CORSI E SEMINARI DI FORMAZIONE UTILIZZO DEI MODELLI DI SIMULAZIONE DEL TRAFFICO: MODELLI MULTIMODALI E BIG DATA

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1 UTILIZZO DEI MODELLI DI SIMULAZIONE DEL TRAFFICO: MODELLI MULTIMODALI E BIG DATA giovedì 9 novembre 2017// Centro Studi PIM - Villa Scheibler

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

3 Premessa Modelli di Simulazione Multimodale Cos è? Quali opportunità offre un modello multimodale del traffico? Quali e quanti dati fornire al modello? Come interpretare i dati risultanti? 3

4 Modelli di simulazione Multimodali: Introduzione Modello di Simulazione Multimodale Simula le scelte che gli utenti compiono nel momento in cui devono scegliere non solo il percorso da seguire ma anche la modalità di trasporto tramite la quale eseguire lo spostamento, da una zona di origine ad una di destinazione. La scelta è influenzata dai servizi presenti e dalla sensibilità degli utenti a parametri diversi (velocità, tempo di attesa, comfort ) MODELLO MONOMODALE MODELLO MULTIMODALE La ripartizione modale non rientra nella modellazione, la matrice O/D rimane invariata durante la simulazione. La ripartizione modale suddivide la matrice O/D dei viaggi totali (viaggiatori) in matrici relative a ciascun modo simulato.

5 UTILIZZO DEI MODELLI DI SIMULAZIONE DEL TRAFFICO Modelli di simulazione: caratteristiche, dati di input e output, principali parametri OFFERTA DI TRASPORTO Modelli di Simulazione Multimodale Si articola in GRAFO DI RETE SERVIZIO TRASPORTO PUBBLICO ACCESSIBILITA e INTERSCAMBIO Ripartizione modale INTERAZIONE ASSEGNAZIONE DOMANDA DI TRASPORTO MATRICI O/D TOTALI degli SPOSTAMENTI MATRICI O/D DI MODO Stima dei flussi di traffico circolanti sulla rete Stima dei viaggi su trasporto pubblico Stima dei viaggi altri modi CALIBRAZIONE VALIDAZIONE 5

6 Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI OFFERTA DI TRASPORTO ARCHI RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO GRAFO DI RETE (Multi-MODALE) GRAFO DI RETE (Mono-modale) Il grafo di rete del Modello Multimodale è una espansione del grafo di rete monomodale. 6

7 OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI CENTROIDI INTERNI ESTERNI Nodi fittizi di ORIGINE e DESTINAZIONE, sono comuni ai tutti i modi modellizzati ARCHI DI RETE Grafici Funzionali Rappresentazione dei punti di accesso/egresso/interscambio alla rete del trasporto pubblico e infrastrutture. RITARDI MANOVRE CONNETTORI alla rete Stradale alla Stazione interscambio Connessioni di accesso/uscita della rete del trasporto pubblico verso le zone e verso il resto del grafo. CURVE DI DEFLUSSO DI RETE Infrastrutture: rete su ferro (metro, tram, treni, ecc) rete su gomma (eventuali corsie dedicate) Viabilità di accesso ai diversi modi (stazione ) COSTO GENERALIZZATO Nel caso di modelli multimodali ciascun arco può essere comune a più modalità di trasporto (in promiscuo) o riservato a modi specifici (sede riservata) 7

8 OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO RITARDI MANOVRA NON CONSENTITA ATTESE Rappresenta la perdita di tempo (minuti) nel percorrere una sequenza di due archi contigui (itinerario semaforizzato) Permettono di definire le combinazioni di archi contigui che possono formare un percorso NON valido tra una origine e una destinazione PRIMA SALITA A BORDO Iwait DI TRASBORDO Xwait ecc COSTO GENERALIZZATO 8

9 OFFERTA Descrizione della rete, delle sue caratteristiche trasportistiche NODI ARCHI RITARDI MANOVRE SERVIZIO CONTINUO SERVIZIO DISCONTINUO TEORICHE funzioni BPR SPERIMENTALI osservazioni casi reali TEMPO TOTALE TRA CAPOLINEA + FREQUENZA TEMPO EFFETTIVO TRA 2 FERMATE + FREQUENZA CURVE DI DEFLUSSO Si può definire il servizio attraverso : PERCORSO FERMATE FREQUENZA COSTO GENERALIZZATO CAPACITA 9

10 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 Tempo arco Attese RITARDI MANOVRE CURVE DI DEFLUSSO COSTO GENERALIZZATO Ritardi TARIFFAZIONE Sistema aperto Sistema chiuso VALORE DEL TEMPO DISTANZA PERCORSA Tempi di accesso Tempi di uscita Titoli di Viaggio Costo ( ) puntuale Costo ( ) distribuito Trasformazione in tempo equivalente del costo monetario FUNZIONI DI COSTO Relative ai modi di trasporto 10

11 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 11

12 RIPARTIZIONE MODALE Costruzione delle MATRICI O/D MODALI a partire dalla MATRICE O/D TOTALE MATRICE O/D MODO 1 MATRICE O/D TOTALE SPOSTAMENTI Scelta Modale MATRICE O/D MODO 2 MATRICE O/D MODO n Modelli COMPORTAMENTALI Simulare la scelta di trasporto riferita alla modalità di spostamento attraverso la riproduzione probabilistica del comportamento di scelta degli UTENTI: I modelli riproducono non tanto il meccanismo psicologico individuale quanto il RISULTATO PROBABILISTICO della decisione modale in base ai costi da sostenere relativi ai diversi modi. 12

13 RIPARTIZIONE MODALE Modelli COMPORTAMENTALI Modelli UTILITA PROBABILISTICA Logit Probit ecc Una prima ipotesi generica sulla quale si basa questa famiglia di modelli presuppone che l utente, cioè il soggetto che compie le scelte, sia un decisore razionale, cioè tenda a massimizzare l utilità che può trarre dalle proprie scelte e che non è possibile prevedere con certezza la scelta che egli effettuerà ma soltanto stimare la probabilità che egli scelga una determinata alternativa. Ipotesi: L utente generico considera nella scelta tutte le alternative L utente associa a ciascuna alternativa un utilità percepita L utilità associata dipende da attributi propri dell alternativa 13

14 UTILITA PERCEPITA RIPARTIZIONE MODALE UTILITA SISTEMATICA valore medio costante per tutti gli utenti, che rappresenta il valore atteso della loro utilità percepita in funzione degli attributi dell offerta RESIDUO ALEATORIO rappresenta lo scostamento dal valore medio dell utilità percepita dal singolo utente Definiti nel processo di calibrazione Quantificati dal progettista per rappresentare le caratteristiche reali dei sistemi di trasporto Non è possibile attribuire un valore numerico 14

15 PROBABILITA DI SCELTA RIPARTIZIONE MODALE Per le condizioni poste dalle ipotesi introdotte, e in particolare a causa della impossibilità di esprimere numericamente i residui aleatori, in generale non è possibile prevedere con certezza l alternativa scelta da un generico decisore, ma è possibile limitarsi a calcolare la probabilità che egli scelga l alternativa come probabilità che l alternativa scelta offra una utilità percepita più elevata rispetto a quella di tutte le altre alternative disponibili nello stesso insieme di scelta. la probabilità di scelta di un alternativa dipende dalle utilità sistematiche di tutte le alternative concorrenti e dalla legge di distribuzione congiunta dei residui aleatori. 15

16 RIPARTIZIONE MODALE Modelli UTILITA PROBABILISTICA Variabile di Gumbel di parametro q Logit ecc Variabile aleatoria Normale Multivariata Probit Tutte le alternative sono indipendenti Logit Multinomiale Serie di decisioni successive in cui ogni gruppo ha utilità pari alla massima nel suo gruppo Logit Gerarchico 16

17 Calibrare il modello significa: CALIBRAZIONE osservare le scelte effettuate da un campione di decisori reali in un contesto descritto dagli attributi e ricercare i valori dei coefficienti b, oltre al parametro q della variabile di Gumbel (es caso logit multinomiale), che forniscano la stima più probabile, cioè la stima che renda il modello più aderente possibile alla realtà. METODO di MASSIMA VEROSIMIGLIANZA La probabilità di osservare l insieme delle scelte degli n decisori del campione, cioè di ottenerne una certa stima, è data dal prodotto delle probabilità che ciascun utente scelga effettivamente l alternativa. Si ricerca il vettore dei parametri per il quale la funzione ha il valore massimo. 17

18 RIPARTIZIONE MODALE Matrici COSTI diversi MODI Matrice Totale degli Spostamenti Modello di Scelta Modale Scelta Modale Parametri Calibrati Matrice O/D MODALE Modo 1 Matrice O/D MODALE Modo 2 Matrice O/D MODALE Modo n 18

19 ASSEGNAZIONE Interazione tra domanda e offerta Scelta del percorso in base al criterio di minimo costo di percorrenza e quantificazione dei flussi presenti sulla rete attuale o prevedibili sulla rete futura. Esiste una dipendenza circolare tra Flussi di percorso indefinito (Matrici MODALI O/D)- flussi di percorso definito (Assegnazione) costi di percorrenza-ripartizione MODALE. 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 ripartizione modale, una nuova scelta del percorso e relativi costi, fino a giungere a una condizione di convergenza che rappresenta l equilibrio. 19

20 VALIDAZIONE INFORMALE Verifica preventiva di massima della bontà dei risultati FORMALE Confronto tra dato simulato e dato misurato: VOLUMI DI TRAFFICO VOLUMI MODALI REGRESSIONE LINEARE SCELTA DEI PERCORSI A RETE ASSEGNATA VELOCITÀ MEDIE SALITI E DISCESI COERENZA DEI PARAMETRI calibrati r 2 se Coefficiente di determinazione Errore standard TEMPI DI PERCORRENZA RAGIONEVOLEZZA della RIPARTIZIONE MODALE 20

21 UTILIZZO DEI MODELLI DI SIMULAZIONE DEL TRAFFICO Modelli di simulazione: caratteristiche, dati di input e output, principali parametri GRAZIE DELL ATTENZIONE 21

22 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 arch. Cristina Alinovi cristina.alinovi@pim.mi.it