ECTS - University of Pisa
L’insegnamento di “Reti di Trasporto: Metodi e Modelli” ha come scopo principale quello di individuare i metodi e i modelli per pianificare e progettare l’accessabilità al territorio tenendo conto dell’impatto ambientale, sul territorio, dei sistemi di trasporto. Nell’insegnamento sono studiati i metodi e i modelli per studiare: la domanda e l’offerta nelle reti di trasporto, la loro interazione, le metodologie per valutare progetti alternativi nel campo dei trasporti.
The main aim of the "Transport Networks: Methods and Models" course is to identify the methods and models for planning and designing the accessibility to the territory, taking into account the environmental impact of transport systems. In the course, methods and models to analyse the folllowing problems are dealt with:supply and demand in transport networks, their interaction, methodologies for evaluating alternative projects in the field of transport.
Le conoscenze finali dell'allievo sono verificate alla fine del corso attraverso un esame orale.
The student's final knowledge is verified at the end of the course through an oral exam.
Al termine del corso lo studente dovrà avere acquisito una capacità progettuale riguardante le reti di trasporto: con riguardo al sistema dell'offerta, al sistema della domanda e all'interazione domanda-offerta nei sistemi di trasporto.L'allievo, inoltre, dovrà avere acquisito la capacità di valutare progetti alternativi nel campo dei trasporti.
At the end of the course the student will have acquired a design ability concerning the transport networks: with regard to the supply system, the demand system and the demand-offer interaction in transport transport systems.
Discussioni in aula durante le lezioni. Esame finale.
Classroom discussions during lessons. Final exam.
Alla fine del corso l'allievo dovrà essere in grado di affrontare i problemi di progetto ed esercizio relativi alle reti di trasporto.
At the end of the course the student will have to be able to deal with the problems of design and operation related to transport networks.
La verifica generale verrà fatta durante l'esame finale .
The general test will be carried out during the final exam.
Per affrontare i contenuti dell’insegnamento di Reti di Trasporto: Metodi e Modelli, della Laurea Magistrale in Ingegneria delle Infrastrtture e dell'Ambiente (WIV-LM) sono sufficienti le conoscenze acquisite in un corso triennale dell'Area dell'Ingegneria Civile. Essendo al secondo anno della Magistrale è consigliato affrontare prima lo studio dell'insegnamento di Tecnica dei Trasporti Terrestri, Marittimie e Aerei, insegnamento del settore disciplinate ICAR05-Trasporti al primo anno del corso di Laurea.
To deal with the contents of the course” Transport Networks: Methods and Models” of the Master's Degree in “Civil Infrastructures and Environmental Engineering (WIV-LM)” the knowledge acquired in a three-year course in the civil engineering area is sufficient. Being in the second year of the Master's Degree, it is strongly recommended to first study the course: “ Technique of Land, Maritime and Air Transport” and the other courses of the ICAR05-Transport sector placed in the first year of the Master's Degree.
Il corso è strutturato in lezioni ed esercitazioni.
Durante le lezioni sono illustrate e discusse: le nozioni fondamentali sulle reti di Trasporto . Più specificamente: il sottosistema della offerta di trasporto; il sottosistema della domanda: l'interazione domanda-offerta di trasporto; la valutazione di progetti alternativi nel campo dei trasporti.
Le lezioni si svolgono con l’ausilio di diapositive.
Le esercitazioni consistono in esempi ed applicazioni degli argomenti in programma.
I lucidi presentati a lezione sono scaricabili dal sito del docente: http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/ e dalla piattaforma Teams dell'insegnamento.
I lucidi non costituiscono un libro di testo: sono di ausilio per seguire le lezioni. Non possono sostituire la presenza a lezione che è fortemente consigliata.
The course is structured in lessons and exercises.
During the lessons the basic notions on Transport networks are illustrated and discussed. More specifically the following arguments are dealt with: transport supply subsystem and demand subsystem, transport demand-supply interaction.
Frontal lessons are held with the help of slides.
The exercises consist of: examples and applications of the topics in the program
The slides presented in class can be downloaded from the teacher's website: http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/
- Slides used in class; downloaded from http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/
Slides do not constitute a textbook: they are helpful to follow the lessons. They cannot in any way replace the presence in class that is strongly recommended.
LEZIONI
Introduzione all’insegnamento di “ Reti di Trasporto: Metodi e Modelli”: argomenti trattati, esercitazioni, modalità esame, testi.
Parte prima: I Sistemi di Trasporto
Definizione di sistema di trasporto. Il sottosistema della domanda e il sottosistema dell’offerta . Interazione fra il sistema di trasporto e il sistema socioeconomico del territorio. Definizione di grafo e metodi di rappresentazione. Alcune caratteristiche dei grafi. Definizione di rete di trasporto: costi sugli archi e costi sugli itinerari. Funzioni di costo separabili e non separabili. Schematizzazione del sistema dell’offerta di trasporto come rete di trasporto: la classificazione delle strade urbane, i comparti ambientali, il rapporto Buchan. Strade di scorrimento nella rete stradale di Pisa. La modellizzazione delle intersezioni semaforizzate.
Parte seconda : Funzioni di costo nel caso di flusso ininterrotto e interrotto
Funzioni di costo in condizioni di flusso ininterrotto: autostrade e strade extra-urbane bidirezionali a due corsie. Funzioni di costo in condizioni di flusso interrotto: strade urbane con intersezioni semaforizzate. La formula di Webster, la formula di Whiting-Robertson. Il problema delle svolte permesse: il "gap acceptance", la formula di Harders. Funzioni di costo nel caso di: intersezioni non semaforizzate, intersezioni a rotatoria. Lunghezza della coda e capacità di un arco ad una intersezione urbana (semaforizzata e non semaforizzata).
Parte terza: Modelli di domanda di trasporto
Classificazione dei modelli di domanda: modelli descrittivi e comportamentali. Fasi di messa a punto di un modello di domanda: specificazione, calibrazione, corroborazione. Esempi di modelli descrittivi: i macromodelli di domanda, i modelli gravitazionali. Elasticità della funzione di domanda. Modelli comportamentali: ipotesi fondamentali dei modelli di utilità aleatoria. La variabile aleatoria di Weibull-Gumbel. Il modello logit: probabilità di scelta di una alternativa. Osservazioni sulla specificazione di un modello logit. Esempi di modelli logit applicati alle scelta di trasporto. Difetti del modello logit.
Parte quarta: Domanda di trasporto in area urbana: il modello a 4 stadi
Il sistema di modelli a 4 stadi. Il modello di generazione degli spostamenti. Il modello di distribuzione degli spostamenti. Il modello di scelta modale. Il modello di scelta dell’itinerario. Assegnazione a costi costanti rispetto ai flussi. Assegnazione tutto o niente: l’algoritmo di Dijkstra e l’algoritmo di L-deque. Assegnazione stocastica di tipo probit: procedimento di simulazione.
Parte quinta: Calcolo della domanda di trasporto.
Il modello di regressione lineare per la stima dei coefficienti di un modello di domanda. Stima del vettore dei coefficienti del modello: l’estimatore dei minimi quadrati. Corroborazione di un modello di regressione lineare: il coefficiente di determinazione , il test “t di Student” sui singoli parametri del modello. Calibrazione di un modello di utilità aleatoria: metodo della massima verosimiglianza. Corroborazione di un modello di utilità aleatoria: statistica rho-quadro, test di ipotesi sui parametri del modello. Stima diretta della domanda di trasporto. Utilizzo dei conteggi di traffico per la “correzione” di un esistente vettore di domanda. Utilizzo dei conteggi di traffico per la calibrazione di un modello di domanda. Determinazione della matrice di assegnazione.
Parte sesta: Equilibrio nelle reti di trasporto e assegnazione della domanda alle reti di trasporto
“User equilibrium” in una rete di trasporto nel caso di vettore di domanda noto ed approccio deterministico (DUE). Definizione di vettore di equilibrio come soluzione di una disequazione variazionale. Il paradosso di Braess. Assegnazione deterministica ad una rete di trasporto nel caso di domanda fissa e funzioni di costo separabili: il metodo di Frank e Wolfe. Assegnazione deterministica nel caso di funzioni di costo non separabili: il metodo di “diagonalizzazione”. Equilibrio probabilistico (SUE) in una rete di trasporto nel caso di vettore di domanda noto: definizione. Funzione il cui minimo non vincolato corrisponde al vettore di equilibrio probabilistico. Il metodo delle medie successive (MSA) per il calcolo del vettore di equilibrio probabilistico nel caso di funzioni separabili. Estensione del metodo MSA al caso di funzioni non separabili. Classificazione degli algoritmi di assegnazione esaminati nell’insegnamento. Confronto fra una assegnazione di equilibrio deterministica e una probabilistica in un caso concreto.
Parte settima: Ancora sui modelli di utilità aleatoria
Ancora sui modelli di utilità aleatoria: il modello nested logit; il modello mixed logit; un’applicazione del modello mixed logit.
Parte ottava: Analisi Costi- Benefici e Analisi Multicriteria
Il processo di pianificazione e programmazione delle infrastrutture in Italia. Origini dell’analisi costi-benefici . Basi teoriche dell’analisi costi-benefici: surplus e sua variazione. Attualizzazione dei costi e dei benefici. Orizzonte temporale di riferimento. Indicatori di redditività: Il Valore Attuale Netto (VAN); il Rapporto Benefici/Costi Attualizzati (RBCA); il Tasso Interno di Rendimento (TIR); il Pay Back Period (PBP). Analisi di sensibilità. Impatti interni nell’analisi costi-benefici: tempi e costi. Esempi di determinazione dei costi di costruzione, esercizio, manutenzione, di un opera di trasporto. Il valore residuo di un opera. Impatti esterni nell’analisi costi-benefici: congestione stradale, incidentalità, inquinamento atmosferico, inquinamento acustico, riscaldamento globale. I limiti dell’analisi costi-benefici. Analisi multicriteria: i diversi obiettivi che si pone il decisore, i criteri di giudizio. Matrice di valutazione. Matrice di paragone. Un metodo di analisi multicriteria: il metodo Electre I. Indici di concordanza e indici di discordanza. Un esempio di applicazione del metodo Electre I.
ESERCITAZIONI
Le esercitazioni consistono in esempi ed applicazioni degli argomenti in programma.
LESSONS
Introduction to the course "Transport Networks: Methods and Models" : topics covered, exercises, exam methods, texts.
Part One: Transportation Systems
Definition of transport system. The demand subsystem and the supply subsystem. Interaction between the transport system and the socio-economic system of the territory. Definition of a graph and representation methods. Some characteristics of graphs. Definition of a transport network: link costs and route costs. Separable and non-separable cost functions. Modelization of the transport supply system as a transport network: the environmental compartments, the classification of urban roads, the representation of signalized intersections.
Second part: Link cost functions in the case of uninterrupted and interrupted flow
Link cost functions in conditions of uninterrupted flow: motorways and two-way extra-urban roads. Link cost functions in interrupted flow conditions: urban roads with signalized intersections. The Webster's formula, the Whiting-Robertson formula. The problem of opposed turns: "acceptance gap", Harders formula. Link cost functions in case of : non-signalized intersections, roundabout intersections. The calculation of environmental capacity in the case of urban roads: pollutant emissions, the box model, the canyon model.
Third part: Transport demand models
Classification of demand models: descriptive and behavioral models. Phases of setting up a demand model: specification, calibration, corroboration. Examples of descriptive models: demand macromodels, gravitational models. Elasticity of the demand function. Behavioral models: fundamental hypotheses of the random utility models. The Weibull-Gumbel random variable . The logit model: probability of choosing an alternative. Comments on the specification of a logit model. Examples of logit models applied to transport choices. Logit model flaws.
Part Four: Demand for urban transport: the Four-stage model
The four-stage model system. The generation model. The distribution model. The modal choice model. The route selection model. Assignment at constant link costs respect to flows. All or nothing assignment: the Dijkstra algorithm and the L-deque algorithm. Stochastic probit assignment: simulation process.The four-stage model used for determining medium and long distance transport demand.
Part Five: Calculation of the transport demand.
The linear regression model for estimating the parameters of a demand model. Estimate of the model parameter vector: the least squares estimator. Corroboration of a linear regression model: the coefficient of determination, the "Student's t" test on the individual parameters of the model. Calibration of a random utility model: maximum likelihood method. Corroboration of a random utility model: rho-square statistic, hypothesis test on model parameters.
Part six: Equilibrium in transport networks, assignment of demand to transport networks
The Wardrop equilibrium conditions. Equilibrium vector in a transport network. Deterministic assignment to a transport network in the case of fixed demand and separable link cost functions: Frank and Wolfe the method. Assignment in the case of non-separable functions: diagonalization.
Seventh part: More on random utility models
More on random utility models: the nested logit model; an application of the mixed logit model.
Eighth part: Cost-Benefit Analysis and Multicriteria Analysis
The planning and programming process of infrastructures in Italy. Cost-benefit analysis: surplus, discounting, reference time horizon, profitability indicators, sensitivity analysis. Internal impacts in the cost-benefit analysis: travel times and costs. External impacts in the cost-benefit analysis: road congestion, accident, air pollution, noise pollution, global warming. Multicriteria analysis: limit of cost-benefit analysis, multi-objective analysis, evaluation matrix; Electre I method, concordance indices and discordance indices.
Ninth part: Use of traffic counts to estimating transport demand.
Use of traffic counts for the "correction" of an existing demand vector. Use of traffic counts to calibrate a demand model. Using traffic counts to calibrate a demand model. Determining the assignment matrix.
EXERCISES
The exercises consist of: examples and applications of the topics in the program
I lucidi non costituiscono un libro di testo: sono di ausilio per seguire le lezioni. Non possono sostituire la presenza a lezione che è fortemente consigliata.
Parti, riguardanti gli argomenti in programma, dei seguenti testi:
Testi per la consultazione:
- Slides used in class; downloaded from http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/
Slides do not constitute a textbook: they are helpful to follow the lessons. They cannot in any way replace the presence in class that is strongly recommended.
- Parts, covering topics on the syllabus, of the following texts:
- Texts for consultation:
La frequenza dell'insegnamento non è obbligatoria, ma fortemente consigliata.
Course attendance is not mandatory, but strongly recommended.
Esame orale
Oral exam
Piattaforma per ricevimento studenti e caricamento materiale dell'insegnamento: Microsoft Teams
Pagina web del docente: http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/
Registro delle lezioni: https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=10335929::::&ri=6048
Platform for receiving students and uploading teaching materials: Microsoft Teams
Lecturer's web page: http://www.dic.unipi.it/marino.lupi/
Lecture log: https://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=10335929::::&ri=6048
