Questo post nasce dal mio desiderio di condividere e discutere un’approccio metodologico, in termini di analisi GIS, per me relativamente nuovo nell’ambito del mio lavoro presso il Servizio Manutenzione Strade della Provincia di Bologna. Il lavoro da cui è tratta la metodologia descritta in questo post è stato svolto a quattro mani con il mio collega Pierluigi Tropea le cui competenze in ambito strutturale e manutentivo, complementari alle mia esperienza in ambito GIS, ci hanno permesso di conseguire un risultato, secondo me, interessante.

Lo scopo dell’analisi è stato quello di definire, all’interno dei 1400 Km della rete viaria della Provincia di Bologna, tre categorie di importanza funzionale indicative della rilevanza strategica di un tronco stradale.

La definizione di una rete strategica è finalizzata a garantire un livello di servizio dell’infrastruttura stradale adeguato alla sua funzione, a programmare e gestire la manutenzione dell’infrastruttura stradale sul territorio provinciale in maniera mirata e a ottimizzare le risorse disponibili per gli interventi definendo priorità e fornendo supporto nella definizione dei piani triennali dei lavori.

L’individuazione della rete strategica viene effettuata tenendo conto di due diversi scenari.

• Scenario di servizio: valuta la funzionalità richiesta all’infrastruttura in condizione di normale esercizio.

• Scenario di emergenza: valuta la funzionalità richiesta all’infrastruttura nella condizione di emergenza legata ad un evento sismico.

Le modalità utilizzate per definire la categoria di importanza funzionale di una strada variano a seconda dello scenario di analisi. Si parte in entrambi i casi dall’analizzare le densità di residenti, edificato ed imprese. Nel caso dello scenario di emergenza le densità vengono amplificate in base ad una funzione esponenziale di pericolosità sismica definita sul territorio attraverso l’accelerazione sismica di picco al suolo e la probabilità di superamento di un determinato sisma di riferimento.

Lo scopo di questa amplificazione è tenere conto del maggiore danno atteso in aree a maggiore sismicità potenziandone virtualmente i recettori di soccorso.

Nel caso dello scenario di esercizio si tengono in considerazione anche i flussi di traffico e l’analisi dei percorsi (routing) valuta i percorsi tra centroidi di attrazione e generazione di spostamento secondo la relazione residenti-edificato e residenti-imprese. La metodologia per individuare i centroidi analizzati in questo scenario è la medesima di quella sotto riportata per lo scenario di emergenza.

L’analisi GIS utilizza una mappa di densità dei residenti ottenuta dal dato geometrico dalle sezioni di censimento ISTAT; una mappa di densità delle imprese ottenuta della banca dati della Camera di Commercio georeferenziata; una mappa di densità dell’edificato ricavata secondo quanto descritto in questo post. Queste mappe raster che sono amplificate dalla funzione di pericolosità sismica nel caso dello scenario di emergenza, vengono filtrate utilizzando un valore minimo di soglia che permetta di identificare un numero di isole ritenuto rappresentativo del contesto provinciale mediante un’analisi qualitativa. Di queste “isole” vengono poi calcolati i baricentri passando per la trasformazione in poligoni.

I baricentri rappresentano i centroidi della nostra analisi. Questi centroidi ed i punti che rappresentano l’ubicazione delle industrie a rischio rilevante sono, nell’analisi dei percorsi (routing), i punti verso i quali veicolare, attraverso il grafo stradale, i mezzi provenienti dai centri di offerta di soccorso.

Nel complesso l’analisi GIS, per lo scenario di emergenza, si articola in quattro punti.

Punto 1 – Individuazione dei punti da cui, nel modello, si origina l’offerta di soccorso nel territorio provinciale a cui ho accennato poco sopra.

• 16 caserme dei Vigili del Fuoco

• 40 presidi ospedalieri

• 24 accessi ai caselli autostradali

• Interporto di Bologna

Punto 2 – Individuazione dei recettori che fanno richiesta di soccorso che nel modello deve essere veicolato attraverso il grafo stradale che comprende l’intera rete stradale presente sul territorio provinciale.

• 48 centroidi di aree ad elevata densità residenziale, ottenuti elaborando le sezioni relative all’ultimo censimento della popolazione, che definiremo centroidi residenti

• 61 centroidi di aree densamente edificate, ottenuti elaborando la densità edilizia calcolata dai dati catastali secondo la metodologia proposta da questo post, che definiremo centroidi edificato

• 46 centroidi di aree ad elevata presenza di imprese ottenuti elaborando i dati della Camera di Commercio di Bologna georiferiti, che definiremo centroidi imprese

• 23 industrie a rischio rilevante

Punto 3 – Definite le origini e le destinazioni vengono definite nel modello le regole secondo le quali il software deve calcolare i percorsi di collegamento. Le relazioni variano a seconda dello scenario di riferimento analizzato, quelle utilizzate per lo scenario di emergenza sono rappresentate dalle seguente matrice.

Per ogni relazione è espresso un parametro di calcolo utilizzato dall’algoritmo di routing del software:

• 1C, 2C, 3C numero di connessioni del centroide di richiesta di soccorso con i più prossimi punti di offerta di soccorso della relazione, es. tra industrie a rischio rilevante e presidi ospedalieri è indicato 3C, cioè un’industria a rischio deve essere raggiunta dai tre più prossimi presidi ospedalieri

• TB calcolo del percorso utilizzando il percorso più breve in termini di tempo

Il risultato è una mappa in cui ad ogni elemento (arco) del grafo stradale sono sovrapposti n archi stradali relativi ai percorsi calcolati secondo la logica descritta.

Percorsi di collegamento tra centroidi di offerta e ricezione di soccorso

La legenda dei percorsi tra punti di offerta di soccorso ed i recettori può essere così esplicitata.

Offerta di soccorso

PS presidi ospedalieri

VVF caserme dei Vigili del Fuoco

CS accessi ai caselli autostradali

IP interporto di Bologna

Recettore di soccorso

IR industrie a rischio rilevante

ED centroidi di aree densamente edificate

RR centroidi di aree ad elevata densità residenziale

AZ centroidi di aree ad elevata presenza di imprese

A questo punto, ad ogni arco stradale, viene attribuito un indice di importanza funzionale basato sul numero dei percorsi, tra quelli calcolati, che lo utilizzano. Il valore dell’indice è poi normalizzato a 100.

Punto 4 - Si stabiliscono delle classi di aggregazione di valore dell’indice di importanza funzionale. Sono state definite tre classi individuando i valori di soglia attraverso un’analisi di significatività statistica (Jenks) dei valori dell’indice di importanza funzionale degli archi del grafo stradale. La scelta dei valori di soglia, operata secondo questo metodo, consente di determinare classi di aggregazione (categoria 1, 2 e 3) con i valori di gruppo più simili e che massimizzano le differenze tra le classi stesse.

L’analisi operata fino ad ora ha preso in considerazione l’intero grafo stradale provinciale: autostrade, tangenziali, strade statali, strade provinciali e strade comunali. La “nostra” rete strategica deve contenere solo le strade provinciali che vengono quindi estratte dal grafo complessivo.

Quello che si ottiene è un grafo che presenta per ogni singola strada provinciale diversi tratti con categoria di importanza funzionale diversa. Con un’analisi qualitativa si operano delle scelte per attribuire le categorie di importanza funzionale in maniera più continua ad interi tratti di strada.

Rete strategica delle strade provinciali

La mappa sopra riportata rappresenta il risultato complessivo dell’analisi con la rappresentazione delle strade provinciali secondo le tre categorie di importanza funzionale:

1. categoria – massima importanza strategica

2. categoria – media importanza strategica

3. categoria – minima importanza strategica

da un punto di vista statistico il risultato è il seguente.

Statistica dei Km di strade provinciali per categoria

Le percentuali sono espresse in termini di Km sui 1400 km complessivi di strade provinciali.

Mi auguro che questo post possa essere di stimolo alla nascita di un confronto sulla metodologia utilizzata, cosa importante per evidenziare i punti di debolezza ed avere utili spunti.

Pensato e scritto da Lorenzo Perone

Sono geologo, mi occupo di tematiche legate al GIS in una pubblica amministrazione. Per lavoro utilizzo software proprietario ma per passione software FLOSS (free, libre open source software).
Mi diverto con il GPS in applicazioni per l’escursionismo, e a volte mi dedico alla formazione.