PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTO UNIVERSITÀ DI ROMA TOR VERGATA METODI DI ANALISI E SIMULAZIONE DELLE RETI DI TRASPORTO

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1 PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI TRASPORTO UNIVERSITÀ DI ROMA TOR VERGATA METODI DI ANALISI E SIMULAZIONE DELLE RETI DI TRASPORTO a.a. -

2 MODELLO DI OERTA MODELLI TOPOLOGICI MODELLI DI PRESTAZIONE DEGLI ELEMENTI UNZIONE DEI MODELLI DI OERTA SIMULAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI UN SISTEMA DI TRASPORTO (INTERNE/ESTERNE CALCOLO DEGLI ATTRIBUTI DI LIVELLO DI SERVIZIO (L.O.S.

3 RETE DI TRASPORTO: DEINIZIONI E VARIABILI RETE: GRAO AI CUI ARCHI È ASSOCIATA UNA CARATTERISTICA QUANTITATIVA GRAO G (NL: L UNIONE DI DUE INSIEMI: N NODI ED L COPPIE DI NODI APPARTENENTI AD N DETTI ARCHI O RAMI. I GRAI UTILIZZATI PER LE RETI DI TRASPORTO SONO IN GENERALE ORIENTATI. PERCORSO : SEQUENZA DI ARCHI CONSECUTIVI CHE COLLEGANO UN NODO INIZIALE (ORIGINE DEL PERCORSO AD UN NODO INALE (DESTINAZIONE DEL PERCORSO. MATRICE D INCIDENZA ARCHI PERCORSI : MATRICE IN CUI L ELEMENTO GENERICO a ij VALE SE L ARCO i APPARTIENE AL PERCORSO j ALTRIMENTI.

4 COSTO DI ARCO: C β t β Cm CON: C COSTO GENERALIZZATO DI TRASPORTO RELATIVO AL -ESIMO t TEMPO DI ATTRAVERSAMENTO COSTO MONETARIO (AD ESEMPIO IL PEDAGGIO Cm β E β CONNESSO ALL ATTRAVERSAMENTO DELL ARCO. COEICIENTI DI RECIPROCA SOSTITUZIONE. COSTO DI PERCORSO C K C K ADD C K NA CON: ADD C K NA C K COSTO ADDITIVO COSTO NON ADDITIVO E: C ADD k a k k DOVE: a k a k SE L ARCO APPARTIENE AL PERCORSO k ALTRIMENTI. QUINDI: C ADD A T C C A T C C NA

5 5 GRAO PERCORSI 6 5 { } { } destinazione Centroidi Centroide origine ( ( ( ( ( ( ( L N NL G ; 5 aro di osti Vettore dei 6 5 Matrie d'inidenza arhi - perorsi A 5 ADD 6 5 perorso di osti Vettore dei C C C C C C T A C C

6 LUSSO DI PERCORSO: i k NUMERO DI UTENTI DI UNA CERTA CLASSE i CHE PERCORRE L ITINERARIO k NELL UNITÀ DI TEMPO. LUSSO OMOGENEIZZATO DI PERCORSO: k i w i i k CON W i COEICIENTE DI OMOGENEIZZAZIONE DEGLI UTENTI DELLA CLASSE i. : VETTORE DEI LUSSI DI PERCORSO LUSSO DI ARCO: i NUMERO DI UTENTI DI UNA CERTA CLASSE i CHE PERCORRE L ARCO NELL UNITÀ DI TEMPO. LUSSO OMOGENEIZZATO DI ARCO: i w i i CON W i COEICIENTE DI OMOGENEIZZAZIONE DEGLI UTENTI DELLA CLASSE i. i k a k i k i A i a k k k A 6

7 7 { } { } destinazione Centroidi Centroide origine ( ( ( ( ( ( ( L N NL G ; 5 aro di ussi Vettore dei ; 6 5 perorso di ussi Vettore dei perorsi Matrie d'inidenza arhi A perorso di osti Vettore dei A GRAO PERCORSI 6 5

8 UNZIONI DI COSTO : ( v ( o CON v ( : COSTO VARIABILE (ES. TEMPO DI PERCORRENZA E/O DI ATTESA o : COSTO ISSO (ES. PEDAGGIO UNZIONI DI COSTO SEPARABILI: OVVERO: C ( C ( / j j ( MATRICE JACOBIANA: J [ ( ]... n L... i i... n... n n L L L UNZIONI DI COSTO SEPARABILI MATRICE JACOBIANA DIAGONALE 8

9 COSTRUZIONE MODELLO DI RETE Deimitazione de'area di studio Centroidi di ordone Caratteristihe isihe e unzionai degi assi stradai Zonizzazione de'area di studio Centroidi di zona unzioni di osto unzioni di impatto Organizzazione dea iroazione stradae Estrazione degi assi stradai rievanti Modeo de grao stradae Modeo di rete stradae Struttura dei servizi di trasporto oettivo (t.. Estrazione dee inrastrutture stradai e erroviarie rievanti Modeo de grao dei servizi di t.. Modeo di rete dei servizi di t.. unzioni di osto unzioni di impatto Caratteristihe de'eserizio dei servizi di t.. A DELIMITAZIONE DELL AREA DI STUDIO B ZONIZZAZIONE C ESTRAZIONE DEGLI ELEMENTI DI OERTA RILEVANTI (RETI DI BASE D COSTRUZIONE DEL GRAO E INDIVIDUAZIONE DELLE UNZIONI DI COSTO INDIVIDUAZIONE DELLE UNZIONI PRESTAZIONE E DI IMPATTO. 9

10 COSTRUZIONE DEL GRAO NODI : PUNTI DI COORDINATE SPAZIALI E/O TEMPORALI DIVERSE OVVERO PUNTI CHE HANNO LE STESSE COORDINATE SPAZIALI MA RA I QUALI ESISTE UN TEMPO O UN COSTO DI TRASERIMENTO (TEMPO DI PERCORRENZA COSTO MONETARIO ECC. NODI CENTROIDI : PUNTI IN CUI SI IPOTIZZANO CONCENTRATI ORIGINE E DESTINAZIONE DEGLI SPOSTAMENTI CHE INTERESSANO IL SISTEMA DI TRASPORTO ALLO STUDIO. CENTROIDI INTERNI (CENTROIDI DI ZONA: NODI ITTIZI AI QUALI NON CORRISPONDE ALCUN LUOGO ISICO CENTROIDI ESTERNI (CENTROIDI DI CORDONE: NODI ITTIZI AI QUALI POSSONO CORRISPONDERE LUOGHI ISICI (SEZIONI STRADALI STAZIONI ERROVIARIE ETC. ARCHI : POSSONO ESSERE CONNETTORI O REALI. ARCHI CONNETTORI ARCHI REALI COLLEGANO CENTROIDI INTERNI CON LA RETE DI BASE COLLEGANO COPPIE ORDINATE DI NODI E CORRISPONDONO A COMPONENTI ISICHE DELL OERTA DI TRASPORTO

11 ESTRAZIONE DEL GRAO: SISTEMI CONTINUI (STRADA LIVELLO DI DETTAGLIO IN UNZIONE DEL SISTEMA DA RAPPRESENTARE E DEL PROGETTO. INTERVENTI DI BREVE PERIODO PIANI DI ESERCIZIO PIANO DI CIRCOLAZIONE DI QUARTIERE PROGETTO LINEE DI TRASPORTO PUBBLICO DETTAGLIO ELEVATO PIANI DI LIVELLO TATTICO O STRATEGICO SISTEMI DI DIMENSIONI SCHEMATIZZAZIONI PIÙ AGGREGATE I GRAI RAPPRESENTATIVI DELLE INRASTRUTTURE O SERVIZI DI TRASPORTO SONO RAPPRESENTAZIONI UNZIONALI DEL SISTEMA GRAO DEI SERVIZI

12 ESEMPI DI GRAO DI SISTEMI CONTINUI RAPPRESENTAZIONE DI UNA PORZIONE DI AREA URBANA RAPPRESENTAZIONI DI UN INCROCIO A QUATTRO BRACCIA N E O (a S (b 5 a Rappresentazione on un nodo b Rappresentazione dettagiata

13 SERVIZI DI TRASPORTO DISCONTINUI: SONO QUEI SERVIZI ACCESSIBILI SOLO IN ALCUNI PUNTI E DISPONIBILI SOLO IN ALCUNI ISTANTI. CARATTERISTICHE DEL SERVIZIO OERTO: BASSA REQUENZA DEI SERVIZI E PUNTUALITÀ ELEVATA SCELTA DELLA SINGOLA CORSA GRAO DELLE CORSE O GRAO DIACRONICO ES.: SERVIZI DI TRASPORTO EXTRAURBANO (AEREO TRENO ELEVATA REQUENZA DEI SERVIZI E BASSA PUNTUALITÀ SCELTA DELLA LINEA GRAO DELLE LINEE ES.: SERVIZI DI TRASPORTO URBANO (METROPOLITANA BUS

14 ESEMPIO DI GRAO DELLE LINEE SCHEMA DI BASE inea inea Stazione A Stazione B GRAO RAPPRESENTATIVO Nodo pedonae Nodo di diversione Nodo di inea aro pedonae aro di attesa aro di saita aro di inea aro di disesa

15 ESEMPIO DI GRAO DELLE CORSE (GRAO DIACRONICO Aro di attesa Aro di saita Partenza da' origine Aro di aesso aa stazione A Corsa r Aro di disesa Arhi di egresso Centroide temporae (orario desiderato di partenza Partenza da' origine Corsa r- Asse temporae stazione B Arrivo a destinazione Aro di aesso aa stazione A Asse temporae stazione A 5

16 GRAO DIACRONICO AL GRAO DELLE LINEE SI AGGIUNGONO DEI SOTTOGRAI CHE RAPPRESENTANO DEGLI SPOSTAMENTI TEMPORALI. NODI: ISTANTI DI ARRIVO E DI PARTENZA DEI VEICOLI ALLE STAZIONI ISTANTE DI ARRIVO DELL UTENTE ALLA STAZIONE PER CIASCUNA CORSA (ESTREMI DEGLI ARCHI DI SALITA E DI DISCESA ARCHI: TEMPO DI TRASERIMENTO DEL VEICOLO DA UNA STAZIONE AD UN ALTRA TEMPO DI PERMANENZA DEL VEICOLO AD UNA DATA STAZIONE TEMPO NECESSARIO PER PASSARE DA UNA CORSA AD UN ALTRA ALLA STESSA STAZIONE (COINCIDENZE DI ACCESSO DAI CENTROIDI CON I RELATIVI TEMPI E COSTI CENTROIDI TEMPORALI: RAPPRESENTANO L ISTANTE DESIDERATO DI PARTENZA (O DI ARRIVO A DESTINAZIONE. 6

17 UNZIONI DI COSTO DEGLI ARCHI PEDONALI COSTO TEMPO DI SPOSTAMENTO P L V P 7

18 UNZIONI DI COSTO DEGLI ARCHI DI UN SISTEMA DI TRASPORTO COLLETTIVO A LINEE. TEMPO DI ATTESA: UNA SOLA LINEA DISPONIBILE: tw θ ϕ CON: PIÙ LINEE ATTRATTIVE tw ϕl θ on ϕ L L ϕ tw ϕ θ TEMPO MEDIO DI ATTESA DELLA LINEA REQUENZA DELLA LINEA (NUMERO PASSAGGI/UNITÀ DI TEMPO 5 SE LA LINEA È PERETTAMENTE REGOLARE SE LA LINEA È COMPLETAMENTE CASUALE t w i ARRIVI REGOLARI T 7: /ϕ 7: 7: E[T WI ] T W /5 ARRIVI CASUALI T E[T W i ] T W ISTANTE DI ARRIVO DI UN AUTOBUS ALLA ERMATA ISTANTE DI ARRIVO DI UN UTENTE ALLA ERMATA 8

19 UNZIONI DI COSTO PER ARCHI STRADALI IL COSTO DI TRASPORTO DI UN ARCO STRADALE PUÒ ESSERE SCOMPOSTO IN TRE COMPONENTI: TEMPO DI PERCORRENZA DEL TRONCO TEMPO DI ATTESA (ALLA INTERSEZIONE INALE AL CASELLO ETC COSTO MONETARIO ( β tr ( β tw ( β m ( CON: tr ( tw ( m ( TEMPO DI PERCORRENZA DELL ARCO IN UNZIONE DEL VETTORE DEI LUSSI TEMPO DI ATTESA SULL ARCO IN UNZIONE DEL VETTORE DEI LUSSI COSTO MONETARIO DELL ARCO IN UNZIONE DEL VETTORE DEI LUSSI ES: m ped arb ( β β β COEICIENTI DI OMOGENEIZZAZIONE 9

20 UNZIONI DI COSTO PER ARCHI AUTOSTRADALI CONDIZIONI DI DELUSSO DI TIPO ININTERROTTO (SI RITIENE TRASCURABILE LA COMPONENTE DOVUTA ALL ATTESA CON: ( tr L L L V V V δ Cap L LUNGHEZZA DELL ARCO V O VELOCITÀ MEDIA A LUSSO NULLO V C VELOCITÀ MEDIA CON LUSSO PARI ALLA CAPACITÀ CAP CAPACITÀ DELL ARCO (ES. CAP NCOR. CAP U o o γ δ E γ SONO PARAMETRI DELLA UNZIONE. QUESTE UNZIONI DI COSTO SONO DI TIPO SEPARABILE (CARREGGIATA SEPARATE SVINCOLI SALSATI ETC... t (min L km; V km/h; V 6km/h ap u 8 vei/h δ γ γ γ /Cap

21 UNZIONI DI COSTO PER ARCHI STRADALI EXTRAURBANI CATEGORIA TIPO III CNR: CORSIE PER VERSO DI MARCIA: CON: ( tr L L L V V V δ Cap o V O (km/h L U.5 L O -. P - 9.6T - 5.D o γ CON: L U : LARGHEZZA UTILE DELL ARCO (METRI L O : DISTANZA DEGLI OSTACOLI LATERALI DAL BORDO DELLA STRADA (STRISCIA GIALLA O CUNETTA (METRI P : PENDENZA DEL RAMO (% T : GRADO DI TORTUOSITÀ DELL ARCO (ELEVATO MEDIO.66 BASSO. NULLO D : COEICIENTE DI DISTURBO ( SE VI È DISTURBO LATERALE ALTRIMENTI. CATEGORIA TIPO IV E V CNR: CORSIA PER VERSO DI MARCIA tr ( * L V o L L δ V Vo Cap CON: * ARCO DI VERSO OPPOSTO A QUELLO IN ESAME Cap * CAPACITÀ GLOBALE IN ENTRAMBI I VERSI V O (Km/h L U.5 L O -. P - 9.6T - 5.D * * γ COME VALORI DI PRIMA APPROSSIMAZIONE SI PUÒ ASSUMERE: V-5 km/h; ap * -6vei/h; γ δ

22 UNZIONI DI COSTO PER ARCHI PER BARRIERE DI PEDAGGIO TEMPO DI PERCORRENZA TEMPO MEDIO DI ATTESA (DALLA TEORIA DELLE CODE: CON tw ( Ts ( Ts σ s.. per / Cap α Cap T s σ s Cap TEMPO MEDIO DI SERVIZIO DI UN CASELLO VARIANZA DEI TEMPI DI SERVIZIO DI UN CASELLO N as / Ts CAPACITÀ DELL ARCO (BARRIERA PARI AL PRODOTTO DEL NUMERO DEI CASELLI (N CAS PER LA CAPACITÀ DI CIASCUN CASELLO (/T S d tw( tw( αcap tw( α ap ( αcap per d > α Cap 5 RITARDO ALLE BARRIERE s 6s Ritardo (s 5 s 6s Ts6s usso (v/s Cap.5 v/s

23 UNZIONI DI COSTO PER ARCHI PER BARRIERE DI PEDAGGIO CONDIZIONI DI SOVRA-SATURAZIONE MODELLO DI CODE DETERMINISTICO tw d Cap Cap T Cap T VEICOLI CODA AL TEMPO T Cap T TEMPO MODELLO DI CODE MISTO tw tw d ( tw ( tw u ( T s Cap

24 ARCHI STRADALI URBANI CARATTERISTICHE LUNGHEZZE MODESTE (QUALCHE CENTINAIO DI METRI VELOCITÀ DI PERCORRENZA SCARSAMENTE INLUENZATA DAL LUSSO (MODESTA DISTANZA TRA LE INTERSEZIONI LIMITI DI VELOCITÀ TEMPO DI ATTESA ALLE INTERSEZIONI NON TRASCURABILE IL TEMPO DI PERCORRENZA tr : tr ( L V ( CON: V (km/h..8 Lu -. P -.8 T -.D -. INT -[.5. X] ( /Lu CON: Lu: LARGHEZZA UTILE OVVERO LA LARGHEZZA DELLE STRADE PER CIASCUN SENSO DEPURATA DALLA LARGHEZZA OCCUPATA DALLA SOSTA IN METRI P: PENDENZA MEDIA IN UNITÀ PERCENTUALI (% T: GRADO DI TORTUOSITÀ DELLA STRADA IN SCALA [] D: GRADO DI DISTURBO ALLA CIRCOLAZIONE IN SCALA [] INT: NUMERO DI INTERSEZIONI SECONDARIE PRESENTI SULL ARCO AL CHILOMETRO X: VARIABILE OMBRA CHE VALE SE LA STRADA È SENZA POSSIBILITÀ DI SORPASSO E ZERO ALTRIMENTI : LUSSO DELL ARCO IN veioi/h.

25 ARCHI STRADALI URBANI: TEMPO DI RITARDO ALLE INTERSEZIONI SEMAORIZZATE INTERSEZIONI SEMAORIZZATE ISOLATE SENZA CORSIE RISERVATE ( X X / ap tw tw on ap µ S on µg/t : tw X TEMPO DI ATTESA DELL ARCO GRADO DI SATURAZIONE DELL ARCO ALL INTERSEZIONE INALE S LUSSO DI SATURAZIONE DELL ARCO ALL INTERSEZIONE INALE PARI AL NUMERO MASSIMO DI VEICOLI CHE POTREBBE TRANSITARE SE L ACCESSO AVESSE SEMPRE VIA LIBERA (µ. µ PERCENTUALE DI VERDE G T DURATA DEL VERDE EICACE DURATA T DEL CICLO SEMAORICO Vei/se S VERDE GIALLO ROSSO t Tempo perso in avvio Verde eettivo Tempo perso in renatura 5

26 ESEMPI DI STRUTTURA DELLE ASI DI INTERSEZIONI A E BRACCIA D A B A B C ase C A B D ase ase C A B A B C A ase C B ase D A B C C 6

27 CALCOLO DELLA PORTATA DI SATURAZIONE DEGLI ACCESSI SEMAORIZZATI METODO INGLESE S b * K *K *...K n S b PORTATA DI SATURAZIONE BASE IN vei/h K K... K n ATTORI CORRETTIVI ACCESSI CON MANOVRE DIRETTE O CON MANOVRE DIRETTE E DI SVOLTA PORTATA DI SATURAZIONE DI BASE S b PER: - ACCESSI IMPEGNATI ESCLUSIVAMENTE DA MANOVRE DIRETTE - PRESENZA DI SOLE AUTOVETTURE - PENDENZA NULLA - SENZA INTERERENZE CON VEICOLI O PEDONI S b 55 L CON 5.5m<L<8.5m PER L < 5.5m SI HA: L S b L L g - L r L LARGHEZZA DELL ACCESSO ( IN METRI L g LARGHEZZA GEOMETRICA DELLA STRADA L r.65 - [.9(D-7.5/G] SE D < 7.5 M L r.65 SE D > 7.5 M D DISTANZA (IN METRI DEL PRIMO VEICOLO IN SOSTA DALLA LINEA DI ARRESTO G DURATA DEL VERDE IN SECONDI 7

28 CALCOLO DELLA PORTATA DI SATURAZIONE DEGLI ACCESSI SEMAORIZZATI (CONTINUA K : COMPOSIZIONE VEICOLARE K /Σ i a i* E i a i RAZIONE DI VEICOLI DEL TIPO i-esimo E i COEICIENTE DI EQUIVALENZA AUTOVETTURE E VEICOLI MERCI LEGGERI.E a. VEICOLI PESANTI MEDI E GRANDE..E p.75 AUTOBUS.E b.5 TRAM E t.5 MOTOCICLI..E m. BICICLETTE..E. K PENDENZA K.i i ESPRESSO IN PERCENTUALE: I DISCESA; - I SALITA K : LOCALIZZAZIONE ZONA RESIDENZIALE ZONA COMMERCIALE SUBURBANA...98 ZONA INDUSTRIALE.9 ZONA CENTRO AARI..85 K : SVOLTE -RIDUZIONE DI VELOCITÀ DOVUTA AL RAGGIO DI SVOLTA; -INTERERENZE CON I PEDONI; -INTERERENZE CON ALTRI VEICOLI. K /Σ i a i* E i a i RAZIONI DI PORTATA DELL ACCESSO RELATIVE ALLE SINGOLE MANOVRE E i COEICIENTE DI EQUIVALENZA MARCIA DIRETTA...E d SVOLTA A DESTRA.. E ds.5 SVOLTA A SINISTRA..E sn.75 8

29 CALCOLO DELLA PORTATA DI SATURAZIONE DEGLI ACCESSI SEMAORIZZATI (CONTINUA ACCESSI CON SVOLTA ESCLUSIVA -SVOLTA ESCLUSIVA PROTETTA: NESSUNA INTERERENZA CON VEICOLI E PEDONI S S b * K * K * K S b S /[(.5/ r] S 8 vei/h VERDE CORSIA S vei/h VERDE CORSIE r RAGGIO DI SVOLTA -SVOLTA ESCLUSIVA PERMESSA: INTERERENZE CON VEICOLI E PEDONI K 5 : INTERERENZE CON VEICOLI SVOLTA A SINISTRA S b S /[(.5/r] -.75 Q Q SOMMA DELLE PORTATE ORARIE DIRETTA E SVOLTANTE A DESTRA PROVENIENTI DALL ACCESSO OPPOSTO S S b * K * K * K * K 5 9

30 ORMULE PER IL CALCOLO DEL TEMPO MEDIO DI ATTESA tw ORMULA DI DOHERTY S S S ( T ( tw αµ µ µ µ 55 CONGESTIONE RITARDO DA LUSSO NULLO RITARDO A S S ( tw ( d d S tw ( ( tw S αµ αµ αµ αµ ORMULA DI AKCELIK ( ( tw ( tw 5 5 ( tw > / / x T S x ( x ( x T ( T x T S x ( x x T x ( T x x ( T µ µ µ µ µ µ µ

31 ANDAMENTO DELLE UNZIONI DI RITARDO DI DOHERTY ED AKCELIK AD UNA INTERSEZIONE SEMAORIZZATA. 5 Tempo (se 5 5 G 6 T S 6 vei/h vei/se G/T.5 α.95 Cap 8 vei/h.5 vei/se Doherty Akeik usso/cap Doherty approssimazione ineare /CAP Doherty Akeik (.. (

32 UNZIONI DI PRESTAZIONE E DI IMPATTO COSTI SOPPORTATI DAGLI UTENTI MA NON PERCEPITI NELLE SCELTE DI MOBILITÀ UNZIONI DI PRESTAZIONE: EETTI INTERNI AL SISTEMA DI TRASPORTO (ES. CONSUMI LIVELLI DI INCIDENTALITÀETC. UNZIONI DI IMPATTO: EETTI ESTERNI AL SISTEMA DI TRASPORTO (ES. INQUINAMENTO ACUSTICO E ATMOSERICOETC. 5 Consumo (/km Veoità (km/h C C R V M 99 C 7. V M 8 ( V 8 M per V per M < 5km/h V M 6 km/h