Casy - Center for Research on Complex Automated Systems

Nel 2030 la mobilità continuerà a essere un elemento fondamentale per la crescita economica e per il miglioramento della qualità di vita, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Lo ha rivelato una proiezione del World Business Council for Sustainable Development. E' in vista dunque una vera e propria rivoluzione del sistema dei trasporti, non solo in termini di pianificazione di nuove reti di traffico, ma anche nel senso di una riorganizzazione strutturale del loro funzionamento: il sistema diventa costituito in modo inscindibile da infrastruttura stradale, veicolo e conducente.

Con la collaborazione di docenti e ricercatori del centro di ricerca Casy - Center for Research on Complex Automated Systems (Claudio Bonivento, Riccardo Falconi, Andrea Paoli), Chiara Longhin ha realizzato una tesi magistrale su questo tema, presentando una "proposta di facile applicazione in ambito urbano e regionale". La ricerca si è avvalsa di dati reali di traffico raccolti da Fabio Cartolano e Paolo Passarini dell'Ufficio Mobilità Urbana del Comune di Bologna per la taratura e la validazione del primo prototipo, relativo all'incrocio di Porta Saragozza.

"Il problema della mobilità sostenibile è riconosciuto come una delle sfide più importanti e stimolanti da affrontare nel 21esimo secolo", commentano Andrea Paoli e Riccardo Falconi. "La necessità di mitigare le conseguenze derivanti da una sempre maggiore densità di veicoli circolante su infrastrutture inadeguate e insicure sta spostando il ruolo dei modelli matematici da semplici strumenti per la simulazione a strumenti  di progettazione tout court per l’ottimizzazione dell’infrastruttura stradale e per lo sviluppo di algoritmi di controllo e di supervisione del flusso veicolare. Il lavoro del nostro gruppo di ricerca, punto di partenza della tesi di laurea, è volto a un innovativo riutilizzo di tecniche ormai consolidate nell’ambito della robotica mobile, come i campi di potenziale, per ottenere modelli sempre più precisi, più efficienti dal punto di vista computazionale e ben orientati al problema dell’ottimizzazione e del controllo dei tracciati stradali".

Il gruppo di ricerca, con base al Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica dell'Alma Mater, ha puntato allo sviluppo di un modello matematico particolarmente adatto alla rappresentazione di sistemi di traffico caratterizzati da una forte eterogeneità e da tracciati stradali complessi. Il modello, strutturato in modo gerarchico, affronta la complessità delle interazioni del sistema "uomo-veicolo-strada" proponendo due layers interagenti, uno per l’infrastruttura stradale e uno per i veicoli.

Il layer dell’infrastruttura stradale è caratterizzato da parametri che ne descrivono la geometria, le caratteristiche fisiche e le regole di viabilità. Tali caratteristiche definiscono un insieme di campi di potenziali che influenzano la dinamica dei veicoli che appartengono al tratto. I tratti sono facilmente componibili per realizzare tracciati e reti complesse. Il layer dei veicoli è composto invece da un numero variabile di agenti che interagiscono con l’infrastruttura stradale e con gli altri veicoli mediante un ulteriore set di campi di potenziale. Il modello dinamico degli agenti è reso maggiormente aderente alla realtà grazie alla possibilità di definire parametri specifici per ogni singolo veicolo e per ogni singolo guidatore.

Il modello è stato utilizzato per simulare tipici contesti urbani ed extraurbani e riprodurre fenomeni ben noti in letteratura come le onde di congestione e gli ingorghi fantasma. Aumentando il livello di dettaglio, il modello consente di condurre analisi di tipo microscopico, come la simulazione di scenari locali reali. Area campione scelta per questo tipo di modellazione è stata la zona di Porta Saragozza di Bologna. I flussi di traffico sono stati generati utilizzando i dati reali messi a disposizione dal Centro di Controllo del Traffico del Comune di Bologna, attraverso i quali è stato possibile rappresentare diversi scenari di evoluzione del traffico nell’arco della giornata.