Tesi di Dottorato Dott. Ing. Armando Cofrancesco
Analisi in realtà virtuale delle criticità stradali e delle condizioni di rischio
______________________________________________________________________ I
PREMESSA
OBIETTIVO DELLA TESI
Nel corso dei secoli la prerogativa principale di una scienza è stata quella di disporre di strumenti che permettessero di verificare la validità dei modelli teorici proposti per studiare le problematiche reali; tuttavia, non sempre è possibile ricondurre ad un modello teorico la realtà sperimentale, con il conseguente rischio di adottare modelli incompleti o insufficienti a spiegare determinati fenomeni.
In alcuni settori dell’ingegneria civile, ed in particolare nel campo dell’ingegneria stradale, si riscontrano tuttora queste situazioni; ne è un esempio la definizione degli standard geometrici assunti per la progettazione delle infrastrutture.
Le regole progettuali, infatti, si basano sulla interpretazione delle leggi della dinamica e della cinematica del veicolo che, seppur non siano contestabili dal punto di vista matematico, si riferiscono a condizioni di guida e situazioni di rischio che, molto spesso, non sono coincidenti con le effettive condizioni di circolazione e, soprattutto, non possono essere sottoposte ad una rigorosa verifica sperimentale
I motivi di questo modus operandi sono legati al fatto che la progettazione in campo stradale ha ereditato modelli e criteri da quella ferroviaria e, principalmente, alle oggettive difficoltà della sperimentazione sul campo: dovendo, infatti, tener conto del comportamento degli utenti in diverse condizioni di guida, nascono rilevanti problemi riguardo alla ripetitività e alla riproducibilità delle misure da eseguire.
Altro aspetto di cui tener conto è quello relativo ai costi ed alla onerosità temporale della sperimentazione, in quanto è necessario eseguire un numero rilevante di misure per garantire una interpretazione statistica attendibile dei risultati; considerata però la variabilità delle situazioni diventa molto difficoltoso disporre di dati numerosi per ogni casistica indagata, ragion per cui non è sempre possibile procedere ad una generalizzazione dei risultati.
Tesi di Dottorato Dott. Ing. Armando Cofrancesco
Analisi in realtà virtuale delle criticità stradali e delle condizioni di rischio
______________________________________________________________________ II Nel tempo, la ricerca nel settore si è resa conto che molti modelli generalmente adottati per la determinazione degli standard geometrici di una infrastruttura risultano poco attendibili, facendo riferimento a condizioni al contorno che spesso non coincidono con le effettive condizioni di esercizio.
Le suddette considerazioni generali danno una prima idea delle motivazioni che hanno spinto a sviluppare metodi di misura, analisi e verifica basati sulla realtà virtuale.
In virtù di quanto detto l’attività di ricerca deve essere indirizzata nel settore della sicurezza stradale analizzando l’infrastruttura nella sua complessità, tenendo conto cioè di tutte le variabili coinvolte, rappresentate dall’insieme uomo-veicolo-infrastruttura-ambiente, delle reciproche relazioni di causa/effetto nonché delle situazioni che determinano un elevato livello di rischio ed un decadimento del livello di servizio dell’infrastruttura stessa.
In considerazione di ciò questa tesi di dottorato è stata indirizzata proprio allo studio del sistema nella sua complessità ed ha incontrato inizialmente qualche difficoltà legata all’acquisizione di dati provenienti da fonti diverse e riferiti ad ambiti di studio differenti (psicologia del traffico, ingegneria stradale, medicina, biologia) per cui è stato necessario definire dei criteri che hanno permesso di correlarli. In aggiunta, si è reso necessario acquisire adeguate attrezzature per eseguire tutti i rilievi necessari a stabilire le caratteristiche legate strettamente all’infrastruttura ed i parametri psico-fisiologici dell’utente in diverse condizioni di guida, e per allestire un laboratorio di simulazione che permettesse di realizzare, in realtà virtuale, tutte quelle campagne di misura che sarebbe impossibile realizzare diversamente.
A partire dalle premesse su esposte il lavoro si articola come di seguito descritto.
Nel capitolo successivo, dopo una descrizione delle caratteristiche e delle interazioni che caratterizzano ogni componente del sistema complesso, si focalizza l’attenzione su alcuni modelli, presenti in letteratura, relativi al comportamento di guida. Questi sono stati suddivisi in modelli basati sulle caratteristiche del guidatore (modelli di abilità e differenze individuali), modelli che focalizzano l’attenzione sul compito di guida (modelli gerarchico e di errore), modelli basati sull’elaborazione delle informazioni (modelli mentali).
Nel secondo capitolo è stata analizzata la storia dei simulatori di guida ed è stata fatta una descrizione delle loro caratteristiche rilevanti, accompagnata da una panoramica dei principali sistemi di simulazione esistenti.
Tesi di Dottorato Dott. Ing. Armando Cofrancesco
Analisi in realtà virtuale delle criticità stradali e delle condizioni di rischio
______________________________________________________________________ III A questo punto si è proceduto a descrivere dettagliatamente il simulatore di guida realizzato, che è stato oggetto e strumento di ricerca da parte del candidato in questi tre anni di dottorato. Per lo sviluppo di tale capitolo il sottoscritto si è avvalso delle conoscenze pregresse messe a disposizione dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione dell’Università di Pisa relative alla modellazione del veicolo e alle caratteristiche realizzative del sistema.
Nel quarto capitolo della presente Tesi di dottorato vengono descritti gli studi di calibrazione e di validazione del sistema, necessari per l’esecuzione di quegli studi, affrontati nei capitoli successivi, aventi implicazioni nel campo della sicurezza stradale:
- comportamenti di guida in ambito urbano associati a caratteristiche psicologiche degli utenti;
- comportamenti di guida in funzione delle caratteristiche fisiologiche, con determinazione di un sistema di auto apprendimento;
- variazione nei comportamenti di guida in seguito ad assunzione di sostanze alcoliche.
Il capitolo finale presenta le conclusioni riassuntive relativamente all’attività svolta e ai suoi possibili sviluppi futuri.
La Bibliografia chiude il lavoro.
Il progetto di ricerca, come si evince da questa premessa, è di carattere interdisciplinare e ha visto previsto la collaborazione di ricercatori afferenti al Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione, al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, al Dipartimento di Genetica ed al Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Pisa, al Dipartimento di Psicologia dell’Università di Firenze e di personale specializzato della Società Antycip S.r.l.; tale collaborazione si è dimostrata proficua per la possibilità che ha offerto di confrontare opinioni e metodologie differenti e metodi di analisi complementari.
