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Modelli predittivi delle velocità operative in autostrada

Uno studio condotto dall'Università di Napoli Federico II per la valutazione del comportamento dei guidatori in curva e per la calibrazione di modelli di velocità, accelerazione e decelerazione adatti al contesto nazionale italiano

La velocità è uno dei fattori che maggiormente incidono sulla sicurezza e sulle condizioni della circolazione e risulta pertanto determinante nella progettazione geometrica delle strade.

Immagini

  • Il sito della sperimentazione
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    Il sito della sperimentazione
  • I dati geometrici
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    I dati geometrici
  • I dati dei guidatori
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    I dati dei guidatori
  • Il veicolo strumentato del DICEA
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    Il veicolo strumentato del DICEA
  • Il profilo delle velocità operative
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    Il profilo delle velocità operative
  • Il profilo di velocità del singolo guidatore
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    Il profilo di velocità del singolo guidatore
  • La posizione di inizio e fine della decelerazione dei singoli guidatori
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    La posizione di inizio e fine della decelerazione dei singoli guidatori
  • La posizione di inizio dell’accelerazione dei singoli guidatori
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    La posizione di inizio dell’accelerazione dei singoli guidatori

Il D.M. 6792 del 05/11/2001 “Norme geometriche e funzionali sulla progettazione delle strade” prevede la costruzione del diagramma delle velocità di progetto sulla base di tre ipotesi:

  • la velocità è assunta costante in curva;
  • la velocità in curva è funzione della raggio di curvatura ma non è influenzata dalla pendenza longitudinale;
  • le variazioni di velocità lungo il tracciato avvengono nei rettifili nelle curve di transizione con un valore di accelerazione e decelerazione di 0,8 m/s2.

Su tali ipotesi si basano numerosi modelli predittivi delle velocità operative su strade extraurbane sia in ambito nazionale che internazionale. La maggior parte di questi studi utilizza dati di velocità rilevati puntualmente (per esempio, rilievo delle velocità al centro della curva e al centro del rettifilo che precede la curva) che non rappresentano realisticamente il comportamento dei guidatori.

Per superare queste limitazioni, il presente studio si basa su dati di velocità rilevati in modo continuo. Trentanove soggetti hanno guidato un veicolo strumentato sull’Autostrada A16 Napoli-Bari, nel tratto da Napoli ad Avellino Est. La sperimentazione è stata condotta con il veicolo strumentato del Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università di Napoli Federico II, dotato di una serie di dispositivi in grado di registrare le velocità sull’intero tracciato e sono stati analizzati il profilo delle velocità operative e i profili di velocità individuali di ciascun guidatore.

L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare il reale comportamento dei guidatori in curva, per calibrare modelli di velocità, accelerazione e decelerazione adatti al contesto nazionale italiano.

La sperimentazione

I dati di velocità utilizzati sono stati ricavati attraverso una sperimentazione condotta con il veicolo strumentato del Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale (DICEA) dell’Università di Napoli Federico II, tra Giugno e Settembre 2011, in giorni feriali e in condizioni di tempo sereno, sul succitato tratto autostradale di lunghezza pari a 49,5 km (per senso di marcia). La A16 è costituita da due carreggiate separate da spartitraffico, ciascuna con due corsie di marcia.

Il limite di velocità generalizzato è 130 km/ora ma sono presenti limiti localizzati di 80 km/ora in entrambe le direzioni. Nel tratto di studio sono presenti 46 rettifili e 45 curve con raggio variabile da 250 a 2.775 m. Le transizioni rettifilo curva sono prive di clotoidi. Il tracciato stradale attraversa zone montuose pertanto sono presenti numerose gallerie e viadotti e la pendenza longitudinale media è pari a 3,25% con una pendenza massima del 6,35%.

Trentanove soggetti, di cui 14 donne e 25 uomini di età compresa tra 23 e 70 anni hanno partecipato alla sperimentazione. A ciascun partecipante è stato somministrato un questionario con quesiti relativi al genere, all’età, agli anni di guida, al grado di istruzione, alla frequenza di guida e al tipo di percorso, al tipo di veicolo guidato solitamente e al numero di incidenti. Dall’analisi dei questionari somministrati ai partecipanti è stato rilevato che il 60% dei soggetti percorre più di 10.000 km all’anno e più dell’80% percorre almeno 5.000 km all’anno. Il veicolo strumentato utilizzato per la sperimentazione è una Fiat Multipla JTD, dotata di una serie di dispositivi in grado di rilevare sia parametri legati al comportamento di guida degli automobilisti sia parametri legati al moto del veicolo in relazione ai veicoli che lo circondano.

I dispositivi installati sul veicolo sono un GPS, due radar (posteriore e anteriore), due encoder, un giroscopio, due videocamere (anteriore e posteriore) e vari sensori di bordo, un sistema di acquisizione e di registrazione dati. Inoltre, il veicolo è dotato di due batterie aggiuntive e un inverter.

In particolare, i sensori del veicolo strumentato rilevano la velocità, l’accelerazione, la distanza percorsa, la posizione del veicolo tramite GPS, l’angolo del volante, la posizione e la pressione dei pedali, la distanza e velocità relativa con n veicoli circostanti, gli scenari di traffico tramite riprese effettuate con videocamere. Tutte le misurazioni (dati e video) sono rilevate in continuo con una frequenza massima di 10 Hz e registrate su archivi digitali.

Il metodo di analisi

I dati di velocità, registrati con una frequenza di 10 Hz, sono stati interpolati ogni 10 m. Al fine di studiare il comportamento dei guidatori nella transizione tra rettifilo e curva e in curva, sono stati analizzati gli ultimi 300 m prima della curva e i primi 300 m del rettifilo che segue la curva. Le analisi condotte hanno studiato separatamente il profilo delle velocità operative e i profili di velocità dei singoli guidatori in ciascuna curva di studio.

Il profilo delle velocità operative

Relativamente al profilo delle velocità operative, ovvero alla distribuzione dell’85esimo percentile delle velocità in condizioni di flusso libero e strada asciutta, il rumore nel set di dati è stato rimosso utilizzando l’algoritmo di smoothing Lowess (Locally Weighted Regression Scatterplot Smoothing).

Il profilo delle velocità individuali

Sono stati analizzati 2.720 profili di velocità individuali.

Per ciascun profilo sono stati individuati: 

  • il punto di inizio decelerazione, definito come il punto in cui il valore della decelerazione è maggiore di 0,2 m/s2 (P1);
  • il punto di fine decelerazione, definito come il punto in cui la decelerazione è minore di 0,2 m/s2 (P2);
  • il punto di inizio accelerazione, definito come il primo punto dopo la fine del tratto di decelerazione dove il valore di accelerazione è maggiore o uguale a 0,2 m/s2 (P3);
  • il punto di fine accelerazione, definito come il punto dove la decelerazione diventa minore di 0,2 m/s2 (P4).