APPROFONDIMENTO

La Fisica della Città e lo studio della Mobilità Urbana mediante dati MDT/GPS

La Fisica della Città e lo studio della Mobilità Urbana mediante dati MDT/GPS
 

La Fisica è la scienza che descrive i fenomeni naturali mediante il linguaggio della Matematica. Questa definizione racchiude lo spirito con cui un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna ha proposto più di 10 anni fa l’idea di una Fisica della Città. Non si è trattato di un’invasione di campo, ma di un approccio nuovo che ricerca le relazioni matematiche tra osservabili macroscopiche e dinamiche microscopiche, che aiutino ad interpretare e comprendere alcuni aspetti complessi delle città moderne. Ad esempio, se assumiamo un principio di massima Entropia secondo la definizione di Gibbs, il fatto che esista un valore atteso finito per la mobilità giornaliera di un individuo in una città, implica necessariamente che la distribuzione della mobilità giornaliera deve essere una funzione esponenziale (distribuzione di Maxwell-Boltzmann). L’esigenza di un approccio con metodologie fisico-matematiche ai problemi urbani è nata parallelamente alla accresciuta disponibilità e qualità dei dati raccolti. In particolare lo studio della mobilità urbana è stato uno dei campi di ricerca più attivi sia per le affinità con modelli fisici di trasporto che per le possibilità offerte dalle tecnologie di informazione e comunicazione di registrare dati georeferenziati in modo dinamico.

 

Ricostruzione della mobilita a Venezia durante la Festa del Redentore (15/7/2017) utilizzando i dati registrati elaborati dal sistema Geosynthesis di Nokia opportunamente filtrati (punti rossi in figura)

Ad esempio, la raccolta di dati in tempo reale relativi alla mobilità veicolare consente una ricostruzione dei tempi di percorrenza e della densità veicolare nei singoli tratti stradali e la costruzione di modelli basati sulla dinamica microscopica e su reti neurali di classificazione per una previsione a breve termine (now-casting) dello stato di traffico e dei fenomeni di congestione. Negli studi effettuati sulla mobilità, il Laboratorio di Fisica della Citta (oggi Laboratorio di Fisica dei Sistemi Complessi) dell’Università di Bologna ha messo in evidenza come alcune leggi statistiche emergano da caratteristiche dei comportamenti individuali quali l’esistenza di un Travel Time Budget giornaliero di circa 1,5 ore che definisce il costo della mobilità nelle diverse città italiane, in funzione di parametri economici e strutturali della rete stradale, e l’esistenza di una strategia nell’uso della rete stradale in funzione del tipo di domanda di mobilità.

 

Network della mobilità turistica che emerge dalle analisi della mobilità durante il Carnevale veneziano (26/02/2017): il 13% della rete spiega il 64% della mobilità osservata

Uno dei principali problemi aperti riguarda come studiare la mobilità multimodale che potrebbe avere una rilevanza sempre maggiore in un prossimo futuro, in cui la mobilità privata nelle città dovrebbe essere sempre più ridotta. Un promettente approccio a tale problema utilizza la possibilità di registrare in modo anonimo e nel rispetto delle Normative della Privacy le traiettorie degli Smart Devices. In questo senso si stanno muovendo anche i colossi del web proponendo applicativi gratuiti che accedono e registrano la posizione GPS del device. Recentemente grazie ad una collaborazione con TIM è stata effettuata una sperimentazione per la ricostruzione delle mobilità pedonale e acquatica nel centro storico di Venezia attraverso i dati GPS elaborati dal sistema Geosynthesis di Nokia. La sperimentazione ha permesso di stabilire che la qualità del dato GPS consente un’accurata georeferenziazione anche nelle condizioni difficili dovute alla struttura della rete stradale veneziana e permette uno studio dell’impatto della mobilità turistica anche se, attualmente, la diversa precisione dei dati in funzione dei device utilizzati dagli utenti e l’aleatorietà del loro utilizzo durante la mobilità riduce la penetrazione del campione osservato al di sotto del 5%.
I risultati della collaborazione del Laboratorio di Fisica dei Sistemi Complessi con TIM hanno messo in luce due aspetti rilevanti per la caratterizzazione della mobilità:

  1. la struttura del network di mobilità della Venezia turistica risulta molto ridotto rispetto alla dimensione totale della rete stradale. Questa osservazione consente di ridurre la complessità del “sistema città” semplificando lo sviluppo di modelli simulativi e predittivi;
  2.  La distribuzione delle lunghezze dei percorsi giornalieri effettuati dai pedoni è in accordo alle leggi che regolano la cinetica dei gas secondo il principio di Massima Entropia (distribuzione di Maxwell-Boltzmann). Tale distribuzione implica come un modello per la simulazione della mobilità pedonale debba tener conto dell’esistenza di una funzione ‘Energia’ per la mobilità che risulta caratteristica degli individui e che rende improbabili i percorsi lunghi in accordo con un decadimento esponenziale e suggerisce come la dinamica degli individui possa essere descritta meglio da un random walk rispetto ai modelli origine-destinazione, in quanto le origini e le destinazioni sono sparse in modo causale nel tessuto urbano. La figura seguente mostra la distribuzione empirica osservata durante il Carnevale di Venezia insieme ad un’interpolazione con la curva teorica esponenziale, ottenuta con una mobilità media individuale di 3,1 km. Distribuzioni analoghe sono state osservate per la mobilità veicolare nella città.
 

Lo scopo ultimo di tali ricerche è di produrre nuovi e potenti strumenti di conoscenza per permettere agli Stakeholders (Municipalizzate, PA Locale, ecc.) di sviluppare una Governance della mobilità, realizzando il concetto di Smart City attraverso tecnologie di partecipazione diretta dei cittadini.

 

Prof. Armando Bazzani

Coordinatore del Laboratorio di Fisica dei Sistemi Complessi
Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Bologna

armando.bazzani@unibo.it

 

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