RICERCA ITALIANA     

Verifica della qualità sistemica del progetto stradale per la sicurezza d'esercizio in condizioni reali di circolazione

Università degli Studi Roma Tre

Abstract

Obiettivo del programma è quello di formalizzare delle procedure scientificamente affidabili per valutare la qualità dei progetti stradali sotto il profilo della sicurezza d'esercizio, sia per le nuove realizzazioni, sia per l'adeguamento del patrimonio, tenendo conto dei comportamenti indotti sugli utenti dalle caratteristiche fisiche e funzionali delle infrastrutture viarie extraurbane nelle loro diverse condizioni di circolazione.
Attualmente l'accertamento della qualità si affida al mero riscontro delle geometrie d'asse nei riguardi di standard predeterminati, definiti sotto alcune ipotesi che non trovano riscontro nella realtà. In particolare, tali standard non tengono conto del carico di traffico che impegna l'infrastruttura e della sua composizione tipologica (si considera il veicolo isolato), ipotizzano l'impegno di un'aderenza limite prescindendo dalla variabilità delle condizioni ambientali (non si tiene conto che nelle stesse situazioni la soglia soggettiva di rischio assunta dall'utente dipende dall'aderenza realmente disponibile), prescindono inoltre da qualunque valutazione in ordine alla frequenza dei comportamenti a rischio indotti da errate interpretazioni del tracciato e dalle interferenze veicolari (gli standard non tengono conto dei condizionamenti psicologici derivanti dalle condizioni d'uso della strada).

Una pluriennale attività di ricerca, sviluppata in stretta collaborazione tra le U.R. proponenti, ha accertato la possibilità di valutare adeguatamente il comportamento dei conducenti in relazione al servizio offerto dall'infrastruttura e ha fornito un preciso orientamento in ordine agli indicatori da considerare per valutarne la qualità sistemica.

Il progetto si propone pertanto:
- di individuare una casistica di infrastrutture rappresentativa delle principali tipologie stradali, disaggregate per condizioni ambientali e di traffico, atte a rappresentare un campione significativo del sistema viario nazionale;
- di accertare sistematicamente l'espressività di un articolato sistema di indicatori rilevabili sul campo e in realtà virtuale, adottando tecniche già sperimentate e validate sotto il profilo scientifico;
- di correlare le misure effettuate in situazioni reali con quelle condotte in realtà virtuale, interpretandole alla luce di un generale modello cognitivo, già precedentemente verificato, atto a spiegare e prevedere gli errori di guida sollecitati dalle caratteristiche strutturali locali e di sistema dell'ambiente stradale;
- di pervenire quindi alla formalizzazione di un protocollo per la verifica sistemica della qualità dell'infrastruttura sotto il profilo della sicurezza d'esercizio, sia in fase preventiva (verifica del progetto in realtà virtuale), sia per la diagnostica del fenomeno incidentale (verifica sul campo della qualità dell'offerta di mobilità);
- di porre a confronto i sinistri verificatisi in un congruo arco di tempo sulle infrastrutture prese in considerazione con gli indicatori di qualità del servizio indagati precedentemente, al fine di determinarne gli estremi di ammissibilità in funzione di livelli incidentali ritenuti "compatibili".

Sul piano scientifico l'obiettivo primario della ricerca è quello di interpretare ed aggiornare le logiche tradizionali della progettazione stradale tenendo conto dei mutui rapporti che coinvolgono l'utente, la strada e le sue condizioni di fruizione nel determinare oggettive situazioni di rischio. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Carlo BENEDETTO Università degli Studi ROMA TRE

Obiettivo del Programma di Ricerca

La prima condizione da soddisfare per garantire la sicurezza dell'esercizio viario è ovviamente rappresentata dalla realizzazione di infrastrutture adeguate alle necessità della moderna circolazione veicolare. Tale considerazione, se espressa in termini generali trova tutti concordi, tuttavia non trova riscontro nei fatti quando è necessario interpretare quali siano "le reali necessità di una moderna circolazione veicolare". Il problema infatti investe competenze diverse e, per gli aspetti che qui interessano, coinvolge pesantemente la stessa base scientifica di un'ingegneria stradale che denuncia in modo evidente la sua origine ferroviaria.

Se analizziamo criticamente i tradizionali criteri progettuali dobbiamo constatare che:
1. la presunzione della sicurezza dell'esercizio si fonda sul rispetto di predeterminati standard geometrici, piuttosto che sul soddisfacimento di requisiti prestazionali direttamente correlati a precise esigenze funzionali;
2. gli standard geometrici vincolano localmente il progettista senza tener conto della funzionalità sistemica dell'infrastruttura considerata nel suo complesso;
3. il dimensionamento stesso degli standard, fondato sull'assunzione di una velocità di progetto "imposta", assume delle ipotesi di fruizione della strada molto lontane dalla realtà (quale ad es. il veicolo isolato) senza tener conto dei comportamenti indotti sull'utente nelle reali condizioni di fruizione dell'infrastruttura;
4. l'assunzione dei gradi di sicurezza che conducono al dimensionamento degli elementi geometrici della strada prescinde da ogni considerazione in merito alla variabilità della soglia di rischio accettata dall'utente in funzione del disagio subito (ovvero dei rapporti che intercorrono tra le aspettative di servizio e l'offerta di mobilità);
5. le regole della progettazione stradale non tengono in alcun conto i caratteri qualitativi della domanda di mobilità, ovvero di quelle aspettative di servizio che dovrebbero sollecitare logiche progettuali diverse in funzione della motivazione degli spostamenti.

Tutto ciò ha radici storiche che sono state ampiamente discusse in altra sede (cfr. Benedetto C. - Le esigenze della sicurezza per una revisione delle norme geometriche di progettazione stradale - Conv. Naz. SIIV Roma 1997) e ne è ovvia conseguenza l'incidenza percentualmente elevata dei sinistri direttamente e indirettamente imputabili all'infrastruttura ed alle sue condizioni di fruizione (cfr. Benedetto C., De Blasiis M.R. - Studio pilota di Road-Safety impact assessemnt - Maggioli ed. 1998).

In considerazione dell'importanza del tema, la questione è stata affrontata negli ultimi anni dalle U.R. proponenti sviluppando temi di ricerca volti ad indagare la complessità dei rapporti che intercorrono tra le diverse componenti del sistema uomo-strada-ambiente nel determinare quei malfunzionamenti dell'infrastruttura viaria che conducono ad oggettive cause di rischio (si vedano le basi di partenza scientifiche del progetto). Questo pluriennale impegno di studio ha condotto a risultati meritevoli di attenzione grazie ad un'intensa attività sperimentale di carattere interdisciplinare che, coinvolgendo le competenze delle scienze di psicologia del traffico, si è giovata del contributo dell'ingegneria dei trasporti per l'analisi dei fenomeni circolatori, nonché dell'ingegneria meccanica ed elettronica per la predisposizione di originali strumentazioni che rappresentano oggi un importante patrimonio del gruppo di ricerca, sia per le misure sul campo, sia in realtà virtuale.

I risultati a cui si è pervenuti dimostrano che è possibile verificare l'offerta di servizio di una strada e la qualità del progetto tramite un articolato sistema di "indicatori" che superano ampiamente i limiti dei tradizionali criteri progettuali richiamati precedentemente. Tali indicatori, verificati sia sul campo, sia in realtà virtuale, suggeriti da un modello teorico generale del sistema cognitivo umano in grado di spiegare e prevedere "errori" di guida sollecitati da caratteristiche strutturali locali e di sistema dell'ambiente stradale danno ragione:
- delle complessità dell'ambiente stradale che influenzano l'apprezzamento del messaggio visuale da parte dell'utente, ne condizionano il carico di lavoro mentale e ne valutano i processi di "affaticamento";
- dell'influenza delle geometrie stradali sul comportamento dell'utente isolato, verificate in ambiente interattivo, per gli effetti che esse producono sulle velocità di transito, sulla configurazione delle manovre elementari e composte, sulla dispersione delle traiettorie, ..ecc.
- delle soglie di rischio assunte dall'utente al variare delle condizioni di fruizione della strada, posto particolare riferimento ai livelli di disagio derivanti dalle interferenze veicolari.

Il quadro risultante autorizza a pensare che siano mature le condizioni per tradurre tali acquisizioni in una "teoria delle infrastrutture viarie" capace di orientare la progettazione e verificarne i livelli di qualità sotto il profilo della sicurezza d'esercizio.
Tale convincimento è alla base del presente programma di ricerca il cui obiettivo primario è quello di pervenire alla validazione di un sistema di misure, certificate sperimentalmente, per l'espressione di giudizio di qualità sistemica dell'infrastruttura stradale strettamente correlato ai livelli di incidentalità "attesa", tenuto conto delle caratteristiche della strada, delle sue condizioni di fruizione, e dei condizionamenti ambientali interni ed esterni all'infrastruttura.

Il programma di ricerca, per come è stato articolato, si è posto inoltre ulteriori obiettivi facilmente realizzabili interpretando opportunamente l'esito delle misure sul campo e in realtà virtuale. In particolare, sul piano più strettamente scientifico si propone di:
- valutare e quantificare i requisiti prestazionali dell'infrastruttura viaria in funzione delle aspettative di servizio e del conseguente comportamento degli utenti;
- verificare l'ottimizzazione delle geometrie stradali tenendo conto dei rapporti che intercorrono tra il grado di sicurezza assunto dal progettista e quello soggettivamente adottato dall'utente nelle diverse condizioni di fruizione della strada.

Infine, sul piano della tecnica stradale, il progetto si propone di fornire elementi di certi per supportare i processi autorizzativi della progettazione delle nuove opere e degli adeguamenti delle infrastrutture in esercizio, consentendo l'espressione di giudizi affidabili e validati scientificamente. <<<

Risultati parziali attesi

La prima fase della ricerca, benchè sia strettamente funzionale al perseguimento degli obiettivi finali del programma, fornirà un fondamentale contributo alla corretta impostazione dei criteri progettuali delle infrastrutture viarie.
Consentirà infatti:
- di individuare le variabili psicofisiologiche che caratterizzano il comportamento di guida;
- di accertare le correlazioni tra tali variabili e i processi di causa/effetto che determinano l'evento incidentale;
- di esprimere tramite precisi indicatori numerici gli effetti che esse determinano sui comportamenti degli utenti al variare delle condizioni di funzionalità della strada.

I risultati parziali attesi di questa fase della ricerca possono quindi sinteticamente riassumersi nella validazione scientifica di una nuova logica progettuale che pone l'utente al centro dei processi decisionali della progettazione stessa, atta ad interpretare le funzioni sistemiche dell'infrastruttura viaria.I risultati attesi di questa seconda fase coincidono con i risultati attesi dal programma biennale della ricerca e riguardano:

- la validazione del modello computazionale dei comportamenti di guida nelle diverse condizioni di esercizio della strada;
- la formalizzazione di criteri di verifica sistemica della qualità del progetto per l'accertamento in realtà virtuale degli indicatori idonei a valutare e ottimizzare le scelte tecniche in funzione dei livelli "ammissibili" di incidentalità.

Tali risultati sono da ritenere di particolare importanza per garantire la sicurezza intrinseca della strada adottando metodi sperimentali atti a certificarne le prestazioni tenendo conto dei mutui rapporti che intercorrono tra l'infrastruttura, le sue condizioni di fruizione e i condizionamenti indotti sull'utente da cui discendono comportamenti a rischio o in debito di sicurezza. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L'analisi dell'incidentalità stradale condotta con criteri scientifici ha ormai accertato che una percentuale rilevante dei sinistri è imputabile sia alla mancata considerazione dei comportamenti in debito di sicurezza indotti nell'utente dalla strada stessa, sia dall'innalzamento della soglia soggettiva di rischio derivante da un'inadeguata offerta di servizio. Negli ultimi anni, anche per effetto di precisi orientamenti comunitari, tali conclusioni hanno indirizzato la ricerca, nazionale e internazionale, allo studio dei rapporti di causa/effetto che regolano l'esercizio viario e ne condizionano la sicurezza.

Grazie al coinvolgimento di discipline diverse e alla validazione della sperimentazione in realtà virtuale, negli ultimi tempi si sono conseguiti risultati certamente apprezzabili sul piano scientifico, a cui hanno contribuito in modo significativo le U.R. che propongono il presente programma di ricerca.

Nel contempo è stato possibile dotare il gruppo di strumentazioni d'avanguardia sia per le analisi sul campo, sia per le verifiche sperimentali in realtà virtuale. A tale riguardo, una collaborazione esercitata negli anni ottimizzando le poche risorse disponibili ha consentito di acquisire presso le diverse U.R. la quasi totalità dei mezzi d'opera necessari per sviluppare un ulteriore impegno di ricerca dimostratosi in passato particolarmente gratificante. Sul piano teorico, infatti, hanno trovato conferma tutte le intuizioni che alcuni anni or sono suggerirono di intraprendere un percorso di ricerca del tutto innovativo per le conoscenze dell'epoca.

Tra le acquisizioni più significative giova ricordare:
- la messa a punto e la verifica su casi reali di metodologie affidabili sotto il profilo statistico per la previsione dell'incidentalità attesa tramite le applicazione dell'intelligenza artificiale e dell'hazard analysis (cfr. De Blasiis "Le reti neurali per lo studio dell'incidentalità stradale" Riv. Quarry and Construction 1998; Benedetto, De Blasiis " Studio pilota di Road Safety Impact Assessement"- Maggioli ed. 1998; aa.vv. La sicurezza stradale - il contributo della ricerca scientifica - "Collana di Ingegneria delle Infrastrutture viarie" - vol.4 Aracne ed. Roma 2000);
- la concezione, la verifica sperimentale sul campo e la formalizzazione di un modello teorico generale del sistema cognitivo umano in grado di spiegare e prevedere "errori" di guida, in particolare quelli sollecitati da caratteristiche strutturali locali e di sistema dell'ambiente stradale (cfr. Couyoumdjian, Di Nocera, Ferlazzo - "Functional representations of 3D space in voluntary attention shifts" - Riv. The Quarterly Journal of Experimental Psychology 2003; "Cognitive Resources and driving speed" - Riv. Ergonomics inviato per la pubblicazione; "Crossing the Pillars of Hercules: effect of the boundary-crossing in the genesis of action slips" Riv. The Quarterly Journal of Experimental Psychology - accettato per la pubblicazione);
- il riconoscimento delle caratteristiche stradali correlate alle variabili della visione interna dell'infrastruttura che influiscono più direttamente sui processi di guida condizionando direttamente e/o indirettamente la sicurezza dell'esercizio viario (cfr. Bosurgi, D'Andrea, Pellegrino "Visual complexity in Roads through image Analysis human factors in design" Lunf "Sweden 2003; "Visual load index in roads" annual meeting TRB - USA 2004));
- la puntuale definizione di tecniche e protocolli di misura per l'acquisizione e la formazione delle banche dati successivamente utilizzate per analizzare i rapporti di causa/effetto che concorrono al manifestasi dei più frequenti eventi incidentali (cfr. Cafiso, La Cava, Heger, Lamm "Integratine human factor evaluation in the design process of roads - A way to improve safety standards for rural roads" XXII World Road Congress 2003; Cafiso, Lamm, Psarianos "Safety evaluation process of two-lane roads" Riv. TRB - USA 2002);
- l'installazione presso l'Università di Roma Tre di un laboratorio di simulazione in realtà virtuale che ha consentito di verificare sperimentalmente sia le ipotesi assunte dall'ingegneria stradale per dimensionare gli standard geometrici della progettazione, sia la loro rispondenza alle reali esigenze dell'utente nelle diverse condizioni di circolazione (cfr. aa.vv. "Il progetto della strada sicura - La ricerca sperimentale in realtà virtuale - "Collana di Ingegneria delle Infrastrutture viarie" - vol.5 Aracne ed. Roma 2002; Benedetto, De Blasiis "Verifica sperimentale della variabilità della soglia soggettiva di rischio per la manovra del sorpasso in funzione della densità veicolare" XIII Conv. SIIV Padova 2003; Benedetto C., Benedetto A. De Blasiis "A driving simulator based integrated approach for road geometry validation: an assessment of the road safety standards" VI Int. Conf. on Application of Advanced Technology in Trasportation - ASCE 2002; "Driving simulation based approach for quality control of road projects" Riv. Advances in transportation studies 2003);
- la realizzazione di una innovativa strumentazione che, installata su veicolo, consente di ricostruire in continuo lo scenario accelerometrico a cui è sottoposto il conducente del veicolo per relazionarlo sia alle caratteristiche della strada nelle sue diverse condizioni d'uso, sia allo scenario incidentale, sia alle misure effettuate in realtà virtuale (cfr. Camposaragna, Casolo, Cattaneo, Molaschi " A computer simulation approach to road design, optimized on car occupants'injuries severity minimization". IX Int. Symposium on Computer Simulation in Biomechanics - Sydney 2003; Casolo Camposaragna, Cattaneo, Baldo "Valutazione preventiva della sicurezza di tracciati stradali in relazione all'entità dei danni fisici di soggetti virtualmente coinvolti" XIII Cov. Naz. SIIV 2003; Da Rios, Casolo, Camposaragna, Cattaneo "Blue box: a device to rebuild the 3D kinematics and the action on the drivers along a road path" Int. Conv. SIIV 2004).

L'esito di questi studi consente oggi di poter affermare che sono maturate le condizioni per realizzare l'ultimo passo di un percorso di ricerca che, come si ritiene debba essere per le scienze d'ingegneria, prevede la traduzione delle acquisizioni teoriche in criteri di progettazione adeguati alle esigenze della moderna circolazione veicolare. Questo obiettivo è particolarmente ambizioso in quanto non è solo necessario perfezionare il quadro delle conoscenze. Si deve infatti indirizzare l'ingegneria stradale in una direzione che trova l'ostilità di quanti la interpretano ancora come un processo deterministico fondato esclusivamente sulle leggi fisiche della cinematica e della dinamica del veicolo isolato. Purtroppo questo approccio, valido cinquant'anni orsono, ha trovato la sua ultima espressione in un impianto normativo (D.M. 5.11.2001) che non possiamo commentare in questa sede, se non per rilevarne i limiti denunciati da ogni parte per la sua sostanziale inapplicabilità.

Purtroppo l'obbligo di legge di una norma che investe sia le nuove costruzioni, sia gli adeguamenti del patrimonio, ha concorso a determinare un generalizzato ricorso all'istituto delle deroghe che tuttavia, com'è ben noto, non trovano facile accoglimento in quanto da esso deriva un ovvio coinvolgimento di responsabilità da parte di chi deve autorizzarle.

Tutto ciò è estraneo alle finalità scientifiche del progetto di ricerca, ne denuncia tuttavia l'attualità in quanto lo studio che si propone intende formalizzare procedure e metodi affidabili per una verifica sistemica dei progetti stradali, che ne valuti le prestazioni in sicurezza, nelle diverse condizioni di esercizio, indipendentemente dal mero rispetto di standard geometrici assunti ipotizzando criteri ormai obsoleti, quali sono quelli che fanno riferimento alla marcia del veicolo isolato in condizioni ambientali "minime normali". D'altra parte, che questi criteri siano ormai superati appare evidente se si procede ad un riscontro degli studi e delle ricerche condotti in questi ultimi anni anche a livello internazionale.

Infine, se fosse necessario documentare ulteriormente la proiezione internazionale e il ruolo assolto dalle U.R. proponenti il progetto, in ordine all'attualità e al rigore scientifico di una linea di ricerca ormai consolidata, vale forse la pena ricordare che il coordinatore del progetto è stato chiamato a fondare una rivista internazionale (Advances in Transportation Studies - An International Journal) a cui collaborano studiosi e scienziati di chiara fama a livello mondiale. Sono Associate Editor della rivista: R. Wade Allen (System Technology Inc. - USA); Janusz Blaszczyk (Academy of Physical Education - Poland); Iouri Chkitsci (State Tecnical University - MADI - Russia); Zhongyin Guo (Tongji University of Shangai - China). <<<