ANALiSi Di UNA RETE STRADALE CON iL SOFTwARE VISUM

Paolo Martinis
Preone, 10.07.2004
Università degli Studi di Trieste
Facoltà di Ingegneria
Corso di Pianificazione dei Trasporti
Prof. Giovanni Longo
Anno Accademico 2003-2004
Analisi
di una
rete stradale
con il software
VISUM
Indice
IL SOFTWARE
3
Modello di domanda
3
Modello di rete
3
Procedure di assegnazione
5
Analisi grafica della rete
8
OBIETTIVI E VINCOLI
9
OPERAZIONI PRELIMINARI
9
Area di studio
9
Zonizzazione
9
Infrastrutture rilevanti
10
SITUAZIONE ATTUALE
10
MODELLAZIONE
11
Modello di rete
11
Modello di domanda
11
Assegnazione
12
OSSERVAZIONI
12
CONCLUSIONI
13
Paolo Martinis - VISUM
2
Il software
Il software VISUM della PTV Vision Ag è uno dei software di Pianificazione dei
Trasporti in commercio più usati. Il programma incorpora un modello di domanda, un
modello di rete e un modello di assegnazione, è interamente sviluppato in ambiente
Windows ed ha funzioni assimilabili a quelle di un GIS per quanto riguarda
l'archiviazione, la gestione e la rappresentazione delle diverse banche dati.
Modello di domanda
La domanda di trasporto viene rappresentata tramite matrici origine/destinazione in
relazione alla zonizzazione adottata. Il modello consente di definire e trattare
simultaneamente più segmenti di domanda sia per il trasporto individuale (veicoli
leggeri e pesanti, abilitati e non abilitati a percorrere porzioni di rete, …) che per il
trasporto collettivo (studenti, lavoratori, abbonati e non, …). Per il trasporto collettivo è
anche possibile definire una legge di distribuzione temporale delle partenze in modo da
simulare il comportamento effettivo dell’utenza.
Le matrici o/d possono essere sommate tra loro, moltiplicate per un fattore o
manipolate graficamente direttamente dalla rappresentazione della zonizzazione,
fondendo o dividendo zone di traffico. La rappresentazione della domanda di trasporto
è resa disponibile in termini di indicatori areali, numerici, o di linee di desiderio.
Modello di rete
VISUM consente la modellazione di una rete plurimodale attraverso la
rappresentazione sia del trasporto individuale (TPr) che del trasporto collettivo (TPb).
La combinazione del modo e dei mezzi di trasporto permette al progettista di definire
vari sistemi di trasporto. La velocità dei veicoli nei sistemi di trasporto individuale è
influenzata dalla capacità della rete, mentre i veicoli del trasporto pubblico possono
operare anche in accordo agli orari. Il modello di rete contiene gli elementi riportati
nella tabella a pagina seguente:
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I nodi sono descritti dal numero, dal nome, da un eventuale codice, dal tipo e dalle
coordinate.
Un arco del grafo è rappresentabile tramite una polilinea in modo da riprodurre
l’effettivo andamento planimetrico dell’asse dell’infrastruttura. Ogni arco è definito
mediante:
- il numero identificativo dell'arco;
- il tipo di arco;
- i sistemi di trasporto abilitati;
- la lunghezza;
- la capacità o la velocità libera per il trasporto privato;
- il tempo di corsa per il trasporto pubblico.
Paolo Martinis - VISUM
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Per i sistemi di trasporto privato vengono definite le penalità di svolta e le capacità delle
svolte stesse. Dal tipo degli archi (classifica funzionale) che si incontrano e dalla
geometria dell’intersezione VISUM può determinare automaticamente:
- le regole di precedenza tra le strade che convergono nel nodo intersezione;
- il tipo di manovre di svolta: a destra, diritto, a sinistra, inversione ad U.
Questa funzionalità rende agevole la definizione delle penalità di svolta anche per reti
molto estese.
Procedure di assegnazione
Le procedure di assegnazione permettono di calcolare:
- i volumi di traffico su nodi, archi e linee di trasporto pubblico;
- gli indicatori che descrivono la qualità del servizio tra zone di traffico.
Per uno spostamento nella rete:
• gli utenti del trasporto individuale scelgono un itinerario con l’obiettivo di
minimizzare il proprio costo generalizzato di trasporto;
• gli utenti del trasporto collettivo scelgono non solo un itinerario, ma anche l’ora
di partenza tra gli orari disponibili e gli eventuali punti di trasbordo, cioè un
collegamento tra le varie linee.
VISUM offre varie procedure di assegnazione per il trasporto privato e pubblico, che
differiscono per l’input di dati richiesto e per il tempo di calcolo necessario.
Per l’assegnazione del TRASPORTO INDIVIDUALE VISUM dispone di tre procedure base:
incrementale, all’equilibrio, ad apprendimento stocastico. Tutte le procedure sono
applicabili sia ad assegnazioni semplici che multiclasse, ossia relative a più segmenti di
domanda (veicoli leggeri e pesanti, …).
La procedura di ASSEGNAZIONE INCREMENTALE simula il caricamento graduale della rete,
assegnando la matrice o/d sulla rete in modo “incrementale”. Per prima cosa vengono
determinati i migliori percorsi, per ogni relazione o/d, sulla rete scarica ed è assegnata
una parte della matrice. Sono poi calcolate, mediante le funzioni di costo, le impedenze
di rete risultanti dai volumi già assegnati. Il passo successivo dell’assegnazione è basato
sui risultati di quello precedente. Ad ogni passo, aumentando il numero di veicoli nella
rete, aumenta l’impedenza degli archi, delle manovre di svolta e delle connessioni: nel
passo successivo potranno perciò trovarsi nuovi percorsi più brevi per ogni relazione
o/d. La procedura continua finché tutta la matrice non risulta assegnata.
La procedura di ASSEGNAZIONE ALL’EQUILIBRIO segue il principio di ottimo per l’utente
(1° Principio di Wardrop): “Ogni singolo utente sceglie il suo itinerario in modo che la
durata dello spostamento su tutti gli itinerari alternativi risulti uguale, ed ogni altro
itinerario percorso aumenterebbe il tempo di percorrenza individuale (comportamento
ottimo per l’utente)”. Per tutte le relazioni (dalla zona i alla zona j) tutti gli itinerari
alternativi trovati nell’assegnazione avranno lo stesso valore (basato sul tempo di
spostamento e/o costo generalizzato) e non esiste nessun itinerario alternativo con
minore tempo di spostamento e/o minor costo. Ciò significa che nessun veicolo può
cambiare il suo itinerario senza un incremento del suo tempo di spostamento o del
relativo costo. Lo stato di equilibrio viene calcolato in una iterazione multi-stadio.
L’assegnazione incrementale come specificata nei parametri di assegnazione è utilizzata
come soluzione iniziale. In un passo interno parziale si mettono in equilibrio due a due i
percorsi di una relazione tramite il trasferimento di veicoli da un percorso all’altro.
Questi passi parziali di iterazione vengono eseguiti per tutte le relazioni fino a che esse
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non sono in equilibrio. Successivamente VISUM controlla se ci sono nuovi percorsi nella
rete corrente con minori tempi di spostamento. Se questa verifica risulta positiva anche
per una sola relazione, deve essere ricalcolato un nuovo equilibrio della rete.
L’equilibrio della rete viene raggiunto quando il trasferimento dei veicoli da un
itinerario all’altro non produce ottimizzazioni e quando non viene trovato nessun
nuovo itinerario con tempi di spostamento più brevi.
La procedura all’equilibrio determina un “ottimo” per l’utente, che è diverso da un
“ottimo” di sistema: un ottimo per l’utente significa che risulta la stessa impedenza per
tutti gli itinerari di una relazione, mentre un ottimo di sistema significa che il prodotto
tra le impedenze dei vari itinerari e il volume sugli stessi itinerari è minimizzato per
tutte le relazioni di traffico. Il tempo di calcolo per la procedura all’equilibrio dipende
dallo stato della rete di traffico: se infatti la rete è fortemente congestionata, ad ogni
passo di iterazione vengono trovati nuovi itinerari.
La PROCEDURA DI APPRENDIMENTO simula il processo di apprendimento degli utenti
della rete basato su un’assegnazione "tutto o niente”: gli automobilisti fanno uso delle
informazioni ottenute durante i loro precedenti viaggi per la nuova ricerca di itinerario.
Diversi percorsi più brevi sono ottenuti in un processo iterativo secondo il quale per la
ricerca del itinerario l’impedenza è dedotta dall’impedenza del volume corrente e
dall’impedenza stimata precedentemente. Oltre a ciò, molti altri fattori possono
influenzare la scelta dell’itinerario. Si può immaginare, per esempio, che gli utenti che
conoscono le strade sceglieranno percorsi diversi rispetto a coloro che non conoscono
l’area, che si orientano principalmente sulle strade più importanti della rete.
Possiamo riassumere le tre procedure appena descritte con i seguenti diagrammi:
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Tutte le procedure di assegnazione sono basate su un algoritmo per la ricerca degli
itinerari ottimi (a seconda del criterio scelto: tempo su rete scarica, su rete carica, costo
generalizzato, …). Ogni itinerario viene calcolato minimizzando una funzione di costo.
I tempi di percorrenza sugli elementi della rete vengono calcolati mediante delle
funzioni di ritardo. In VISUM sono disponibili quattro formulazioni per le funzioni di
ritardo, la più importante delle quali è la funzione usata dal manuale americano della
capacità stradale "Highway Capacity Manual":
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Per l’assegnazione del TRASPORTO COLLETTIVO VISUM dispone di diverse procedure di
assegnazione:
• l’assegnazione basata sui sistemi di trasporto (tutto o niente), indicata per studi
preliminari e per il primo step di dimensionamento di una rete di trasporto
collettivo;
• l’assegnazione basata sulle linee (a frequenza) che garantisce buoni risultati di
assegnazione per aree urbane con reti congestionate e con brevi distanziamenti
tra i passaggi dei mezzi; questa procedura assicura tempi di calcolo veloci
presumendo che il tempo dei trasbordi tra linee dipenda dalla frequenza della
linea successiva;
• l’assegnazione basata sugli orari è il metodo più appropriato per l'assegnazione
del trasporto pubblico extraurbano, dove il coordinamento degli orari è
importante per la qualità del servizio e influenza fortemente il comportamento
degli utenti in fase di scelta.
In sostanza la scelta del collegamento tra la zona di origine e la zona di destinazione, e
quindi del modo e della corsa, tiene conto dell’orario. Nell’assegnazione viene
considerato non solo il tempo percepito di viaggio ma, volendo, anche l’orario
desiderato di partenza (viene impiegata una funzione di utilità temporale del
collegamento offerto rispetto all’orario desiderato di partenza). Abbiamo così una
funzione dipendente da:
1. l’orario di partenza desiderato dai passeggeri, che è descritto dal modello di
generazione dei passeggeri;
2. la differenza di tempo, DT, fra l’orario di partenza offerto e quello desiderato;
3. la tolleranza verso la differenza DT sopra definita (sensibilità verso differenti
partenze possibili).
VISUM è in grado di gestire il calcolo della RIPARTIZIONE MODALE e quindi computare le
matrici di domanda stimando la diversione modale derivante da modifiche intervenute
nel sottosistema di offerta e di domanda. Attraverso l’assegnazione delle matrici o/d
alla rete di trasporto plurimodale nella configurazione attuale ed in quella di progetto si
ottengono una serie di indicatori che sintetizzano il funzionamento sistema nei due
scenari. Tali indicatori, pesati in funzione dell'elasticità della domanda (disponibilità ad
effettuare spostamenti pedonali, disponibilità ai trasbordi, disponibilità a cambiare
modo di trasporto, ecc…), vengono impiegati in un modello del tipo LOGIT
multinomiale.
Analisi grafica della rete
VISUM visualizza i passeggeri trasportati e altri indicatori in vari modi:
• attraverso barre di volume sugli archi che rappresentano i volumi di traffico, il
numero di corse, la capacità del sistema, i passeggeri trasportati, il numero di
posti a sedere disponibili, il tempo di viaggio, la velocità commerciale, …;
• attraverso istogrammi o diagrammi a torta ai nodi e ai centroidi di zona che
rappresentano i valori di grandezze implementate o calcolate, come ad esempio
il numero dei passeggeri del trasporto pubblico in transito, che salgono, che
scendono e che trasbordano;
• attraverso flussi ai nodi che visualizzano il volume di traffico o dei passeggeri
del trasporto pubblico in transito.
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Obiettivi e vincoli
L’obiettivo dello studio è quello di analizzare la situazione attuale del trasporto privato
nel territorio del Comune di Duino-Aurisina.
Saranno oggetto dello studio i soli spostamenti tra diversi agglomerati urbani che si
esplicano con mezzi privati attraverso le sole strade extraurbane.
Operazioni Preliminari
Area di studio
L’area di studio consiste nell’intero territorio del Comune di Duino-Aurisina:
Zonizzazione
La zonizzazione è stata condotta in funzione di un’ampia indagine o/d realizzata
congiuntamente dalla Provincia di Trieste, dal Comune di Trieste e dal Dipartimento di
Ingegneria Civile dell'Università degli Studi di Trieste in un arco temporale di 3 mesi a
partire dal settembre 2002. Vista la dimensione ridotta delle zone oggetto di tale
indagine, ai fini dello studio si è scelto di fonderle nelle 19 macrozone di figura:
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Infrastrutture rilevanti
Coerentemente con gli obiettivi dell’analisi, consideriamo le sole infrastrutture stradali
che collegano i diversi agglomerati urbani. Esse saranno:
• l’autostrada senza pedaggio A4 “Torino-Trieste”;
• la strada statale 14 “Costiera”, dove vige il divieto di transito per i mezzi pesanti;
• la strada provinciale “del Carso”;
• le strade secondarie che collegano gli abitati di Duino e di Aurisina alle frazioni.
Situazione attuale
Consideriamo la sola indagine o/d che abbiamo come dato del problema: la matrice a
disposizione è la seguente:
Zone
o
d
6500
6510
6622
6622
6624
6624
6625
6625
6625
6625
6625
6625
6625
6626
6626
6627
6628
6628
6628
6629
6629
6630
6630
6630
6631
6631
6631
6631
6631
6632
6632
6500
6000
6500
6632
6500
6510
6622
6625
6630
6631
6000
6510
6632
6510
6500
6510
6000
6500
6000
6510
6625
6629
6500
6625
6627
6632
6000
Flusso
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250
75
20
60
40
40
20
120
40
80
120
80
60
20
80
20
40
80
20
40
60
20
80
80
20
40
40
40
20
Zone
o
d
6632
6632
6633
6633
6634
6634
6634
6635
6636
6637
6637
6637
6637
6638
6638
6638
6638
6639
6639
6639
6639
6639
6700
6700
6700
6800
6900
6900
6900
6510
6000
6500
6634
6510
6500
6632
6500
6632
6500
6510
6632
6000
6500
6510
6632
6637
6510
6500
6622
6632
6000
6632
6634
6639
6632
6639
6631
6639
Flusso
20
40
40
40
40
40
160
100
40
20
40
120
20
40
20
120
80
20
80
40
80
60
60
51
11
17
17
17
17
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Modellazione
Modello di rete
In riferimento alla zonizzazione ed alla selezione delle infrastrutture rilevanti adottate,
è stato costruito il modello di rete di cui all’allegato A, dove sono riportate anche le
connessioni tra i centroidi ed i nodi del trasporto privato.
Sono stati definiti vari tipi di arco in riferimento alle diverse caratteristiche delle strade,
quali numero di corsie, capacità, velocità di progetto minime e massime, …
Da questi dati il software ha calcolato le capacità dei singoli rami, che è possibile
visualizzare nella tavola sottostante al fine di confrontarne poi i valori con i risultati
delle assegnazioni:
Per quanto riguarda i nodi, invece, le penalità per le manovre di svolta sono state
calcolate automaticamente dal software a partire dalle caratteristiche degli archi.
Modello di domanda
La matrice o/d a disposizione è stata caricata nel software lasciando unitario il fattore
moltiplicativo. Non si sono considerati quindi i cambiamenti degli spostamenti nel
lungo periodo, in quanto l’obiettivo era quello di avere una valutazione dei flussi sui
rami allo stato attuale. Per eventuali analisi di progetto successive se ne dovrà tenere
conto.
A titolo puramente esemplificativo delle capacità grafiche del programma si riporta
nella pagina seguente la tavola relativa ai flussi tra i centroidi delle varie zone, in
quanto la lettura è resa piuttosto difficile dalla posizione delle zone.
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Assegnazione
L’analisi è stata condotta mediante tutte e tre le procedure di assegnazione disponibili
nel software, ossia incrementale, all’equilibrio e di apprendimento, lasciando inalterate
le impostazioni di default.
I risultati dell’analisi sono riportati negli allegati B, C e D.
Osservazioni
Le assegnazioni di tipo incrementale ed all’equilibrio portano ad un’identica
configurazione dei flussi sulla rete. I rami più caricati risultano essere:
- la strada statale 14 nel tratto da Duino (zona 6625, nodo 4) a Sistiana (zona 6630,
nodo 9);
- la strada statale 14 nel tratto da Santa Croce (zona 6639, nodo 42) a Sistiana (zona
6630, nodo 9);
- la strada provinciale del Carso nel tratto di attraversamento dell’abitato di
Aurisina in direzione di Trieste (nodi 12-13).
Nel complesso i rami statali e provinciali risultano più caricati dei rami autostradali,
probabilmente a causa della presenza di una sola immissione autostradale nei pressi di
Sistiana. Le strade secondarie sono generalmente poco caricate, ad eccezione del tratto
da Santa Croce (nodo 14) al bivio per Sales o Samatorza (nodo 32).
Il nodo 9 (Sistiana, bivio di scelta tra strada statale e provinciale) risulta molto caricato,
in quanto si hanno 400-500 veicoli per ogni ramo dell’intersezione.
L’assegnazione di apprendimento porta a flussi diversi da quelli relativi alle altre due
assegnazioni, con differenze comunque contenute nell’ordine delle 15 unità: la
configurazione generale degli spostamenti risulta essere la stessa.
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Conclusioni
Dall’analisi della configurazione degli spostamenti risulta che tutti i rami sono ben
lontani dalla saturazione. Gli unici problemi che si possono evidenziare sono:
- il sovraccarico del bivio di Sistiana;
- il traffico ingente nell’arco secondario tra i nodi 14 e 32, che non ha la precedenza
sul ramo 29-32-31.
Per il primo problema si dovrà valutare se l’intersezione, nella sua configurazione
attuale, garantisce un adeguato smaltimento dei flussi di traffico.
Per quanto riguarda il secondo problema, andrà eventualmente effettuata un’indagine
integrativa di rilievo dei flussi in una sezione stradale dell’arco 14-32, in quanto è
possibile che la modellazione sia in tal caso poco aderente alla realtà. I nodi 30 e 35,
collegati entrambi con il 32, sono infatti connessi con zone esterne all’area di studio,
delle quali non si ha una precisa informazione spaziale. Inoltre, considerando le sole
infrastrutture dell’area di studio, è probabile che l’utente minimizzi il proprio costo
generalizzato proseguendo lungo la strada provinciale del Carso per raggiungere i
paesi dell’altipiano mediante bretelle di collegamento poste più ad est. Per avvallare
quest’ultima ipotesi basterà effettuare un rilievo dei flussi anche in una sezione
dell’arco 14-36.
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