Come la rete stradale determina le prestazioni di trasporto

Per esperienza, i pendolari in auto hanno un'idea di cosa significhi il termine capacità di traffico: quando un'auto dopo l'altra entra in città la mattina presto, il flusso di traffico inizialmente aumenta. Ciò continua finché non si raggiunge un numero critico di veicoli sulla rete stradale. Da questo punto critico in poi, ogni auto in più riduce il flusso di traffico - il traffico inizia a bloccarsi o a bloccarsi. Questo punto critico corrisponde alla capacità di traffico o alle prestazioni massime di una città.

Il numero di veicoli che una rete stradale può gestire varia da città a città. Cosa determini le diverse capacità di traffico era finora sconosciuto. I ricercatori dell'ETH, guidati da Kay Axhausen, professore di pianificazione dei trasporti, e dalla professoressa Monica Menendez (ora alla New York University di Abu-Dhabi), hanno ora utilizzato miliardi di misurazioni del traffico per scoprire le leggi che possono essere utilizzate per stimare in modo semplice il numero critico di veicoli e quindi la capacità di traffico di una rete stradale urbana.

Analizzati i dati sul traffico di 41 città

Per il loro studio sulla rivista pagina esternaRapporti scientifici i ricercatori hanno acquistato miliardi di osservazioni di veicoli da rilevatori di traffico fissi in 41 città del mondo, tra cui Tokyo e Los Angeles, numerosi centri europei come Parigi e Londra, oltre a Zurigo, Basilea, Berna e Lucerna. Dopo aver semplificato e utilizzato le enormi serie di dati, gli scienziati hanno innanzitutto determinato la capacità di traffico specifica di ogni città. Nel fare ciò, si sono concentrati sulle automobili, escludendo esplicitamente altri mezzi di trasporto.

Hanno quindi confrontato le capacità di trasporto delle città e cercato le caratteristiche che spiegano le differenze. Hanno scoperto che alcune caratteristiche topologiche della rete stradale e degli autobus possono spiegare circa il 90% delle differenze osservate nella capacità di trasporto tra le varie città.

Quattro variabili caratteristiche della rete

I ricercatori guidati da Axhausen e Menendez hanno identificato quattro fattori che caratterizzano la natura spaziale della rete stradale di una città e che, in ultima analisi, definiscono le prestazioni del traffico: la densità della rete, misurata in corsie-chilometro per area, la ridondanza della rete come misura dei modi alternativi per raggiungere una destinazione. Inoltre, la frequenza dei semafori e, infine, la densità di linee di autobus e tram che competono con il traffico automobilistico per lo spazio e la priorità, ad esempio gli autobus con priorità, che sono comuni a Zurigo.

"Questi quattro fattori, derivati dalle reti di autobus e stradali, colgono le differenze di capacità osservate da città a città con una precisione sorprendente", spiega Axhausen. Secondo Axhausen, questa scoperta conferma un'ipotesi che i ricercatori nutrivano da tempo, basata su simulazioni precedenti e su dati meno empirici: le prestazioni del traffico si comportano sempre in modo simile in città diverse a seconda della densità di veicoli, seguendo lo stesso schema.

"Questo significa che il punto critico e quindi la capacità di traffico delle reti cittadine possono essere previsti in base alle rispettive infrastrutture", aggiunge Lukas Ambühl, dottorando del gruppo di Ingegneria del traffico stradale e uno degli autori principali dello studio.

Determinare l'infrastruttura ottimale

Il collegamento tra le caratteristiche della rete e la capacità di trasporto può sembrare intuitivo ai non addetti ai lavori. Tuttavia, il fatto che un sistema caotico come il traffico urbano, con migliaia di partecipanti che agiscono individualmente, si comporti effettivamente secondo lo stesso modello in tutte le città studiate è tutt'altro che evidente per gli esperti di trasporti dell'ETH. Per questo sono ancora più affascinati da questo semplice modello.

I risultati sono rilevanti anche nella pratica: Gli urbanisti possono ora prevedere quantitativamente in che modo gli investimenti o gli interventi strutturali pianificati promuoveranno o comprometteranno le prestazioni di trasporto della loro rete. Ad esempio, l'aggiunta o la rimozione di carreggiate modifica la densità della rete. Se un ponte centrale viene cancellato a causa di una ristrutturazione, la ridondanza della rete diminuisce. E se gli operatori dei trasporti aumentano la frequenza degli orari, gli autobus prioritari circolano con maggiore frequenza.

Tuttavia, gli autori riconoscono anche i limiti dello studio. Il campione di 41 città è piuttosto piccolo e la maggior parte di esse si trova in Europa. Inoltre, non è stato considerato nel dettaglio il controllo dei semafori agli incroci. Infine, lo studio si concentra solo sull'infrastruttura e non prende in considerazione il lato della domanda, come ad esempio il modo in cui i pendolari reagiscono a un cambiamento nei servizi di trasporto.

Tuttavia, i risultati potrebbero aiutare le città a determinare le infrastrutture ottimali. "La nostra nuova comprensione della capacità di traffico delle reti cittadine potrebbe non risolvere i problemi di congestione, ma potrebbe dare un contributo decisivo al miglioramento del traffico", è convinto Axhausen.