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Microsimulazione, Tecnica per la Rilevazione del Traffico

Le vie della microsimulazione
 
 
 
 
La microsimulazione è una tecnica sempre più quotidiana: siamo davvero coscienti di tutte le sue potenzialità?
Oggi per ogni problema inerente il traffico stradale, sia che sia su un autostrada che in piena città, viene sempre più risolto attraverso un software di microsimulazione del flusso stradale, strumento in grado di fornire informazioni dettagliate e sempre più precise sulla probabile evoluzione del traffico nei diversi contesti. Si è poi progressivamente passati dall’uso di questi dispositivi per simulare piccoli problemi di traffico al loro utilizzo per prevedere l’evoluzione del traffico nei sistemi ITS di ultima generazione, in grado di informare costantemente milioni di guidatori su eventuali problemi.
 
Di seguito verranno analizzati i principali campi di utilizzo dei microsimulatori al fine di aiutare i Progettisti e non a comprenderne le potenzialità.
 
I campi di applicazione della microsimulazione
In funzione dei parametri forniti, la microsimulazione restituisce all’operatore molte informazioni, ma principalmente mostra il movimento dei veicoli in diverse circostanze. Possiamo suddividere l’utilizzo di questo tipo di simulatori in funzione dei due principali settori che li utilizzano, ovvero i Professionisti e i Ricercatori accademici. Per i Professionisti, il loro impiego è destinato principalmente agli ambiti di seguito descritti.
La sicurezza stradale
Il tema della sicurezza stradale rappresenta il nuovo argomento predominante nella progettazione delle strade, dopo le ultime Normative emanate dallo Stato. Oggi si è capito che la risoluzione di questo problema passa per la microsimulazione. Se volessimo contare i simulatori che attualmente si occupano di sicurezza stradale non ci sarebbe bisogno neanche della dita di una mano tanto sono pochi. Lo scoglio principale di questi strumenti è che la loro matematica non prevede la nascita di fenomeni incidentali. Si è dovuto attendere il 2010 quando alcuni Ricercatori dell’Università della Calabria hanno presentato TRITONE, il primo microsimulatore in grado di prevedere situazioni prossime all’incidente attraverso l’approccio agli indicatori di Safety Performance sviluppati negli anni precedenti.
Dal 2013, grazie alla spinta di un progetto avviato dagli USA, anche altri simulatori, di tipo però commerciale, stanno modificando le loro matematiche per tenere conto di questo problema. Si immagini, ad esempio, di dover realizzare degli interventi di manutenzione su una corsia autostradale in un punto critico a livello geometrico: se non fosse per la microsimulazione, non saremmo in grado di prevedere la possibilità che avvengano degli incidenti. Oppure veniamo chiamati per sistemare una comune strada, bidirezionale a una corsia per senso di marcia, eliminando delle vecchie curve e inserendo più rettifili. Senza la simulazione non potremmo prevedere se i nostri interventi aumenteranno la frequenza delle manovre di sorpasso e quindi comporteranno un peggioramento in termini di sicurezza.
 
Le emissioni inquinanti
Il progetto o lo studio di aree di territorio deve sempre passare per il concetto di sostenibilità, ovvero di riduzione delle emissioni inquinanti.
Ormai quasi tutti i microsimulatori in commercio dispongono di moduli per il calcolo e la diffusione della CO2 in funzione dei veicoli virtuali che transitano sulla rete. Ciò aiuta molto i Progettisti, in quanto se si dispone di un traffico di progetto, e quindi non realmente transitante su strada perché futuro – è possibile ugualmente conoscere una previsione delle sostanze inquinanti che questi veicoli rilasceranno nell’ambiente, e quindi modellare la rete stradale anche da questo punto di vista.
 
Le emissioni acustiche
Il problema dell’inquinamento acustico è ormai serio per le città, in quanto peggiora la loro vivibilità. Tutti i giorni vediamo sempre più strade dotate di pannelli antirumore di varie forme e natura. La loro progettazione, di solito, si basa su dati rilevati in pochi punti della rete stradale o sul buon senso del Progettista. Attraverso la microsimulazione però è possibile non solo avere una stima di questi dati, ma ottenerli anche in caso di condizioni molto varie.
La progettazione o la verifica di intersezioni
La microsimulazione del traffico aiuta molto i Progettisti nella scelta del tipo di intersezione più appropriata per un determinato caso. Ad esempio, se volessimo mettere un impianto semaforico dovremmo fare riferimento al manuale della capacità che però potrebbe non essere adeguato per la topografia o conformazione geometrica del nostro sito. Senza questi strumenti di simulazione non saremmo in grado di prevedere i tempi persi in coda in maniera quasi reale, ma dovremmo basarci su formulazioni create per altre Nazioni che non tengono però in conto le nostre realtà.
 
La progettazione o la verifica di rotatorie
Oggi appena si parla di migliorare la sicurezza di una intersezione a raso si pensa subito all’inserimento di una rotatoria. Ma fino a che punto, oltre i limiti geometrici, questo tipo di manufatti risulta adeguato? In Italia si sono registrati numerosi casi di rotatorie che invece di migliorare la viabilità l’hanno peggiorata. Questo perché, nella maggior parte dei casi, a monte non sono stati fatti adeguati studi mediante la microsimulazione che avrebbe permesso di prevedere il comportamento del traffico.
 
 
La progettazione o la verifica di rampe
Le rampe sono sempre un problema serio, in quanto la loro principale sistemazione è sulle autostrade, dove si hanno flussi e velocità alte, e di conseguenza una loro errata progettazione comporterebbe un rischio per l’incolumità dei guidatori. Per la loro progettazione esistono addirittura simulatori specifici che mirano ad ottimizzarne il funzionamento.
 
La progettazione o la verifica di variatori di velocità
Progettare di intervenire su una strada con un variatore di velocità limite senza la microsimulazione non è proprio un’ottima scelta. I variatori di velocità servono a evitare la formazione di code attraverso la modifica dei limiti di velocità. Senza simulazioni non possiamo prevedere il probabile comportamento dei guidatori, perché non è detto che all’innalzarsi dei limiti di velocità la risposta dei guidatori sia quella di andare più veloce.
Se ad esempio valutiamo l’inserimento di questi dispositivi su una strada esterna alla città dove le uscite che conducono ad essa sono gestite attraverso rampe, e su queste si formano code, esse influiranno anche sul traffico della strada riducendone la velocità media indipendentemente da qualsiasi limite di velocità. Questi e tanti altri fenomeni, soprattutto se si tratta di progettazione, difficilmente sono prevedibili senza l’ausilio della microsimulazione. Per i Ricercatori accademici, invece, l’utilizzo di questo tipo di simulatori è principalmente per aumentare le prestazioni degli stessi strumenti. Di seguito si descrivono le varie tipologie.
 
Le tecniche di calibrazione
Ogni anno vengono studiate nuove tecniche per calibrare velocemente gli strumenti di simulazione e renderli sempre più attendibili e più semplici. Negli anni si è passato dall’utilizzo di semplici tecniche che miravano, dopo milioni di iterazioni, a cercare un minimo globale di una funzione. Poi sono stati introdotti anche in questo settore gli algoritmi genetici che hanno ridotto di molto le iterazioni necessarie per la ricerca dell’ottimo. Oggi ci si basa invece su tecniche di tipo statistico come SPSA o su algoritmi misti. Qualunque sia però la tecnica utilizzata, questa ha lo scopo di adeguare lo strumento di microsimulazione alla realtà oggetto di studio.
 
I modelli di car-following
I modelli di car-following sono alla base di tutti i simulatori di traffico stradale.
Essi permettono di prevedere il comportamento dei guidatori nelle diverse situazioni di traffico. In passato esistevano delle limitazioni in quanto i modelli andavano bene solo per ambiti specifici come quello urbano, rurale o autostradale. Dal 2000, invece, si sono iniziati a concepire modelli in grado di funzionare quasi egregiamente in situazioni miste.
 
La simulazione di una intersezione
 
I modelli di lane-changing
I modelli che si occupano di simulare bene il cambio di corsia dei veicoli sono relativamente pochi rispetto a quelli di carfollowing e nel corso degli anni sono stati considerati sempre marginali. Eppure senza di essi non si potrebbe ad esempio valutare cosa avviene al traffico nel caso di un ampliamento di corsie autostradali o i fenomeni nei pressi di un’intersezione semaforizzata. È anche vero che molti Produttori di microsimulatori commerciali hanno per molto tempo tenuti nascosti questi loro modelli per paura che venissero criticati a causa di una loro non corretta calibrazione.
 
I modelli di gap-acceptance
Questi modelli, anche se poco conosciuti, sono quelli che maggiormente entrano in gioco in una simulazione. Ogni volta che un singolo veicolo simulato deve effettuare una manovra in una intersezione o deve effettuare un cambio di corsia, vengono utilizzati questi modelli. Il loro compito è quello di far stabilire a ogni guidatore se per lui c’è abbastanza spazio per svoltare. Anche in questo settore però non esiste una grande scelta di modelli, perché fanno parte di modelli secondari. Negli anni però si sono registrati numerosi lavori scientifici atti a calibrare questi modelli per situazioni sempre più generiche.
 
I modelli di overtaking
Questi modelli sono indispensabili nel caso di studi su strade bidirezionali a una corsia per senso di marcia, in quanto permettono di far eseguire a un guidatore virtuale la manovra del sorpasso.
In questo settore di ricerca esistono anche simulatori specifici che si occupano esclusivamente di calibrare questi modelli. Bisogna dire però che attualmente esistono solo pochi microsimulatori, sia commerciali e non, che contengono in essi questo tipo di modelli.
Ciò è dovuto principalmente alla scarsa quantità di dati rilevati in sito, in quanto questo fenomeno è molto casuale.
 
Intelligent Transportation Systems
La continua nascita di sistemi ITS è legata all’utilizzo di microsimulatori in grado di prevedere varie situazioni di traffico e convogliarle nei nuovi canali di informazione.
Quando ad esempio un navigatore satellitare ci informa che è probabile che tra un po’ si verifichino code sul nostro percorso, ciò è dovuto al fatto che un simulatore, elaborando in tempo reale i dati del traffico della nostra zona, ha previsto ciò e ne ha informato un server centrale che a sua volta ha provveduto a smistare l’informazione ai singoli guidatori. Se non fossero presenti i microsimulatori questo tipo di sistemi difficilmente sarebbe esploso nella sua diffusione attuale, perché questi simulatori hanno alla base l’esperienza di traffico di anni di ricerca che difficilmente il singolo Progettista può raggiungere.
 
Conclusioni
In conclusione possiamo affermare che ormai la microsimulazione è quasi indispensabile nella risoluzione pratica di problemi legati al traffico futuro. Ogni problema, sia piccolo che grande, viene fatto passare per questi software al fine di comprenderlo meglio e velocizzare operazioni e pratiche un tempo interminabili.
 
 
 
Fonte: Strade&Autostrade Online