giovedì 5 novembre 2015// Centro Studi PIM - Villa Scheibler

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1 : MACRO per pianificazione-progettazione e valutazione alternative, MICRO per affinamento soluzioni progettuali giovedì 5 novembre 2015// Centro Studi PIM - Villa Scheibler

2 Modelli di simulazione: caratteristiche, dati di input e output, principali parametri a cura di Matteo ing. Gambino

3 Premessa Modelli di Simulazione del traffico Cosa sono? Quando è opportuno utilizzare i modelli di simulazione? Quale modello usare in relazione al problema individuato? Quali e quanti dati fornire al modello? Come interpretare i dati risultanti? 3

4 MODELLI DI SIMULAZIONE TIPOLOGIE DI SIMULAZIONE E CAMPI D APPLICAZIONE MACRO MESO MICRO Valutazione e quantificazione degli effetti di modifiche alla rete stradale o del sistema socio-economico INTERMEDIO Valutazione degli effetti di scelte progettuali sulla rete di trasporto stradale a scala locale. PIANIFICAZIONE E PROGETTAZIONE AD AMPIA SCALA AFFINAMENTO SOLUZIONI PROGETTUALI A PICCOLA SCALA 4

5 PIANIFICAZIONE DEI TRASPORTI Individuazione di politiche e strategie di intervento e l indirizzamento del sistema di trasporto stesso verso configurazioni ottimali. MACROSIMULAZIONE OFFERTA DI TRASPORTO GRAFO DI RETE INTERAZIONE ASSEGNAZIONE DOMANDA DI TRASPORTO STIMA DEI FLUSSI CIRCOLANTI SULLA RETE MATRICI O/D 5

6 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO GRAFO DI RETE una configurazione grafica, associata a elementi numerici, che rappresenta la struttura e le caratteristiche di una rete di trasporto COSTO GENERALIZZATO 6

7 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI CENTROIDI INTERNI ESTERNI Sono generalmente nodi fittizi e rappresentano il punto di ingresso (ORIGINE) o uscita (DESTINAZIONE) dei flussi di traffico sulla rete RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO DI RETE Grafici Funzionali PARAMETRI N identificativo Coordinate Utili a descrivere meglio la geometria della rete Necessari a dividere archi consecutivi in cui vi sono variazioni funzionali e/o prestazionali della rete 7

8 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO CONNETTORI DI RETE PARAMETRI Coppia A-B Velocità di flusso libero Collegano i nodi centroidi alla rete, non vengono considerati nel calcolo dei percorsi per tutti quei percorsi che non originano o terminano al centroide Rappresentano l offerta infrastrutturale della rete viaria modellizzata Lunghezza Identificativi funzionali Capacità Costo di percorrenza 8

9 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO RITARDO Es. ITINERARIO SEMAFORIZZATO MANOVRA NON CONSENTITA PARAMETRI Rappresenta la perdita di tempo (minuti) nel percorrere una sequenza di due archi contigui Permettono di definire le combinazioni di archi contigui che possono formare un percorso NON valido tra una origine e una destinazione COSTO GENERALIZZATO Coppia A-B Tempo di ritardo al nodo B Coppia B-C 9

10 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI TEORICHE ARCHI Funzioni matematiche Es. BPR RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO SPERIMENTALI Rappresentano le caratteristiche prestazionali delle diverse tipologie di strade in termini di velocità di percorrenza raggiungibili in relazione al rapporto Flusso / Capacità presente Curve ottenute dall osservazione di casi reali 10

11 MACROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI Ogni arco di un grafo è caratterizzato dal costo di trasporto che deve essere sostenuto per compiere uno spostamento TEMPO DI PERCORRENZA Variabile rispetto al flusso RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO TARIFFAZIONE Sistema aperto Sistema chiuso VALORE DEL TEMPO Costo ( ) puntuale Costo ( ) distribuito Trasformazione in tempo equivalente del costo monetario FUNZIONE DI COSTO Funzione Ricorsiva 11

12 MACROSIMULAZIONI DOMANDA Matrici che descrivono gli spostamenti caratterizzanti il sistema ZONIZZAZIONE GENERAZIONE MATRICE TRAMITE MODELLO A 4 STADI AGGIORNAMENTO DI MATRICE TRAMITE CONTEGGI INDAGINI O/D MATRICI ISTAT-REGIONE LOMBARDIA ECC.. VEICOLI EQUIVANTI O MATRICI DISTINTE PER LEGGERI E PESANTI 12

13 MACROSIMULAZIONI DOMANDA MATRICE O/D Rappresentazione matematica della domanda di trasporto in cui per ogni coppia O/D sono definiti i FLUSSI DI DOMANDA (FLUSSI DI PERCORSO INDEFINITO) tra le relative zone di Origine e Destinazione Costruzione della matrice O/D OSSERVAZIONE DIRETTA, attraverso indagini disaggregate direttamente all utenza MODELLIZZAZIONE, attraverso una serie di equazioni che rappresentano relazioni di causa/effetto tra le caratteristiche socio/economiche degli abitanti di un territorio, le caratteristiche dei sistemi di trasporto tradotte in variabili esplicative AGGIORNAMENTO, attraverso l utilizzo di indagini aggregate e una matrice datata non più rispondente alla realtà 13

14 MACROSIMULAZIONI ASSEGNAZIONE Interazione tra domanda e offerta Grafi carichi e flussi di traffico Scelta del percorso in base al criterio di minimo costo di percorrenza e quantificazione dei flussi di traffico presenti sulla rete attuale e prevedibili sulla rete futura. Esiste una dipendenza circolare tra Flussi di percorso indefinito (Matrice O/D)- flussi di percorso definito (Assegnazione) costi di percorrenza. Pertanto l assegnazione si fonda solitamente su un processo iterativo che consiste nella scelta dei percorsi minimi utilizzando il modello di scelta del percorso, nell assegnazione vera propria dei flussi, nel ricalcalo del costo generalizzato di ogni arco in funzione del suo flusso e quindi riparte con una nuova scelta del percorso, fino a giungere a una condizione di convergenza che rappresenta l equilibrio. 14

15 MACROSIMULAZIONI ASSEGNAZIONE Interazione tra domanda e offerta Il processo iterativo di definizione dei flussi di percorso può seguire differenti algoritmi: All equilibrio (EQUI), volumi delle iterazioni fattorizzati da pesi computati per ogni iterazione Incrementale (SUM), a carichi incrementali Per medie successive (AVE), medie continue dei volumi su ogni arco Per iterazioni successive (ITE), mantiene solo il volume della ultima iterazione Per medie pesate (WTD), pesi di ciascuna iterazione definiti dall utente 15

16 MACROSIMULAZIONI VALIDAZIONE INFORMALE Verifica preventiva di massima della bontà dei risultati VOLUMI DI TRAFFICO FORMALE Confronto tra dato simulato e rilievi di traffico: REGRESSIONE LINEARE SCELTA DEI PERCORSI A RETE ASSEGNATA r 2 se Coefficiente di determinazione Errore standard VELOCITÀ MEDIE TEMPI DI PERCORRENZA 16

17 PROGETTAZIONE Individuazione di soluzioni tecniche che massimizzano le prestazioni delle infrastrutture progettate MICROSIMULAZIONE OFFERTA DI TRASPORTO RETE GEOMETRICA/LOGICA DESCRIZIONE COMPORTAMENTI DOMANDA DI TRASPORTO MATRICI O/D INTERAZIONE SIMULAZIONE DEI VEICOLI CIRCOLANTI SULLA RETE RACCOLTA DATI 17

18 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE 18

19 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE SUPPORTI Grafici Funzionali TRAIETTORIE Punti di ancoraggio delle traiettorie Descrivono la geometria Descrivono punti di discontinuità di caratteristiche: allargamenti, restringimenti ecc nome n corsie velocità Larghezza simulata interasse Seguite da ciascun veicolo n corsie Velocità di uscita Velocità di entrata interasse 19

20 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE ORIGINI e DESTINAZIONI AREE DI ATTESA COLLEGAMENTI Punti di accesso/uscita dei veicoli sulla rete simulata ID velocità Tipo di strada Superficie di accumulo Punti di eventuale attesa dei veicoli se un accodamento arriva ad un punto di ingresso Arco virtuale di collegamento tra i punti logici descritti e la rete geometrica 20

21 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA Ogni conflitto nelle traiettorie è regolato da valutazioni probabilistiche sulla utilità di ciascuna manovra da effettuare RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE Auto che viaggiano nella stessa corsia Modelli di comportamento dell utente che segue in funzione, ad esempio, della velocità, distanza e accelerazioni del utente che precede: a, b, t =coefficienti, il cui valore è funzione dell accelerazione del veicolo che precede 21

22 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA Ogni conflitto nelle traiettorie è regolato da valutazioni probabilistiche sulla utilità di ciascuna manovra da effettuare RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE Discrezionale Obbligatorio Cambio di corsia In caso di nessuna restrizione al movimento, utente valuta l utilità della sua corsia e cerca di migliorarla cambiando eventualmente corsia In caso di PUNTI DI ROTTURA si possono fornire distanze di: CAMBIO LIMITATO CAMBIO OBBLIGATORIO CAMBIO ESTREMO 22

23 MICROSIMULAZIONI OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche I software di micro - simulazione basano il loro funzionamento su modelli in grado di rappresentare il movimento di ciascun veicolo sulla base del comportamento del conducente, che segue le regole dettate da: RETE GEOMETRICA Ogni conflitto nelle traiettorie è regolato da valutazioni probabilistiche sulla utilità di ciascuna manovra da effettuare RETE LOGICA REGOLE DI COMPORTAMENTO CAR FOLLOWING LANE CHANGE GAP ACCEPTANCE TEMPO DI ACCETTAZIONE PER TRAIETTORIE CONFLITTUALI È possibile associare una distribuzione dei tempi di gap ad una specifica regola di precedenza ad esempio: Cambio corsia I/U rotatorie Svolta a sinistra Dare precedenza Stop Si assegna ai veicoli i tempi di gap in modo stocastico, scegliendo tra i tempi di gap disponibili per ciascuna classe veicolare, secondo quanto definito nelle rispettive distribuzioni. 23

24 MICROSIMULAZIONI DOMANDA Matrici che descrivono gli spostamenti caratterizzanti il sistema MATRICE O/D DI SUB-AREA OTTENUTA DA UN MODELLO DI MACRO MATRICE OTTENUTA DA INDAGINI O/D STIMA DA RILIEVI DI TRAFFICO 24

25 Ritardo [sec] CORSI E SEMINARI DI FORMAZIONE MICROSIMULAZIONI INTERAZIONE DISAGGREGATI NUMERICI AGGREGATI RACCOLTA DATI PRODOTTI ANIMAZIONI 2D 3D RITARDO VELOCITA FLUSSO, DENSITA, LIVELLI DI SERVIZIO Livello di Servizio A B C D E F Ritardo medio totale [secondi/veicolo] 10 > 10 e 20 > 20 e 35 > 35 e 55 > 55 e 80 >80 Ritardo Medio Complessivo Ritardo dei singoli approcci via Battisti via Camposanto Ritardo medio [sec/veic] Rampa da SS35 Sottopasso Multisala Le Giraffe Ritardo max [sec/veic] Complanare dir. Paderno D Media pesata 25

26 GRAZIE DELL ATTENZIONE 26

27 Centro Studi PIM Centro Studi per la Programmazione Intercomunale dell'area Metropolitana via Felice Orsini, 21 [Villa Scheibler] Milano Sito: Referente per l organizzazione generale Ing. Paola Pozzi paola.pozzi@pim.mi.it