Intelligent Transportation Systems: Modellazione dinamica delle reti ed implementazione di un sistema urbano dei trasporti intelligente

INTRODUZIONE 
Scopo della presente Tesi è di dare un prospetto del vasto orizzonte dei Sistemi Intelligenti 
applicati ai Trasporti, sia affrontando la modellazione dinamica dei flussi sulla rete, sia cercando di 
presentare gli elementi tecnologici necessari alla definizione di una struttura innovativa di gestione 
del traffico urbano. Il progresso nel settore dei trasporti rappresenta una delle sfide ineludibili del 
nuovo millennio, in quanto, a fronte di una crescita continua di domanda, la scarsità delle risorse 
spinge il legislatore ad adottare strategie nuove, rispetto al semplice ampliamento quantitativo delle 
infrastrutture. Inoltre, le tematiche concernenti le esternalità negative derivanti dal traffico non 
possono continuare ad essere affrontate con soluzioni discontinue e reattive. La prima parte della 
Tesi vuole offrire una panoramica della situazione nel mondo dei trasporti e soprattutto di come gli 
impatti sociali e ambientali, che ne derivano, siano divenuti inaccettabili. L’Unione Europea ha 
individuato, nella Direttiva 40/2010, gli Intelligent Transportation Systems come una delle 
soluzioni necessarie, indicando agli Stati membri la strada da percorrere. Definito il substrato 
normativo è stato presentato un ampio orizzonte delle principali tipologie di ITS presenti sul 
mercato. L’obiettivo dello studio è stato quello di presentare una struttura urbana di organizzazione 
del traffico, basata sugli ITS, il cui fulcro è rappresentato dal centro urbano di gestione, una 
struttura adibita a ricevere informazioni, in tempo reale, dalla rete, che devono essere elaborate e 
restituite all’utenza, sotto forma di indicazioni di vario tipo. Offrire informazioni corrette, senza 
soluzione di continuità, presuppone una modellazione dinamica delle reti, sia considerando le 
variazioni di domanda, sia rispetto i cambiamenti nel sistema dell’offerta. Il concetto stesso di 
informazione all’utente comporta l’approfondimento dei meccanismi che regolano la scelta, sia al 
momento della partenza sia durante il viaggio. Sono presentati due approcci, il primo si fonda sulla 
teoria dell’utilità aleatoria e tenta di analizzare tutte le fasi che compongono le scelte dell’utente, 
rappresentandole secondo i modelli comportamentali della tecnica della circolazione; il secondo 
rovescia completamente la prospettiva, spostando l’attenzione dalle alternative disaggregate di 
scelta, verso un procedimento di continua calibrazione di macromodelli di deflusso largamente 
affermati. In un certo senso la teoria alla base di questa scelta si fonda su un procedimento euristico. 
La motivazione della presentazione di un approccio del genere si trova nei risultati stessi, cioè quelli 
di una simulazione e previsione delle condizioni della rete in tempo reale. In particolare, nel 
presente lavoro saranno mostrate due teorie, quella del Prof. Moshe E. Ben-Akiva del 
Massachusetts Institute of Technology di Boston e quella del Prof. Hani Mahmassani della 
Northwestern University. Le due speculazioni sono state scelte poiché hanno condotto allo sviluppo
di due software, DynaMIT e DynaSMART, impiegati nei centri di gestione del traffico in alcune 
delle nazioni che più hanno investito sugli ITS. Definita la base teorica necessaria per l’analisi e la 
previsione del traffico, la terza parte della Tesi è orientata alla presentazione degli strumenti 
necessari per predisporre, in ambito urbano, una struttura di gestione e organizzazione intelligente 
del traffico. Lo studio è stato svolto con continui riferimenti alle tecnologie presenti sul mercato, in 
particolare ai sistemi adottati in Giappone, Corea del Sud e Singapore, veri e propri precursori di 
sistemi ITS. Oltre alla panoramica tecnologica, la presente Tesi intende mostrare la necessità di un 
nuovo concetto di infrastruttura, non più come elemento in sé, bensì come momento di relazione tra 
pubblico e privato. Ciò è possibile ponendo al centro del progetto l’utente, che potrà fare 
affidamento su un’assistenza personale alla guida, che permetta la possibilità di comunicare sempre 
e comunque, oltre a fornire una maggiore sicurezza. Condivisione e attenzione ambientale sono 
termini assolutamente correlati al mondo ITS, tuttavia, il presente lavoro intende mostrare come, nei 
fatti, l’applicazione di tecnologie intelligenti, legate al mondo dei trasporti, produca risultati 
economici, diretti e non, ben superiori agli investimenti iniziali. Per dimostrare ciò, nella sezione 
conclusiva, è stato dato spazio all’analisi dei benefici e dei costi derivanti dall’impiego delle 
tecnologie presentate in precedenza. In conclusione sono proposti studi che valutano i possibili 
impatti dei sistemi ITS sulla situazione italiana ed europea, mostrandone opportunità e difficoltà.
Capitolo 1: Le problematiche dei trasporti e la Direttiva europea 40/2010 
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CAPITOLO 1 
LE PROBLEMATICHE DEI TRASPORTI E LA DIRETTIVA 
EUROPEA 2010 
 
1.1 PREMESSA 
 
Il settore dei trasporti rappresenta uno dei punti di forza dell'economia globale, generando 
nella sola UE all'incirca il 7% del PIL e fornendo 8 milioni di posti di lavoro. Bastano queste brevi 
cifre per inquadrare l'importanza strategica di controllare e programmare accuratamente il presente 
e futuro di questo delicato ambito. Le criticità derivanti sono molteplici, basti pensare che 
contribuisce a oltre il 20 % delle emissioni di CO2 dell'Unione Europea, oltre ad essere una delle 
maggiori cause di morte, con quarantamila decessi e quasi due milioni di feriti in incidenti stradali 
ogni anno sulle strade europee. La motivazione alla base dell'applicazione di tecnologie 
informatiche e telematiche al settore trasportistico sta proprio nella criticità della situazione italiana 
e mondiale in questo ambito, oltre che nelle fosche previsioni di sviluppo futuro. 
 
1.2 LO STATO DEI TRASPORTI IN ITALIA 
 
L’Italia rappresenta uno dei paesi europei a maggiore concentrazione di traffico, con 
937.276 milioni di passeggeri-km/anno, di cui più del 92% sono rappresentati dal traffico stradale, e 
con un traffico merci di 239.518 milioni di tonnellate-km/anno, di cui oltre il 65% su strada con 
distanze superiori a 50 km
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. Nonostante una domanda così marcata esistono gravi mancanze di tipo 
infrastrutturale, gestionale ed organizzativo. Il forte squilibrio verso il traffico stradale, sia per il 
settore privato sia per il settore merci provoca notevoli ricadute sociali, ambientali ed economiche. 
In particolar modo le aree urbane ed alcune principali direttrici divengono luogo di elevata densità 
di mobilità per la contemporanea presenza di attività residenziali e produttive, concentrando quasi il 
70% degli spostamenti di persone in tutto il territorio nazionale, con ovvie ricadute in termini di 
congestione, incidentalità, inquinamento atmosferico, acustico e di occupazione del suolo. Inoltre 
una così forte concentrazione, per lo più al Nord, rende il sistema molto vulnerabile rispetto a eventi 
critici concentrati. Un altro elemento di debolezza è costituito dalla mancanza di coordinamento tra 
i soggetti coinvolti nel settore dei trasporti: la Pubblica Amministrazione, i gestori privati e gli 
 
1
 Fonte CNT (2009-2010),  Report TTS Italia “Verso il recepimento della Direttiva ITS in Italia: opportunità e 
prospettive nazionali”, Convegno TTS Italia Torino, 18 novembre 2011.
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utenti, sia in termini d’investimenti che di concertazione, il che provoca un’eccessiva lentezza 
nell’innovazione. 
Le previsioni indicano che i flussi di traffico sono destinati a crescere nei prossimi anni 
provocando un inevitabile scontro tra la necessità di soddisfare la domanda per garantire lo sviluppo 
delle aree disagiate e la competitività in quelle più sviluppate e l'esigenza di salvaguardare 
ambiente, qualità della vita e sicurezza. Apparentemente sembrerebbero due vie inconciliabili, 
tuttavia la quasi totalità delle istituzioni mondiali sta lavorando per avviare una crescita armonica e 
rispettosa delle risorse naturali. Nei decenni futuri si ridurrà la disponibilità di petrolio e le fonti di 
approvvigionamento saranno meno stabili. Nel 2010 l'Unione Europea ha importato petrolio per un 
controvalore di circa 210 miliardi di euro e se non saranno ricercate misure alternative le 
conseguenze economiche, si rifletteranno pesantemente sui cittadini nei decenni a venire. 
1.3 LE PRINCIPALI ESTERNALITA’ NEGATIVE 
Volendo riassumere le principali esternalità negative derivanti dal traffico stradale possono 
essere così semplificate: 
1. congestione del traffico:
• perdita di produttività del sistema;
• costo del tempo perso dovuto a mobilità lenta;
2. incidenti:
• spese mediche collegate e perdita di produttività delle persone coinvolte;
• costo mezzi di soccorso;
• costo viabilità danneggiata;
• rumore:
• effetti patologici derivati;
• spese mediche collegate;
3. effetto serra:
• costi sociali ed ambientali collegati a cambiamenti climatici e surriscaldamento della terra
per emissioni CO2;
4. inquinamento atmosferico:
• impatto su salute pubblica, agricoltura, zone forestali, beni culturali derivanti dagli effetti
degli agenti inquinanti.
1.4 LE MISURE INTRAPRESE DALL’ITALIA* 
* Le nuove tecnologie telematiche per i Sistemi di Trasporto Intelligenti nell'ambito del PON 
Trasporti 2000 - 2006, Quaderni del PONTrasporti n. 07 . 2008, http://pont.infrastrutturetrasporti.it/
pdf/approfondimenti/quaderni_pon/quaderni_pon_n7.pdf
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L’Italia, paese caratterizzato da forti disomogeneità di sviluppo territoriale, richiede 
politiche di sviluppo oculate, pertanto nel 2001 è stato redatto dal Ministero delle Infrastrutture e 
dei Trasporti il Piano Generale dei Trasporti e della Logistica volto all’individuazione di azioni 
prioritarie a supporto della mobilità. Il passo successivo è avvenuto con la predisposizione del 
Programma Operativo Nazionale Trasporti (PON Trasporti) 2000-2006, strumento per la 
riqualificazione ed il potenziamento del sistema dei trasporti nel Mezzogiorno. Ha introdotto sul 
territorio nazionale la linea, oggi ampiamente condivisa, che vede sostenibilità ambientale, 
infrastrutture e tecnologia come elementi che operano sinergicamente al fine di incrementare la 
competitività, la produttività e la qualità della vita. Già in questo programma viene evidenziato 
come l'innovazione costituisca una delle condizioni importanti per la crescita strutturale del paese in 
tutti gli aspetti legati alla mobilità e si vede l'esigenza di sviluppare tecnologie informatiche e di 
telecomunicazione al fine di ottimizzare le prestazioni dei mezzi e dei servizi in condizioni di 
sicurezza e di compatibilità ambientale. Tale strategia è alla base anche delle azioni del Ministero 
dei Trasporti, che hanno portato alla costituzione di un Gruppo di Lavoro al quale è stato assegnato 
il compito di definire un nuovo approccio, basato sul concetto di mobilità, in luogo di quello di 
trasporto. Il modello, definito nelle Linee guida del Piano Generale della Mobilità redatto dal 
Gruppo di Lavoro, tende a generare esternalità positive in termini di sostenibilità ambientale, 
promuove la riduzione degli impatti attraverso il riequilibrio modale nei trasporti, nel rispetto 
dell’ambiente e del territorio. Il documento evidenzia, inoltre, l’importanza delle ricadute attese 
dalla ricerca applicata al settore dei trasporti in termini di sviluppo imprenditoriale e di 
localizzazione di iniziative, in grado di aumentare la competitività e la produttività strutturale dei 
sistemi economici territoriali, attraverso lo sviluppo di soluzioni e competenze tecnologiche in 
modo di creare e migliorare le condizioni di contesto per lo sviluppo del Paese. 
1.5 LA DIRETTIVA 2010/40/UE DEL PARLAMENTO EUROPEO 
Al fine di evitare una legislazione contrastante nei singoli stati, la Comunità europea ha 
diramato una Direttiva nella quale individuava nel settore degli ITS una delle possibili soluzioni per 
la risoluzione delle problematiche evidenziate in precedenza, in vista, finalmente, di uno sviluppo 
sostenibile del settore dei trasporti. 
L’Unione europea, in accordo alle esigenze della comunità internazionale, si pone come 
obiettivo quello di mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 2°C, riducendo quindi le 
emissioni di gas serra, entro il 2050, dell'80-95% rispetto ai livelli del 1990. Per il 2030 l'obiettivo 
del settore dei trasporti è di una riduzione delle emissioni di gas serra del 20% rispetto ai livelli del
Capitolo 1: Le problematiche dei trasporti e la Direttiva europea 40/2010 
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2008. A scenario immutato, la dipendenza dei trasporti dal petrolio sarebbe ancora di poco inferiore 
al 90%, mentre l'energia ricavata da fonti rinnovabili si attesterebbe di poco al di sopra 
dell'obiettivo del 10% fissato per il 2020. Nel 2050 le emissioni di CO2 provocate dal settore dei 
trasporti rimarrebbero quindi di un terzo superiori ai livelli del 1990. Entro il 2050 i costi dovuti 
alla congestione aumenteranno del 50%, si accentuerà quindi il divario di accessibilità tra regioni 
centrali e periferiche e continueranno ad aumentare i costi sociali dovuti agli incidenti e 
all'inquinamento acustico. In questo senso la sfida consiste nell'interrompere la dipendenza del 
sistema dei trasporti dal petrolio, senza sacrificarne l'efficienza e compromettere la mobilità. È 
necessario che si affermino nuovi modi di trasporto per condurre a destinazione congiuntamente 
volumi superiori di merci e un numero maggiore di passeggeri, utilizzando i modi (o le 
combinazioni di modi) di trasporto più efficienti. Di preferenza il trasporto individuale dovrebbe 
essere riservato agli ultimi chilometri di una tratta e compiuto con veicoli puliti. La tecnologia 
dell'informazione permette di realizzare trasferimenti più semplici e affidabili, in cui gli utenti 
pagano interamente i costi di trasporto in cambio di minore congestione, maggiori informazioni, 
sicurezza e migliori servizi. Gli sviluppi futuri devono basarsi su una molteplicità di aspetti: 
• miglioramento dell'efficienza energetica dei veicoli in tutti i modi di trasporto, mediante lo 
sviluppo e l'impiego di carburanti e sistemi di propulsione sostenibili; 
• ottimizzazione dell'efficacia delle catene logistiche multimodali, anche utilizzando 
maggiormente modi più efficienti sotto il profilo delle risorse, laddove altre innovazioni 
tecnologiche possono rivelarsi insufficienti (ad esempio, trasporto merci a lunga distanza); 
• utilizzo più efficiente dei trasporti e dell'infrastruttura grazie all'uso di migliori sistemi di 
informazione e di gestione del traffico (ad esempio, ITS, SESAR, ERTMS, SafeSeaNet, 
RIS), di una logistica avanzata e di misure di mercato, quali il pieno sviluppo di un mercato 
europeo integrato dei trasporti su rotaia, l'eliminazione delle restrizioni al cabotaggio, 
l'abolizione degli ostacoli al trasporto marittimo a corto raggio, la fissazione corretta delle 
tariffe, ecc. 
In ambito urbano è necessaria una strategia mista per ridurre la congestione e le emissioni 
basata sui seguenti elementi: pianificazione territoriale, sistemi di tariffazione, infrastrutture e 
servizi di trasporto pubblici efficienti per i modi di trasporto non motorizzati e per la 
ricarica/rifornimento dei veicoli puliti. Le città al di sopra di una certa dimensione dovrebbero 
essere incoraggiate ad adottare piani di mobilità urbana che raggruppino tutti questi elementi e che 
siano perfettamente coerenti con i piani integrati di mobilità urbana. 
Il Parlamento europeo ha preso atto dell’aumento del volume del trasporto stradale nell’Unione, 
causa principale dell’incremento della congestione dell’infrastruttura stradale e del crescente
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consumo energetico, nonché fonte di problemi ambientali e sociali. Dopo aver definito i sistemi di 
trasporto intelligenti (ITS) come applicazioni che mirano a fornire servizi innovativi sui diversi 
modi di trasporto ed alla gestione del traffico, consentendo agli utenti di essere meglio informati e 
di fare un uso coordinato e “intelligente” delle reti di trasporto, la direttiva del Consiglio 
dell'Unione europea 6103/10 identifica 4 settori prioritari per l'elaborazione e l'utilizzo di specifiche 
e norme: 
• l'uso ottimale dei dati concernenti le strade, al traffico e alla mobilità;
• la continuità dei servizi ITS di gestione del traffico e del trasporto merci;
• le applicazioni ITS per la sicurezza stradale e per la sicurezza del trasporto;
• il collegamento tra i veicoli e l'infrastruttura di trasporto.
Vengono di conseguenza definite le seguenti azioni prioritarie: 
1. predisposizione in tutta UE di servizi di informazione sulla mobilità multimodale;
2. servizi di informazione sul traffico in tempo reale;
3. scambio di dati e informazioni gratuite da infrastruttura a veicolo;
4. servizio elettronico di chiamata di emergenza (eCall) interoperabile;
5. servizi d’informazione per aree di parcheggio sicure per gli automezzi pesanti e i veicoli
commerciali;
6. la predisposizione di servizi di prenotazione per aree di parcheggio sicure per gli automezzi
pesanti e i veicoli commerciali.
La rete essenziale dovrà fare ampio uso degli strumenti delle tecnologie dell'informazione per 
semplificare le procedure amministrative, consentire l'individuazione e la tracciabilità delle merci e 
ottimizzare gli orari e i flussi di traffico (e-Freight). La diffusione di tali strumenti deve essere 
incoraggiata esigendone l'adozione nell'infrastruttura TEN-T
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 e mediante una graduale integrazione 
nei sistemi modali. Di fondamentale importanza è quindi la diffusione dei sistemi di mobilità 
intelligente sviluppati grazie alla ricerca finanziata dall'Unione europea, quali SESAR (il sistema di 
gestione del traffico aereo del futuro), ERTMS (il sistema europeo di gestione del traffico 
ferroviario), SafeSeaNet (il sistema di monitoraggio del traffico navale e di informazione), RIS (il 
sistema di informazione fluviale), STI (i sistemi di trasporto intelligenti) e soluzioni interoperabili 
interconnesse per i sistemi di informazione e gestione del traffico multimodale di nuova 
generazione (anche per la tariffazione). Sarà inoltre necessario un piano di investimenti per i nuovi 
servizi di navigazione, di controllo del traffico e di informazione. Di pari importanza sono inoltre la 
ricerca e l'innovazione nei settori delle tecnologie di propulsione dei veicoli e dei carburanti 
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 La Commissione ha adottato una proposta per trasformare l'attuale rete europea di strade, ferrovie, aeroporti e canali in 
una rete di trasporti unificata, la Ten-T.