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Il Notiziario LASSTRE – Gennaio/Febbraio 2023

Alcune attività condotte presso il Laboratorio di simulazione di guida in Realtà Virtuale nell’ambito delle verifiche di qualità dei progetti sulla base di una valutazione del comportamento degli utenti alla guida

Cruscotto auto

Come riportato in passati Notiziari LASSTRE (si veda “Strade & Autostrade”, n° 147 Maggio/Giugno 2021) e come testimoniato da decine di contributi scientifici pubblicati sulle più importanti riviste internazionali di settore, il simulatore di guida in realtà virtuale dell’Università degli Studi Roma Tre si propone da sempre come un avanzato strumento tecnologico capace di assistere la progettazione e la gestione in sicurezza delle infrastrutture stradali.

La letteratura di settore ha infatti dimostrato ormai con certezza che lo studio del comportamento dell’utente alla guida risulta fattore determinante per la valutazione dell’efficacia di soluzioni progettuali, sia riguardanti progettazioni ex-novo, che concernenti interventi su infrastrutture già in esercizio.

  • Uno degli scenari realizzati
    1A Uno degli scenari realizzati
    1A. Un'immagine degli scenari realizzati
  • Uno degli scenari realizzati
    1B Uno degli scenari realizzati
    1B. Un'immagine degli scenari realizzati
  • L'analisi dei movimenti oculari
    1C L'analisi dei movimenti oculari
    1C. Un'immagine delle fasi di analisi dei movimenti oculari degli utenti
  • L'analisi dei movimenti oculari
    1D L'analisi dei movimenti oculari
    1D. Un'immagine delle fasi di analisi dei movimenti oculari degli utenti

In questi ambiti, il simulatore in realtà virtuale si colloca perfettamente tra gli strumenti utili alle valutazioni richiamate dal D.Lgs. 35/2011 (Gestione della sicurezza delle infrastrutture stradali) e dalla sua più recente modifica e integrazione fornita dal D.Lgs. 213/2021, attuazione della Direttiva europea 1936/2019.

Il simulatore risulta quindi uno strumento capace di testare “virtualmente” soluzioni che non possono generalmente essere testate dal vero, a causa dell’impossibilità di reiterare per l’utente esattamente alcune condizioni di circolazione (traffico, condizionamenti, eventi particolari, ecc.) e soprattutto per i profili di insicurezza che si potrebbero ovviamente generare per prove sperimentali sul campo.

Nei prossimi paragrafi verranno quindi brevemente illustrati alcuni esempi di indagini sperimentali condotte su differenti situazioni viarie, alcune delle quali richieste da gestori delle infrastrutture stradali interessati a valutare sperimentalmente il comportamento dell’utente prima di mettere in atto importanti interventi funzionali e di sicurezza sulla viabilità esistente.

Lo studio in simulazione di guida in realtà virtuale del comportamento degli utenti in galleria

Uno dei più recenti ed interessanti studi condotti al simulatore è stato sviluppato con l’obiettivo di verificare il comportamento degli utenti alla guida durante la percorrenza di una galleria, al momento della ricerca ancora in fase di progettazione definitiva, al fine di una verifica di eventuali comportamenti anomali degli utenti in considerazione delle peculiarità della galleria stessa, valutando allo stesso tempo anche differenti soluzioni progettuali che potevano essere nel caso adottate.

Più dettagliatamente, si è sviluppata presso il Laboratorio di simulazione di guida in Realtà Virtuale del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre, la ricostruzione e percorrenza virtuale della soluzione progettuale prevista per la galleria in questione, al fine di poterne valutare scientificamente la fattibilità attraverso lo studio dei comportamenti di guida degli utenti in ambiente simulato che, alla luce dell’ampia letteratura di settore sviluppata dai ricercatori del gruppo nello specifico e più in generale dalla comunità scientifica internazionale, ha dimostrato di essere particolarmente efficace per l’analisi dei fattori umani.

La sperimentazione in realtà virtuale ha previsto la ricostruzione del tracciato di progetto contenente la galleria, caratterizzata in tale fase sia da una lunghezza significativa di alcuni chilometri che da una sezione non del tutto consueta (unico fornice, una corsia di marcia).

La progettazione dello studio ha consentito di verificare il comportamento degli utenti alla guida in diverse condizioni simulate, a partire da quella progettuale (definita come scenario di base) fino ad arrivare a soluzioni “alternative” che modificavano la proposta progettuale sia in termini di dimensione degli elementi componenti la sezione stradale che in termini di segnaletica orizzontale di supporto.

Al fine di articolare l’indagine nella maniera più appropriata, sono state sviluppate numerose analisi delle condizioni di marcia su tutti gli scenari simulati (condizione base ed alternative), con veicolo isolato e con la presenza di altri veicoli, eventualmente attori di manovre “improvvise”, al fine di valutare gli eventuali effetti indotti dagli altri veicoli sul conducente alla guida in una sezione e configurazione stradale così particolare.

È stato anche previsto l’utilizzo della strumentazione avanzata del sistema eye-tracking durante la campagna sperimentale; tale sistema è costituito da occhiali strumentati con camere e sensori, capace di registrare molteplici parametri utili a elaborare approfondite analisi che consentono di descrivere il comportamento degli utenti, integrando le variabili cinematiche e dinamiche della guida (output della simulazione) con gli avanzati dati relativi al tracciamento dei movimenti oculari dell’utente.

Tale strumentazione ha permesso di identificare, a solo titolo di esempio, dove l’attenzione dell’utente si è soffermata maggiormente (segnaletica verticale, orizzontale, altri veicoli, ecc.), ovvero anche potenziali situazioni di affaticamento e distrazione.

  • Lo scenario in realtà virtuale
    2A Lo scenario in realtà virtuale
    2A. La ricostruzione dello scenario attuale e di progetto in realtà virtuale (tratto di uscita)
  • Lo scenario in realtà virtuale
    2B Lo scenario in realtà virtuale
    2B. La ricostruzione dello scenario attuale e di progetto in realtà virtuale (tratto di uscita)
  • Lo scenario in realtà virtuale
    2C Lo scenario in realtà virtuale
    2C. La ricostruzione dello scenario attuale e di progetto in realtà virtuale (tratto di uscita)
  • Lo scenario in realtà virtuale
    2D Lo scenario in realtà virtuale
    2D. La ricostruzione dello scenario attuale e di progetto in realtà virtuale (tratto di uscita)

Lo studio ha permesso di analizzare grazie al simulatore in continuo una importante serie di parametri cinematico dinamici come la traiettoria tenuta dai conducenti (analizzata sia per singolo utente che come valori di media, moda e mediana), le velocità di percorrenza, la posizione laterale tenuta nelle corsie di marcia e la rispettiva deviazione standard o dispersione, le azioni di frenatura, il distanziamento dagli altri veicoli, le fissazioni oculari in termini di numero e durata.

I risultati dello studio hanno dimostrato, anche grazie a una serie di questionari post-guida sottoposti all’utente, quali fossero le soluzioni progettuali più idonee per garantire un comportamento degli utenti in assoluta sicurezza nella percorrenza del tratto in galleria e nelle zone di entrata e uscita dalla stessa, da sempre individuate nella letteratura scientifica come zone di particolare attenzione. 

Lo studio al simulatore del comportamento degli utenti in prossimità di una corsia di uscita autostradale

Un altro studio, questa volta condotto su richiesta ed in collaborazione con Autostrade per l’Italia SpA, e più in particolare con la Direzione 5° Tronco – Roma, ha previsto delle indagini per lo “Studio in simulazione di guida in realtà virtuale del comportamento degli utenti nell’ambito della nuova configurazione della corsia di uscita dello svincolo di Orte”.

Lo studio ha mirato alla verifica del comportamento degli utenti alla guida nel tratto interessato dalla nuova proposta di configurazione della corsia di uscita dello svincolo di Orte in carreggiata Nord della A1 Milano-Napoli, utile alla valutazione di eventuali comportamenti anomali rispetto alla comprensione delle indicazioni fornite dalla segnaletica verticale ed orizzontale, e alla nuova configurazione prevista per la corsia di uscita di Orte.

Più dettagliatamente, si è richiesto di sviluppare presso il laboratorio di simulazione, la ricostruzione e la percorrenza virtuale della soluzione progettuale prevista, mirata a migliorare la organizzazione dell’attuale configurazione in uscita ad Orte, considerata la necessità di risolvere le diverse criticità di traffico che si verificano su tale corsia in determinate occasioni dell’anno (week-end, ponti e giornate festive, ecc.), utilizzando gli spazi a disposizione della piattaforma stradale (carreggiata Nord) senza apportare modifiche sostanziali e strutturali all’attuale sezione stradale presente.

Si è quindi realizzato uno studio sperimentale mediante il quale si è verificato il comportamento degli utenti stradali in diverse condizioni simulate, tutte caratterizzate da una specifica segnaletica orizzontale e verticale, opportunamente progettata e riprodotta negli scenari simulati, utile all’utente per comprendere al meglio le manovre da effettuare nelle diverse condizioni di itinerario.

Nello specifico, sono state simulate molteplici configurazioni, differenziate dalle seguenti condizioni:

  • di approccio al tratto interessato dalla presenza della corsia di uscita per Orte;
  • di itinerario previsto (in uscita verso Orte o proseguendo sull’autostrada verso Firenze, direzione Nord);
  • di condizioni di traffico (ipotizzando diversi scenari, da traffico definito “basso” a traffico “alto”);
  • di segnaletica orizzontale e verticale opportunamente predisposta.

Lo studio ha così consentito di valutare ben otto differenti configurazioni di guida sottoposte al campione di utenti selezionato per lo svolgimento dei test sperimentali al simulatore, prevedendo un dataset di parametri utili allo svolgimento delle analisi numeriche previste ed in particolare una serie di indicatori prestazionali di guida capaci di ricostruire la cinematica del veicolo e le relazioni dello stesso con gli elementi presenti nello scenario (traiettorie, distanze, ecc.) durante ogni singola prova.

Grazie all’elaborazione degli indicatori ritenuti più significativi per descrivere il comportamento di guida degli utenti nella situazione oggetto di studio, come ad esempio la distanza longitudinale percorsa dall’inizio dello scenario, la velocità longitudinale e la posizione laterale del driver rispetto alla linea di mezzeria della carreggiata e nei confronti delle diverse corsie e degli altri veicoli, è stato possibile individuare la soluzione progettuale più idonea.

  • Il modello tridimensionale
    3A Il modello tridimensionale
    3A. L’importazione del modello tridimensionale nel contesto realistico
  • Gli elementi reali
    3B Gli elementi reali
    3B. La ricostruzione di alcuni elementi reali
  • La realtà virtuale
    3C La realtà virtuale
    3C. La ricostruzione di alcuni elementi reali in realtà virtuale

Lo studio del comportamento al simulatore degli utenti in termini di velocità registrate in ambito autostradale

Un ulteriore studio condotto con Autostrade per l’Italia SpA, svolto anche in collaborazione con il gruppo di lavoro del Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università di Napoli Federico II, ha riguardato una campagna sperimentale volta a proporre una “revisione dei limiti di velocità nel tronco Baiano-Candela dell’Autostrada A16 mediante analisi numeriche e simulazioni di guida in realtà virtuale”.

In questo caso, il simulatore di guida in realtà virtuale è stato utilizzato considerando che nel tronco di studio vige attualmente un limite di velocità localizzato pari a 80 km/ora e che la necessità di imporre una limitazione di velocità deve scaturire da effettive e reali necessità, altrimenti il divieto è vissuto dagli utenti della strada come una inutile vessazione; tale sperimentazione ha permesso di valutare come sarebbe cambiato il comportamento degli utenti nel caso in cui fossero state modificate le limitazioni alla velocità imposte dalla segnaletica stradale.

Trattasi, quindi, di un’analisi che non si limita più ad uno studio delle velocità di progetto delle strade, ma introduce il concetto di velocità operativa “virtuale” osservando che in seguito all’installazione di un limite prossimo a tale velocità operativa ci si può attendere un regime di velocità più uniforme che in genere ha come conseguenza una riduzione di incidentalità.

Lo studio, in seguito a un’articolata analisi della velocità compatibile con l’equilibrio del veicolo in curva e con la visibilità per l’arresto e ad una stima della velocità operativa con modelli sperimentali e simulazioni di guida in realtà virtuale, ha consentito di valutare l’introduzione di un nuovo limite di velocità in luogo del limite esistente, integrando eventuali decisioni in tale direzione con la proposta di specifici interventi di miglioramento della sicurezza, come estensione delle zone coperte da sistema tutor, e individuazione di possibili localizzazioni per l’integrazione della segnaletica verticale e di delineazione, segnaletica orizzontale e trattamenti della pavimentazione.

Anche in questo caso, l’utilizzo del simulatore di guida è risultato strategico per il conseguimento degli obiettivi fissati, e in linea con quanto previsto dalle Normative di settore circa la necessità di provvedere “all’attuazione di procedure relative alle valutazioni di impatto sulla sicurezza stradale per i progetti di infrastruttura, ai controlli sulla sicurezza stradale, alle ispezioni di sicurezza stradale e alle valutazioni della sicurezza stradale a livello di rete” (D.Lgs. 213/2021, art. 1).

Tali modalità di valutazione della sicurezza sia per strade esistenti che per quelle in progetto si può ovviamente estendere a tutte le tipologie stradali, considerato che è riproducibile in realtà virtuale qualsiasi configurazione infrastrutturale, con la positiva ricaduta legata ai diversi Enti gestori stradali che possono utilizzare questo strumento per analisi di sicurezza sulla propria rete così come è stato virtuosamente proposto e sviluppato negli esempi che sono stati appena descritti, nonché per ulteriori attività come la valutazione funzionale di diverse soluzioni progettuali utili alla scelta della più idonea sotto diversi punti di vista tra cui quelli funzionali e di sicurezza.

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