MISURE PERCETTIVE PER IL MIGLIORAMENTO DELLA SICUREZZA STRADALE: SPERIMENTAZIONE CON IL SIMULATORE DI GUIDA VERA

Mauriello, Filomena (2010) MISURE PERCETTIVE PER IL MIGLIORAMENTO DELLA SICUREZZA STRADALE: SPERIMENTAZIONE CON IL SIMULATORE DI GUIDA VERA. [Tesi di dottorato] (Inedito)

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Abstract

Gli incidenti stradali rappresentano un problema di grave rilevanza per l’alto numero di morti e di feriti. Ogni anno si contano almeno 1,3 milioni di morti e 50 milioni di feriti a causa degli incidenti stradali. Un elemento critico ai fini della sicurezza è costituito dalle intersezioni, nelle quali si concentra quasi la metà degli incidenti stradali. Negli Stati Uniti ed in EU27 è stato stimato che all’incirca il 43% degli incidenti si verifica in corrispondenza o in prossimità di un incrocio. Tali percentuali sono coerenti con altri studi che hanno evidenziato che più del 50% degli incidenti mortali accadono in area extraurbana, di cui il 16% accade in intersezioni. Nel triennio 2006-2008, in Italia sono stati registrati 687’958 incidenti con feriti. Il 47,5% degli incidenti è localizzato nelle intersezioni, e più nel dettaglio in ambito urbano gli incidenti nelle intersezioni rappresentano il 53,1% del totale, mentre in ambito extraurbano essi rappresentano il 29,0% del totale. In ambito extraurbano, pur verificandosi una minore percentuale di incidenti nelle intersezioni, la gravità delle conseguenze degli incidenti è significativamente maggiore: il 3,8 % degli incidenti nelle intersezioni ha avuto esito mortale, mentre l’ambito urbano solo lo 0,9% degli incidenti è stato con morti. In ambito extraurbano (ed in particolare nelle statali, provinciali e comunali), la maggior parte degli incidenti nelle intersezioni ha avuto luogo di giorno (74,8%), in condizioni di tempo sereno (74,9%) e pavimentazione asciutta (81,8%). La maggior parte degli incidenti avvenuti sulle intersezioni è stata per scontro frontale-laterale con il 46,9% seguita dal tamponamento e dallo scontro laterale, rispettivamente con il 24,7% e l’11,0% dei casi. I veicoli maggiormente coinvolti sono stati le autovetture con il 91,9%, seguiti dalle due ruote con il 33,8% e dai pesanti con il 21,2%. Tra gli incidenti nelle intersezioni, assumono poi particolare rilevanza le condizioni strada rettilinea, illuminazione diurna, meteo sereno, pavimentazione asciutta e coinvolgimento di autovetture. Sono cioè proprio alcune condizioni ordinarie valutate dagli utenti come scenari di basso rischio ad essere caratterizzate da una significativa vulnerabilità causata dall’incongruenza tra le velocità dei guidatori e le oggettive condizioni di rischio. Risulta quindi evidente che le intersezioni, pur costituendo solo elementi puntuali di un’estesa rete stradale, costituiscono un significativo problema di sicurezza. La maggior parte degli incidenti è causata da errori umani che i guidatori compiono a causa delle limitazioni fisiche, percettive e cognitive proprie degli esseri umani. Spesso i guidatori non percepiscono in tempo l’intersezione approcciando ad essa con velocità elevata e, come ben noto, con l’incremento della velocità aumenta la probabilità di commettere un errore e diminuisce il tempo disponibile per compiere azioni correttive. Inoltre, all’aumentare della velocità aumenta la gravità degli incidenti. La velocità con la quale un utente percorre un tracciato stradale dipende da molteplici fattori. Dopo aver valutato tutti questi fattori, il guidatore che percorre una strada decide la velocità trovando un compromesso fra velocità desiderata e sicurezza. Affinché i conducenti possano scegliere la velocità e il comportamento di guida più appropriato, bisogna fornire loro degli elementi che richiamino l’attenzione in base al rischio potenziale della strada. Per prevenire errori nei comportamenti di guida e gli incidenti connessi è possibile influenzare le scelte del pilota attraverso la percezione della velocità, del carico di lavoro mentale, la percezione del rischio e il comfort del conducente. A tale proposito sono state studiate diverse contromisure in corrispondenza di punti critici, come per le intersezioni. Tali contromisure apportano dei cambiamenti della strada poco invasive ed a basso costo, alterando la percezione del guidatore al fine di ridurre le velocità, allertando della presenza di un rischio e dando l'impressione di una maggiore velocità ed allerta. Alcuni esempi sono rappresentati dai rallentatori ottici, utilizzati già nel 1971, sono linee trasversali disposte per quasi tutta la larghezza della corsia e sono realizzate in modo che la distanza tra una striscia e l’altra sia decrescente al fine di condizionare il comportamento dell'utente, che ha la sensazione, approssimandosi alle strisce, di tenere una velocità eccessiva. Questo effetto è maggiormente percepito ad elevate velocità di viaggio. Le bande periferiche trasversali sono un particolare tipo di segnaletica orizzontale realizzata con strisce disposte ai lati della corsia. Tale segnaletica aumenta l’attenzione del conducente ed una migliore visibilità della strada, in modo tale da indurre nei conducenti un aumento della velocità percepita ed una riduzione ottica della larghezza della corsia. Analogamente alle bande periferiche trasversali, i denti di drago inducono una riduzione ottica della larghezza della corsia. Tale segnaletica è costituita da una serie di coppie di triangoli con base e interasse e altezza crescente in direzione del moto, al fine di avere un effetto a imbuto per ridurre maggiormente la larghezza della corsia approssimandosi al punto critico, per indurre un aumento del rischio percepito e modificare il comportamento del guidatore. Diversamente da questi dispositivi la pavimentazione colorata, non altera la percezione dell’ambiente stradale, ma è una tecnica utilizzata per evidenziare una particolare caratteristica della strada dove i piloti devono fare molta attenzione. Tra le misure percettive possono anche essere inseriti altri dispositivi che si basano anche su restrizioni fisiche come le bande sonore, inserimento di una chicane. Le bande sonore sono delle strisce realizzate trasversalmente alla direzione di marcia lungo quasi tutta la larghezza della corsia e producono delle sensazioni tattili e uditive quando sono attraversate. Questi dispositivi sono stati sviluppati sull’ipotesi che gli stimoli sonori e tattili, prodotti dal veicolo quando attraversano il dispositivo, allertano il conducente di un potenziale pericolo, aumentando la loro attenzione e variando il loro comportamento di guida. Le isole di separazione, materializzata o di sola segnaletica, sono ampiamente utilizzate per la produzione di restringimento localizzato su strada e in grado di produrre e mantenere significative riduzioni di velocità. La presenza dell’isola, non solo induce nel guidatore una sensazione di riduzione dello spazio stradale, ma lo costringe anche a cambiare il percorso di guida, tale manovra implica un maggiore carico di lavoro che lo costringe a far rallentare. Al fine di valutare l’uso dei trattamenti percettivi in prossimità d’intersezioni, per ridurre le velocità in approccio, sono state progettate dieci alternative. Il progetto consiste in una serie di interventi “a basso costo” per migliorare la percezione dell’intersezione e ridurre le velocità di approccio. Il tracciato di progetto è costituito da una successione di rettifili lunghi 1000 m e curve di raggio pari a 400 m, con angolo di deviazione di 35 gradi e raccordate con clotoidi lunghe 55 m (percorrenza di 2 secondi alla velocità di progetto di 100 km/h). Ogni rettifilo rappresenta uno scenario di progetto, per un totale di 10 alternative. La prima consiste in un rettifilo senza intersezioni, mentre nelle altre 9 alternative al centro del rettifilo è presente un’intersezione a 4 bracci con angolo di 90 gradi. Il rettifilo ricrea una strada extraurbana secondaria a carreggiata unica e a doppio senso di marcia, con corsie di 3,50 m e banchine di 1,25 m, mentre la strada secondaria è a carreggiata unica con corsie di 3,00 m e banchine di 0,50 m. Nella seconda e nella terza alternativa in approccio all’intersezione non vi sono trattamenti, mentre le altre sette alternative consistono in intersezioni con misure percettive, date dalla combinazione di più dispositivi, come rallentatori ottici, rallentatori sonori, bande periferiche, denti di drago, pavimentazione colorata, isola. La sperimentazione, dunque, è stata condotta attraverso il simulatore di guida dinamico Virtual Environment for Road Safety (VERA). Trattandosi di una realtà virtuale è stato possibile gestire al meglio lo scenario e le condizioni al contorno ed è stato possibile modificare liberamente l’ambiente operativo, quindi ogni conducente ha guidato nel contesto desiderato. La possibilità di riprodurre le stesse condizioni di guida un numero elevato di volte ha permesso di avere una consistente raccolta di dati per ogni alternativa di guida e per ogni sezione. Inoltre, ha fornito un ambiente intrinsecamente sicuro, premettendo di testare dispositivi innovativi, senza mettere a repentaglio la vita del conducente o altri di utenti della strada. Durante la sperimentazione sono stati registrati diversi dati tra cui tempo, velocità e posizione laterale con una frequenza di campionamento di 20 Hz. I dati grezzi sono stati, in seguito, interpolati ed elaborati ogni 5 m del tracciato per conoscere velocità, decelerazione e posizione laterale. Attraverso diverse metodologie statistiche è stata verificata l’ipotesi che la presenza delle misure percettive influenzi la percezione dell’ambiente stradale, modificando lo stile di guida a seguito dei diversi stimoli visivi e cinetici. Attraverso le tecniche di data mining, in particolare con la cluster analysis, è stata effettuata un’analisi esplorativa dei dati di velocità e posizione laterale del veicolo, al fine di scoprire informazioni non note a priori e per suggerire ipotesi sul modello di manifestarsi dei comportamenti. La cluster analysis consiste nella ricerca nelle n osservazioni p-dimensionali di gruppi di unità tra loro simili, in questo modo l’analisi dei dati consente di cogliere la presenza di gruppi omogenei al loro interno e tra loro separati rispetto alla velocità e alla posizione laterale. Per verificare le differenze significative tra le alternative e per valutare numericamente l’efficacia dei dispositivi, in termini di velocità e posizione laterale, sono state analizzate le sezioni -500 m, -250 m, -150 m, -75 m e 0 (centro dell’intersezione) attraverso differenti test d’inferenza statistica: ANOVA test, t-Student a due code per campioni appaiati. Allo scopo di dare un quadro più completo come la presenza dei dispositivi influenzi il comportamento di guida e di come i guidatori hanno effettivamente reagito, sono stati analizzati i profili di velocità e di decelerazione. In tale analisi, dapprima, sono stati definiti tre modelli di decelerazione, individuandoli per ogni utente e per ogni alternativa sono stati classificati, ed al fine di verificare l’ipotesi di differenza dei comportamenti tra le diverse alternative sono stati utilizzati il CATANOVA test e i test sulle frequenze di un attributo come i test di Stuart-Maxwell e di Bhapkar. La presenza delle misure percettive si è dimostrata efficace nel modificare il comportamento di guida degli utenti, favorendo la percezione delle intersezioni e stili di guida più cauti. Le misure percettive hanno anche ridotto le velocità rispetto alle intersezioni senza trattamenti, con una riduzione tra gli 11 km/h e i 23 km/h. Confrontando le posizioni laterali tra le alternative con e senza trattamenti sono state individuate differenze significative, dimostrando che il comportamento di guida è stato influenzato anche in termini di posizioni laterali del veicolo. L'uso delle misure percettive ha aumentato il numero di conducenti che hanno decelerato e cambiato lo stile di guida assumendo una decelerazione variabile. La percezione dell’intersezione è stata facilitata nelle alternative con trattamenti percettivi. In tali condizioni, ad eccezione dell’alt5, i guidatori hanno incominciato a rallentare prima e la lunghezza della decelerazione è stata più lunga, rispetto alle alternative senza trattamenti. In particolare, i conducenti hanno incominciato a decelerare tra i 220 m ed i 330 m prima dell'incrocio e le lunghezze di decelerazione sono state comprese tra 85 m e 295 m. I risultati dello studio hanno dimostrato che l’attività di guida dei veicoli è fortemente influenzata dalla percezione delle informazioni provenienti dall’esterno e che ne condiziona l’attività psicomotoria dell’individuo. Si evidenza la possibilità di individuare interventi “attivi” efficaci, non invasivi e a basso costo, capaci di ridurre la probabilità degli incidenti stradali. Un punto importante nello svolgimento della tesi è stato l’individuazione di metodologie di analisi che hanno permesso di studiare i comportamenti di guida nella loro complessità. A tale fine, si è cercato di individuare metodologie che vadano al di là dei test che verifichino l’efficacia degli interventi progettati, ma che permettano di valutare le loro caratteristiche distintive. L’analisi categorica e l’analisi di clustering in tal senso sono state un valido aiuto. In particolare, tali tecniche, nella loro natura esplorativa, hanno permesso di studiare come gli stimoli dati dall’ambiente esterno hanno influenzato le scelte di guida, di valutare le caratteristiche che hanno accomunato i diversi scenari di guida. Tale studio è stato completato dalla statistica test, che ha permesso non solo di localizzare le differenze individuate, ma anche di valutare numericamente l’efficacia dei dispositivi. Il simulatore di guida si è dimostrato un utile supporto nello studio del comportamento di guida nell’individuazione di dispositivi rivolti a migliorare la sicurezza stradale. Pur avendo ottenuto risultati congruenti con lo stato dell’arte, si evidenzia che per generalizzare i risultati dello studio occorrerà anche effettuare test su strada. Il futuro sviluppo della ricerca riguarderà quindi innanzitutto la validazione dei risultati delle sperimentazioni mediante confronto con i risultati di misure in scala reale, valutando tra i diversi parametri, anche il carico di lavoro dei guidatori.

Tipologia di documento:Tesi di dottorato
Parole chiave:Intersezioni, misure percettive, simulatore di guida, velocità, posizione laterale del veicolo, profilo di decelerazione
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 08 Ingegneria civile e Architettura > ICAR/04 STRADE, FERROVIE ED AEROPORTI
Coordinatori della Scuola di dottorato:
Coordinatore del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Pulci Doria, Guelfoguelfo.pulcidoria@unina.it
Tutor della Scuola di dottorato:
Tutor del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Montella, Alfonsoalfonso.montella@unina.it
Stato del full text:Accessibile
Data:30 Novembre 2010
Numero di pagine:317
Istituzione:Università degli studi di Napoli Federico II
Dipartimento o Struttura:Ingegneria dei trasporti "Luigi Tocchetti"
Tipo di tesi:Dottorato
Stato dell'Eprint:Inedito
Scuola di dottorato:Ingegneria civile
Denominazione del dottorato:Ingegneria dei sistemi idraulici, di trasporto e territoriali
Ciclo di dottorato:23
Numero di sistema:8263
Depositato il:11 Dicembre 2010 15:40
Ultima modifica:15 Giugno 2011 10:12

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