DOTTORATO DI RICERCA IN INFRASTRUTTURE E TRASPORTI

DOTTORATO DI RICERCA IN INFRASTRUTTURE E TRASPORTI
SCHEDA PER L’AMMISSIONE AL II ANNO DI CORSO
Dottorando
Luciano Comelli
Curriculum Trasporti
Ciclo
XXVIII
Tutori Antonio Musso, Gaetano Fusco
SEZIONE A
Ricerca di Dottorato
1 – Acquisizione di conoscenze propedeutiche integrative
Durante il primo anno di dottorato sono stati approfonditi alcuni argomenti già studiati in
precedenza. In particolare:
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Sincronizzazione semaforica
Controllo e regolarità del trasporto pubblico
Esercizio coordinato di linee di trasporto pubblico e loro interscambio
Bus Rapid Transit
Progettazione di terminal e fermate per gli autoservizi
Analisi e simulazione degli spostamenti pedonali nelle operazioni di salita e discesa dai veicoli
Inoltre sono stati approfonditi approcci nuovi, mai affrontati precedentemente, quali:
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Reti neurali
Controlli automatici
Modelli di assegnazione quasi-dinamica
Simulazione mesoscopica del traffico veicolare
Metodi e modelli per la logistica urbana
Algoritmi per il Map matching
Programmazione informatica in ambiente Matlab
2 – Ricerca bibliografica svolta
La ricerca bibliografica è stata indirizzata principalmente alle tematiche inerenti regolarità di
esercizio e bus priority.
Accanto a queste tematiche sono state approfonditi comunque alcuni aspetti inerenti la
progettazione delle reti di trasporto pubblico e l’ingegneria del traffico in generale.
Di seguito viene riportato un elenco dei titoli maggiormente significativi:
Bus priority:
Beheshti, B. (2009). The way ahead. Ieee Potentials, 28(5), 48–58.
Colombaroni, C., Fusco, G., & Gemma, A. (2009). A Model and an Algorithm for Signal
Synchronization and Bus Priority on Urban Arteries
Davol, A. P. (2001). Modeling of Traffic Signal Control and Transit Signal Priority Strategies in a
Microscopic Simulation Laboratory
He, Q., Larry Head, K., & Ding, J. (2011). PAMSCOD: Platoon-based Arterial Multi-modal Signal
Control with Online Data. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 17, 462–489.
Hounsell, N. B., McLeod, F. N., & Shrestha, B. P. (2004). Bus priority at traffic signals:
investigating the options. Proceedings of 12th International Conference on Road Transport
Information and Control, 287–294.
Hounsell, N. B., Shrestha, B. P., McLeod, F. N., Palmer, S., Bowen, T., & Head, J. R. (2007).
Using global positioning system for bus priority in London: traffic signals close to bus stops. IET
Intelligent Transport Systems, 1(2), 131–137.
Hounsell, N., & Wall, G. (1997). Applications in Europe to Improve Bus Services, (02), 85–91.
Li, M., Yin, Y., Zhang, W.-B., Zhou, K., & Nakamura, H. (2011). Modeling and Implementation of
Adaptive Transit Signal Priority on Actuated Control Systems. Computer-Aided Civil and
Infrastructure Engineering, 26(4), 270–284.
Skabardonis, A. (1998). California Partners for Advanced Transit and Highways ( PATH ) Control
Strategies For Transit Priority.
Wu, J., & Hounsell, N. (1998). Bus priority using pre-signals. Transportation Research Part A:
Policy and Practice, 32(8), 563–583.
Yang, X., Shao, J., & Shi, C. (2000). ADVANCED BUS LANE PRIORITY CONTROL SYSTEM
THE BASIC CONCEPTION OF BUS LANE PRIORITY, 1–8.
Regolarità di esercizio:
Turnquist, M. A., & Blume, S. W. (1980). TRR 746 EVALUATING POTENTIAL
EFFECTIVENESS OF HEADWAY CONTROL STRATEGIES FOR TRANSIT SYSTEMS. TRR
746.
Wilson, N. H. M., Richard A. Macchi, Robert E. Fellows, & Antony A. Deckoff. (1992). TRR 1361
IMPROVIN SERVICE ON THE MTBA GREEN LINE. TRR 1361
Wilson, N. H. M., & Tyh-Ming Lin. (1992). TRR 1361 DWELL TIME RELATIONSHIPS FOR
LIGHT RAIL SYSTEMS. TRR 1361
Bellei, G, & Gkoumas, K. (2009). Threshold- and information-based holding at multiple stops. IET
Intelligent Transport Systems, 3(3), 304.
Gkoumas, K. (2007). Real time control of public transit (La gestione in tempo reale del trasporto
collettivo) – Tesi di dottorato
Strathman, J. G., Kimpel, T. J., Dueker, K. J., & Gerhart, R. L. (n.d.). Bus Transit Operations
Control : Review and an Experiment Involving Tri-Met ’ s Automated Bus Dispatching System,
97202(503).
Bellei, Giuseppe, & Gkoumas, K. (2010). Transit vehicles’ headway distribution and service
irregularity. Public Transport, 2(4), 1–21–21.
Pianificazione e progetto di rete di trasporto collettivo:
Cipriani, E. (2006). A multimodal transit network design procedure for urban areas, 10, 5–20
For, P., By, E., Chien, S., Yang, Z., & Hou, E. (2001). Genetic Algorithm Approach for Transit
Route Planning and Design, 3(June), 200–207
Lee, Y., & Vuchic, V. R. (2005). Transit Network Design with Variable Demand, (January), 1–10.
Lúcio Martins, C. (1998). Search strategies for the feeder bus network design problem. European
Journal Of Operational Research, 106(2-3), 425–440.
Pattnaik, B. S. B., Mohan, S., & Tom, V. M. (1998). Urban Bus Transit Route Network Design
Using Genetic Algorithm, 3(August), 368–375
Ottimizzazione semaforica ed ingegneria del traffico:
Colombaroni, C., Fusco, G., & Gemma, A. (2006). Optimization of Traffic Signals on Urban
Arteries through a Platoon-Based Simulation Model, (2004), 1–6
Fusco, G., & Gemma, A. (2008). SINTAC : Software per la sincronizzazione di arterie
semaforizzate
He, Q., Larry Head, K., & Ding, J. (2011). PAMSCOD: Platoon-based Arterial Multi-modal Signal
Control with Online Data. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 17, 462–489.
Maher, M., Liu, R., & Ngoduy, D. (2011). Signal optimisation using the cross entropy method.
Tramsportation Research Part C: Emerging Technologies, 44, 76–88.
Dong, J., Mahmassani, H. S., Erdoğan, S., & Lu, C.-C. (2011). State-dependent pricing for realtime freeway management: Anticipatory versus reactive strategies. Transportation Research Part
C: Emerging Technologies, 19(4), 644–657.
Mahmassani, H. S. (1997). Mahmassani, Liu - Models of user pre-trip and en-route switching
decisions in response to real-time information
Yu, G., Hu, J., Zhang, C., Zhuang, L., & Song, J. (n.d.). Short-term Tkaffic Flow Forecasting
Based, 208–212
Ziliaskopoulos, A. K. (2001). Foundations of Dynamic Traffic Assignment : The Past , the Present
and the Future, 233–265
Cipriani, E., Fusco, G., Gori, S., & Petrelli, M. (2006). Heuristic methods for the optimal location
of road traffic monitoring. 2006 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference, 1072–1077
He, Q., Larry Head, K., & Ding, J. (2011). PAMSCOD: Platoon-based Arterial Multi-modal Signal
Control with Online Data. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 17, 462–489.
Tiddi, D. (2011). Models for dynamic network loading and algorithms for traffic signal
synchronization in congested networks – Tesi di dottorato
Di Gangi, M. (n.d.). Simulazione Dinamica delle Reti di Trasporto, Approccio Mesoscopico.
3 – Resoconto dello stato delle conoscenze relative alla tematica di ricerca
Le tecnologie di trasporto pubblico in sede promiscua, quali autolinee e tranvie, rappresentano la
tecnologia predominante di trasporto pubblico nella maggior parte delle città di molti paesi. Nelle
piccole e medie città, gli autobus sono spesso l'unica forma di trasporto pubblico (con tram
presente solo in alcuni casi). Con la loro grande capacità di trasporto, gli autobus fanno un uso
efficace dello spazio stradale limitato, e possono quindi dare un contributo sostanziale alla
riduzione della congestione del traffico.
Tuttavia gli stessi tram ed autobus sono spesso colpiti da congestione, subendo una diminuzione
della velocità ed un aumento della variabilità del tempo di servizio e quindi dei tempi di attesa alla
fermata (irregolarità). Proteggere questi veicoli dalla congestione e dalle cause di irregolarità
gioca un ruolo importante per migliorarne la velocità e affidabilità, e quindi in definitiva la
produttività e capacità di modificare favorevolmente la ripartizione modale della domanda.
Le misure adatte a questo scopo possono sostanziarsi tanto nelle fasi di pianificazione e progetto
del servizio, tanto in quella di esercizio.
Nel primo caso la soluzione tipica è quella delle corsie preferenziali, e di tutte quegli interventi
infrastrutturali tesi a separare per quanto possibile la componente veicolare privata da quella
collettiva, come anche il ricorso a particolari layout del piano stradale in corrispondenza delle
intersezioni (bypass nelle fasce di attestamento, corridoi riservati per l’attraversamento “diretto”
delle rotatorie, etc), ed altre simili.
Per quanto riguarda la fase di esercizio, sono discretamente diffuse tecnologie per la priorità al
TPL in corrispondenza dei semafori, tipicamente associate a sistemi di controllo centralizzato del
traffico urbano (UTC), che concedono in breve tempo all’autobus o tram (al suo arrivo ed,
eventualmente, in base ad una strategia complessiva sulle condizioni di traffico misurate o stimate)
una fase di verde dedicata o appositamente prolungata. Naturalmente l’impiego di queste
tecnologie comporta una specifica ed importante attenzione anche nella fase progettuale.
Tali sistemi di priorità semaforica attualmente in esercizio, tuttavia, non tengono conto in generale
della totalità del percorso del singolo autobus e della regolarità di servizio della linea, ma
agiscono localmente fornendo una priorità che, analizzata in un ottica globale, potrebbe non
risultare strettamente necessaria in quel dato istante, o più in generale potrebbe non rientrare in
una strategia ottima di “regolazione” dell’intero percorso del veicolo volta a minimizzare il tempo
d’attesa complessivo degli utenti.
Contemporaneamente, nei sistemi di trasporto con sede riservata (come metropolitane e
metrotranvie), dove le cause di ritardo ed irregolarità sono ascrivibili (esclusi i guasti) unicamente
ai tempi di attesa alle fermate (ed alla loro alea), e sono pertanto molto più contenuti, sono invece
diffusi da tempo strumenti di monitoraggio e controllo attivo della regolarità di esercizio che
consentono di distanziare correttamente i veicoli in servizio attraverso specifiche strategie che
tengono conto dell’intero percorso del veicolo (trascorso e rimanente) e degli altri veicoli di linea.
Questi strumenti prevedono modalità di intervento direttamente orientate a regolare la marcia dei
veicoli e la loro velocità, a regolare i tempi di sosta (per fermata od altro), nonché eventualmente il
percorso della singola corsa (tipicamente in termini di limitazione ed esclusione delle tratte finali o
iniziali). Strategie simili sono state successivamente estese al trasporto in sede promiscua, ma con
modalità ad oggi indipendenti dalla gestione delle priorità semaforiche e da altre eventuali
politiche attuate od attuabili.
La ricerca in ambito metodologico e modellistico si è spinta oltre questo stato delle cose, iniziando
a considerare anche la possibilità di approcci integrati che includano tanto strategie di priorità
semaforica quanto strategie per il controllo della regolarità di esercizio, tuttavia senza finora
produrre risultati definitivi, né, per quanto se ne conosca, alcuna applicazione.
4 – Ricognizione delle attività in corso presso centri di ricerca nazionali ed internazionali
L’attenzione alle politiche di ricerca su questo fronte non è assente.
In seno all’UITP, ad esempio, sono istituiti due working group che si interessano di tematiche
inerenti la regolarità di esercizio del trasporto pubblico: una (“Bus Corridors”) orientata alle
soluzioni infrastrutturali, e quindi alla fase progettuale; l’altra (“Interaction buses and signals at
road crossings”) alla fase di esercizio ed in particolare alla gestione delle priorità alle intersezioni.
Tuttavia allo stato attuale, in seno a recenti o correnti progetti europei, non si osservano
particolari risultati innovativi su questo fronte, quanto piuttosto attività di studio e valutazione
(prevalentemente ex-post) di applicazioni esistenti, o loro riproposizioni in termini di tecnologia
consolidata.
5 – Definizione della Ricerca di Dottorato
Va sottolineato che la complessità del sistema di cui si occupa la presente ricerca è notevole, e
pertanto è necessario valutare in modo accurato ogni specifica innovazione proposta in tale
ambito, onde evitare l’inutile introduzione di elementi ancor maggiori di complessità (gestionale e
tecnologica) che poi non siano capaci di produrre apprezzabili risultati. Volendo procedere in
questo campo si ritiene possa essere premiante un approccio orientato non solo alla robustezza
metodologica, ma anche all’attenta analisi critica delle applicazioni esistenti, al fine di evidenziare
positività e criticità nei risultati di esercizio già disponibili e ricavarne indicazioni preziose
riguardo le aree di intervento più promettenti per lo sviluppo e l’integrazione di nuove metodologie
di intervento.
La ricerca proseguirà su due aree di studio parallele, ossia quella di analisi delle applicazioni in
atto (o pregresse) ed individuazione delle buone pratiche, e quella di sviluppo modellistico e
tecnologico, che si completeranno a vicenda sia nella fase centrale dello studio (con lo scambio di
indicazioni utili all’analisi da un lato, ed allo sviluppo dall’altro), sia soprattutto nella fase finale
per la quale è prevista un’attività di comparazione tra tecnologie esistenti e soluzioni originali
sviluppate
Di seguito sono riportati i passi previsti per il percorso di ricerca:
A) Studio dello stato dell’arte in materia di regolarità dell’esercizio
1 Analisi della letteratura scientifica in ambito modellistico
2 Individuazione di soluzioni in atto, casi di studio e tendenze europee
B) Casi di studio: misurazione delle prestazioni
1 Analisi delle strategie di controllo
2 Indagine rivolta agli operatori sulle prestazioni delle politiche e delle soluzioni adottate in
Europa
3 Sintesi delle buone pratiche sulla scorta degli esiti delle indagini rivolte agli operatori
C) Approccio modellistico: sviluppo di nuovi metodi
1 Analisi del problema tramite modelli dell’ingegneria dei trasporti ed i controlli automatici
2 Simulazione del fenomeno tramite metodi dinamici mesoscopici e/o microscopici
3 Sviluppo di metodi di controllo per servizi in sede promiscua (Corridoi e reti complesse)
4 Sperimentazione (numerica e/o empirica) dei metodi sviluppati
5 (eventuale) Progettazione della rete TPL e dei sistemi tecnologici, orientata al controllo
della regolarità di esercizio
D) Benchmark, ove possibile rispetto alle buone pratiche analizzate; in generale con le tecnologie
esistenti.
La cronologia delle diverse attività (svolte e previste) è riassunta nel seguente cronoprogramma:
ATTIVITA'
I ANNO
A
Analisi della letteratura e individuazione casi applicativi x x x x x
B1
Analisi delle applicazioni di controllo TPL esistenti
x x x
B2
Indagine generale sui casi applicativi esistenti (interviste)
B3
Buone pratiche europee
C1
Analisi modellistica del problema
x x x
C2
Sviluppo simulazione del fenomeno
x x
C3 e C4 Sviluppo metodi di controllo e Sperimentazione numerica
C5
Eventuale: sviluppo metodi di progettazione orientati al controllo
D
Confronti e Comparazioni
II ANNO
III ANNO
x x x x x x x x x x x x
x x
x x x x x x x
x x x x x
x x x x
x x x x x x
x x x
x x x
SEZIONE B
Attività di collaborazione e supporto; formazione ed acquisizione di capacità evolute
1 – Partecipazione alle attività di didattica presso la struttura di afferenza
Durante questo primo anno di dottorato il candidato non ha svolto alcuna attività didattica.
2 – Attività di formazione
L’attività di studio e di ricerca è stata valorizzata dalla partecipazione a corsi, convegni e seminari
riguardanti tematiche trasportistiche ed affini di notevole interesse:
 Corso di Fondamenti di Automatica (90 ore) tenuto dal prof Luca Benvenuti (Sapienza) - Roma
 Corso per City Logistics Manager (due giorni) organizzato dalla SIDT – Società Italiana
docenti di Trasporto - Roma
 Seminario tenuto dal prof Markos Papageorgiou (Università di Chania-Creta) sul tema
“Exploiting the Fundamental Diagram of Urban Networks for Feedback-Based Gating” - Roma
 Corso di Lingua Inglese tenuto dal prof. Martin Beever (organizzato dal DITS) - Roma
3 – Collaborazione a studi, ricerche, programmi strutturati
Questo primo anno di attività di ricerca ha permesso di approfondire alcune tra le principali
tematiche che riguardano il trasporto pubblico e l’ingegneria dei trasporti attraverso una serie di
collaborazioni all’interno dell’Ateneo. In particolare si è partecipato ai seguenti progetti ed
attività:
 EBSF – European Bus System Of the Future: progetto europeo sull’innovazione nel campo
degli autobus urbani.
 QDTA – Quasi-dynamic traffic assignment – attività interna del gruppo di ricerca in Ingegneria
del Traffico.