Perché dovresti usare una simulazione del traffico?

È una delle principali sfide del nostro tempo: la crescente necessità di una buona mobilità - e quindi di mezzi di trasporto affidabili e responsabili. Conosciamo tutti i problemi che sorgono nelle reti di trasporto sovraccariche: le città in particolare lottano con gli ingorghi, le strade congestionate e l'inquinamento atmosferico e acustico.

I nostri sistemi di mobilità e trasporto stanno diventando sempre più complessi. Renderli efficienti e sostenibili sta a sua volta diventando una sfida sempre più grande. Quali sono le misure migliori per ridurre le emissioni legate al traffico? Come si può gestire il traffico in sicurezza per tutti gli utenti della strada? Come scegliere tra una rotatoria o un semaforo adattivo per garantire un buon flusso di traffico? Come coordinare il servizio di trasporto pubblico con il regolare funzionamento del traffico?  Che impatto avranno sulla rete le nuove tecnologie come la guida autonoma?

La simulazione del traffico è uno strumento importante per indagare su queste domande. Consente ai pianificatori di utilizzare i budget e le risorse disponibili nel modo più efficiente possibile durante l'espansione o la ricostruzione dei sistemi di trasporto. I modelli di simulazione aiutano a comprendere gli effetti che diverse misure hanno sul volume e sul flusso del traffico in circostanze diverse. Pertanto, la simulazione del traffico crea una solida base per decisioni valide ed economiche, rendendo il traffico e la mobilità sicuri, sostenibili, equi e resilienti. In breve, aiuta a creare una mobilità orientata al futuro.

Simulazione microscopica, simulazione mesoscopica e simulazione macroscopica

Esistono diverse risoluzioni dei modelli di simulazione:

• La simulazione macroscopica considera solo i volumi di flusso di traffico aggregati e non i singoli agenti (veicolo, utente della strada).
• La simulazione mesoscopica si basa su singoli agenti, il cui comportamento è determinato da attributi del flusso di traffico aggregati, come la densità o la velocità media. La reazione diretta degli agenti ad altri agenti avviene solo ai nodi (intersezioni).
• In una simulazione microscopica, ogni singolo agente reagisce al proprio ambiente attuale, ovvero le distanze e le differenze di velocità rispetto agli agenti vicini. Il movimento è modellato continuamente nel tempo e nello spazio. Le decisioni sul cambio di velocità e direzione avvengono di solito in piccoli intervalli di tempo di <1 secondo. Lo stato complessivo del traffico risulta dalle singole decisioni degli agenti.

La combinazione di simulazione mesoscopica e simulazione microscopica in alcune sezioni di rete è nota come simulazione ibrida.

A cosa servono i modelli di simulazione del traffico?

Come con un modello architettonico, un modello di simulazione del trasporto aiuta a comprendere meglio un sistema complesso. Nelle città, pedoni, ciclisti,  trasporto pubblico e mezzi motorizzati si incontrano in uno spazio molto ristretto. E i sistemi di trasporto multimodale non consistono solo di diversi tipi di utenti della strada, modalità e fornitori di mobilità. Entrano in gioco anche aspetti come le persone che cambiano il comportamento di mobilità o nuovi servizi che entrano nel mercato, come la guida autonoma. I modelli di simulazione consentono ai pianificatori del traffico di comprendere questo sistema estremamente complesso e dinamico e di sviluppare strategie efficienti per risolvere i problemi di traffico attuali e futuri.

Come viene utilizzata la simulazione del traffico?

I pianificatori del traffico e gli ingegneri, le aziende e i ricercatori utilizzano simulazioni del flusso di traffico, ad esempio PTV Vissim,  per un'ampia varietà di applicazioni, sempre con l'obiettivo di fornire una solida base per le decisioni di pianificazione. Ecco alcuni esempi:

Progettazione delle infrastrutture di traffico

La verifica e il miglioramento della capacità della rete stradale e delle prestazioni dell'infrastruttura del traffico è un caso d'uso classico per la simulazione del traffico. I cambiamenti nella progettazione urbana hanno un impatto sulla situazione del traffico in loco. Ad esempio, la costruzione di un nuovo stadio o di un centro commerciale cambierà sicuramente il carico di traffico in quella zona. Una simulazione del flusso di traffico fornisce una chiara panoramica di come gestire al meglio il traffico previsto (aumento) e se l'infrastruttura di mobilità deve essere adattata o addirittura ricostruita. Possono essere analizzati problemi come gli effetti di due o tre corsie sul flusso del traffico.

Infrastrutture di trasporto non standardizzate

Se il progetto di un'infrastruttura del traffico (ad esempio, un progetto stradale o la temporizzazione dei semafori) non soddisfa gli standard specificati nelle linee guida appropriate, si consiglia di simulare l'infrastruttura pianificata. In questo modo è possibile valutare la qualità dei flussi di traffico che si verificano in corrispondenza di incroci complessi e non standardizzati o attraverso sistemi di controllo del traffico intelligenti.

Sistemi avanzati di gestione del traffico

I sistemi avanzati di gestione del traffico possono essere installati sia in ambito autostradale che urbano per aumentare e mantenere la capacità di trasporto attraverso un uso più efficiente dell'infrastruttura esistente.

Il controllo intelligente dei semafori può migliorare il flusso del traffico, ad esempio riducendo i tempi di attesa ai semafori. Ma quale opzione di controllo è la migliore per un nodo specifico? Nel modello di simulazione, varie opzioni possono essere valutate e ottimizzate prima dell'implementazione.

Su un'autostrada, i sistemi di controllo del traffico - tramite tabelloni, segnaletica dinamica, pannelli a messaggio variabile - vengono utilizzati per ottimizzare il flusso del traffico e prevenire il più possibile la congestione. All'interno di una simulazione, i pianificatori possono modellare tutti gli interventi operativi e valutarne l'effetto sul flusso di traffico complessivo.

Nuove tecnologie nell'industria automobilistica

Le simulazioni del traffico svolgono un ruolo cruciale nell'industria automobilistica. I nuovi veicoli vengono testati molte volte prima di entrare in produzione effettiva - nel traffico stradale reale, ma anche virtualmente con l'aiuto di simulazioni. Una simulazione del traffico fornisce flussi di traffico complessi in un ambiente virtuale. Il veicolo testato può interagire con altri utenti della strada. Nel traffico virtuale, i test dei sistemi di assistenza alla guida (ADAS) e delle tecnologie per veicoli connessi e autonomi (CAV) possono essere eseguiti in modo realistico.

Pianificazione delle infrastrutture per gli utenti della strada vulnerabili

La simulazione del traffico multimodale è ideale per studiare il movimento di tutti i modi di trasporto e le loro interazioni. Ciò vale anche per i cosiddetti utenti della strada vulnerabili, come ciclisti e pedoni. Come sono i progetti urbani pedonali e ciclabili? Dove sono necessarie nuove piste ciclabili? Come abilitare le onde verdi per i ciclisti in modo significativo? È possibile utilizzare una simulazione del traffico per analizzare le misure e i loro effetti. 

Simulazione pedonale

La simulazione dei pedoni può ottimizzare molto di più dei semplici marciapiedi. La simulazione dei flussi pedonali aiuta anche nella progettazione sicura e rispettosa dei pedoni di stazioni ferroviarie, aeroporti e altri luoghi. Inoltre, le simulazioni di folla ed evacuazione sono uno strumento importante nella pianificazione di grandi eventi.

Pianificazione del trasporto pubblico

Le simulazioni del traffico supportano anche la pianificazione del trasporto pubblico. È possibile modellare diverse linee di trasporto pubblico, tipi di veicoli, orari e percorsi. I collegamenti possono essere ottimizzati, ad esempio selezionando i progetti di fermata più adatti e in particolare le misure relative agli incroci. Le misure per l'assegnazione delle priorità al trasporto pubblico locale possono essere applicate a livello operativo e basato sui veicoli.

Utilizzando una simulazione del traffico, i pianificatori possono valutare gli orari ottimali, quanti parcheggi per autobus dovrebbe avere una stazione degli autobus e se i tempi di coincidenza pianificati sono sufficienti per i passeggeri.

Calcolo delle emissioni

Oltre a parametri tipici come tempi di percorrenza, velocità o lunghezza delle code, una simulazione microscopica del flusso di traffico consente anche il calcolo delle emissioni in base alle traiettorie dei singoli veicoli. Le emissioni possono essere assegnate con precisione in termini di tempo e luogo, il che significa che i pianificatori possono vedere le quantità di emissioni che si verificano in diverse aree. I pianificatori urbani e del traffico possono immediatamente vedere in che modo le diverse misure di traffico, come il controllo adattivo dei semafori, influiranno sulle emissioni dei veicoli e sulla qualità dell'aria.

Come impostare un modello di traffico

Quale software viene utilizzato per la simulazione del traffico?

Gli esperti di traffico di tutto il mondo si affidano a PTV Visum per la simulazione macroscopica del traffico. PTV Vissim è la soluzione leader mondiale per la simulazione microscopica, mesoscopica o ibrida.

Decenni di ricerca, sviluppo continuo e stretta collaborazione con i clienti rendono le soluzioni PTV strumenti di simulazione stabili.

Quali dati sono necessari per una simulazione del traffico? 

I dati di input per un modello di simulazione sono costituiti da tre parti principali:

• Rete di traffico: strade, incroci, binari ferroviari, terreno percorribile
• Domanda di traffico: quanti agenti di quale tipo vogliono arrivare da quale origine e verso quale destinazione.
• Controllo degli incroci: segnali di resa, segnali di stop e controllo dei semafori.

La scelta del percorso può essere costituita da dati di input aggiuntivi o da una parte dei risultati determinati da una procedura di assegnazione della rete (scelta del percorso). La qualità dei dati è fondamentale. Un modello virtuale può essere valido solo quanto i dati di input.

Da dove provengono i dati di simulazione del traffico?

Le fonti di dati importanti sono i conteggi del traffico e i dati provenienti dal monitoraggio o dal controllo del traffico da vari rilevatori. Se devono essere modellati scenari futuri, è necessaria una previsione del traffico, che includa tutti i cambiamenti previsti nella domanda e nell'offerta. Modelli di traffico macroscopici più grandi che utilizzano PTV Visum o altri strumenti vengono spesso utilizzati per fornire dati a modelli microscopici più piccoli.

Quanto tempo ci vuole per costruire un modello di simulazione?

Se tutti i dati e le informazioni sono disponibili, è possibile modellare un modello di traffico con un semplice incrocio con semaforo entro 30 minuti (scopri di più in questo webinar). I modelli di traffico complessi richiedono più tempo. Devono essere calibrati e convalidati, gli scenari devono essere creati e valutati. Questo può richiedere diversi giorni o settimane, o anche diversi mesi per quelli molto complessi.

Puoi automatizzare la costruzione di un modello di simulazione?

È possibile creare da zero reti per simulazioni di traffico microscopiche. Tuttavia, possono anche essere importati o almeno parzialmente generati. Spesso vengono importate sezioni più piccole di modelli di simulazione macroscopici più grandi. Altre possibilità includono l'importazione di dati cartografici come OpenStreetMap, HERE o TomTom Maps o l'utilizzo di formati di dati utilizzati nel settore come OpenDrive.

Come funziona la simulazione del flusso di traffico?

La simulazione mesoscopica e microscopica è stocastica. I parametri di comportamento e il tempo di ingresso nella rete sono estratti casualmente da determinate distribuzioni per ogni singolo agente. Il risultato di una singola corsa di simulazione deve essere inteso come solo un possibile flusso di traffico reale in un singolo giorno casuale. Pertanto, questo potrebbe essere un valore anomalo estremo. Per avere un'idea significativa della possibile distribuzione dei risultati, è necessario eseguire più esecuzioni di simulazione (con semi casuali diversi). Assumendo una corretta modellazione della rete e un'adeguata calibrazione, la distribuzione dei risultati della simulazione dovrebbe quindi essere simile alla distribuzione degli stati di traffico reali nei diversi giorni. I valori medi su tutte le esecuzioni della simulazione di solito non sono gli indicatori più interessanti, ma piuttosto la frequenza relativa dei guasti, ad es. "è previsto un grande ingorgo nel 70% dei giorni".

Quanto sono veloci i modelli di simulazione? Quanto durano?

La velocità della simulazione dipende da vari fattori. Ad esempio, sulla risoluzione del passo temporale (ovvero il numero di passi temporali simulati al secondo) e sulla complessità del modello (ovvero il numero di interazioni e oggetti).

I modelli di microsimulazione, ovvero i modelli di traffico in cui gli utenti della strada sono rappresentati individualmente, producono potenzialmente un'enorme quantità di dati durante ogni simulazione, poiché i valori degli attributi, soprattutto posizione e velocità, vengono ricalcolati più volte al secondo per ciascun conducente e ogni pedone.

Inoltre, l'hardware (processore, memoria o scheda video) influisce sulla velocità delle esecuzioni della simulazione del traffico. 

Nei semplici modelli di traffico è possibile simulare fino a 10.000 veicoli in tempo reale. Un secondo nella simulazione corrisponde a un secondo nella realtà. Con un numero inferiore di veicoli/pedoni, la simulazione può essere eseguita 20 o 50 volte più velocemente. 

Quanto è accurata la simulazione del traffico?

Un aspetto importante per garantire l'accuratezza di un modello di traffico è la calibrazione. I modelli non possono essere semplicemente trasferiti da una città all'altra. Devono essere calibrati, cioè adattati alle condizioni locali. Per dimostrare l'accordo con i dati reali, è necessario utilizzare metodi statistici standard come le statistiche GEH o la bontà dell'adattamento.   

Le simulazioni del traffico, soprattutto quando si considerano scenari futuri, funzionano con ipotesi diverse. Poiché il futuro è pieno di incertezze, vengono creati diversi scenari per tenere conto del diverso sviluppo delle infrastrutture, dell'uso del suolo, dello sviluppo sociale ed economico. I risultati del modello devono quindi essere considerati e valutati tenendo presenti questi presupposti.