PROGETTARE UN'INFRASTRUTTURA VIARIA: L'APPROCCIO METODOLOGICO DI ANAS ATTRAVERSO LO STRUMENTO DSS SU BASE GIS SERVER E L'ANALISI MULTICRITERIA

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1 PROGETTARE UN'INFRASTRUTTURA VIARIA: L'APPROCCIO METODOLOGICO DI ANAS ATTRAVERSO LO STRUMENTO DSS SU BASE GIS SERVER E L'ANALISI MULTICRITERIA Maurizio Mancinetti, Ilaria Coppa ANAS S.p.A. - Direzione Centrale Progettazione Roma Guido Giulio Boarelli, Alessandro Boschi DS Graphic & Engineering Srl - Roma ABSTRACT La Direzione Centrale Progettazione (DCP), nell'ambito delle attività per l'individuazione di corridoi entro cui progettare la nuova SS16, ha realizzato un sistema di supporto alle decisioni utilizzando la piattaforma aziendale ArcGIS Server ed un Geodatabase particolarmente evoluto. Il DSS, insieme al modulo di analisi multicriteria, fu messo in linea a valle degli studi di inquadramento per la definizione dei potenziali corridoi viari. Tuttavia la sua potenza elaborativa e la sua versatilità, hanno indotto la DCP a riconsiderare la metodologia di approccio alla tematica. Il sistema è stato trasformato da elemento di validazione a posteriori in strumento di individuazione a priori del potenziale corridoio. Ciò ha inoltre mutato lo scambio dati tra quanto elaborato internamente e quanto prodotto da tecnici esterni, costituendo de facto uno standard applicabile a qualsiasi progetto in ambito nazionale. INTRODUZIONE Per evidenti ragioni le infrastrutture di trasporto sono le opere d ingegneria civile più strettamente legate al territorio; la loro progettazione richiede quindi una copiosa documentazione finalizzata allo svolgimento di un'analisi preventiva ed approfondita sulle caratteristiche e l assetto sia dell area vasta in cui l opera si deve inserire, sia della zona più limitata con cui essa interferisce direttamente. I settori di interesse sono diversi in ciascuna fase dello sviluppo progettuale, come pure i livelli di dettaglio. In linea generale il progetto non può prescindere dalla conoscenza e dall'analisi delle esigenze della mobilità e dalla valutazione dell'impatto tra opere stradali e territorio, sia dal punto di vista geomorfologico (stabilità dei versanti, sistema idrogeologico superficiale e profondo, ecc.), sia da quello ambientale e socioculturale (memoria storica del paesaggio, ecc.) così come dal rapporto con l edificato esistente. Ai fini della completa e simultanea considerazione delle diverse materie afferenti alle suddette problematiche, la prestazione del progettista infrastrutturale richiede informazioni sul territorio sintetiche ed immediate, in relazione alle quali sia in condizioni di assumere oculate e documentate decisioni. A questo scopo, oltre ad un'adeguata base topografica, è di fondamentale ausilio la cartografia tematica di primo 1

2 e secondo livello, nonché quella più specialistica derivata da combinazioni di elaborazioni di quelle precedenti. Due anni fa la Direzione Centrale Progettazione di ANAS (DCP), nell'ambito delle attività dedicate all'individuazione di corridoi territoriali entro cui progettare la nuova SS16 da Pesaro a Foggia, ha realizzato un sistema di supporto alle decisioni (DSS) su base GIS utilizzando la piattaforma aziendale ArcGIS Server Enterprise Edition ed un Geodatabase particolarmente ricco di elementi primari e derivati. All'epoca il DSS, insieme ad un primo modulo di analisi multicriteria (MCA), fu messo in linea a valle degli studi di inquadramento per la definizione dei potenziali corridoi viari. Tuttavia la potenza elaborativa dimostrata dallo strumento e la sua versatilità, hanno indotto la DCP a riconsiderare la metodologia di approccio all'individuazione dei corridoi. In particolare il sistema è stato trasformato da elemento di validazione a posteriori di quanto prodotto dai progettisti in strumento di individuazione a priori del potenziale corridoio, grazie alla combinazione tra l'impiego dei processi di analisi spaziale e quello del modulo MCA, alimentato a partire dai dati ottenuti dal geoprocessing. Ciò ha implicato la costruzione di un geodatabase evoluto che ha di per sé mutato lo scambio dati tra quanto elaborato internamente alla DCP e quanto prodotto da tecnici esterni, costituendo de facto uno standard applicabile a qualsiasi progetto in ambito nazionale. Inoltre l'individuazione aprioristica dell'area potenzialmente interessata dall'infrastruttura comporta una drastica riduzione dei costi per gli studi preliminari di inquadramento e di definizione dei corridoi. ARCHITETTURA GIS SERVER E BASI DATI ANAS è una realtà molto articolata, sia dal punto di vista organizzativo sia da quello operativo, visto che per i suoi compiti istituzionali è presente in tutte le regioni italiane. Relativamente al mondo dei GIS, la piattaforma ArcGIS desktop e server è di fatto uno standard per tutto quello che riguarda il mapping delle proprie infrastrutture (basti ricordare al riguardo il catasto stradale). Proprio in relazione a ciò, la scelta naturale per il DSS è stata quella dell'ambiente ArcGIS server nella sua versione Enterprise Edition A livello architetturale, la componente applicativa è installata su una macchina virtuale su Windows Server 2003 R2, mentre la componente data base è organizzata su una macchina fisica multiprocessore in ambiente Unix ove è installata un'istanza dedicata dello RDBMS Oracle versione 10g. Per ciò che attiene i dati, lo scambio di informazioni con i progettisti esterni alla DCP avviene mediante invio di subset specifici memorizzati come personal Geodatabase, mentre a livello centrale il Geodatabase di esercizio è predisposto per contenere cinque principali tipologie di elementi, il cui contenuto è variabile in funzione della disponibilità dei singoli strati informativi. Nell'ordine essi sono: i) Dati di base (ortofoto, CTR, CTC, stradari, componente amministrativa, altra 2

3 cartografia topografica); ii) Cartografia tematica di primo livello (uso e copertura del suolo, vincoli, rischio sismico e idrogeologico, ecc.); iii) Cartografia tematica di secondo livello (cartografie derivate come ad esempio l'armatura urbana, ilpaesaggio, ecc.); iv) Dati specialistici (socio-economici, demografici, trasportistici); v) Elaborazioni DSS (tracciati, analisi spaziale, altra cartografia derivata). DESCRIZIONE DELLA METODOLOGIA IMPIEGATA L'approccio metodologico adottato si articola in otto fasi, che vengono di seguito brevemente descritte. i) Definizione dell area di studio: è necessario delimitare l'area di analisi; la sua determinazione non dipende solo da considerazioni di tipo geografico-territoriali, ma anche e soprattutto da analisi trasportistiche e di costi-benefici eseguite a priori, che servono a definire i limiti (sviluppo, posizione, collegamento, budget, tecnici ) oltre i quali l opera perderebbe la sua efficacia. ii) Acquisizione dei dati di base: sono rappresentati dall'insieme di cartografia numerica, digital elevation models, ortofoto, dai programmi di attuazione a vario livello (comunali, provinciali, regionali, nazionali), dai dati geologici e idrogeologici, dai vincoli territoriali, ambientali, archeologici, dalla valutazione di rischio. I dati di base devono coprire tutto il fuso di studio in maniera omogenea. Sono archiviati sotto forma di Geodatabase, con procedure di memorizzazione e modifica che registrano lo storico e la fonte del dato inserito o revisionato (metadato). Per facilitare le operazioni di archiviazione, sovrapposizione, interrogazione ed estrazione vengono redatte delle Linee Guida (standardizzazione dei nomi e formati dei campi a seconda del tipo di dato). iii)vincoli progettuali: l acquisizione dei dati di base è volta prioritariamente a definire le aree vincolate all interno dell area di studio che non permettono in alcun modo il passaggio dell infrastruttura, oppure che ne permettono il passaggio a determinate condizioni. iv) Definizione degli indicatori della multicriteri: questa è una delle fasi dal punto di vista metodologico più delicata. Ivi si devono individuare gli indicatori da inserire nell'analisi multicriteria e deve essere correttamente organizzata una struttura di relazione tra gli indicatori. 3

4 Figura1 Esempio di struttura degli indicatori per l analisi multicriteria Nell'esempio riportato in Figura 1 nella prima colonna sono raggruppati i tre quadri tipici del SIA (studio di impatto ambientale) insieme ad altre quadri ritenuti di pari livello, in questo caso Beni Culturali e Mobilità. Ogni quadro è composto da categorie di indicatori: il sistema sviluppato permette di intervenire in maniera dinamica sull aggregazione degli indicatori, sui pesi elementari dei medesimi e sui pesi delle categorie e dei quadri di aggregazione. v) Costruzione delle carte tematiche o derivate: la definizione degli indicatori precedentemente esposta si svolge di pari passo con la costruzione delle carte tematiche derivate. Si tratta di carte redatte da esperti in materia, relative al singolo indicatore, che ricoprono tutto il fuso di studio. Per la redazione di tali carte gli esperti fanno uso dei dati di base ma non solo: effettuano sopralluoghi, eseguono analisi storiche, organizzano e 4

5 normalizzano i dati. Esempi di carte tematiche sono le carte relative al paesaggio (carta dei paesaggi del silenzio, carta dell integrità paesistica, degli ecosistemi, della vegetazione) e le carte del rischio archeologico e dei beni naturali e monumentali. Grande attenzione deve essere riposta nella scelta degli indicatori e nella redazione delle relative carte, sia per non incorrere in duplicazione di dati, sia per non tralasciare nulla di importante. Dalla redazione delle carte tematiche si passa alla visualizzazione delle stesse per classi di giudizio. Per ciascun indicatore si stabiliscono 5 livelli di criticità/opportunità (trascurabile, basso, medio, alto, elevato) che esprimono il giudizio associato al tracciato qualora intersechi quella particolare porzione di territorio. La mappa a cui si fa riferimento è la visualizzazione della stessa carta tematica ottenuta distinguendo non i singoli tematismi, bensì le cinque classi di giudizio associate. Si ottengono in tal modo mappe in scala cromatiche che visualizzano in maniera diretta le aree in cui la collocazione del tracciato appare favorevole oppure non lo è. vi) Intersezioni buffer ai fini della misura delle criticità/opportunità: individuate le tratte su cui sono possibili più alternative si procede alla loro valutazione effettuando analisi di buffer sia sui dati di base che sulle mappe di rischio dei singoli indicatori. Il sistema permette di effettuare l analisi scegliendo il singolo indicatore oppure, a seconda dei layers visualizzati sulla mappa, per porzioni di tracciato inserendo progressiva chilometrica iniziale e finale. Anche l'ampiezza del buffer è parametrica. Il risultato dell analisi può essere salvato e riutilizzato in seguito, e ciò è possibile sia l'intera tratta analizzata, sia per parte di essa. Figura 2 reportistica relativa alle intersezioni buffer tracciato-indicatore 5

6 vii) Giudizio assoluto e giudizio relativo: rispetto quanto riportato nella Figura 2, il primo grafico mostra semplicemente le intersezioni del tracciato con i diversi tematismi al variare della progressiva d asse. Sullo stesso grafico, in basso, è possibile leggere il tipo di sezione stradale (raso, viadotto, galleria). Il secondo grafico riassume il profilo longitudinale mostrando il variare della quota nera (terreno) e della quota rossa (progetto). Il terzo grafico riporta la valutazione del giudizio in funzione dei temi intersecati e dei giudizi ad essi associati. Il grafico si compone di due linee: la linea nera esprime il giudizio assoluto del tracciato d asse mentre la linea rossa, tenendo conto della sezione stradale, amplifica, riduce o annulla il giudizio del valore assoluto: ciò esprime il giudizio relativo. viii)analisi Multicriteria (MCA): corrisponde all'ultimo step di analisi inserito nel sistema. Essa è basata sul metodo ELETTRA, selezionato tra le molto opzioni presenti in letteratura come quello più idoneo per la casistica nazionale. Si tratta di scontri a coppie eseguiti su singolo indicatore per ottenere il valore sulla componente, a livello di componente per avere un risultato a livello di quadri, sia, infine, a livello di quadri per avere il risultato dell analisi multicriteria completa, come da struttura ipotizzata. Una finestra interattiva permette di avere risposte di analisi al variare dei pesi, il cui valore, va detto, dovrebbe essere frutto di giudizio di esperti. Si sottolinea la predisposizione del sistema per permettere la composizione di un tracciato a partire da più tracciati elementari e per effettuare analisi multicriteria sia sulle singole tratte che sul tracciato completo. Rispetto quest ultimo, è possibile comporre un percorso completo utilizzando anche porzioni di tratte già analizzate e composte a piacere. Le analisi salvate in memoria vengono recuperate, estratte e ricomposte in un tracciato ideale. I valori di criticità/opportunità vengono riassemblati e forniscono un nuovo input per l analisi multicriteria. In tal modo è possibile sondare alternative non ancora effettivamente geometrizzate ed ottenere comunque valori plausibili di riferimento sulla bontà dell ipotesi progettuale. SVILUPPI FUTURI L'apprezzamento del nuovo DSS come strumento di lavoro e di condivisione delle informazioni progettuali nell'ambito delle attività della DCP, grazie alla sua architettura WebGIS, ed contemporaneo potenziamento della componente elaborativa legata alla MCA, ha permesso di delineare un'ideale linea di sviluppo e di perfezionamento dello strumento. In particolare nel prossimo futuro il focus operativo riguarderà: La creazione di carte di giudizio a livello di singola componente, sommando puntopunto gli strati di giudizio dei singoli indicatori e, analogamente a livello gerarchico più elevato, carte di quadro o di multicriteri nel loto complesso (va comunque ricordato che tali carte hanno una forte criticità dovuta alla soggettività dei pesi); Sempre al fine della scelta della migliore alternativa, approfondire le tematiche 6

7 relative alla cantierizzazione, ovvero l'utilizzo del sistema ai fini della valutazione degli impatti legati al cantiere (posizionamento, movimenti materiale, percorsi dei mezzi pesanti, atmosfera, rumore, etc..) non solo per i cantieri principali, ma anche per quelli temporanei o mobili e per i siti di stoccaggio provvisorio; Infine la possibilità di verifica e di implementazione dell intero processo di sistema di supporto alle decisioni, dai metodi di analisi alla reportistica, nel corso delle riunioni di iter approvativo con gli Enti Territoriali coinvolti, aggiungendo in pratica un modulo di WFM (workflow management system) alla struttura WebGIS. Riferimenti autori Ilaria Coppa è responsabile del Servizio Pianificazione Trasportistica della DCP di ANAS, mentre Maurizio Mancinetti, all'interno del Servizio, si occupa della progettazione di nuove infrastrutture. Guido Giulio Boarelli è il Direttore Tecnico della DS Graphic & Engineering di Roma, mentre Alessandro Boschi è il Responsabile dello sviluppo delle applicazioni GIS. IL PROGETTO Progettato a partire dalla seconda metà del 2009 in connessione con gli studi per la nuova SS16 Adriatica, il DSS è stato completato con successo nella sua versione iniziale dopo un anno. Nel 2011 è stata sviluppata l'attuale versione evoluta del modulo MCA e sono state potenziate le funzioni di geoprocessing e di reportistica grafica in ambiente ArcGIS Server. 7