aspectos, las diferencias son tan notables, que se podría decir que el transporte del siglo XXI tiene poco en común con sus predecesores.

Sin embargo, abundan las similitudes. Para cualquier modo de transporte, vehículos, vías, terminales y control son configurados para realizar varias funciones básicas comunes. Todos los modos ofrecen la capacidad de propulsar, frenar y dirigir. La mayoría (aún animales y humanos) ofrecen sistemas y procedimientos para almacenar energía, para ordenar personas y objetos en las terminales, para consolidar embarques en cargas más eficientes, y para albergar y proteger esos embarques mientras viajan de un lugar a otro. La forma en que cada modo de transporte realiza estas funciones puede ser única, pero las tareas básicas son las mismas [4].

Áreas de investigación del transporte.

La ciencia del transporte describe como se comportan personas y sistemas al tomar decisiones de transporte, pero también prescribe cómo deberían tomarse las decisiones con el propósito de optimizar un objetivo de transporte. De manera cotidiana los individuos se enfrentan a una plétora de posibles elecciones sobre transporte, algunas de las cuales son tomadas por hábitos arraigados y las circunstancias; pero otras, son resultado de un cuidadoso proceso de deliberación.

Al nivel más rutinario e inmediato, el comportamiento del conductor de un automóvil expresa un proceso continuo de decisiones, en el que se definen la rapidez y dirección instantánea del viaje. En el corto plazo, el comportamiento del usuario define decisiones sobre la ruta a seguir, el tiempo de viaje, y, en algún grado, la elección del destino y el modo de transporte. En el largo plazo, las decisiones se incluyen en el contexto más amplio de la planeación y organización de nuestras actividades. Dónde residimos, dónde trabajamos y cómo es que las actividades humanas se organizan al construir entornos (ciudades, pueblos, desarrollos residenciales, distritos de negocios, etc.), son ejemplos de decisiones humanas con consecuencias en el largo plazo. El comportamiento del usuario del transporte de manera colectiva, también constituye una de las principales áreas de investigación en la ciencia del transporte.

Otra rama de la ciencia del transporte se dedica al estudio del flujo de vehículos en sistemas viales. En este caso, la característica fundamental consiste en la interacción que ocurre entre las entidades fluentes, tanto a lo largo de la ruta como en los puntos donde las vías se intersectan, dividen o combinan. Al incrementarse la tasa de flujo, la velocidad tiende a disminuir, la densidad tiende a incrementar y la formación de filas puede ocurrir. Estos fenómenos han sido estudiados con gran profundidad en la literatura del flujo de tránsito, la cual es de naturaleza fundamentalmente descriptiva.

Por otro lado, las políticas de control en las redes de flujo de transporte, son esencialmente prescriptivas. Se utilizan para optimizar el movimiento de vehículos a lo largo de las vías. Estos sistemas pueden incluir elementos de control puntual, que regulan la trayectoria de vehículos individuales, sistemas de control por segmentos, que regulan grupos de vehículos que pasan a través de intersecciones o segmentos de la vialidad; o sistemas de control global, que regulan la entrada o salida de vehículos en toda la red.

El ruteo – optimización de la secuencia de arcos o enlaces seguidos por las entidades fluentes mientras se mueven de un nodo a otro de la red – también es un área prescriptiva de la ciencia del transporte. Las tres tareas básicas del ruteo son la asignación (determinar qué recursos realizan qué partes del trabajo), la secuenciación (el orden en el que el trabajo deberá ser completado) y la navegación (el camino seguido desde una asignación a la siguiente). Los métodos de ruteo son necesarios no sólo para los vehículos, sino también para todo tipo de recursos móviles, incluyendo contenedores, remolques y las tripulaciones que operan los vehículos. Administrar el flujo de recursos, respetando las restricciones de trabajo, es uno de los principales retos del ruteo de vehículos.

El diseño es otra área prescriptiva de la ciencia del transporte, incluyendo el diseño de las redes y la localización de la infraestructura. Existen ciertos patrones naturales de estructuración espacial de una red. En la mayoría de las redes de transporte que existen en la naturaleza se observa una estructura arbórea, como en los ríos, en los sistemas de circulación de fluidos vitales de animales y plantas, y en muchas redes de aprovisionamiento y distribución. Sin embargo, las redes de transporte construidas por los humanos, tienden en general hacia una estructura más densa, ofreciendo caminos redundantes, aunque es común adoptar una serie de patrones usuales, como las mallas ortogonales, los sistemas anular/radial, o el sistema hub-and-spoke (centro – rayo). El diseño de estas redes, para facilitar el movimiento eficiente de personas y embarques, constituye otro cuerpo de investigación de la ciencia del transporte.

¿Aplicación o teoría?

Quizás la más simple, pero confusa, forma de clasificar la investigación es colocándola dentro de una de las siguientes dos categorías: “aplicada” o “teórica”. En la IO, la investigación teórica inevitablemente parece comenzar con un conjunto de guías y suposiciones establecidas matemáticamente, para después probar teoremas que se derivan de ellas. En contraste, la investigación aplicada comienza con el establecimiento de un problema (presumiblemente representativo de una organización real) que se resuelve mediante la aplicación de algoritmos conocidos u otras técnicas matemáticas.

En la ciencia del transporte, también existen ejemplos de investigación teórica y aplicada. Buenas evidencias de la aplicabilidad de la investigación de operaciones y la ciencia administrativa al transporte, pueden verse en ediciones anteriores de la revista OR/MS Today; adicionalmente, en otras publicaciones del INFORMS (Institute for Operations Research and the Management Sciences) se puede encontrar una gran cantidad de teoremas relacionados con el transporte. No obstante lo anterior, de acuerdo con las definiciones simples de investigación teórica y aplicada, la mayoría de las investigaciones de transporte no pueden ser clasificadas estrictamente en ninguna de estas categorías. Mientras que se puede decir que el transporte es una aplicación por definición (puesto que ciertamente no es una abstracción), no se puede evitar el uso de teoría al aterrizar en el “mundo real”. La física, ciertamente, no es una “ciencia aplicada”, sin embargo es una aplicación de las matemáticas en el “mundo real”. Ser un investigador teórico del transporte, es tan natural como ser un físico teórico.

Una fortaleza de la ciencia del transporte es el status relativamente alto que en nuestra sociedad se le otorga a la investigación fundamentada empíricamente y a las teorías inducidas partiendo de datos obtenidos de fenómenos del mundo real (esto es, teorías sin teoremas demostrables). En este sentido, el transporte es diferente de algunas disciplinas de la IO, debido a que en estos casos “el problema” no siempre es la pieza central de la investigación. Los fenómenos de transporte pueden ser estudiados sin tener la meta de optimizar alguna función objetivo o sin la intención de mejorar las utilidades de una compañía privada.

Adicionalmente, en el caso del transporte los datos suelen estar más disponibles, en comparación con otros fenómenos estudiados por la IO. De hecho, el estudio de muchos fenómenos del transporte parte simplemente de la observación. Prácticamente todas las personas experimentan el transporte de manera cotidiana y, por ello, tienen la posibilidad de elaborar teorías sobre su comportamiento basadas empíricamente. Esto estimula, la “cadena de pensamiento de la ciencia” de Max Planck, a través de la experiencia personal.

Por otra parte, el transporte no requiere de un grado de precisión tan alto, como el que suele requerirse en algunas ramas de la IO. Las teorías son efectivamente examinadas y puestas a prueba, pero no tanto en el sentido estricto de una demostración matemática, además de que raramente se requiere que repliquen un fenómeno con total exactitud. Por otra parte, debe quedar claro que “demostraciones” y “exactitud total” no son demandas de la ciencia, sino demandas de las matemáticas. Como el filósofo Karl Popper estableció:

La ciencia nunca persigue el objetivo ilusorio de hacer sus respuestas definitivas, o aún probables. Su avance es más hacia el infinito, pero alcanzable, objetivo de ocasionalmente descubrir nuevos, más profundos y más generales problemas y de sujetar sus siempre tentativas respuestas a las siempre renovadas y siempre más rigurosas pruebas [5].

El transporte ofrece un ejemplo de cómo la IO puede ser utilizada para construir un cuerpo perdurable de conocimiento científico, centrado en fenómenos del mundo real. Por tanto, no deberá ser sorpresa que el transporte sea también una de las más fértiles áreas de aplicación de la investigación de operaciones. Es nuestra comprensión fundamental del transporte, mediante la investigación científica, lo que nos ha permitido hacer mejor el transporte. Este es el compromiso de la investigación de operaciones.

Referencias.

1.      JEVONS, W.S., 1958, “The Principles of Science” Dover Publishing, New York, p. 1.

2.      HALL, R.W. (editor), 1999, “Handbook of Transportation Science”, Kluwer Academic Publishers, Norwell, Mass.

3.      PLANCK, M., 1932, “Where is Science Going”, W.W. Norton and Company, New York, p. 66.

4.      HALL, R.W., 1995, “The architecture of transportation systems”, Transportation Research, C, 3, pp. 129 – 142.

5.      POPPER, K.R., 1959, “The Logic of Scientific Discovery”, Basic Books, New York, p.281.

* Traducción del ensayo publicado en el Número 4 del Volumen 27, correspondiente a agosto del 2000, de la revista OR/MS Today (Operations Research/Management Science), escrito por el Dr. Randolph Hall, quien también es el compilador y coautor del “Handbook of Transportation Science” (Manual de la ciencia del transporte) publicado en 1999, por la editorial Kluwer Academic Publishers.

Oscar Armando Rico Galeana, Investigador del IMT.