Se puede ver el futuro y no es ciencia ficción. Científicos de EAFIT ya saben cuáles serán algunas características el Valle de Aburrá en los próximos años y decir, por ejemplo, cuál será el consumo de agua de sus ciudades. ¿A quién le interesa saber ese dato? A entidades como Empresas Públicas de Medellín (EPM) que se interesó en el modelo de crecimiento urbano creador por los investigadores para proyectar cómo serán las demandas del recurso natural.
El desarrollo —en el que participan investigadores de los grupos de investigación eafitenses Research in Spatial Economics (Rise) y Estudios en Economía y Empresa— se compone de dos productos: el software Urban Pixel, un algoritmo que pronostica el crecimiento de las ciudades y su población; y el módulo Newton, que toma los datos de crecimiento y los usa para calcular la demanda de agua en las distintas áreas geográficas. Estos se complementan con Pascal, un proyecto que EPM utiliza desde 2013 y fue actualizado.
"Resulta que el espacio como el Valle de Aburrá es muy heterogéneo, es decir, el número de personas por vivienda, la densidad de residencias y poblacional cambia en el espacio. Entonces las dinámicas de consumo de agua también cambian. EPM tiene unos tanques que son los que abastecen de agua a sectores de la ciudad. Como no tenían desagregados esos consumos futuros por circuitos, o sea, a nivel espacial, entonces había muchas cosas de planificación que no podía resolver", dice Juan Carlos Duque Cardona, investigador de Rise.
A partir de los pronósticos de los modelos, EPM podrá evidenciar con suficiente tiempo de antelación cuándo potencialmente hay un exceso de demanda sobre oferta, de acuerdo con la disponibilidad de agua en los tanques de abastecimiento en los circuitos. Para esto se diseña un esquema de alertas tempranas.
"EPM visita los espacios geográficos donde potencialmente, según el modelo, hay exceso de demanda sobre la oferta, para construir un tanque de abastecimiento o interconectar los tubos necesarios para abastecer dicha zona. Porque así no se van a quedar las personas, sean de sector residencial, industrial o comercios, sin agua. Esto tiene impacto desde el punto de vista económico y de bienestar, pues el servicio de acueducto es fundamental", señala Andrés Ramírez Hassan, doctor en Ciencias Estadísticas e investigador del grupo Estudios en Economía y Empresa de EAFIT, encargado de hacer los pronósticos de agua desagregados.
"Este tipo de sinergias donde la empresa aporta las necesidades y los datos, y nosotros como investigadores el desarrollo metodológico aplicando cosas que ya existen o desarrollando por completo las metodologías es muy beneficioso, en general, para la sociedad", complementa el investigador.
Alcances de la investigación
A partir de la aplicación de estos modelos, manifiestan los investigadores eafitenses, se podrá mejorar la inversión en infraestructura en los distintos espacios geográficos, así como proyectar cómo será la demanda espacio-temporal de agua en mercados a los que se quiera llegar con servicios públicos por parte de EPM.
En el futuro se lanzarán nuevos módulos como Newton, que al conectarse con herramientas como Urban Pixel, permitirán realizar cálculos de la demanda de energía, concreto, hierro y, en general, todos los recursos necesarios para garantizar el crecimiento sostenible de las ciudades.
"El panorama de posibilidades es grande porque Urban Pixel, el modelo de crecimiento urbano, trabaja con información que es gratuita y para cualquier parte del mundo. En principio, es totalmente replicable. Una vez se tiene cómo va crecer la ciudad en la mancha urbana y cómo va a hacer la distribución de población, que son las dos variables que pronostica Urban Pixel, se calcula la demanda de agua. También se puede calcular la demanda de concreto, acero o cualquier tipo de demanda que conlleva al crecimiento de ciudad", afirma Juan Carlos Duque Cardona, doctor en Estudios Empresariales.
La actualización de Pascal
Pascal fue un proyecto liderado por investigadores eafitenses que en el año 2013 tuvo el objetivo de pronosticar los usuarios en el consumo de acueducto, además, proyectar los consumos promedios y totales de dicho servicio. Esta herramienta de modelación de crecimiento de ciudad, de esta manera, fue el primero que utilizó EPM para la proyección de la demanda de agua a nivel desagregado, el cual continúa utilizando en la actualidad.
La prueba de este modelo fue en el Valle de Aburrá donde se recolectó información especializada y detallada para entrenar los modelos matemáticos, para lo que se tenían las conexiones de agua de las residencias por un periodo de más de diez años.
Como parte de la más reciente consultoría con EPM se realizó la actualización del sistema Pascal. "En la consultoría había dos grandes objetivos: desarrollar una nueva metodología de pronósticos de usuarios del servicio de alcantarillado y acueducto, aunque puede ser extendida a electricidad y gas natural. El otro era actualizar los modelos de un software que desarrollamos para EPM hace siete años, que es el sistema Pascal", cuenta Andrés Ramírez Hassan.
Este sistema Pascal, explica el docente de la Escuela de Economía y Finanzas, funciona con modelos de difusión logística, similares a los que se usan en epidemiología para ver cómo se va esparciendo una enfermedad a través del tiempo. Los usuarios se pronostican con modelos que miden el nivel de saturación máxima y la tasa de crecimiento.
"Lo que se hace es tomar espacios geográficos como el Área Metropolitana del Valle de Aburrá o el valle de San Nicolás. Se toma información de los Planes de Ordenamiento Territorial (POT) de los diferentes municipios, que definen ciertos usos del suelo. Se sobreponen todos los mapas y eso da un polígono de tratamiento en un espacio geográfico con la intersección de las características del suelo, definidas por el POT. Polígonos con características únicas, eso es la unidad de tratamiento", dice el experto en econometría Andrés Ramírez.
Newton y las ciudades sostenibles
Newton es un modelo matemático y estadístico diseñado para el pronóstico de la demanda de agua a nivel desagregado dentro del Valle de Aburrá, así como cualquier otra ciudad que lo necesite. "Pascal es muy poderoso y un modelo muy bueno para pronosticar el crecimiento urbano, pero que requería información tan especializada que realmente no podíamos usarlo en otras ciudades", dice el investigador Juan Carlos Duque.
En el marco del Programa Peak, financiado por Reino Unido para generar nuevas investigaciones relacionadas al futuro de las urbes del Sur Global, uno de los proyectos acerca del reto de las ciudades en rápido crecimiento fue el desarrollo de este modelo para pronosticar la mancha urbana, esta vez con un requerimiento de información no tan exigente como el de Pascal.
"El modelo que desarrollamos en Peak usaba imágenes satelitales disponibles gratuitamente para cualquier parte del mundo. Con unas cuantas imágenes satelitales se entrenó un modelo de redes neuronales o aprendizaje de máquina, una tecnología completamente diferente a la usada en Pascal. Con esa información el modelo empezaba a pronosticar hacia futuro cómo iba a crecer esa mancha urbana", señala Juan Carlos Duque.
En la actualidad, nuevos desarrollos derivados de este producto se adelantan con investigadores del programa Peak, en el que participa EAFIT junto a integrantes de centros académicos como el Instituto Indio de Asentamientos Urbanos (India), la Universidad de Pekín (China) y la Universidad de Oxford (Inglaterra).
Así mismo, en colaboración con el Banco Mundial, los investigadores de Rise aplican el modelo de crecimiento urbano para una investigación que busca identificar dónde y cuándo van a surgir nuevas áreas metropolitanas en Latinoamérica.
Modelos econométricos basados en el análisis masivo de estos datos, el caso de las herramientas Pascal y Newton son relevantes para la formulación de políticas públicas y estrategias de planificación en el acceso a servicios públicos por parte de EPM. El uso de estos modelos, además de proyectar la demanda de un producto, en economía habitualmente se aplican para predecir asuntos como la tasa de crecimiento del PIB, determinar el efecto del gasto público o evaluar el impacto de un subsidio.
"Consideramos que estos modelos de crecimiento urbano son una herramienta importante para que las autoridades públicas puedan tener una mejor idea sobre hacia dónde van sus ciudades y puedan tener más tiempo para planificar y diseñar las acciones necesarias para anticiparse a ese crecimiento", concluye Juan Carlos Duque, profesor del Departamento de Ciencias Matemática de EAFIT.
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Alejandro Gómez Valencia
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