Corso di Gestione dei sistemi di trasporto. Cap. 1 Pianificazione del traffico urbano. S. Sacone, S. Siri - DIST

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1 Corso di Gestione dei sistemi di trasporto Cap. 1 Pianificazione del traffico urbano S. Sacone, S. Siri - DIST

2 Introduzione Buona parte delle attività economiche in un area urbana sono legate alla movimentazione di persone e merci un sistema di trasporto efficiente risulta essenziale per la qualità della vita e lo sviluppo economico Dopo la fine della Seconda Guerra Mondiale, c è stato un forte aumento nella domanda di trasporto, a causa dell urbanizzazione e del miglioramento degli stili di vita L aumento di mobilità porta numerosi svantaggi, tra cui inquinamento, aumento degli incidenti, utilizzo inefficiente del sistema di trasporto, a causa della congestione L obiettivo del Transportation Planning consiste nel valutare cambiamenti per i sistemi di trasporto attuali, al fine di utilizzarli al meglio e minimizzare gli svantaggi citati precedentemente S. Sacone, S. Siri - DIST 2

3 Introduzione Tra il 1972 e il 2000 la distanza media percorsa all anno per persona in UK è aumentata del 53% Nello stesso periodo il numero medio di spostamenti è aumentato dell 8% Nello stesso periodo il tempo medio impiegato a viaggiare è rimasto circa invariato, intorno a un po più di un ora al giorno per persona L aumento della velocità dei viaggi (dovuta a miglioramenti tecnologici dei sistemi di trasporto) provoca nelle persone il desiderio di viaggiare di più S. Sacone, S. Siri - DIST 3

4 Introduzione Travel time budget theory È scientificamente dimostrato che, storicamente, in media a livello aggregato, le persone impiegano un po più di un ora al giorno in viaggio, indipendentemente da infrastrutture di trasporto, dislocazione geografica, livello culturale e reddito medio pro capite Questo può essere interpretato in due modi: se i mezzi di trasporto diventano più veloci, la distanza percorsa aumenta la necessità di viaggiare di più induce lo sviluppo di mezzi di trasporto più veloci S. Sacone, S. Siri - DIST 4

5 Introduzione I primi esempi di applicazioni di tecniche di Urban Tranportation Planning risalgono ai sondaggi (interviste a domicilio) svolti in più di 100 città statunitensi negli anni 50 L obiettivo era la definizione manuale di matrici O/D Con il passare degli anni, fu possibile realizzare studi sempre più approfonditi, soprattutto grazie all utilizzo di calcolatori e di sistemi informativi sempre più evoluti Fin dagli anni 50, ci si accorse che i trasporti (e cioè la domanda di mobilità) non sono un attività isolata, ma sono correlati a diversi altri fattori, tra cui l urbanizzazione e lo sviluppo economico La pianificazione dei trasporti si basa sulla 3C Philosphy continuing, comprehensive and cooperative urban tranportation planning S. Sacone, S. Siri - DIST 5

6 Il processo di Transportation Planning 1. Organization and goal definition definizione di obiettivi 2. Base year inventory raccolta dati attuali ed elaborazione dati storici 3. Model analysis a) Trip generation definizione del numero di spostamenti da una certa zona e verso una certa zona b) Trip distribution determinazione della distribuzione di questi spostamenti c) Modal split determinazione della suddivisione tra modalità d) Traffic assignment allocazione delle movimentazioni a vie e strade 4. Travel forecast stime per reti di trasporto future 5. Network evaluation valutazione economica di alternative S. Sacone, S. Siri - DIST 6

7 1. Organization and goal definition Occorre definire gli obiettivi dello studio: valutazioni di infrastrutture alternative e/o aggiuntive aumento della sicurezza, riduzione dei costi, aumento della mobilità riduzione degli impatti ambientali obiettivi di lungo periodo o di breve periodo obiettivi di ampia scala (nuove autostrade, viadotti, ecc.) o di scala più ridotta (parcheggi, terminal, ecc.) Occorre definire l organizzazione che segue lo studio: comitati politici, comitati tecnici, comitati di cittadini, ecc. S. Sacone, S. Siri - DIST 7

8 Definizione dell area di studio 2. Base year inventory la rete è rappresentata tramite un grafo (archi corrispondono a vie), il cui perimetro corrisponde al perimetro cittadino ogni zona deve rappresentare condizioni socio-economiche simili la scelta errata delle zone potrebbe compromettere lo studio il numero di zone varia di solito da 10 a 1000 se le zone sono ridotte, esse corrispondono a singoli nodi della rete (zone centroid nodes) si raccolgono i dati di questa rete: flussi, velocità, tempi di percorrenza, lunghezza degli archi, capacità, qualità del transit service alcuni dati sono raccolti automaticamente da sistemi di controllo del traffico, altri sono ottenibili da dati censiti S. Sacone, S. Siri - DIST 8

9 Studio degli spostamenti 2. Base year inventory Si raccolgono i dati degli spostamenti giornalieri tra le diverse zone Occorre distinguere tra movimenti interni alla zona di studio, movimenti dall esterno e verso l esterno Questo studio avviene tramite interviste (dal 4% al 25% della popolazione) oppure da elaborazioni di dati provenienti da sistemi di controllo del traffico L informazione da raccogliere riguarda: residenza, dimensioni del nucleo famigliare, lavoro, reddito, numero di auto, informazioni su tutti gli spostamenti fatti in una determinata giornata S. Sacone, S. Siri - DIST 9

10 2. Base year inventory Studio delle attività economiche e dello sviluppo urbanistico Si studiano le relazioni tra la movimentazione di persone e merci e lo sviluppo economico e urbanistico Si analizzano gli andamenti storici di crescita della popolazione, i flussi migratori, l attuale distribuzione della popolazione nelle diverse aree (densità, reddito medio, numero di auto per nucleo famigliare), le possibilità di impiego attuale e future, le attività economiche, le risorse di trasporto Si studia lo sfruttamento del territorio, dal punto di vista topografico e urbanistico, e si valutano le prospettive di sviluppo economico La fase di base year inventory è sempre stata la più dispendiosa. Attualmente, grazie a tecniche informatiche e di acquisizione automatica dei dati, i costi si stanno riducendo. S. Sacone, S. Siri - DIST 10

11 3. Model analysis Trip generation Si stima il numero di spostamenti (trips) giornalieri che hanno origine/destinazione in ognuna delle zone definite, come funzione delle caratteristiche socio-economico-territorali di quelle zone Le principali variabili dipendenti sono: scopo dello spostamento, reddito, numero di veicoli per famiglia, indicatori di sfruttamento del territorio delle zone di origine/destinazione, lunghezza e modalità del viaggio, ora della giornata Alcuni studi analizzano la correlazione tra queste variabili, tramite metodi di multiple regression - se le caratteristiche di trip generation sono stabili nel tempo, queste funzioni di correlazione possono essere usate per stime future Altri studi (category analyses) si basano sul nucleo famigliare come unità fondamentale nel processo di trip generation; in questo modo si possono usare i dati dei censimenti S. Sacone, S. Siri - DIST 11

12 3. Model analysis Trip distribution Si stima il numero di spostamenti realizzati tra una zona di origine ed una zona di destinazione, ossia i flussi O/D Growth factor methods: i flussi O/D futuri si ottengono da quelli attuali moltiplicati per i fattori di crescita delle diverse zone il fattore di crescita può essere singolo o una combinazione di altri fattori può essere lo stesso per tutte le zone, o variare Synthetic methods: per prevedere la distribuzione dei flussi O/D, occorre capire le cause degli spostamenti (facendo un confronto con le leggi della fisica) il più famoso è il Gravity model (dal modello di Newton), per cui il numero di spostamenti da un origine a una destinazione è dir. prop. con il fattore di attrazione tra le 2 zone e inv. prop. con una funzione della distanza tra le 2 zone S. Sacone, S. Siri - DIST 12

13 3. Model analysis Modal split Si suddivide il numero totale di spostamenti delle persone sulle diverse modalità Un importante fattore che condiziona la scelta modale è la durata del viaggio: può essere calcolata sulla base della distanza un indicatore più accurato consiste nel tempo di percorrenza (travel time) per le diverse modalità occorre includere tutte le parti del viaggio (cambio da un veicolo all altro, attesa del mezzo, tragitti a piedi, ecc.), definendo un door-to to-door journey spesso si calcola il travel-time time ratio tra modalità concorrenti Un altro fattore importante per la scelta modale è lo scopo del viaggio (es. spostamenti per lavoro sono più spesso effettuati con mezzi pubblici rispetto agli spostamenti per fare acquisti) S. Sacone, S. Siri - DIST 13

14 3. Model analysis Modal split Altre variabili importanti per determinare lo split modale sonno le variabili socio-economiche di coloro che effettuano i viaggi: reddito, numero auto, dimensione e struttura del nucleo famigliare, tipo di lavoro, posizione del luogo di lavoro, densità dello sviluppo residenziale Occorre anche considerare le caratteristiche dei diversi sistemi di trasporto: tempi di percorrenza, confrontando trasporto pubblico e privato costi di viaggio nei due casi (out-of-pocket expenses, cioè costi di parcheggio, carburante, biglietti, escludendo spese come l assicurazione dell auto che sembrano non influenzare la scelta modale) altri fattori, come il comfort, la facilità di cambiare mezzi, i tempi di attesa, i tragitti a piedi S. Sacone, S. Siri - DIST 14

15 3. Model analysis Modal split Trip end modal split models: si applicano prima della fase di trip distribution la totalità degli spostamenti viene suddivisa tra trasporto pubblico e privato, a partire dallo scopo del viaggio si usano tecniche di multiple linear regression Trip interchange modal split models: si applicano dopo la fase di trip distribution si usano tecniche di multiple linear all applicazione di un gravity model regression, insieme S. Sacone, S. Siri - DIST 15

16 3. Model analysis Traffic assignment In questa fase, si vogliono allocare su una specifica rete di trasporto tutti gli spostamenti definiti nelle fasi precedenti Input: descrizione dettagliata del sistema di trasporto (esistente o proposto) e matrice O/D Output: stima dei volumi di traffico e dei corrispondenti tempi di percorrenza e costi su ogni link (arco del grafo) Obiettivi: valutare gli effetti di miglioramenti o estensioni della rete, valutare proposte di sistemi di trasporto alternativi Un utilizzo più nuovo e sofisticato delle tecniche di traffic assignment consiste nell applicazione su orizzonti temporali più brevi, anche in tempo reale S. Sacone, S. Siri - DIST 16

17 3. Model analysis Traffic assignment Tecnica all-or or-nothing (primi studi di traffic assignment): il tempo di percorrenza è indipendente dai flussi sugli archi il risultato è che, per un dato percorso, o è scelto da tutti i veicoli (perchè risulta essere il più vantaggioso) oppure non è scelto da nessuno (perché ne esiste un altro a minor costo/tempo) i risultati sono chiaramente irrealistici Two-route assignment e proportional assignment: ci si basa sulle osservazioni in luoghi diversi rispetto a quello oggetto di studio, con infrastrutture simili si stima la percentuale di flusso che potrebbe essere trasferita dalla strada tradizionale a quella nuova (es. nuova autostrada) l assegnazione dei flussi si fa proporzionalmente ai tempi di percorrenza delle due strade il tempo di percorrenza è indipendente dai flussi sugli archi S. Sacone, S. Siri - DIST 17

18 3. Model analysis Traffic assignment Shortest route problem: si utilizzano algoritmi efficienti per trovare il percorso minimo (in termini di tempo/costo/distanza) su una rete in cui i tempi sono fissati per ogni link si tratta ancora di un assegnazione all-or-nothing il calcolo avviene in un singolo step e non richiede iterazioni è instabile perché piccoli cambiamenti nei tempi di percorrenza dei link possono cambiare molto la soluzione Principio di User Equilibrium: tutti i viaggiatori scelgono il percorso che minimizzi il proprio costo personale Principio di System Optimum: tutti i viaggiatori scelgono il percorso che minimizzi il tempo di percorrenza totale del sistema di trasporto S. Sacone, S. Siri - DIST 18

19 3. Model analysis Traffic assignment Link performance functions: all aumentare del flusso su un link, la velocità media sul link diminuisce (lentamente per flussi bassi e poi in modo sempre più significativo, a causa delle code e delle congestioni) i tempi medi di percorrenza sono funzioni positive, non lineari, strettamente crescenti, del flusso i parametri principali sono il free-flow flow travel time (tempo di percorrenza con flusso nullo, ossia in assenza di traffico) e la practical-capacity capacity (flusso oltre il quale il tempo aumenta molto rapidamente) diversi studi trasportistici hanno sviluppato formule ad hoc per le link performance functions, sia utilizzando approcci matematici sia sulla base di studi di teoria delle code S. Sacone, S. Siri - DIST 19

20 3. Model analysis Traffic assignment Link performance functions (o volume-delay curves o link congestion functions): Tempo di percorrenza (secondi) Flusso (veicoli/ora) S. Sacone, S. Siri - DIST 20

21 3. Model analysis Traffic assignment Capacity-restraint heuristics: procedure iterative in cui la nuova assegnazione è fatta sulla base dei tempi di percorrenza aggiornati, a loro volta calcolati sulla base dei volumi di traffico ottenuti al passo precedente si parte da una assegnazione all-or-nothing e poi la soluzione così ottenuta viene combinata con i flussi attuali osservati per diminuire il comportamento oscillante di questi algoritmi, in procedure più evolute solo una parte dei flussi viene riassegnata tra un passo ed il successivo questi ultimi algoritmi rappresentano in modo più realistico il comportamento degli utenti (che sulla base delle condizioni di traffico, modificano le loro scelte di percorso, ma non tutti allo stesso modo) nella soluzione, più percorsi sono scelti tra un origine e una destinazione S. Sacone, S. Siri - DIST 21

22 4. Travel forecast Sulla base dei dati storici e dei dati attuali (step 2), si possono effettuare delle analisi previsionali (relative alla distribuzione della popolazione, allo sviluppo economico, ecc.) per un certo anno (design year) su cui si vuole effettuare lo studio Le tecniche modellistiche sviluppate allo step 3 sono utilizzate per stimare la distribuzione degli spostamenti sulla futura rete S. Sacone, S. Siri - DIST 22

23 5. Network evaluation Si vuole analizzare l efficienza degli investimenti previsti In alcuni casi, si tratta di miglioramenti limitati (allargamento della sezione di una strada, ) In altri casi, si considerano proposte molto ampie (costruzione di nuove tratte autostradali, sviluppo di nuove forme di trasporto pubblico, ) Nella valutazione, occorre considerare diversi aspetti, tra cui gli effetti dell impatto ambientale e le conseguenze economiche Nei casi di progetti ad ampia scala, occorre effettuare un analisi costi-benefici per le diverse proposte alternative S. Sacone, S. Siri - DIST 23