Desarrollo de un modelo de optimización para la gestión de atraques y esperas de buques de pasaje durante la OPE

26 octubre, 2020

Resumen:

Uno de los principales datos que se utiliza como referencia en la planificación y gestión de las operaciones portuarias es el Estimated Time of Arrival (ETA) y el Estimated Time of Departure (ETD), cuya comunicación y actualización es responsabilidad del consignatario del buque. No obstante, tras la solicitud de la escala, los datos de tiempos estimados suelen permanecer estáticos y no se actualizan a pesar de que surgen diversos cambios, retrasos e incidencias, dificultándose la gestión operativa del día a día y no siendo capaces de adelantarse a los retrasos o demoras.

Para el caso particular del tráfico de pasajeros (ferry/RoPax) en el Estrecho de Gibraltar, la gestión operativa es aún más compleja debido a que un retraso en una rotación puede acabar afectando al resto de escalas del día. Resultando más complejo, si cabe, durante la Operación Paso del Estrecho (OPE) donde operan unos 14 buques de 5 navieras distintas en 5 puestos de atraque en la Dársena Galera.

Ante esta situación operativa, este proyecto piloto se desarrolló con el objetivo de (1) disponer de datos actualizados en tiempo real sobre la posición de los buques, (2) disponer de predicciones o estimaciones actualizadas de llegada y salida de puerto (ETA, ETD) y (3) disponer de un modelo de optimización que tenga en cuenta el retraso global del conjunto de buques que operan de forma dependiente, para poder replanificar la operativa (cambio de horario, asignación de atraque, saltos de escala, etc.) y asegurar una excelente calidad del servicio a los usuarios finales.

Para ello, se desarrolló el prototipo de un sistema experto y predictivo, que actuaría como asistente a la toma de decisiones relativas a la de gestión de atraques para los buques ferry/RoPax asociados al tráfico de pasajeros. Dicho sistema experto está compuesto de las siguientes componentes:

• Modelo predictivo para la estimación del tiempo de llegada a puerto.

El modelo predictivo tiene como objetivo estimar el tiempo de llegada a puerto de los buques Ferry/RoPax que tienen una escala programada en las próximas horas en el Puerto de Algeciras.

Para ello se han tenido en cuenta las siguientes variables: posición actual a través de los datos AIS, retrasos producidos en rotaciones previas, patrones de comportamiento históricos por buque y/o naviera, hora/día de la semana, operación salida/retorno, condiciones meteorológicas (viento y oleaje) o incluso la afectación del calendario de festivos o la exención de practicaje.

• Modelo de optimización matemática para la gestión de atraques y espera de buques a su llegada a puerto.

El modelo de optimización matemática (programación lineal) que se ha desarrollado permite replanificar la asignación de atraques a lo largo del día según vayan transcurriendo las escalas de buques. Dicho modelo de optimización se basa en una función objetivo caracterizada por minimizar:

1. La lejanía a PredictedTA Berths: La diferencia entre la hora de llegada a puerto que propone el modelo de optimización (OptimizedTA) y la hora estimada de llegada que ofrece el modelo de predicción (PredictedTA).
2. Preferencias de atraque: El coste “virtual” que supone asignar a un buque un atraque distinto a su “preferido/favorito.

Es decir, si a la hora de llegada predicha de un buque no hay un atraque preferido disponible, se valorará la posibilidad de retrasar la llegada del buque para que se pueda asignar a dicho atraque o se le reasignará a otro atraque manteniendo la hora de llegada predicha como hora de atraque. El modelo de optimización se decantará por una u otra opción en función de los pesos que el decisor dé a cada criterio.

Como resultado del modelo de optimización se obtiene, para cada una de las escalas próximas en el Puerto Bahía de Algeciras las siguientes indicaciones:

1. Sugerencia de puesto de atraque.
2. Hora requerida de llegada a atraque.

Ambas opciones estarán ajustadas según los criterios de optimización escogidos en cada caso, pudiéndo establecer un cambio de atraque o bien solicitando una hora concreta de llegada, de tal forma que el buque podría aminorar su velocidad de crucero y favorecer una llegada Just in Time.

Además, el modelo propone una planificación de atraque para el resto de las escalas del día, indicando los cambios de atraque necesarios o las peticiones de hora de llegada.

Por último, se han extraído las siguientes conclusiones de la prueba de concepto:

• Se ha podido demostrar que los modelos predictivos, al tratar de forma independiente múltiples variables que pueden afectar al tiempo estimado de llegada a puerto de un buque, ofrecen una mejor estimación de los posibles retrasos si lo comparamos con retrasos medios para el conjunto de la flota.
• El modelo predictivo, al utilizar datos AIS permite tener una información veraz a corto plazo y, de esta forma, tomar las decisiones operativas oportunas. Y, a medio plazo, permite poner el foco en ciertas escalas con estimaciones de retraso singulares y que requieren atención especial.
• El modelo de optimización permite de una forma muy sencilla y ágil, y en base a unos criterios y objetivos prestablecidos, asignar una hora estimada de atraque concreta o reasignar un buque a otro atraque teniendo en cuenta la afectación futura de dicha decisión.
• El modelo de optimización permite llevar a cabo una planificación a diario en base a unos criterios prestablecidos de todas las escalas de un día y con un menor riesgo de tener que realizar futuras tareas de reasignación ya que se reparten las escalas de buques de forma más regular.
• Finalmente, el hecho de disponer de un modelo de optimización como el desarrollado, se permite trazar un plan de flota orientativo (blue-print) menos propenso a futuros retrasos y cambios que el desarrollado en base a la experiencia previa.

Innovación del proyecto:

• Utilización de datos históricos y datos en tiempo real para asistir y mejorar la toma de decisiones relativa a la gestión de atraques.
• Desarrollo de modelos predictivos y de optimización para mejorar la toma de decisiones relativa a la gestión de atraques.

Productos del proyecto:

• Prototipo software de un sistema experto que permite determinar el atraque óptimo y la hora requerida de llegada de un buque de tipo Ferry/Ropax que tiene prevista una escala en las próximas horas.

Usabilidad/aplicación:

• El futurible producto o herramienta de apoyo a la toma de decisiones (a partir del prototipo validado) sería de gran utilidad para la gestión operativa de los puntos de atraque dedicados al tráfico del Estrecho, y especialmente, durante el periodo OPE.