Modellazione dei trasporti: sfide e soluzioni

Oggi i pianificatori urbani e del traffico devono trovare un equilibrio tra diverse esigenze concorrenti. La transizione verso un ecosistema di mobilità più sostenibile è più urgente che mai per affrontare sfide come il cambiamento climatico e la crescente urbanizzazione e modellare ambienti vivibili. Allo stesso tempo, la domanda di mobilità e di mezzi di trasporto facilmente accessibili è in costante crescita. Tutti si aspettano un trasporto sicuro, accessibile, veloce e confortevole. I pianificatori hanno quindi il compito di trovare soluzioni di trasporto affidabili che siano convenienti, efficienti ed eque.

Nella pianificazione dei trasporti e nello sviluppo di sistemi di mobilità avanzati, la previsione del comportamento di viaggio e della domanda di viaggio gioca un ruolo cruciale. Solo se puoi stimare come e dove viaggeranno le persone nei prossimi anni, puoi prendere le giuste decisioni per un futuro sistema di mobilità. La modellazione e la simulazione del flusso di traffico consente ai pianificatori di comprendere i problemi attuali nel loro sistema di trasporto, identificare le opportunità e prevedere e misurare gli effetti della pianificazione dello sviluppo. Serve come base per prendere decisioni valide e impostare il giusto quadro per il futuro dei trasporti.

Cos'è la modellazione dei trasporti?

Un modello di trasporto è una replica digitale dettagliata del complesso sistema reale di trasporti e uso del territorio. Rappresenta le numerose scelte di viaggio complesse che le persone fanno, i loro schemi di movimento e quindi il livello di domanda di viaggi, nonché le capacità della rete del sistema di trasporto.

La modellazione dei trasporti non è limitata al traffico automobilistico, è multimodale. Tutti i modi di trasporto e le loro interazioni possono essere modellati. Ciò include biciclette, pedoni, trasporti pubblici, nuove modalità di micromobilità e persino il traffico aereo. I modelli di trasporto sono una sorta di parco giochi digitale per valutare l'impatto delle diverse opzioni di trasporto e di utilizzo del territorio e per identificare le probabili prestazioni del sistema di trasporto in futuro. La modellazione dei trasporti è quindi uno strumento potente per analisi what-if urbane e dei trasporti affidabili e pianificazione degli scenari.

Qual ​​è lo scopo di un modello di trasporto?

I modelli di trasporto sono alla base della pianificazione dei trasporti e del traffico. I sistemi di trasporto coinvolgono molti componenti e parti interessate, ciascuno con la propria prospettiva e i propri interessi. Inoltre, il trasporto è strettamente legato a molti altri aspetti della società. Pertanto, la pianificazione dei trasporti di solito non consiste nel trovare "l'unica soluzione ottimale", ma nel considerare una serie di possibili misure, politiche e condizioni esterne e quindi suggerire azioni adeguate per il processo decisionale politico o commerciale.  Questa è chiamata analisi "what-if" o analisi dello scenario.

Gli strumenti di modellazione dei trasporti consentono agli esperti di modellazione di sviluppare rapidamente diversi scenari per una rete di trasporto e testarli in una serie di presunte condizioni demografiche o economiche future.

La questione di dove le persone vivranno e lavoreranno in futuro e come e dove viaggeranno è cruciale per pianificare le infrastrutture e i servizi di trasporto e per creare un sistema di mobilità collaudato per il futuro. I modelli di domanda di viaggio rappresentano tutti i processi decisionali rilevanti per i trasporti che fanno muovere le persone. All'interno di un modello, è possibile costruire scenari futuri per la crescita della popolazione, l'uso del suolo, le reti di trasporto e il comportamento di mobilità per valutare l'impatto di questi cambiamenti. Ciò consente ai pianificatori di determinare se è necessaria una nuova corsia autostradale, in che modo la rete di trasporto pubblico dovrebbe essere ampliata per soddisfare la domanda, dove dovrebbero essere collocate le posizioni per i nuovi terminal degli autobus o gli hub logistici o come cambierà il comportamento di mobilità delle persone con i veicoli autonomi.< /p>

La modellazione dei trasporti consente ai pianificatori di

• Sviluppare strategie e soluzioni di trasporto avanzate e a prova di futuro.
• Condurre analisi e previsioni del traffico
• Pianificare i servizi di trasporto pubblico
• Definire il quadro per l'adattamento ai nuovi servizi di mobilità come la guida autonoma

Quali sono i casi d'uso della modellazione dei trasporti?

I modelli di traffico vengono utilizzati per un'ampia varietà di applicazioni. Ecco alcuni esempi:

Piani generali dei trasporti & Pianificazione delle infrastrutture

Le città e le agenzie di trasporto oggi affrontano la sfida di creare un'infrastruttura di mobilità che soddisfi tutte le esigenze. Non solo in termini di movimento efficiente di persone e merci, ma anche riguardo a obiettivi di pianificazione come la sicurezza e la sostenibilità.  La modellazione dei trasporti aiuta a pianificare e progettare nuove infrastrutture tenendo conto degli sviluppi futuri e rendendole facilmente adattabili alle mutevoli condizioni demografiche, economiche o spaziali.

La modellazione dei trasporti supporta:

• Pianificazione & progettazione di nuove infrastrutture
• Sviluppo a lungo termine delle infrastrutture di trasporto in base alle proiezioni demografiche e allo sviluppo dell'uso del territorio
• Accessibilità a diversi servizi e con varie modalità

Trasporti pubblici & Pianificazione ferroviaria

Come può essere ampliata la rete di trasporto pubblico? Dove ha senso una nuova linea di autobus, dove sono necessarie nuove fermate? Quale frequenza soddisfa la domanda e crea un'offerta interessante? La modellazione dei trasporti fornisce una rappresentazione dettagliata di tutte le modalità di trasporto pubblico come autobus, tram, metropolitana, taxi, ferrovia e treno. Consente ai pianificatori di progettare servizi di transito affidabili che soddisfino in modo ottimale le esigenze dei passeggeri e consentano operazioni efficienti.

Supporto dei modelli di trasporto:

• Sviluppo di linee & orari per gli anni futuri (1, 5, 10 anni)
• Pianificazione della flotta (acquisto di veicoli a lungo termine), Assegnazione dei veicoli
• Pianificazione per il funzionamento di autobus elettrici
• Pianificazione dei servizi
• Appalti di sottorete nelle agenzie di trasporto pubblico
• L'allocazione dei ricavi & sovvenzioni agli operatori per agenzia
• Valutazione delle strutture tariffarie
• Analisi del conteggio dei passeggeri
• Analisi dell'equità dei ciclisti
   

Sviluppo di politiche e normative sui trasporti

I modelli di trasporto forniscono una base importante per la definizione delle condizioni quadro e dei regolamenti nella politica dei trasporti. Ad esempio, nell'introduzione di zone a traffico limitato o altre norme sul traffico, o come base per una gestione efficiente del traffico.

Nuova pianificazione della mobilità

Il futuro della mobilità si sta orientando verso veicoli elettrici e autonomi.  Inoltre, la condivisione di corse e veicoli è sempre più importante. I pianificatori dei trasporti devono adattarsi a questi nuovi servizi di mobilità e apportare le modifiche necessarie per soddisfare le esigenze della loro comunità. Come si può pianificare strategicamente l'infrastruttura di ricarica per la mobilità elettrica? Quale impatto avranno i veicoli autonomi sul flusso del traffico e sulla capacità stradale? Come si possono progettare i servizi on demand e sharing in modo tale da arricchire i servizi di trasporto pubblico esistenti? La modellazione dei trasporti è indispensabile per impostare la giusta rotta per un ecosistema di mobilità orientato al futuro.

Qual ​​è il flusso di lavoro per sviluppare, mantenere e applicare un modello di trasporto

Per la pianificazione strategica dei trasporti esiste una distinzione relativamente chiara tra lo sviluppo della modalità e l'applicazione del modello. Lo sviluppo del modello è il processo per impostare un modello base che riproduce la mobilità nelle regioni di pianificazione in un dato momento (l'anno base). Questo modello è costruito da varie fonti di dati, che dovrebbero tutte riferirsi all'anno base. Regolando vari parametri e input, il modello viene calibrato per abbinare i conteggi del traffico e vari dati di indagine (come il conteggio dei veicoli, gli imbarchi dei passeggeri del trasporto pubblico, le distribuzioni della distanza di viaggio), che vengono raccolti anche per il modello di base. A causa di questi dati e requisiti di calibrazione, l'anno base del modello sarà spesso un anno precedente rispetto all'anno effettivo in cui il modello viene sviluppato.

Una volta calibrato e approvato, questo modello di base (anno) può essere utilizzato in molte applicazioni diverse per sviluppare progetti e scenari di test. Questo modello può quindi essere consegnato a diverse agenzie o consulenti per i loro studi di progetto.

Man mano che il sistema di trasporto si evolve nel tempo, anche il modello di base deve essere mantenuto e aggiornato per rimanere rappresentativo per la regione del modello. Gli aggiornamenti più grandi del modello richiedono solitamente anche una ricalibrazione. La frequenza di tali aggiornamenti dipende dalla portata dei cambiamenti di mobilità nella regione e dalla tempistica e dal budget del progetto.

Cosa sono i modelli macroscopici, mesoscopici e microscopici?

I tre termini si riferiscono al livello di dettaglio in cui, in particolare, viene modellato il traffico stradale. Nei modelli macroscopici, il traffico è modellato con un modello di flusso simile ai fluidi, generando output ad es. come volumi frazionari su collegamenti e giri. I modelli macroscopici possono essere utilizzati per valutare il traffico in reti su larga scala, a scapito dei dettagli della simulazione. Al contrario, i modelli di simulazione microscopica forniscono una simulazione dettagliata dei singoli veicoli, con la loro accelerazione, decelerazione e movimenti precisi lungo i collegamenti e attraverso le intersezioni. I risultati dei modelli microscopici sono quindi traiettorie dettagliate dei singoli veicoli. I requisiti di calcolo più elevati li rendono meno applicabili alle reti su larga scala.  I modelli mesoscopici (o modelli di assegnazione basati sulla simulazione) combinano aspetti di entrambi i modelli, simulando il traffico in reti su larga scala attraverso modelli di movimento del veicolo semplificati che omettono aspetti come l'accelerazione o la decelerazione. I modelli mesoscopici forniscono dettagli sufficienti per la valutazione delle misure di gestione del traffico, ecc., pur rimanendo applicabili a reti su larga scala.

Quali metodi vengono utilizzati per la modellazione dei trasporti?

A seconda del livello di dettaglio e accuratezza richiesti, del periodo di previsione, dei dati di input disponibili, delle risorse e del know-how, è possibile utilizzare diversi approcci matematici. Storicamente, una metodologia aggregata denominata modello in 4 fasi, o modello basato sul viaggio, è stata la più utilizzata. Recentemente, in molte località sono stati implementati approcci disaggregati più dettagliati denominati modelli basati sull'attività o modelli basati su agenti (ABM). Entrambi gli approcci e alcuni altri tipi di modello sono spiegati di seguito:

Il classico processo di modellazione della domanda di viaggio in 4 fasi

Il processo in 4 fasi è una metodologia consolidata per la modellazione della domanda di viaggi urbani, regionali e nazionali. Il modello di trasporto di pianificazione aggregata compromette quattro passaggi relativi alle scelte di viaggio.

1. Generazione del viaggio –  quanti viaggi vengono generati?

Il primo passaggio del processo di pianificazione dei trasporti in quattro fasi riguarda la questione di quanti viaggi hanno origine o sono destinati a una particolare zona di analisi dei viaggi (TAZ).  Le TAZ sono quartieri nell'area modello e servono come fonte o destinazione per i viaggi. Le TAZ sono inoltre codificate con dati sull'uso del suolo come il numero di famiglie e l'occupazione per comprendere la domanda di viaggio.  I viaggi generati sono correlati a diversi scopi del viaggio, ad esempio lavoro, shopping o tempo libero. La produzione e l'attrazione dei viaggi sono guidate dalle cosiddette tariffe di viaggio, medie basate sul numero di persone nei nuclei familiari o sul numero di veicoli disponibili.

A volte, nel modello vengono introdotte TAZ dedicate per rappresentare strutture come aeroporti o grandi fabbriche che presentano speciali caratteristiche di produzione e attrazione dei viaggi. 

L'output della fase di generazione del viaggio è un insieme di valori di produzione e attrazione associati a ciascuna zona.

2. Distribuzione dei viaggi: dove vanno i viaggi?

La scelta della destinazione è il secondo componente della pianificazione dei trasporti in quattro fasi. La fase di distribuzione del viaggio abbina le origini del viaggio con la destinazione. Questo viene fatto soppesando l'attrattiva della potenziale destinazione e lo sforzo necessario per arrivarci, ad esempio la distanza stradale, il tempo di percorrenza e il pedaggio/costo.

Il risultato è che la domanda originaria di una TAZ è suddivisa in diverse zone di destinazione. A seconda della segmentazione del modello, possono essere generate più matrici di distribuzione, ad esempio in base allo scopo del viaggio o al reddito familiare.

3. Scelta della modalità: quale modalità di viaggio viene utilizzata per ogni viaggio?

Nella terza fase, i viaggi tra le TAZ vengono assegnati a diverse modalità di trasporto. La modalità di trasporto utilizzata dalle persone dipende dalle loro preferenze e dagli aspetti della loro famiglia o persona come il possesso di un'auto. Altri fattori come il tempo di viaggio, il costo, la disponibilità di parcheggi e il numero di trasferimenti per il transito hanno un'ulteriore influenza sulla ripartizione modale. Queste variabili e parametri sono in genere incorporati in un modello logit per calcolare la suddivisione della domanda tra le modalità.

Come risultato della procedura di scelta della modalità, le matrici di viaggio dalla fase di distribuzione vengono ulteriormente perfezionate in matrici di viaggio per modalità.

4. Assegnazione del viaggio: qual è il percorso di ogni viaggio?

Nella fase di assegnazione, i viaggi tra un'origine e una destinazione mediante una particolare modalità vengono 'assegnati' a un percorso specifico. Ciò significa che le matrici di viaggio delle fasi precedenti vengono utilizzate come input per assegnare i flussi di rotta alla rete di trasporto effettiva. I volumi di traffico per segmenti stradali (o collegamenti) e carichi di veicoli in transito vengono generati e spesso analizzati come risultato

Esistono diverse procedure di assegnazione della rete per diversi tipi di modalità di trasporto:

Assegnazione del traffico stradale

Per il traffico su strada di automobili, automezzi pesanti, ecc., vincolato dalla capacità stradale, vengono applicate procedure iterative di assegnazione della rete di equilibrio. La distribuzione del traffico sui diversi percorsi in queste procedure è guidata dall'osservazione che le velocità effettive di percorrenza sulle strade diminuiscono con la quantità di traffico sulla strada in relazione alla capacità (il livello di saturazione). Ciò è espresso dalle funzioni di ritardo del volume (o funzioni di limitazione della capacità). Con l'aumento del carico di traffico e la diminuzione della velocità di viaggio sulle strade principali, gli utenti della strada passano a percorsi secondari più veloci.

Le procedure di assegnazione spostano iterativamente frazioni della domanda di viaggio tra diverse rotte, fino a quando tutte le rotte assegnate a ciascuna coppia di zone di origine-destinazione presentano lo stesso (o molto simile) tempo di viaggio (o costo generalizzato). Questo bilanciamento viene eseguito per tutte le coppie contemporaneamente, convergendo in uno stato di equilibrio a livello di rete, chiamato equilibrio di Wardrop. A causa del vasto numero di rotte considerate, l'equilibrio non è mai esattamente raggiunto. Una misura del gap viene utilizzata per indicare il livello di convergenza raggiunto nel processo di assegnazione. Una buona convergenza del modello di base è essenziale per la pianificazione dei trasporti perché, con una cattiva convergenza, è impossibile distinguere gli effetti dello scenario dagli artefatti/rumore dell'assegnazione casuale nelle successive applicazioni del modello.

Incarico di trasporto pubblico

Il processo di assegnazione delle corse con i mezzi pubblici funziona in modo diverso rispetto alle assegnazioni stradali.  Le reti di trasporto pubblico sono costituite da linee di trasporto distinte con frequenze di servizio specifiche e possibili tempi di attesa alla fermata. La rete di transito può essere inserita solo in corrispondenza di fermate specifiche, pertanto sono richiesti l'accesso e l'uscita, solitamente a piedi. Per una determinata coppia di zone di origine-destinazione,  potrebbe non esserci un  connessione diretta e quindi potrebbero essere necessari uno o più trasferimenti. Inoltre, nella scelta del percorso vengono considerate anche le tariffe di transito.

Ci sono diversi fattori che influenzano l'esperienza di viaggio, come il tempo di viaggio, il numero di trasferimenti, i tempi di attesa o il tempo di accesso e di uscita. All'interno di un incarico di trasporto pubblico, questi fattori sono considerati in un modello di scelta.

Varie alternative di collegamento di viaggio derivano dalla rete di trasporto pubblico e dall'orario. Le corse vengono quindi distribuite a queste alternative in base alle preferenze dei viaggiatori e alla linea, alla fermata e agli imbarchi dei veicoli risultanti della rete di trasporto pubblico e ai volumi disponibili per l'analisi.

Modalità attive / Assegnazione bici

Sebbene le modalità di trasporto attivo come le biciclette utilizzino spesso la stessa infrastruttura stradale delle automobili, la scelta del percorso da parte dei ciclisti è influenzata da altri fattori rispetto ai conducenti.  Le velocità di viaggio delle biciclette non sono dovute all'effetto capacità come le velocità di viaggio delle automobili. Invece, i ciclisti sono più sensibili a caratteristiche come pendenze, pavimentazione, semafori, strisce e così via. Pertanto, vengono applicati modelli di scelta che riflettono questi aspetti per assegnare il viaggio in modalità attiva a diverse alternative di percorso.

Disaggregare modelli Activity-based / Agent-based (ABM)

A differenza dei modelli aggregati basati sui viaggi, i modelli disaggregati modellano le persone e/o le famiglie individualmente e spesso con posizioni più precise della casa e delle attività. Poiché i dati individuali non sono disponibili per l'intera popolazione, viene generata una "popolazione sintetica" di famiglie e persone dai dati statistici e dalle distribuzioni di variabili chiave come il reddito familiare e l'età della persona.

La struttura del modello di scelta generale applicata in ABM è molto flessibile. Gli attributi della persona e della famiglia associati a ciascun individuo, così come le loro precedenti decisioni, possono essere considerati in ogni successiva fase di scelta. Ciò consente una rappresentazione più realistica della loro mobilità in termini di viaggio durante il giorno della simulazione, in quanto è possibile utilizzare le variabili del contesto domestico (ad esempio l'uso dell'auto di famiglia), le decisioni a lungo termine (ad esempio la proprietà dell'auto) e le variabili del tour (ad esempio l'andare al lavoro) per stimare con maggiore precisione le decisioni di viaggio.  Anche la comprensione del tempo e dello spazio è in genere più precisa, il che rende più accurate le stime dei viaggi con pedaggio/prezzo e dei viaggi in modalità attiva.

I modelli ABM generano piani di attività quotidiane che coprono le attività rilevanti di ogni persona insieme alla loro posizione, tempistica, modalità e percorso (in alcuni casi).  Questo diario di viaggio sintetico fornisce una risoluzione spaziale e temporale molto più elevata degli output del modello per l'analisi. Poiché i risultati vengono generati come singoli tour, viaggi e attività, sono più facili da comprendere per i non esperti rispetto ai tradizionali flussi di traffico frazionari generati dai modelli aggregati. D'altra parte, impostare e calibrare i modelli ABM è più complesso dei modelli aggregati.

Altri metodi di modellazione

Modelli aggregati basati su tour/attività

Pur mantenendo l'aggregazione spaziale e la segmentazione dei classici modelli in 4 fasi, i modelli aggregati basati sui tour considerano i tour di individui che abbracciano più attività in luoghi diversi. Incorporano alcuni aspetti dei modelli ABM e alcuni aspetti dei tradizionali modelli aggregati.

Modelli incrementali / pivot-point

I modelli pivot-point sono simili ai semplici modelli di crescita che mettono in relazione la crescita con una variabile rilevante (come la variazione del prezzo del biglietto) in quanto stimano le variazioni della domanda di viaggio dalle variazioni del costo del viaggio. Ma invece di applicare semplicemente un'elasticità fissa correlata a una o poche variabili selezionate, in genere riflettono le scelte complesse che i viaggiatori prendono in un modello logit incrementale. Poiché questo approccio consente di considerare varie variabili che influenzano le scelte di viaggio, è stato ampiamente adottato nella pianificazione dei trasporti, ad es. per la valutazione del progetto. Alcune linee guida nazionali (ad esempio la linea guida UK TAG, (Transport, 2022)) per la valutazione del progetto forniscono istruzioni dettagliate e parametri del modello per il flusso di lavoro.

Modellazione multimodale

Per molti viaggiatori, la mobilità non si limita all'utilizzo di un unico mezzo di trasporto per un viaggio.  Invece, possono prendere la loro auto privata per raggiungere un parco & utilizzare i mezzi pubblici per raggiungere il centro città e poi proseguire il viaggio in scooter elettrico per raggiungere la destinazione. Altri esempi sono i sistemi di car sharing o ride sharing, che sono gestiti da automobili, ma all'utente appaiono molto simili a una modalità di trasporto pubblico. Per la modellazione multimodale è necessario tenere conto di questi requisiti speciali e condizioni quadro.

Come viene considerato il trasporto merci e il traffico commerciale?

Il trasporto merci, così come le attività commerciali e di servizio, generano un'ampia quota del volume di traffico complessivo. A causa della grande varietà di operazioni coinvolte e dell'eterogeneità e complessità delle catene logistiche, la modellazione del trasporto commerciale e merci è meno standardizzata. La disponibilità di dati di input e la calibrazione dei modelli limita un'ampia applicazione di questi modelli. Molti modelli su scala ridotta (per le aree urbane) valutano solo approssimativamente il traffico commerciale e merci. Modelli più complessi e su misura sono spesso costruiti su scala nazionale per valutare il trasporto merci sulla base di catene di approvvigionamento interne ed esterne.

Come sono strutturati i modelli di trasporto aggregati?

Struttura del modello spaziale - Cosa sono le zone di analisi del trasporto (TAZ)

Il principio fondamentale dei modelli aggregati è la dissezione spaziale dell'area di studio in zone di analisi del viaggio (TAZ). Queste zone coprono senza soluzione di continuità l'area di studio e sono spesso associate a unità statistiche (comunità, tratti di censimento, …) in cui vengono raccolti i dati statistici. La maggior parte degli input e degli output sono aggregati a queste TAZ e possono essere preparati e analizzati con strumenti GIS. Poiché le TAZ sono le unità centrali dei calcoli del modello, molti output come gli indicatori del livello di servizio della rete (chiamati scremature) (tempo di viaggio, costo, numero di trasferimenti nel trasporto pubblico, ecc.) e flussi di domanda di viaggio (viaggi di persone, ecc.) tra le TAZ vengono generate sotto forma di matrici quadrate.  Le righe sono le zone di origine e le colonne sono le zone di destinazione.

Segmentazione della popolazione

Le persone hanno schemi di viaggio diversi a seconda della loro situazione di vita e di altri aspetti. Un dipendente per esempio percorre percorsi stradali diversi rispetto a uno studente o un pensionato. Le persone nelle aree urbane hanno opzioni di viaggio diverse rispetto alle aree rurali. Nei modelli a 4 fasi, ciò si riflette segmentando la popolazione totale della TAZ in diversi gruppi o "segmenti di domanda". Il numero di segmenti e le caratteristiche considerate per la segmentazione (ad es. età, stato occupazionale, disponibilità di auto) dipendono dall'ambito del modello, dal budget e dalla disponibilità dei dati. Per ogni segmento, i singoli parametri per le caratteristiche del viaggio per scopo, preferenza di modalità, valore del tempo ecc. possono quindi essere applicati nelle fasi di modellazione.

Considerazione del tempo – portata temporale

La maggior parte dei modelli di domanda di viaggio viene utilizzata per considerazioni strategiche. L'orizzonte di pianificazione è dell'ordine degli anni. In questo contesto, spesso è sufficiente considerare i volumi medi di traffico giornaliero. Pertanto, molti modelli strategici sono progettati per modellare volumi di traffico e viaggi per giorno medio. Poiché i modelli di viaggio tendono ad avere un alto grado di raggruppamento temporale e poiché l'infrastruttura di trasporto deve essere progettata per soddisfare le richieste di punta, vengono spesso creati modelli separati per le stime del traffico nelle ore di punta. Se i modelli vengono utilizzati per studi più operativi, ad es. delle strategie di gestione del traffico, quindi una maggiore risoluzione temporale della domanda, ad es. a valori orari, potrebbe essere richiesto.

Come vengono costruiti i modelli di trasporto?

Quali set di dati vengono utilizzati per creare modelli di trasporto?

Per impostare i modelli di trasporto, i set di dati esistenti vengono elaborati e combinati ove possibile. In generale, per creare un modello sono necessari diversi tipi di dati di input.

Reti di trasporto e fornitura dati

Le reti di trasporto costituiscono la base di qualsiasi modello di trasporto. Le reti stradali possono essere estratte da database di navigazione o da set di dati GIS. Potrebbero essere necessarie alcune elaborazioni per fornire attributi essenziali specifici per i modelli di trasporto, come la capacità. Le reti e gli orari del trasporto pubblico sono spesso disponibili in formati comuni come GTFS dai sistemi di pianificazione. Altre reti, ad es. per il ciclismo, il trasporto marittimo o il traffico aereo possono essere disponibili da set di dati GIS o altre fonti online. Sebbene non sia richiesto per la maggior parte dei calcoli, è meglio se le reti modali possono essere unite in un'unica rete multimodale, ad es. mappando le linee degli autobus alla rete stradale. Ciò consente l'analisi multimodale e la considerazione delle interazioni tra le modalità.

Uso del suolo, dati demografici ed economici

I dati sull'uso del suolo, le variabili demografiche (popolazione, età, occupazione, reddito, …) e altri dati (posti di lavoro, luoghi scolastici, …) sono necessari per valutare le origini e la destinazione della domanda di viaggio. Gran parte di questi dati è disponibile dai dati del censimento e dal monitoraggio dell'uso del suolo in database o formati GIS. Per i modelli aggregati, queste informazioni sono generalmente condensate a livello di TAZ, mentre i modelli ABM conservano le posizioni delle singole attività, le posizioni delle famiglie e la popolazione sintetica.

Parametri del comportamento di viaggio

La maggior parte dei calcoli nel processo di modellazione dei trasporti, indipendentemente dal tipo di modello, si basa su parametri che descrivono il comportamento di viaggio umano. Questi parametri possono essere stimati dai sondaggi sui diari di viaggio delle famiglie o stimati con metodi statistici da altri set di dati come i dati dei telefoni cellulari.

Dati di controllo osservati

Sebbene non siano necessari per il calcolo del modello stesso, i set di dati di controllo sono importanti per il processo di calibrazione del modello. Questi possono essere osservati volumi di traffico da conteggi di veicoli manuali o automatizzati, conteggi di passeggeri in transito da sistemi di conteggio automatizzati o sistemi di biglietteria o simili. Anche le distribuzioni osservate delle distanze di viaggio effettive, dei tempi di viaggio ecc. sono utili per calibrare i modelli di domanda e spesso provengono da sondaggi sui viaggi delle famiglie o Big Data.

Definizione della sequenza del modello

La sequenza del modello descrive la sequenza di calcoli, fasi di elaborazione dei dati e generazione dell'output che viene eseguita per "eseguire" il modello o per valutare uno scenario. A seconda del software utilizzato per la modellazione, la sequenza, insieme ai parametri di calcolo, può essere definita tramite un'interfaccia utente grafica o tramite un linguaggio di scripting/programmazione.  In molti casi, i modelli di domanda di viaggio implementano cicli di feedback, quindi parti secondarie della sequenza del modello verranno eseguite più volte durante una singola esecuzione del modello. Modelli complessi o calcoli specifici possono persino avviare strumenti software esterni per componenti aggiuntivi.

Calibrazione del modello

Per essere utilizzati come strumento di pianificazione, i modelli di trasporto devono ottenere una replica accurata dei modelli di viaggio nell'anno base. Solo così gli scenari futuri possono essere valutati in modo significativo. Per raggiungere questo obiettivo, i risultati del modello vengono confrontati con i dati osservati, di solito almeno il conteggio dei veicoli, il conteggio dei passeggeri del trasporto pubblico e/o la distanza del viaggio e la distribuzione del tempo di viaggio. Sulla base di questi confronti, i parametri del modello e altri aspetti vengono regolati fino a soddisfare i requisiti di calibrazione (ad esempio, deviazione massima +/- 5% all'85% delle posizioni di conteggio). La calibrazione è spesso un processo dispendioso in termini di tempo, che richiede conoscenze ed esperienza da parte di esperti. È possibile applicare una serie di procedure automatizzate per regolare automaticamente i componenti del modello in modo che corrispondano ai conteggi osservati, ad es. aggiungendo costanti alle funzioni di utilità o mediante aggiustamento automatizzato della matrice a posteriori. Pur accelerando il processo di calibrazione, questi metodi possono avere problemi relativi all'espressività del modello e possono portare a un overfitting del modello.

Come vengono analizzati i modelli di trasporto?

Quali output e risultati sono generati dai modelli di trasporto?

I modelli di trasporto forniscono vari risultati su diversi livelli di dettaglio e segmentazione. Gli output utilizzati più di frequente sono i volumi di traffico per le diverse modalità di trasporto sui collegamenti. Questi forniscono informazioni dirette sugli impatti del traffico locale, ad es. sui livelli di rumore e di emissione. Per la pianificazione del trasporto pubblico, gli output comparabili sono i volumi sulle linee di trasporto o sui singoli servizi, o l'imbarco, la discesa e il trasferimento alle singole fermate. Le assegnazioni generano percorsi completi dall'origine del viaggio alla destinazione del viaggio attraverso la rete, insieme ai rispettivi volumi, consentendo un'analisi dettagliata di quali viaggiatori utilizzano ciascun collegamento. Questo è molto utile, ad es. durante la pianificazione di lavori stradali e tangenziali.

Per valutazioni dello scenario più complete, è possibile fornire una moltitudine di KPI globali per l'intera rete o per sottosezioni come determinate relazioni o destinazioni. Per gli studi sulla decarbonizzazione, possono trattarsi di metriche come il chilometraggio totale o la lunghezza della congestione. Per gli studi sui trasporti vengono forniti KPI come il numero totale di passeggeri, il tempo medio di viaggio o il numero di trasferimenti, le entrate tariffarie stimate, i costi operativi. Le varie matrici di skim di rete generate durante il calcolo del modello forniscono preziose informazioni su questioni relative all'accessibilità e alla connettività.

Quali strumenti possono essere utilizzati per analizzare i risultati del modello di trasporto?

Molti degli output prodotti dai modelli di trasporto possono essere facilmente analizzati in tabelle, grafici o mappe GIS. Per visualizzare i volumi dei collegamenti, le mappe a barre 2D o 3D sono un rendering popolare.

La ricchezza e la struttura dei risultati dei modelli di trasporto consentono un'analisi molto più sofisticata. Solo alcuni dei molti strumenti disponibili possono essere descritti di seguito:

• Uno degli strumenti più importanti è l'analisi "flow bundle" o "select link". Questo estrae tutti i percorsi che attraversano gli elementi di rete selezionati. Gli analisti possono valutare quali viaggiatori saranno interessati dalle modifiche a questi elementi.
• I calcoli isocrone forniscono approfondimenti sull'accessibilità basati su informazioni dettagliate sui tempi di viaggio e sulla connettività di rete contenute in un modello di trasporto.
• Le informazioni acquisite nelle matrici di scrematura della rete e nelle matrici della domanda di viaggio possono essere visualizzate e aggregate per identificare i flussi della domanda e i modelli di viaggio complessivi.
• È possibile esaminare i profili temporali delle attività in località selezionate, ad es. ricarica di veicoli elettrici presso strutture di ricarica o la presenza di visitatori in un centro commerciale.
• I profili di affollamento e le posizioni di trasferimento delle linee di transito o il coordinamento della segnaletica nelle bande verdi possono essere analizzati in diagrammi spazio-temporali specializzati.

In che modo i modelli di trasporto sono collegati ad altre pianificazioni e applicazioni?

La mobilità è al centro dell'attività umana. Ecco perché la pianificazione dei trasporti non è mai isolata.   È collegato a molte altre attività di pianificazione urbana e fornisce input inestimabili ai rispettivi processi e strumenti. Alcuni esempi sono:

Valutazione della qualità dell'aria e cambiamento climatico

Il traffico stradale è responsabile di un'ampia quota delle emissioni di carbonio e di altri inquinanti che incidono sulla qualità dell'aria nelle città. Molti progetti di pianificazione dei trasporti mirano quindi a ridurre tali emissioni, ad es. introducendo zone a bassa emissione nei centri urbani. I modelli di trasporto calcolano i volumi di traffico risultanti da tali misure, indicando anche effetti collaterali indesiderati come l'aumento complessivo della durata del viaggio. La combinazione con i modelli di emissione consente ai pianificatori, ad esempio, di valutare diverse composizioni di flotte di motori elettrici e a combustione.

Valutazioni del rumore

Come per la qualità dell'aria, anche i volumi di traffico calcolati dai modelli di trasporto possono essere inseriti nei modelli di emissioni acustiche. Sulla base di modelli dettagliati dell'ambiente edificato ecc., i progettisti possono valutare l'esposizione al rumore e le possibili riduzioni all'interno di strumenti dedicati.

Accessibilità ed equità

L'accesso a diversi tipi di servizi come assistenza sanitaria, istruzione o generi alimentari dipende fortemente dai trasporti, anche se non tutte le alternative di mobilità sono ugualmente adatte a tutte le persone. La rappresentazione dettagliata di tutte le modalità e la segmentazione dei modelli di trasporto per diversi tipi di popolazione consentono una pianificazione concisa per l'equità nella fornitura dei servizi.

Pianificazione della flotta di trasporti pubblici, ferrovie e ride sharing

L'acquisto di veicoli per il trasporto pubblico, i servizi ferroviari o le offerte di ride sharing richiede ingenti investimenti finanziari e tempi di consegna lunghi. Pertanto, l'implementazione o l'adeguamento di tali servizi di solito non è una questione a breve termine, ma richiede un'adeguata pianificazione anticipata. In particolare, la conversione delle flotte di autobus a benzina in flotte di autobus elettrici richiede un'attenta valutazione dei diversi concetti operativi (addebito notturno, addebito occasionale ecc.) e dell'infrastruttura di ricarica necessaria. I modelli di trasporto possono essere utilizzati per valutare la flotta di veicoli necessaria per gestire un servizio pianificato o per valutare le prestazioni di diversi tipi di veicoli nel servizio pianificato.

Pianificazione lavori stradali

Quando l'infrastruttura deve essere mantenuta o sostituita, o altri lavori stradali influiscono sulla capacità stradale disponibile, i modelli di trasporto aiutano a valutare il trasferimento dei flussi di traffico e a garantire una capacità sufficiente e un funzionamento regolare sui percorsi alternativi.

Uso del suolo & reti energetiche

Quando vengono progettati i sistemi di zonizzazione e l'uso del suolo di una città o di una regione, i sistemi di trasporto devono essere adattati. I modelli di trasporto svolgono un ruolo importante nel supportare questo processo. Con il passaggio alla mobilità elettrica, anche altre parti dell'infrastruttura urbana, come la rete elettrica, potrebbero necessitare di adeguamenti. I modelli di trasporto forniscono informazioni chiave per aiutare a dimensionare queste risorse.

Sicurezza stradale

La sicurezza stradale svolge un ruolo importante nel fornire città vivibili. I modelli di trasporto possono aiutare a identificare e analizzare i punti caldi degli incidenti e a progettare alternative di rete per la mitigazione.