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Joerg Schweizer

Ricercatore confermato

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ICAR/05 TRASPORTI

Temi di ricerca

Obiettivo generale della ricerca proposta è lo sviluppo di nuovi metodi per ottimizzare il controllo, la gestione, e la pianificazione di una rete di trasporto pubblico individuale a guida automatica o Personal Automated Transport (PAT) o Personal Rapid Transit (PRT). La base della ricerca è l'ulteriore sviluppo di un micro-simulatore che permette di analizzare il movimento di ogni veicolo e il viaggio di ogni utente sulla rete PAT. Il ruolo del micro-simulatore è essenziale per verificare nuovi algoritmi e modelli di controllo, di logistica e di pianificazione. Continuiamo con lo studio dei modelli stocastici, predittivi e macroscopici. Inoltre applicheremo metodi della ricerca operativa sia per la gestione della rete, sia per il design ottimo di una rete PAT. La ricerca comprende anche il sistema di controllo del distanziamento ed in particolare il sistema di sicurezza o "Automated Vehicle Protection" (AVP).
Più recentemente si è aperto un filone di ricerca su i cosidetti modi di trasporto "deboli" (pedoni, bicicletta) e ambienti urbani seza automobile. L'obiettivo è di integrare tali modi di trasporto e il PRT in un unico micro-simulatore.


La ricerca proposta vuole focalizzarsi sullo sviluppo e sull'analisi di un sistema di trasporto pubblico individuale a guida automatica o Personal Automated Transport (PAT). Questo tipo di trasporto, già noto come Personal Rapid Transit (PRT), è costituito da piccoli veicoli (contenenti al massimo 6 passeggeri) che marciano su rotaie leggere (1 metro quadrato di sezione circa) sopra-elevate o sotterranee, ma sempre su corsie riservate. I veicoli montano motori elettrici e sono completamente automatizzati. La gestione di una rete di veicoli PAT viene effettuata attraverso computer. Il servizio fornito da questi mezzi di trasporto è di tipo "su richiesta", in tutto simile a quello fornito da una rete di taxi: l'utente autorizzato raggiunge la fermata PAT a lui più vicina e sale sul primo veicolo disponibile, sceglie poi la destinazione per mezzo di un terminale interattivo e viaggia fino alla stazione desiderata, senza fermarsi e senza ulteriori interazioni col sistema. Il veicolo vuoto viene poi riutilizzato o parcheggiato in un deposito. L' idea del PAT è già nota da tempo nell'ambito dei trasporti innovativi. I primi tentativi di realizzare una rete di piccoli veicoli automatizzati risalgono addirittura agli anni '70. Negli ultimi anni in Europa si è ripresa la ricerca sui sistemi PAT, soprattuto in Inghilterra con il sistema ULTra (Urban Light Transport) in via di sviluppo per l' aeroporto di Heathrow, Londra e il Vectus PRT a Upsalla, Svezia. Il sistema PAT Taxi2000 sarà installato in Abu Dhabi come trasporto sostenibile del progetto "MASDAR initiative" (vedi link per una descrizione generale). Per avanzare lo sviluppo dei sistemi PAT è prima di tutto necessario quantificare i suoi vantaggi potenziali. In caso contrario, mancherebbe l'interesse da parte dei comuni e degli operatori e quindi non ci sarebbe motivo per l'industria di investire nelle tecnologie PAT. Serve, dunque un micro-simulatore che permetta da una parte lo sviluppo e miglioramento di alcune tecnologie coinvolte (ad esempio quello del controllo) e dall'altra l'analisi dell'impatto di una rete intera, installato in un ambiente tipico (urbano, sub-urbano). Tale micro-simulatore permette di analizzare con alta precisione il movimento di ogni veicolo e il viaggio di ogni utente. Non essendo infatti ancora disponibile alcun dato sperimentale con reti PAT a larga scala, il micro-simulatore diventa l'unico strumento per lo sviluppo e la calibrazione di modelli semplificativi che servono ad ottimizzare il controllo, la logistica e la pianificazione. Sul piano tecnico, il problema maggiore risiede nella enorme complessità della gestione e del controllo della rete: migliaia di veicoli devono essere controllati contemporaneamente in modo tale che non si fermino mai tra le stazioni di partenza e di arrivo, che la distanza tra veicoli rimanga minima, che il comfort e la sicurezza siano garantiti, e che ogni veicolo raggiunga la sua destinazione nel più breve tempo possibile. Tuttavia, nonostante gli sforzi impiegati ed i progressi fatti, nessuno è stato infatti finora in grado di sviluppare dei concetti capaci di ridurre la complessità e di migliorare il controllo di grandi quantità di veicoli. Il micro-simulatore iTS MAIT, sviluppato dal 2003 presso l'istituto, è già stato utilizzato in vari progetti di ricerca e applicazioni commerciali, come per la verifica della rete PAT presso l'aeroporto di Heathrow, Londra. Un sistema di "Automated Vehicle Protection" (AVP) è una tecnologia particolare che permette un distanziamento minimo tra veicoli PAT. Il AVP stato sviluppato e implementato in scala 1:10 presso l'istituto. Elementi della ricerca proposta sono: 1.) Sviluppo di una nuova versione del micro-simulatore in collaborazione con varie aziende produttrice dei sistemi PAT. La nuova versione contiene: - simulazione del contraccolpo dei veicoli, oltre alla velocità ed accelerazione per sviluppare sistemi di controllo più realistici. - Utilizzo della teoria delle reti di Petri per coordinare i vari eventi del sistema per la gestione globale dei veicoli e per semplificare il problema di controllo ad alto livello. - Utilizzo dei modelli di ottimizzazione combinatoria per l'assegnamento veicolo-passeggero e per i percorsi dei veicoli pieni e vuoti. - Integrazione dei modelli stazionari, macroscopici di una rete PAT che permettono di analizzare meglio l'interazione tra domanda ed offerta di trasporto. Parallelamente al micro-simulatore stiamo sviluppando modelli di ricerca operativa volti al disegno di una rete PAT ottimale partendo da specifiche costruttive e previsioni sulla domanda. Per risolvere istanze di dimensioni adeguate stiamo utilizzando tecniche di decomposizione, in futuro valideremo i vari modelli utilizzando istanze provenienti da esempi concreti. 2.) Studio del livello di sicurezza del sistema AVP e confronto del suo livello di sicurezza con le attuali e future norme di sicurezze nell'ambito del trasporto ferroviario.