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TESI di LAUREA SPECIALISTICA Ingegneria Idraulica, dei Trasporti e del Territorio Curriculum Trasporti - Aggiornamento del modello della rete viaria della citt di Lucca con applicazioni alle previsioni urbanistiche




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Corso di Laurea in Ingegneria Idraulica, dei Trasporti e del Territorio



Curriculum Trasporti

TESI di LAUREA SPECIALISTICA

Aggiornamento del modello della rete viaria della citt di Lucca con applicazioni alle previsioni urbanistiche

PREMESSA

Questo studio nasce da una collaborazione tra il Comune di Lucca ed il Dipartimento di Ingegneria Civile Vie e Trasporti dellUniversit di Pisa per lo svolgimento degli studi, delle misure e delle analisi dei flussi di traffico, necessari per eseguire un aggiornamento del modello della rete viaria di Lucca. Lo scopo di questa attivit prevede: la realizzazione di misure di traffico; laggiornamento del modello; la correzione della matrice della domanda di trasporto; la simulazione dei flussi di traffico nella situazione attuale ed in quella futura con scenari. Con il modello cos creato risulta possibile lo studio di varie situazioni, una di queste ridurre la capacit del viale circonvallazione della citt di Lucca e confrontare i dati con lo stato attuale. Oltre a questo scenario sar possibile studiarne altri generati dalle previsioni urbanistiche.


Introduzione

Il presente lavoro pu essere definito come un aggiornamento del modello della rete viaria di Lucca, rappresentativo quindi della situazione attuale, che permetta successivamente di eseguire applicazioni alle previsioni urbanistiche. Questo il compito che esegue la Pianificazione dei Trasporti, ovvero definisce i progetti da realizzare su una rete esistente allo scopo di migliorare il livello di servizio e limitare gli effetti negativi sullambiente, riducendo i tempi di viaggio, abbassando il livello di inquinamento acustico e atmosferico prodotto dal traffico e diminuendo i veicoli in sosta nelle aree urbane. Per effettuare tutto ci necessario disporre di una rappresentazione dello stato attuale del sistema dei trasporti dellarea oggetto di studio simulando il reale funzionamento delle componenti del sistema. Questo richiede lo studio dellofferta di trasporto ovvero le caratteristiche funzionali della rete, lo studio della domanda di trasporto ovvero lo studio dei modelli ed infine linterazione tra domanda e offerta che determina il livello di servizio di ogni elemento costituente la rete. Lobiettivo quello di aggiornare il modello della rete viaria di Lucca al 2014 permettendo di elaborare una rappresentazione del territorio e del sistema di trasporto espressa tramite grafo costituito da un insieme di coppie di nodi collegati da archi che indicano le relazioni esistenti tra essi. Raggiunto un livello di dettaglio adeguato della rete viaria del territorio, vengono presi in esame tutti gli spostamenti effettuati per motivo di studio e lavoro con mezzo motorizzato proprio nellora del mattino 7:30-8:30 di un giorno tipico, cio un giorno privo di eventi o caratterizzazioni particolari. Effettuati i conteggi di traffico con lutilizzo di Radar Recorder e telecamera, si procede allassegnazione, correzione e validazione della matrice di domanda tramite lutilizzo del software TransCAD. Infine interessante stimare laffidabilit del modello ed eseguire unapplicazione alle previsioni urbanistiche sullarea oggetto desame e confrontarla con lo stato attuale della citt.


CAPITOLO 1

Area di studio

In questo capitolo viene fatta una breve descrizione dellarea oggetto di studio. Inizialmente viene presentata la rete viaria di Lucca con linquadramento territoriale. Successivamente viene riportata la caratterizzazione socio-economica del territorio e la dotazione infrastrutturale presente: strade, autostrade, ferrovie e trasporto pubblico collettivo presente.

1.1 La rete viaria della citt di Lucca

Lo studio delle caratteristiche socio-economiche della citt di Lucca si estende oltre i confini amministrativi del Comune di Lucca andando a comprendere anche parte del territorio dei Comuni di Capannori, Pescaglia e Villa Basilica. La citt situata nella parte nord-ovest della Toscana, nella pianura dalla parte della sponda sinistra del fiume Serchio.

Fig.1.1: Foto aerea della citt di Lucca


Breve storia della citt

La citt diviene la capitale del ducato Longobardo della Tuscia per poi svilupparsi nel XII secolo come Comune e successivamente come Repubblica. Lucca mantiene ancora intatte tante caratteristiche tipiche dei tempi passati. Infatti sono ancora presenti il foro situato nellattuale piazza San Michele, punto centrale del centro storico dove confluiscono le vie principali alcune delle quali sono Via Fillungo e Via San Paolino, inoltre presente lanfiteatro (nato sulle rovine dellantico anfiteatro romano ad opera dellarchitetto Lorenzo Nottolini) che conserva ancora oggi la sua caratteristica forma ellittica chiusa. Allepoca romana risale la prima cinta muraria che delimita unarea quadrata allinterno della quale si sono sviluppati il centro del potere politico e religioso. Nel 400 occupata dai Goti, il secolo successivo dai bizantini, la storia della citt caratterizzata dal fatto di essere tra le pi importanti capitali del regno longobardo. Inoltre tappa nel pellegrinaggio da Roma a Canterbury sulla Via Francigena, che nel Medioevo da considerare una delle vie di comunicazione pi importante. Caduto il dominio longobardo, Lucca entra a far parte del dominio carolingio. In questo periodo la citt rafforza lo sviluppo delle attivit commerciali e attivit nel settore tessile. Questo ha permesso di entrare ancora di pi nei mercati europei, grazie alla produzione di tessile ed allavvio della manifattura della seta. Nel XIV secolo diviene una delle citt pi importanti del medioevo italiano. Castruccio Castracani degli Antelminelli, nobile ghibellino, riesce a portarla alla vittoria nel 1325 sconfiggendo il pi forte esercito fiorentino. Alla morte del nobile ghibellino, la citt cade in un periodo di anarchia, ma nel 1370 riottiene la libert e adotta un governo repubblicano fino al 1799, anno della sua definitiva caduta ad opera degli Austriaci. Nel 1805 viene costituito il principato di Lucca e Piombino assegnato a Elisa Bonaparte, sorella di Napoleone Bonaparte e al marito Felice Baciocchi. Dal congresso di Vienna si crea il ducato di Lucca, successivamente diventa parte del granducato di Toscana e nel 1860 fu annessa al regno di Sardegna. Come gi accennato precedentemente, Lucca mantiene ancora intatte molte opere del passato, questo ne d lesempio la cinta muraria del XV secolo con un perimetro di 4,2 km intorno al nucleo storico della citt. Questo la rende una delle principali citt darte dItalia. Le mura racchiudono al loro interno il centro storico della citt, esternamente invece presente il viale della circonvallazione che costituisce la viabilit di scorrimento principale della citt. Grazie a questa possibile agevolare i flussi veicolari a causa dellimpossibilit di attraversare il centro storico. Nel centro cittadino possibile accedervi solo passando dalle cinta murarie attraverso sei porte. Le porte sono partendo da Nord della citt e andando in senso orario: Porta Santa Maria, Porta San Iacopo, Porta Elisa, Porta San Pietro, Porta Sant Anna e Porta San Donato.

1.2 La caratterizzazione socio-economica del territorio

Dai dati del censimento ISTAT 2001, gli abitanti che risiedono nel Comune di Lucca sono

81862, con densit abitativa di 441 ab/km2. L8% della popolazione ha meno di 10 anni; il

20% ha unet compresa tra i 10 e i 29 anni; il 29% tra i 30 e i 49 anni; il 27% tra i 50 e i 69 anni; il 16% ha pi di 70 anni. I minorenni costituiscono il 14% della popolazione, mentre let media di 44 anni. Il 53% della popolazione di sesso femminile. Il 37% della popolazione celibe o nubile; il 50% coniuge; il 4% separato o divorziato; il 9% vedovo. Il 6% degli abitanti di et compresa tra i 15 e i 52 anni non ha portato a termine la scuola dellobbligo. Il 39% degli abitanti con pi di 19 anni in possesso di un diploma di scuola secondaria di secondo grado. Nel censimento ISTAT 1991, il Comune di Lucca conta una popolazione residente pari a 87100 abitanti, questo porta a notare una diminuzione della popolazione pari a 5,86% nel decennio 1991-2001 (Tab.1.1).


100000

90000

80000

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

0


66061


Popolazione residente

88302 88428 90995 91246 87100

77880 79852 82300

70537 70404 73465 75464


81862


1861 1871 1881 1901 1911 1921 1931 1936 1951 1961 1971 1981 1991 2001

Anno Censimento ISTAT

Tab.1.1: Andamento demografico della popolazione

Molto interessante ai fini del presente studio sono i dati sulla mobilit: il tasso di pendolarismo per la citt di Lucca rilevato dal censimento ISTAT 2001 del 45,5% ed il

32,8% dei pendolari si sposta per motivo di studio mentre il 61,2% si sposta per motivi di lavoro. La percentuale di coloro che ricorrono al mezzo proprio motorizzato per recarsi a lavoro l 80,6% contro il 6,6% di coloro che utilizza i mezzi pubblici. I dati relativi ai flussi in entrata ed in uscita mostrano per larea oggetto di studio un relativo equilibrio. Lindicatore SEL, dato dal rapporto del saldo entrate-uscite e la somma dei flussi di pendolarismo, risulta infatti compreso fra: 0-0,3.

Inoltre la provincia di Lucca caratterizzata da unelevata variet di settori economici e di forme di impresa. I settori principali sono il terziario e lindustria. Con riferimento a questultimo settore, la distribuzione percentuale sul totale delle attivit delle imprese mostra una prevalenza dei servizi commerciali e di quelli inerenti al turismo. Lindustria manifatturiera rappresentata maggiormente dallattivit cartaria, poi a seguire il calzaturiero ed il tessile. Di particolare interesse anche lindustria agro-alimentare, maggiormente sviluppata nel settore cerealicolo e nella produzione dellolio (Tab.1.2).

Distribuzione % delle attivit nel settore dei servizi

11,8


1,4


6,4

3,6

10,9


51,3


Commercio Servizi alle persone Servizi alle imprese

Servizi finanziari Trasporti e Comunicazioni Alberghi e Ristoranti

Tab.1.2: Distribuzione % delle attivit nel settore dei servizi

1.3 Infrastrutture stradali presenti

Larea urbana di Lucca costituita da infrastrutture stradali di diversa gerarchia. Le strade sono classificate in base alla tipologia funzionale. Facendo riferimento al Piano di Indirizzo Territoriale P.I.T., elaborato dalla ragione Toscana, le principali direttrici nazionali e regionali presenti nellarea urbana interessata dallo studio sono:

Autostrada A11 Firenze-Mare;

Raccordo Autostrada A11-A12 Lucca Viareggio.

La prima costituisce la principale arteria della citt, collegata a questultima da due caselli,

posti ad est ed a ovest del nucleo urbano. Dal casello Lucca Ovest ha origine il raccordo


autostradale A11-A12 che collega Lucca a Viareggio ed unisce lautostrada A11 con lautostrada A12 Genova-Roma. Le direttrici primarie di interesse regionale presenti sono:

SS12 Lucca-Abetone;

SS435 Lucca-Pistoia;

SS439 Sarzanese-Valdera.

La prima proviene da Pisa e prosegue fino al confine con lAustria passando per Modena, Verona, Trento e Bolzano. Poi si dirama nella SS12 Radd in corrispondenza di San Giuliano Terme e prosegue per Lucca passando dalla galleria. La seconda proviene da Pistoia e da Collodi prendendo il nome di Via Pesciatina. Lultima proviene da Pontedera prendendo il nome di Via di Tiglio. Sono presenti strade di supporto come:

SS439 (da innesto SS1Pietrasanta a Lucca prendendo il nome di Via Sarzanese).

Tutte queste infrastrutture stradali si inseriscono nel tessuto urbano della citt di Lucca andandosi ad integrare con la viabilit urbana. Questultima costituita da una maglia di strade statali e provinciali confluendo nellanello della Circonvallazione. Particolare attenzione va data a questo viale che risulta caricato sia dal traffico in attraversamento (con origine e destinazione allesterno dellarea urbana) sia dal traffico interno (con origine e destinazione allinterno della citt). Inoltre un vincolo da rilevare quello rappresentato dalle cinta murarie che delimitano il centro storico e quindi la circolazione pu avvenire solamente intorno alle Mura, caricando con flussi di traffico elevati la Circonvallazione. Questo comporta ad avere punti di criticit nelle intersezioni della stessa dove tutte le strade pi importanti vi convergono. Le radiali, ad eccezione di quelle di recente costruzione, presentano caratteristiche geometriche e funzionali limitate, penalizzando la capacit a fronte di flussi di traffico di notevole entit. Il centro storico dal punto di vista della viabilit di mezzi motorizzati risulta molto penalizzato, per questo si sono sviluppati mezzi di trasporto alternativi per spostamenti allinterno del centro storico stesso come ad esempio lutilizzo di biciclette o direttamente a piedi. Inoltre il trasporto pubblico su gomma (oggi VaiBus, ex Lazzi e Clap) offre nellarea in esame un servizio che effettua tratte di carattere: urbano, extraurbano, a lunga percorrenza. Per quanto riguarda invece la rete ferroviaria dellarea oggetto di studio, la stazione di Lucca attraversata dalle linee:

Lucca-Pisa;

Lucca-Aulla;

Viareggio-Firenze.


Queste interessano solamente un traffico regionale ma comunque di rilevante importanza, assorbendo infatti sia il servizio passeggeri sia il trasporto merci. Le pi importanti tipologie merceologiche movimentate sono relazionate alle attivit dellindustria cartaria e cerealicola. Le linee che convergono a Lucca fanno parte della rete complementare rispetto alle direttrici ferroviarie principali, elettrificate e a doppio binario del territorio regionale. Queste linee sono a binario unico ad eccezione della tratta Lucca-Montuolo trasformata a doppio binario sfruttando laffiancamento delle linee per Pisa e per Viareggio, mentre la Lucca-Aulla non elettrificata.


CAPITOLO 2

Analisi di una rete

In questo capito viene affrontato largomento del sistema di trasporto, descrivendo la rete e da cosa costituita. Viene descritto quindi la funzione degli archi e dei nodi, andando poi successivamente ad affrontare largomento del sistema della domanda di trasporto ed il modello dellofferta di trasporto.

2.1 Il sistema di trasporto

Come gi scritto in precedenza, loggetto del presente studio la rete viaria della citt di Lucca. La rete una schematizzazione del sistema di trasporto individuale a servizio di questa area urbana, ottenuta mediante lindividuazione dal territorio dei suoi elementi costitutivi. Il grafo rappresenta tale area, formata da un insieme di nodi, coppie di nodi o archi. Agli archi vengono associate le proprie grandezze quantitative. Ai nodi, che rappresentano le diverse significative posizioni nello spazio e nel tempo, vengono assegnate le proprie caratteristiche. Il sistema di trasporto considerato un sistema terrestre cio stradale formato quindi da un unico modo di trasporto, quello individuale. Nel caso particolare si considera il mezzo motorizzato proprio o privato.

Un sistema costituito:

dal sistema di domanda di trasporto;

dal sistema di offerta di trasporto.


Il primo rappresentato dallinsieme degli spostamenti di persone e di cose che si verificano sul territorio in un certo intervallo temporale. A causa della diversa localizzazione sul territorio dei punti di origine e dei punti di destinazione dello spostamento nasce la necessit di spostarsi. Nel caso di spostamenti sistematici casa-lavoro, le origini sono rappresentate dalle aree residenziali e le destinazioni dalle aree nelle quali hanno sede le attivit economiche e produttive. Quindi il sistema molto legato alle caratteristiche duso del territorio. Gli spostamenti sono poi determinati dalle scelte degli utenti di questo sistema di trasporto, che hanno necessit di spostarsi in un determinato momento della giornata, per un determinato motivo, scegliendo il mezzo di trasporto e litinerario. Il sistema della domanda di trasporto schematizzato come un insieme di nodi che costituiscono le posizioni significative degli utenti nello spazio e nel tempo.

Il secondo costituito dagli elementi infrastrutturali come ad esempio strade, parcheggi presenti sul territorio e anche da elementi organizzativi che regolano la circolazione e la sosta come ad esempio i sensi di circolazione, piani semaforici, regolamentazione delle intersezioni e della sosta Gli elementi del sistema di offerta che compongono il sistema di trasporto stradale, come quello di questo studio, sono:

capacit fisica ed ambientale (sono delle costanti che sono funzione delle caratteristiche delle infrastrutture stradali);

funzioni di prestazione (cio il costo, inteso come utilit o disutilit, sostenuto dagli utenti del sistema nel percorrere una determinata strada, che di solito dipendono da quanti la percorrono).

Il livello di servizio fornito da un elemento del sistema di offerta dipende dal numero di spostamenti che avvengono su di esso. Per cui tanto pi basso il numero di spostamenti su una strada, tanto minore il costo per percorrerla; a sua volta, gli spostamenti dipendono dalle prestazioni fornite dallelemento stesso, cio tanto pi basso il costo per percorrere una strada, tanto maggiore il numero di coloro che la vogliono percorrere, ma se tutti scelgono di percorrerla allora il suo costo non sar pi cos basso. Questo fa capire che esiste una relazione ciclica tra il sistema della domanda ed il sistema dellofferta. Il sistema dellofferta schematizzato con un insieme di archi a cui associamo una funzione di costo che rappresenta la propria caratteristica quantitativa. Su questo sistema sono definiti i vincoli di capacit fisica ed ambientale, che devono essere soddisfatti dai flussi per garantire un funzionamento stabile del sistema di trasporto ed un livello di inquinamento dellambient accettabile. Per questo il sistema di offerta risulta limitato. I flussi sono il risultato delle scelte di itinerario compiute dagli utenti del sistema di trasporto che si spostano per un dato motivo, in un determinato intervallo temporale, con un determinato modo di trasporto. Se non si ha compatibilit tra i flussi e la capacit degli elementi del sistema di offerta, si verificano livelli di congestione ed inquinamento non accettabili. Per questo bisogna apportare modifiche a questo sistema limitato, modellandolo in modo da ottenere una migliore gestione del sistema dellofferta. Per studiare un sistema di trasporto nel miglior modo possibile viene fatto riferimento ad un intervallo temporale nel quale il suo funzionamento stazionario, perch il numero di utenti che utilizzano un sistema di trasporto varia nel tempo, in parte per effetto di variazioni sistematiche della domanda di trasporto ed in parte per effetto di oscillazioni casuali intorno a valori medi. Quindi viene introdotto il termine flusso, ovvero il rapporto tra il numero medio m di utenti, che in piccoli intervalli temporali successivi di ampiezza t percorrono larco di un grafo di un sistema di trasporto, ed i piccoli intervalli temporali t (flusso=m/t). Se gli utenti di una strada appartengono a pi categorie, come ad esempio autovetture, autobus, motocicli(a meno che non venga considerato un arco per ogni categoria), essi vengono omogeneizzati, cio ricondotti ad ununica categoria mediante limpiego di opportuni coefficienti di trasformazione; il flusso viene considerato una grandezza scalare. In base allo studio da effettuare, viene scelta la categoria omogenea nella quale vengono trasformate le diverse categorie.

2.2 Il sistema di trasporto mediante una rete

Per studiare, nel modo migliore possibile, una realt molto complessa rappresentata da un sistema di trasporto deve essere ricondotto ad una modellazione matematica. Questa permette di eseguire calcoli e fare previsioni, quindi studiare il sistema in modo quantitativo e non qualitativo, assegnando a elementi reali grandezze numeriche. Oltre a riprodurre la realt, possibile fare previsioni su scenari futuri (come stato fatto sullarea in esame). La fase di schematizzazione e cio la fase di estrazione della rete dal territorio, porta a considerare posizioni spazio-temporali degli utenti significative e legate dagli obbiettivi dello studio. Una buona osservazione rappresentata dal fatto che una rappresentazione molto dettagliata non utilizzabile quando fa riferimento ad unarea urbana (come larea di studio) o ad unarea metropolitana, perch con gli attuali software non sono risolti i problemi legati allintroduzione di un numero maggiore di errori rispetto a quelli che si avrebbero con una rete meno dettagliata. In questi software (come TransCAD, utilizzato in questo studio) un tratto di strada indicato da un arco ed il modello teorico calcola il flusso che lo percorre.


Una buona schematizzazione quella che d luogo al minimo scostamento tra i flussi calcolati sugli archi e quelli che si realizzano sui corrispondenti elementi del sistema di traporto reale.

Le imprecisioni sono dovute:

al modo con cui viene schematizzato il comportamento degli utenti;

ad errori di stima della domanda di trasporto (la stima sar tanto pi affidabile quanto pi grande il campione e quanto minore saranno le coppie origine destinazione);

ad errori di stima delle funzioni di costo associate agli archi (la funzione di costo di un arco una relazione, ricavata di solito in modo sperimentale, che lega il costo necessario per percorrere larco ai flussi, alle caratteristiche geometriche dellinfrastruttura, al modo con cui essa viene utilizzata),

lo schema di rete risulta poco idoneo a rappresentare il sistema di trasporto reale (per evitare ci e poter ottenere una schematizzazione di rete pi vicina possibile al sistema reale, necessario che nella realt le strade locali vengono utilizzate solo per laccesso a quelle porzioni di area denominate comparti ambientali e che non facciano parte di itinerari che collegano punti dellarea urbana che non appartengono al comparto. In caso contrario, la domanda viene forzata ad utilizzare, nello schema teorico di rete, un numero minore di infrastrutture rispetto a quello reale, con quindi errori non accettabili).

Il costo per percorrere una certa infrastruttura tanto diverso da quello sulla quale la funzione di costo stata ricavata sperimentalmente, quanto pi diverse sono le caratteristiche geometriche e di uso. Questa diversit risulta piccola per le strade importanti, in quanto presentano caratteristiche standard; invece per le strade locali, avendo caratteristiche geometriche e di uso molto diverse, non facile ricondurle ad un tipo standard su cui poter ricavare sperimentalmente una funzione di costo. Quindi ridurre il livello di dettaglio nella schematizzazione di una rete di trasporto stradale, significa eliminare dalle rete quelle strade (in pratica le strade locali) del sistema reale per le quali non possibile avere una buona stima delle funzioni di costo. Rimangono quelle che circondano aree di dimensioni sufficientemente grandi per poter cos svolgere una buona stima della domanda di trasporto. Le strade vengono classificate in modo coerente con la gerarchia delle stesse, vengono suddivise in quattro categorie:


1. strade primarie: sono i tronchi passanti e terminali delle strade extraurbane, distribuiscono il traffico tra il territorio urbano ed extraurbano e sono eventualmente percorsi dal traffico di attraversamento dellarea urbana;

2. strade di scorrimento: sono interamente comprese nellambito urbano e hanno la funzione prevalente di canalizzare gli spostamenti di maggiore lunghezza e costituiti dai flussi pi elevati;

3. strade di quartiere: servono ambiti urbani pi limitati rispetto a quelli dove si sviluppano le strade di scorrimento; inoltre hanno volumi di traffico e lunghezza molto minori;

4. strade locali: servono i comparti ambientali e sono delimitate dalla viabilit di scorrimento e di quartiere, allinterno del comparto le strade locali permetto lingresso ai diversi edifici del comparto, mentre il comparto non pu essere attraversato.

Fig.2.1: Schema di rete stradale urbana

Le strade si connettono solamente con quelle di categoria subito superiore o inferiore. Quando una rete urbana di trasporto viene rappresentata mediante un grafo, ad ogni flusso unidirezionale relativo ad un singolo modo di trasporto viene assegnato un arco. Se una strada bidirezionale, viene rappresentata con una coppia di archi di verso opposto. Andando nel dettaglio, la domanda di trasporto si ritiene concentrata in un unico punto allinterno del comparto e ha origine o destinazione in un comparto ambientale. Di solito il punto situato in prossimit del baricentro dei luoghi di origine e di destinazione, detto centroide. Questo viene collegato con gli archi circostanti il comparto tramite archi fittizi chiamati connettori. I connettori collegano i centroidi con nodi fittizi. Da puntualizzare che questi ultimi nodi non sono punti significativi del sistema di trasporto. Ogni uno divide in due larco,


rappresentativo di una infrastruttura reale sul quale situato. Di solito se il comparto molto ampio bene considerarvi due centroidi, allo scopo di avvicinarsi il pi possibile alla realt e pu tornare utile andare a considerare come connettori alcune delle strade locali del comparto. Si pu inoltre verificare, in unarea urbana o metropolitana, lesigenza di introdurre un gruppo di centroidi esterni connessi ad alcuni nodi specifici per schematizzare meglio la domanda. Cos si ha la possibilit di simulare gli spostamenti di scambio e quelli di attraversamento.

Fig.2.2: Comparto ambientale in un grafo

2.3 Il sistema della domanda di trasporto

Questo sistema formato dallinsieme degli spostamenti di persone e cose che in un certo intervallo temporale si verificano sul territorio. La domanda viene caratterizzata in:

i soggetti che si spostano;

il modo di trasporto usato;

il periodo a cui si fa riferimento;

i punti interessati dallo spostamento.

Tra i soggetti che si spostano bene distinguere gli attori degli spostamenti e quale la loro motivazione. Lo spostamento non produce nessuna utilit o soddisfazione, ma unattivit da considerare complementare allo svolgimento di altre attivit in luoghi diversi da quelli di provenienza. La domanda di trasporto da considerarsi derivata, legata allassetto del territorio ed al sistema di offerta di trasporto presente. In base agli obbiettivi dello studio vanno considerati determinati soggetti, ad esempio nelle reti di trasporto urbane si considera la domanda di trasporto di persone. Nelle reti stradali, come nel caso in esame, vanno presi in esame gli spostamenti di automobili o mezzi motorizzati privati. Il motivo dello spostamento il raggiungimento del posto di lavoro definito spostamento sistematico casa- lavoro.

Il modo di trasporto dipende dal particolare sistema di trasporto in esame e dagli obbietti dello studio. Nel particolare caso, si considera il modo di trasporto individuale motorizzato privato.

Per intervallo temporale deve essere presa in considerazione la struttura temporale della domanda di trasporto. Nel lungo periodo possono verificarsi variazioni legate allandamento dei cicli economici ed alle modificazioni socio-economiche del territorio mentre nel breve periodo possono aversi variazioni tra i giorni della settimana e tra le ore della giornata. Quelle di breve periodo possono ripetersi ciclicamente su un certo numero di intervalli di riferimento, perch dovute a fattori di perturbazione sistematici o aleatorio (ad esempio domande diverse in una stessa ora di giorni simili). Queste ultime dipendono da vari fattori connessi alla natura aleatoria del fenomeno, determinato dalle scelte, imprevedibili, effettuate da un elevato numero di individui. Per questo viene fatto riferimento ad un valore medio della domanda di trasporto nellintervallo temporale rilevante per il problema. Ovviamente tutto deve essere scelto in base allobbiettivo dello studio.

I centroidi sono i punti tra cui avviene lo spostamento. Schematizza la zona di origine e di destinazione dello spostamento che avviene sul territorio. La rappresentazione degli spostamenti la caratterizzazione spaziale della domanda di trasporto che viene eseguita mediante una matrice origine-destinazione. La riga della matrice rappresenta un centroide che origine degli spostamenti, la colonna rappresenta invece un centroide che destinazione degli spostamenti. Quindi la matrice origine-destinazione quadrata con diagonale nulla. Lelemento della matrice dij rappresenta il numero degli spostamenti che si verificano tra il centroide di origine i e quello di destinazione j. La somma degli elementi riga i-esima la domanda originata dal centroide i ed invece la somma degli elementi della j-esima colonna la domanda attratta dal centroide j. Gli elementi della matrice possono essere distinti in relazione al tipo di zona di origine e destinazione dello spostamento. Vengono individuati:

spostamenti interni, quando sia lorigine che la destinazione sono interne allarea di

studio;

spostamenti di scambio, quando lorigine e la destinazione sono una interna e laltra esterna allarea di studio o viceversa. Quando lorigine esterna allarea di studio e la destinazione interna, si hanno spostamenti di ingresso allarea di studio,

altrimenti si hanno spostamenti di uscita dallarea di studio;

spostamento di attraversamento, quando lorigine e la destinazione sono entrambe esterna allarea di studio.

Nellindividuare i comparti ambientali viene eseguita in pratica la caratterizzazione spaziale della domanda e lestrazione della rete con quindi lindividuazione in contemporanea anche dei centroidi. In pratica si fissano sul territorio le zone che originano ed attraggono la domanda per ciascun comparto. Quindi necessario tracciare un grafo per tenere conto del livello di dettaglio dei dati di domanda disponibili e di una matrice tarata sulla tolleranza della rete stessa. In dettaglio utile conoscere quindi le variazioni che la domanda di trasporto subisce per effetto di modifiche nelluso del territorio, o di modifiche del sistema di trasporti, o possibili conseguenze dellintroduzione di particolari politiche da parte della Pubblica Amministrazione. Ad esempio se viene costruita una nuova strada, le matrici di domanda di trasporto di persone possono cambiare sensibilmente. Per conoscere la loro entit, occorre avere a disposizione una relazione matematica che lega la domanda di trasporto alle caratteristiche di uso del territorio, alle caratteristiche della popolazione ed alle caratteristiche del sistema di trasporto. Questa relazione si chiama modello di domanda. Le caratteristiche del modello sono gli attributi del sistema. Per specificarlo, la domanda deve essere considerata la conseguenza di scelte compiute da un insieme di individui. I modelli comportamentali studiano il meccanismo di formazione della domanda, simulando il comportamento di scelta dei singoli individui. Quindi un singolo individuo, preso in esame, decide ad esempio di spostarsi in un certo periodo della giornata da una certa zona di una citt per un certo motivo. Prima sceglie la destinazione, poi il modo di trasporto da utilizzare e per ultimo litinerario da seguire tra il punto di origine e quello di destinazione del suo viaggio. In sostanza unalternativa di scelta di trasporto comprende:

una destinazione;

un modo di trasporto;

un itinerario.

Il processo decisionale consente di costruire modelli parziali di domanda, ciascuno dei quali relativo ad una particolare dimensione di scelta; tutto questo prende il nome di fattorializzazione dei modelli di scelta aleatoria. Per larea della citt di Lucca presa in esame, sono presi in esame gli spostamenti effettuati dai soggetti con mezzo motorizzato proprio per motivi di lavoro. Questo risulta ragionevole, visto che i lavoratori pendolari impegnano la rete maggiormente ed abitualmente. La caratterizzazione temporale della domanda valutato analizzando i dati di traffico del 2014 (anno in corso) lora di punta del mattino, di un giorno infrasettimanale di un periodo esente da festivit o periodi di vacanza. Viene preso come ora quella tra le 7:30-8:30. Unosservazione da fare che i rilievi non sono stati fatti n di luned n di venerd, perch considerati due giorni di attivazione e di rientro. Nel presente studio stata presa come riferimento la tesi di laurea di Alessandra Gazzarri (Analisi della rete viaria della Citt di Lucca e aggiornamento del modello di assegnazione), dalla quale stata presa la matrice origine-destinazione, che stata successivamente elaborata. Nella matrice origine-destinazione i centroidi sono in totale 62:

12 esterni o porte; 50 interni allarea urbana (cio larea del Comune di Lucca delimitata dallanello di tangenziali). capitato che i confini amministrativi del Comune non coincidessero con lanello considerato, stato necessario assegnare alcune zone periferiche ai centroidi poste in modo da simulare al meglio il comportamento degli attori che vi risiedono. Per i comparti interni sono state accorpate o smembrate zone censuarie Istat. Nella matrice ogni spostamento viene quantificato in termini di autovetture, quindi viene usato un coefficiente di omogeneizzazione: 0,5 per gli spostamenti che avvengono con il motociclo;

2,5 per gli spostamenti che avvengono con mezzo pesante. Questo modo permette di ottenere

unequivalenza in termini di impatto sulle rete stradale. La matrice divisa in quattro parti, classificando gli elementi in relazione al tipo di zona di origine e di destinazione.

DESTINAZIONI

1-12

13-62

ORIGINI

1-12

I

II

13-62

III

IV

Tab.2.1: Suddivisione della matrice origine-destinazione

Il quadrante I comprende gli spostamenti in attraversamento, con origine e destinazione al di fuori dellarea urbana utilizzando la rete in esame; il quadrante II considera gli spostamenti di scambio di coloro che dallesterno si recano nellarea urbana per lavoro e degli spostamenti che si generano nelle zone del Comune di Lucca esterne allarea urbana in direzione di questultima; il quadrante III prende in considerazione gli spostamenti d scambio che dallarea urbana si dirigono verso lesterno; lultimo quadrante riguarda gli spostamenti interni che hanno origine e destinazione allinterno dellarea urbana. Nel centro storico, visto che gli spostamenti avvengono con mezzi motorizzati o usando la viabilit locale, sembrerebbe idoneo considerare un unico comparto ambientale, ma avremo un errata simulazione dellaccesso della domanda alla rete. Porterebbe ad avere infatti un errore significativo nel modello, per questo ci sono quattro zone censuaria allinterno delle cinta murarie della citt.

CENTROIDI ESTERNI

CENTROIDI INTERNI

132

115

113

281

478

45

70

77

204

263

264

141

209 99 328 455 441

337 93 195 452 436

145 325 323 440 371

151 90 352 451

289 345 207 468

136 6 216 402

315 18 217 382

128 78 218 425

313 307 219 454

335 305 475 435

256 51 463 478

106 67 461 394

Tab.2.2: Indicazione delle due tipologie di centroidi

I centroidi esterni sono ubicati rispettivamente:

CENTROIDI

ESTERNI

UBICAZIONE

132

Casello San Donato (Lucca Ovest)

115

Casello San Concordio (Lucca Est)

113

SS12 sud (Via Pisana Nuova)

281

Via di Tiglio in Carraia

478

Carraia

45

Via Romana

70

Via Pesciatina

77

Via delle Ville

204

SS12 nord-ovest (Via Brennero in Ponte a Moriano)

263

Via per Camaiore

264

SS Sarzanese (localit Nave)

141

Via Pisana Vecchia


2.4 Il modello dellofferta di trasporto

Una delle componenti del sistema di trasporto il sistema dellofferta di trasporto, esso costituito da elementi infrastrutturali (presenti sul territorio) ed organizzativi (regolano la circolazione e la sosta di quellarea). Per studiarlo necessario ricondurlo ad una formulazione matematica che permetta di fare calcoli e previsioni. Viene eseguito uno studio quantitativo e non qualitativo, perch ad elementi reali vengono assegnate grandezze numeriche. Cos viene riprodotta al meglio la realt dellarea di studio e quindi fare previsioni future. Un modella di offerta riesce a schematizzare le componenti rilevanti del funzionamento del sistema di trasporto, considerando gli elementi fisici ed organizzativi presenti nellarea studiata. La modellazione la simulazione dei flussi che si spostano sui diversi archi della rete in un determinato intervallo temporale o epoca. Tale simulazione fa riferimento allo stato attuale del sistema, che soggetto, a sua volta, ad una verifica delle prestazioni offerte, sia dal punto di vista dellutente (livello di servizio), sia da un punto di vista dellambiente (livelli di inquinamento). Se risultano livelli non accettabili, necessario apportare modifiche al sistema, che per essere ben valutati, devono essere simulati in uno stato di progetto. Le fasi fondamentali del modello di offerta sono due:

definizione della topologia del sistema di offerta;

definizione delle caratteristiche quantitative da associare agli elementi del sistema di offerta.

La prima avviene mediante la rappresentazione grafica del grafo formato da nodi ed archi; la seconda trasforma il grafo in une rete di trasporto. Queste operazioni fondamentali sono state eseguite mediante lausilio del software TransCAD, prodotto dalla Caliper Corporation. Il programma un software GIS che presenta moduli specializzati per lanalisi e la modellazione delle reti di trasporto. La sua particolarit la semplicit con cui consente di collegare i dati tabellari agli elementi geografici, che rappresenta laspetto fondamentale per la creazione del modello con il software. Il grafo rappresentato da un insieme di nodi, che individuano le posizioni significative degli utenti nello spazio e nel tempo, e da un insieme di archi, ciascuno dei quali collega due nodi. Ciascun arco rappresenta un flusso unidirezionale. Costruito il grafo, la fase successiva il posizionamento dei centroidi nei quali si considera concentrata la domanda di quel comparto ambientale. Questultima ha origine e destinazione nel comparto stesso. I centroidi di solito sono al centro del comparto e sono collegati agli archi, come gi puntualizzato in precedenza, mediante connettori (archi fittizi che schematizzano il reticolo di strade locali a servizio del comparto). Questi ultimi schematizzano lingresso e luscita dal comparto e quindi collegano il centroide con un nodo fittizio, che divide in due larco che delimita il comparto stesso. In questa fase visto che lo studio un aggiornamento del modello non stato necessario importare la mappa fotogrammetrica dellare urbana di Lucca, creando un file geometrico con il layer Archi e layer Nodi. bastato aggiornare i layer, apportando se necessario le idonee modifiche rispetto alle caratteristiche del 2010. Per gli archi i dati richiesti, alcuni dal programma ed altri li compila lui in automatico, sono:

identificativo dellarco ID;

nome della strada;

lunghezza dellarco (compilata in automatico dal software);

direzione: 0 se larco bidirezionale; 1 se larco a senso unico e disegnato nel senso di percorrenza; -1 se larco a senso unico disegnato in verso opposto alla direzione di percorrenza;

numero di veicoli rilevati (count AB, count BA)

tempo di percorrenza dellarco (time AB, time BA);

capacit dellarco (capacity AB, capacity BA).

Per i nodi i dati sono:

identificativo del nodo ID;

longitudine e latitudine (compilate in automatico dal software);

tipo di nodo (1 per intersezione semaforica; 2 per intersezione con stop o dare la precedenza o rotatoria; 8 per nodo libero; 9 per centroide);

durata del ciclo semaforico.

In questa fase di aggiornamento del modello, sono state scelte le strade che maggiormente nella realt vengono usate. Riporto una mappa della rete dove possibile riconoscere lanello del viale della Circonvallazione, al centro della citt, che costituisce il cardine della viabilit urbana sul quale confluiscono le radiali.


Fig.2.3: Mappa della rete della citt di Lucca

Il passo successivo stato quello di vedere se la posizione di ciascun connettore e dagli archi fosse idonea alla situazione odierna dellanno in corso 2014. La rete risulta quindi composta da:

394 Archi, tra cui:

- 176 connettori;

- 57 misurati nel 2014;

- 22 unidirezionali;

- 372 bidirezionali.

249 Nodi, tra cui:

- 62 centroidi (di cui 12 esterni e 50 interni);

- 12 passaggi a livello;

- 63 intersezioni reali;

- 124 nodi fittizi.

Definita la struttura topologica del sistema di offerta di trasporto, il grafo deve essere trasformato in una rete di trasporto introducendo le caratteristiche quantitative da associare agli elementi del sistema. Queste sono la capacit fisica ed ambientale ed il costo di trasporto, che dipendono sia dalle caratteristiche geometriche delle infrastrutture, sia dalla tipologia di sistema di trasporto rappresentato da ciascun arco. Nei sistemi di trasporto individuali, a differenza di quelli collettivi, non esiste un controllore esterno che stabilisce il flusso massimo di veicoli, quindi i vincoli di capacit sono definiti dal modo di funzionare del sistema e devono essere studiati separatamente per ogni tipo di strada. Per capire meglio bene definire la capacit: la massima portata oraria di veicoli, che possono attraversare un punto o una sezione di una corsia stradale durante un determinato periodo temporale, sotto prefissate condizioni di traffico e di controllo. Il periodo temporale a cui viene fatto riferimento il quarto dora perch considerato il pi breve intervallo durante il quale si possono avere condizioni di deflusso del traffico stabili. La capacit funzione delle caratteristiche della strada e dei parametri geometrici che la descrivono. Per parametri intendo: il tipo di sezione stradale, lambito di attraversamento, la larghezza delle corsie, la larghezza delle banchine, la mancanza di ostacoli laterali, la velocit di progetto, landamento plano-altimetrico del tracciato. Dipende inoltre dalle condizioni del traffico, dalla distribuzione del flusso nei due sensi di marcia, dalla tipologia di controllo alle intersezioni e dalla presenza di veicoli pesanti. Una situazione ottimale quella di considerare una ripartizione uguale del flusso nelle due direzioni ma in realt questo molto difficile che si verifichi. Per quanto riguarda il tempo disponibile per effettuare la manovra per ogni corrente di traffico confluente in unintersezione, si deve tener conto della tipologia di controllo allintersezione. Infatti possono esserci intersezioni semaforiche, regolato con stop, con dare precedenza o con rotonda. La presenza di veicoli pesanti incide negativamente sul flusso, perch il mezzo occupa una larghezza maggiore della corsia rispetto ad unautovettura e per il fatto che ha una minore capacit di accelerazione e decelerazione, oltre ad un minore mantenimento della velocit in salita. Per mezzo pesante si intende un veicolo stradale che rispetti i limiti di massa complessiva riportati sotto:

1 asse (t)

2 assi (t)

3 assi (t)

4 assi (t)

5 assi o pi (t)

Motoveicoli

2,5

2,5

-

-

-

Autoveicoli

-

18

24

-

-

Rimorchi

6

22

25,2

25,2

25,2

Autoarticolati

-

-

30

40

44

Autosnodati

-

-

30

40

44

Autotreni

-

-

24

40

44

Autobus

-

19

24

24

24

La % High Vehicle cio la % di veicoli pesanti rappresenta un parametro necessario per il calcolo delle grandezze quantitative da associare ad ogni arco, per questo deve essere nota. Dai rilievi di traffico effettuati stato necessario calcolare per ogni misurazione il grafico orario per quarto dora, poi in dettaglio stato utile calcolare sempre per quarto dora il grafico considerando solo le ore del mattino (7:00-9:00) e le sole ore del pomeriggio (17:00- 19:30) per vedere lora effettiva di punta da considerare. Per eseguire al meglio il lavoro, al mattino sono state considerati i dati anche per: 7:00-8:00; 7:15-8:15; 7:30-8:30; 7:45-8:45;

8:00-9:00; mentre al pomeriggio: 17:00-18:00; 17:15-18:15; 17:30-18:30; 17:45-18:45;

18:00-19:00; 18:15-19:15; 18:30-19:30. Alla fine di queste elaborazioni lora di progetto presa in esame 7:30-8.30. In questa ora stata calcolata la % di veicoli pesanti presenti su ogni sezioni rilevata. Di seguito, per maggiore dettaglio, riporto una tabella con lindicazione della % HV per ogni una delle 57 misurazione effettuate:

VIA O VIALE

ID ARCO

%HV

Via Romana

35

0,99

Via SS.Annunziata

74

1

Via SS.Annunziata

76

1

Via delle Ville

79

1

Via Dell'Acquacalda

82

0,99

Via Dell'Acquacalda

96

0,99

Via Consani

124

0,98

Via San Concordio

150

0,99

Viale Pacini

157

0,98

Viale Europa

162

0,97

Viale Luporini

171

0,98

Via Pisana

180

0,99

Via per Camaiore

256

0,99

Viale Marti

264

0,98

Via Brennero Ponte a Moriano

287

0,97

Via Morianese

288

1

Via Martiri delle fobie

339

0,98

Via Piaggia

344

0,99

Via per Sant Alessio

357

0,99

Via Citt Gemelle

377

0,98

Viale Europa

402

0,98

Via Savonarola

404

0,99

Via Romana

414

1

Via Galilei

475

0,98

Viale Papi

486

0,98

Via Pisana Nuova

538

0,98

Via Barsanti e Matteucci

559

0,98

Via Colleg. Lucca est -ovest

598

0,98

Viale Marconi

606

0,98

Viale Castracani

608

0,99

Via San Donato

634

0,99

Viale Puccini

645

0,99

Via Vecchia Pisana

647

0,99

Via Sarzanese

650

0,99

Via Vecchi pardini

657

1


Viale Carlo Del Prete

679

0,98

Via Brennero

738

0,99

Via Vecchia Pesciatina

752

1

Via Pesciatina

760

0,99

Via Pesciatina

769

0,99

Viale Giusti

782

0,98

Via di Tiglio

803

0,99

Via delle Ville

840

1

Via delle Ville

845

1

Via Dell'Acquacalda

849

0,99

Viale Giosu Carducci

873

0,98

Viale della Repubblica

874

0,98

Viale Cavour

875

0,99

Via Cavalletti

882

1

Via della Madonnina

907

0,98

Via Picciorana

909

0,99

Via dell'Isola

913

1

Via di Tiglio in Carraia

923

0,99

Via di Tiglio

927

0,99

Via Dell'Ave e Maria

947

0,98

Via Sottomonte

948

0,99

Via Mattei

955

0,99

Per i restanti archi della rete non misurati avendo in un certo modo unanalogia con gli archi rilevati, si assegnato a ciascun di loro la % relativa allarco misurato ritenuto pi simile possibile. Oltre a questa operazione, molto importanti sono le funzioni di costo che permettono di trasformare il grafo in una rete di trasporto. Vengono determinate in base alle modalit di funzionamento del sistema e devono essere studiate separatamente per ogni categoria di strada. una misura degli oneri che (costi o disutilit) degli utenti nel percorrere un tronco stradale in determinate condizioni di traffico. Questi oneri sono funzione: del tempo di viaggio, dei consumi di carburante, del pagamento di un pedaggio, dello stress di guida che sono percepiti in modo diverso da ciascun utente. Per questo, il costo di trasporto considerato il vettore di grandezze tra loro non omogenee. Per poter sommarle, il costo considerato una grandezza scalare, tutte le componenti vengono trasformate in oneri monetari e viene riferito ad un utente medio, ritenuto uguale per tutti gli altri utenti del sistema (ipotesi deterministica sul comportamento degli utenti). Il costo di un arco dato da:

Ci=Cm*Li + VT*Ti

Cm=costo per unit di lunghezza dellarco: costo materiali di consumo, tariffa di pedaggio(euro/Km);


Li=lunghezza dellarco i;

VT=valore monetario che gli utenti assegnano allunit di tempo di viaggio (euro/min);

Ti=tempo di viaggio sullarco i= Ti,r + Ti,r con il primo termine si indica il tempo di percorrenza dellarco o tempo di running, il secondo termine il tempo di attesa allintersezione posta alla fine dellarco stesso o tempo di waiting. Nel caso di archi urbani, il tempo trascorso in attesa allintersezione non trascurabile rispetto a quello richiesto per percorrere larco; invece per archi extraurbani il tempo di attesa allintersezione viene trascurato. Nella circolazione stradale bene distinguere due tipi distinti di condizioni di flusso:

A flusso interrotto: nel quale si hanno frequenti disturbi dovuti a cause estranee alla corrente veicolare (intersezioni, attraversamenti pedonali, zone di immissione e di scambio);

A flusso ininterrotto: i veicoli in questo caso non ricevono disturbo, si hanno solo interruzioni in caso di incidenti.

La funzione di costo una relazione che individua il costo del trasporto, considerato coincidente con il tempo di viaggio Ti, in funzione delle caratteristiche dellarco stesso e del flusso omogeneo che percorre larco o dei flussi omogenei che percorrono tutti gli archi del grafo. La funzione di costo separabile se dipende solo dal flusso che percorre larco stesso cui la funzione riferita, altrimenti si ha una funzione di costo non separabile. Il programma TransCAD usa alcune formule predefinite, in base al modello di assegnazione della domanda impiegato, ed necessario introdurre solo alcuni parametri. Usando lassegnazione deterministica, TransCAD usa la formula del Bureau of Public Roads (BPR) degli Stati Uniti per la stima del tempo di percorrenza:


 
𝑻 = [� + ( 𝒇 )


] [min]


T0= tempo di percorrenza dellarco in condizione di circolazione libera;

f= flusso che percorre larco [veic/h];

α, β= parametri che assumono valori dipendenti dalle caratteristiche dellarco;