La simulazione di guida per l analisi l sicurezza dell esercizio esercizio viario

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1 3 Convegno Nazionale sul Monitoraggio degli Incidenti Stradali Casualità e causalità nell ambito dell incidentalit incidentalità stradale: come intervenire AREZZO La simulazione di guida per l analisi l della sicurezza dell esercizio esercizio viario Ing. Alessandro Calvi UNIVERSITÀ DEGLI STUDI ROMA TRE DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL INGEGNERIA CIVILE CRISS Centro di Ricerca Interuniversitario per la Sicurezza Stradale Università degli Studi Roma Tre - Università degli Studi La Sapienza - Politecnico di Milano

2 Il Centro Interuniversitario di Ricerca per gli Studi sulla Sicurezza Stradale Il CRISS è stato istituito tra: Università degli Studi Roma Tre Criteri progettuali Qualità della progettazione Verifiche di sicurezza il simulatore Università degli Studi La Sapienza Psicologia di guida Modelli comportamentali Politecnico di Milano Accertamenti sul campo Degradi ed effetti sul rischio il veicolo attrezzato ricerca pura le analisi strutturali attività conto terzi

3 La verifica di qualità del progetto sotto il profilo della sicurezza d esercizio OBIETTIVI L efficacia dei processi decisionali si affida alla verifica degli effetti delle scelte tecniche... SCELTE PROGETTUALI VERIFICA?... la progettazione delle geometrie stradali prescinde da una reale verifica della sicurezza d esercizio d... La qualità del progetto in ordine alla sicurezza di esercizio è garantita solo da un affidabile previsione della incidentalità attesa

4 La componente incidentale imputabile alla strada Esclusi i sinistri determinati da carenze fisico strutturali della strada per valutare i rischi conseguenti al comportamento dell utente dobbiamo distinguere le condizioni di ordinaria prudenza eventi patologici caratteristiche geometriche condizioni di esercizio Caratteristiche e intrinseche differenze soggettive degli utenti capacità percettive tempi di reazione criteri decisionali Comportamento dell utente indotto dalla strada dalla geometria dal carico di traffico

5 La verifica dell incidentalità attesa L analisi della sicurezza dell esercizio deve essere condotta per modesti carichi di traffico quando prevale il ruolo delle geometrie d asse e di piattaforma individuando la reale condizione di maggior rischio verifica sistemica degli standard per elevate densità veicolari quando prevale il comportamento dell utente in funzione del disagio prevedendo la frequenza delle manovre a rischio verifica sistemica di funzionalità

6 La simulazione di guida in realtà virtuale Questo approccio è reso possibile dallo sviluppo delle tecnologie che consentono: ripetitività e riproducibilità delle misure rilevamento esaustivo delle condizioni di guida efficace simulazione della realtà (strada ed esercizio) Il metodo costruzione dello scenario selezione dei drivers conduzione delle prove elaborazione dei dati

7 Il simulatore di guida del CRISS riceve in ingresso una serie di informazioni attraverso un codice alfanumerico e restituisce output facilmente elaborabili INPUT La simulazione di guida in realtà virtuale geometrie plano altimetriche elementi al contorno livelli di traffico condizioni ambientali caratteristiche del veicolo Dall ambiente ambiente reale OUTPUT variabili cinematiche All ambiente simulato variabili dinamiche posizione del veicolo stato del veicolo posizioni reciproche tra veicolo e altri veicoli presenti stato psicofisico dell utente

8 CRISS Centro di Ricerca Interuniversitario per la Sicurezza Stradale Università degli Studi Roma Tre - Università degli Studi La Sapienza - Politecnico di Milano

9 La simulazione di guida in realtà virtuale il percorso di ricerca 1 B A verifica di rappresentatività validazione della sperimentazione accertamento delle anomalie locali analisi dei modelli teorici km km km B 7 A 7 C dispersione delle traiettorie D E F verifica della qualità sistemica Scostamento (m) F 7 le geometrie -C 7 -E 7 i comportamenti -D 7 progressive

10 La simulazione di guida in realtà virtuale il percorso di ricerca verifica di rappresentatività validazione della sperimentazione accertamento delle anomalie locali analisi dei modelli teorici verifica della qualità sistemica le geometrie i comportamenti probability probability density density function function 0,03 0,03 0,025 0,025 0,02 0,02 0,015 0,015 0,01 0,01 0,005 0,005 km/h ,9 128 field field speed speed speed speed at at the the simulator simulator speed speed (km/h) (km/h) 128,8 123,4 il campo prove confronto di traiettorie e velocità al vero e in simulazione ,2 109,7 117,2 100,7 107,8 78,5 84,6 Vmean from field measurements Vmean from the simulation 75,9 83,5 91,5 A B C D E ,2 42,3 38,3 97,1 measurement sites

11 La simulazione di guida in realtà virtuale il percorso di ricerca verifica di rappresentatività validazione della sperimentazione accertamento delle anomalie locali analisi dei modelli teorici verifica della qualità sistemica le geometrie i comportamenti

12 La simulazione di guida in realtà virtuale il percorso di ricerca verifica di rappresentatività validazione della sperimentazione accertamento delle anomalie locali analisi dei modelli teorici i tempi di reazione Velocità media (m/s) speed [m/s] RT A1-2-3 B C MWL Tempo di reazione (s) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2 AVVISTAMENTO DEL VEICOLO PIÙ LENTO 3 OCCUPAZIONE DELLA CORSIA OPPOSTA 5 verifica della qualità sistemica le geometrie i comportamenti il sorpasso RIENTRO NELLA PROPRIA CORSIA INVILUPPO MASSIMI TRAIETTORIA MEDIA INVILUPPO MINIMI

13 La simulazione di guida in realtà virtuale il percorso di ricerca verifica di rappresentatività validazione della sperimentazione accertamento delle anomalie locali analisi dei modelli teorici verifica della qualità sistemica le geometrie i comportamenti

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15 Gli indicatori di letteratura Le tematiche risalgono agli anni 50 (Taragin 1954) AVERAGE RADIUS (Valore medio del raggio) CURVATURE AR = R n CHANGE RATE i (Tasso di variazione della curvatura) [Cfr. Taragin 1954] CCR = ω E RAPPRESENTATIVO DELLA i Li CURVATURA DEL TRACCIATO [Cfr. (Raggio McLean massimo/raggio 1978] minimo) 1978 MAX RADIUS/MINIMUM RADIUS 1980 RR = R max R min E RAPPRESENTATIVO DELLA TORTUOSITA COMBINATION DEL TRACCIATO VCCR-CCR [Cfr. Polus e Dagas 1980] (Lunghezza media del rettifilo) E RAPPRESENTATIVO DELLA COMBODEGREE = ω TORTUOSITA DEL TRACCIATO i LOF + CURVATURE i Δi Li (Grado di curvatura) [Cfr. Polus and Dagas] DC = 1 (Lunghezza media del rettifilo) L E RAPPRESENTATIVO CURVE DELLA R i LENGHT i CURVATURA PLANIMETRICA [Cfr. Morral (Lunghezza e E Talarico ALTIMETRICA - delle 1994] curve) ATL = Lrettifiloi n SPEED E RAPPRESENTATIVO CL = Lcurva DELLA i L [Cfr. Al Masaeid REDUCTION et al. 1995] ON i CURVATURA DEL TRACCIATO HORIZONTAL CURVE [Cfr. Krammes et al. 1995] E RAPPRESENTATIVO (Variazioni locali DELLA di velocità) LINEARITA DEL TRACCIATO E RAPPRESENTATIVO DELLA I = AVERAGE f ΔV RATE OF LINEARITA DEL TRACCIATO AVERAGE TANGENT LENGHT VERTICAL CURVE [Cfr. Fitzpatrick et al. 2000] (Tasso medio di curvatura verticale) E RAPPRESENTATIVO DELLE AVRC = L i n CONDIZIONI DI SEVERITA DELLA GUIDA i Δ i 2001 VERTICAL CURVATURE CHANGE RATE [Cfr. Gibreel et al. 2001] (Tasso di cambio della curvatura verticale) E RAPPRESENTATIVO DELLA CURVATURA ALTIMETRICA VCCR DEL = TRACCIATO Δi i Li 2001 [Cfr. Gibreel et al. 2001] Le molteplici proposte hanno caratteri comuni non tengono conto delle condizioni di fruizione della strada... verificano la coerenza con l incidentalità solo episodicamente... non si hanno elementi per valutare la correlazione con il comportamento dell utente E RAPPRESENTATIVO DELLA LINEARITA ALTIMETRICA DEL TRACCIATO

16 Gli indicatori di simulazione: il Pathologic Discomfort Accelerazione trasversale 2 V m R 1 Accelerazione teorica V m 2 R 2 progressive Accelerazione reale Area differenza

17 La stima dell incidentalità attesa accelerazione trasversale accelerazione teorica accelerazione reale area differenza progressive a pat tj 2 j = a v / ρ g tan( β ) tj pat N PD = a ( ) t s ds j= 0 PD s= L 2 j atj s= 0 ρ j mod PDmod + α Δv 1 j v 2 ( + ) * = β I elevata correlazione con l incidentalità verificata su tracciati esistenti

18 La stima dell incidentalità attesa il protocollo per la verifica della qualità del progetto sotto il profilo della sicurezza di esercizio

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20 La variabilità del grado di sicurezza dell utente

21 La variabilità del grado di sicurezza dell utente Two way two lane road five scenarios Highway five scenarios Al crescere delle interferenze subite, l utente l stradale adotta gradi di sicurezza sempre più bassi di quelli che regolano la marcia in assenza di disagio

22 La probabilità del tamponamento La variabile probabilistica Condizioni di marcia critiche: se il distanziamento dal veicolo che precede è inferiore alla distanza di sicurezza Quale indicatore utilizzare? valore proporzionale ai tempi di permanenza dei driver nella condizione d<ds.

23 La probabilità del tamponamento La variabile probabilistica I valori normalizzati della probabilità di tamponamento denunciano una proporzionalità diretta tra densità di traffico e probabilità del sinistro

24 Alcune considerazioni Le nuove tecnologie sperimentali consentono di tradurre delle intuizioni di buon senso in leggi matematiche scientificamente dimostrate Il comportamento di guida è fortemente influenzato dalle relazioni tra l utente, la strada e l ambiente al contorno La sicurezza dell esercizio viario non può prescindere dall analisi dei condizionamenti indotti sull utente nelle diverse condizioni di fruizione dell infrastruttura Nasce la necessità di identificare sperimentalmente le leggi matematiche che governano le dinamiche di guida

25 La teoria del Disagio Il disagio è espresso tramite la differenza tra la velocità desiderata dagli utenti, funzione della motivazione degli spostamenti, e la velocità imposta dalle condizioni di circolazione. LD = K ( ) V d V e Le variabili prese in considerazione sono quelle che influenzano le relazioni tra utente e strada Individuazione delle tratte omogenee geometrie d asse carichi di traffico percorrenza breve media lunga mobilità sistematica mobilità pendolare gravitazione urbana fruizione turistica locale mobilità produttiva mobilità turistica stag. entità composizione motivazione dello spostamento aspettative di servizio interferenze ambientali

26 La teoria del Disagio: l applicazione Tratte omogenee Lunghezza tratta Dati incidentali Km 4 anni Ambiente reale scenario incidentale Ambiente virtuale

27 La teoria del Disagio: l applicazione ( LD) x = K 1 N PT H PT T T ( Vd Ve ) H T N T P C c x, H PT CT NT N Esiste una strettissima relazione tra il disagio e l incidentalità R 2 = 0.96

28 Conclusioni e ricadute progettuali Per garantire la sicurezza dell esercizio viario non si può attribuire all utente un ruolo passivodimerorispettodelleipotesiassuntedalprogettista. E indispensabile considerare nelle scelte progettuali I flussi di traffico in termini di entità, variabilità e composizione I limiti, le necessità e le aspettative delle diverse componenti della domanda di mobilità I condizionamenti e le restrizioni imposte dalle correnti veicolari La variabilità del comportamento dell utente in funzione delle condizioni di esercizio al fine di ridurre il disagio subito dagli utenti nell esercizio di guida evitando una elevata probabilità delle manovre in debito di sicurezza

29 CRISS Centro di Ricerca Interuniversitario per la Sicurezza Stradale Università degli Studi Roma Tre - Università degli Studi La Sapienza - Politecnico di Milano Ripresa video reale Ripresa video realtà virtuale

30 grazie per l attenzione