Científicos japoneses han descrito el flujo de personas en zonas urbanas en diferentes momentos del día utilizando la representación de circuitos eléctricos, en los que cada persona se convierte en una partícula cargada.
A partir de los datos de GPS de los teléfonos móviles, calcularon las corrientes eléctricas y las resistencias del entorno urbano, la mínima de las cuales caía en las arterias de transporte.
El nuevo modelo ayudará a predecir mejor los flujos humanos, por ejemplo, en caso de varios accidentes en las carreteras. Los resultados de esta investigación se publican en Scientific Reports.
Como el agua de un río
Las personas que se dedican a sus negocios a menudo se encuentran inmersas en sus pensamientos o en la música de los auriculares, por lo que no reaccionan reflexivamente al mundo que los rodea: cambios en el entorno, el enfoque de otras personas, etc.
Esto hace que el comportamiento del flujo de personas sea predecible en promedio, ya que en esos momentos las personas parecen objetos físicos que se propagan en el espacio bajo la influencia de algunas fuerzas.
Los intentos de aplicar modelos físicos al problema de la dinámica de los peatones han alcanzado un nuevo nivel gracias al acceso de los investigadores a conjuntos de datos anónimos sobre el movimiento de personas recopilados por los servicios de GPS.
La investigación difiere, dependiendo de la escala de los movimientos. Así, los modelos de gravedad se utilizan para describir la migración entre ciudades o movimientos humanos en distancias cortas, mientras que el flujo de personas entre áreas urbanas resulta ser similar al flujo de agua en un río.
Igual que las redes eléctricas
Misako Takayasu, del Instituto de Tecnología de Tokio, y sus colegas, demostraron que el movimiento de personas en un entorno urbano puede describirse mediante las mismas leyes que describen la corriente eléctrica en redes distribuidas.
Los científicos no solo demostraron que el modelo construido describe bien las propiedades de transporte del entorno urbano y que puede usarse para simular situaciones de emergencia, sino que también comprobaron que los flujos humanos muestran las mismas características de disipación de fluctuación que la corriente térmica real.
Los datos de GPS utilizados por los científicos fueron proporcionados por la empresa japonesa Agoop y contenían información sobre la ubicación de aproximadamente un cuarto de millón de teléfonos inteligentes en Japón durante 2015.
Partículas cargadas
Estos datos incluían identificador, tiempo, posición y velocidad, registrados a intervalos de 30 minutos desde las cinco de la mañana hasta la medianoche. Se analizó el movimiento de personas para el área metropolitana de Tokio, así como para Osaka y Nagoya.
El modelo físico utilizado por los autores señaló que las personas eran partículas con carga positiva que se desplazan por los espacios urbanos, principalmente a lo largo de carreteras y vías férreas.
La frecuencia con la que las personas eligen uno u otro camino se caracteriza por su resistencia, y las áreas del mapa que sirven como fuente y receptora de los flujos humanos se dan en forma de potenciales positivos y negativos.
Cuadrículas imaginarias
Para implementar este modelo, los científicos dividieron el territorio en una cuadrícula cuadrada con un área de 500 metros (el área fue determinado por la precisión de la localización GPS).
En cada celda de la cuadrícula, los investigadores calcularon la densidad de personas, así como sus velocidades, sobre la base de lo cual formaron una matriz bidimensional de corrientes entre los límites de las celdas.
En el siguiente paso, los científicos calcularon la resistencia de estos límites. Para ello, utilizaron la segunda regla de Kirchhoff, que establece que la suma algebraica de voltajes en un circuito cerrado es igual a la suma de todos los EMF presentes en el circuito. Los EMF son líneas invisibles de fuerza creadas siempre que la electricidad es generada o usada.
Sistema de ecuaciones
Como circuitos, eligieron circuitos elementales formados por cuatro celdas adyacentes, que permitían reemplazar la suma de voltajes con su circulación a través de un rotor discreto. Esto formó un enorme sistema de ecuaciones que relacionaba resistencias desconocidas con potenciales desconocidos a través de corrientes conocidas.
En horas de la mañana, cuando mucha gente se apresura a trabajar, el centro de la ciudad era un área de potencial eléctrico negativo y los suburbios eran positivos. Por la noche, la polaridad del campo cambió de lugar y, a la hora del almuerzo, la superficie potencial permaneció casi perfectamente plana.
Los autores también investigaron cómo el ruido de estas velocidades depende de la conductividad del sitio. Vieron que esta dependencia era lineal y muy similar a las relaciones de fluctuación-disipación para resistencias en equilibrio térmico sin corriente media, descritas como Ruido de Johnson-Nyquist, que se genera por la agitación térmica de los portadores de carga.
Fuente LEVANTE