Presentazione tesi di Dottorato sulla Tangenziale Nord-Est

Università di PisaScuola di Dottorato in Ingegneria “Leonardo da Vinci”

Stefano Bennati (Direttore)

Programma di Dottorato in Scienza e Metodi per la Città ed

il Territorio Europei

Massimo Rovai (Presidente)

ANALISI MULTICRITERI SPAZIALE E

GOVERNANCE PARTECIPATIVA:

UN SISTEMA DI SUPPORTO ALLE

DECISIONI POLITICHE.

Tesi di dottorato

Tutore: Arch. Luisa SANTINI

Dottoranda: Elisabetta ZUCCARO

15 luglio 2013

OUTLINE

Obiettivi: sviluppo di un modello decisionale basato su analisi multicriteri spaziale e crowdsourcing

1. Quadro di riferimento

2. Quadro concettuale e metodi di analisi

3. Caso di studio: un DSS per valutare la sensibilità territoriale di un investimento infrastrutturale, applicato alla variante Nord-Est di Pisa

4. Risultati

5. Conclusioni

1. QUADRO DI RIFERIMENTO

CRITICITÀ DELLE DECISIONI POLITICHE

fattori di instabilità delle scelte politiche

• distacco dei cittadini dalla politica

• effetti di lungo periodo delle scelte

• dipendenza dalla congiuntura

• scelte “coraggiose” scaricate sulle generazioni future

vincoli posti dalla sostenibilità

• risparmio energetico, tutela capitale naturale, suolo, clima

• accettabilità sociale delle politiche


GOVERNANCE PARTECIPATIVA

da government a governance, da gestione centralizzata e gerarchica a gestione allargata agli stakeholders (Salzano 2004)

relativizzazione delle frontiere istituzionali, nuovi presupposti della PA e forme innovative di governance urbana (Holec, Brunet-Jolivald 1999)

democrazia deliberativa (da libra=bilancia):


INFORMAZIONE E DEMOCRAZIA DELIBERATIVA

Superamento interessi economici parziali negli investimenti

Informazione come leva di coinvolgimento civile, vettore culturale di partecipazione e democrazia

• equità e inclusione fasce più emarginate

• efficienza e condivisione dati/informazione

• accettabilità e promozione di strategie cooperative e parteci-pate per l'acquisizione di dati (IFTF 2011)

decisioni supportate da analisi dati, pianificazione trasparente e partecipata (Chi K. 2008)

professionisti e cittadini collaborano al co-design di scenari futuri

2. QUADRO CONCETTUALE E METODI DI ANALISI

PROCESSO ANALITICO

ObiettivoMetodoSIT

Albero decisionale e criteri MCDA

Assegnazione pesi da preferenze reali espresse in indagine di campo

PROCESSO

DELIBERATIVO

Informazioni georeferenziate (opinioni cittadini)

GoogleMaps API KeyCrowdmap set-up

Crowdmap information processing

SCENARIO 1 ... ... SCENARIO n.


IL PROCESSO ANALITICO

Comparazione di punti di vista

differenti e conflittuali

≠ dimensioni simultaneamente

Abbandono ottimizzazione a

favore di “scelta soddisfacente”

basata su criteri multipli (Simon 76)

Non si ricerca un risultato unico

Sono individuati quegli elementi

che servono a chiarire le priorità

su cui basare le scelte

(Las Casas 96)

Evolutività delle decisioni

Ricerca del compromesso

Decisione come processo

Decisore come insieme di tutti coloro che partecipano al processo (Las Casas 2011)

Santucci 2005


L'ANALISI MULTICRITERI SPAZIALE

Metodo AHP (Saaty 1980) Scomposizione del problema in una struttura gerarchica di obiettivi, criteri, fattori

Confronti a coppie

Ricomposizione gerarchica

Analisi di sensitività

proceedings.esri.com


L'ANALISI MULTICRITERI SPAZIALE

Costruzione dell'albero secondo il metodo top-down

Confronti a coppie di criteri e fattori: reciprocità e consistenza

Ricomposizione gerarchica

Analisi di sensitività

resources.esri.com

Paesaggio Accessibilità Sostenibilità

Paesaggio 1,00 4,00 1,00

Accessibilità 0,25 1,00 0,25

Sostenibilità 1,00 4,00 1,00


CRITICITA' DEL METODO

Scale di rappresentazione (Giampietro M. 94)

Problemi di rappresentazione di sistemi complessi a parità di altre condizioni (Funtowicz, S., Martinez-Alier, J., Munda, G., Ravetz, J., 1999)

Complessità riflessiva (Munda G. 08)

Principio di incommensurabilità (Martinez ,Munda, O'Neil 98)

Comparabilità debole Commensurabilità debole

Framework multicriteri:

Da informazioni ordinali a scala di rapporti con i confronti a coppie

Da razionalità sostanziale a procedurale (Simon H. 76)

capacità interpretativa superiore

chiave metodologica per problema di incommensurabilità


CONCETTI DI CROWDSOURCING


IL PROCESSO DELIBERATIVO

Piattaforma per il coordinamento della partecipazione

Favorisce inclusione, informazione, trasparenza e chiarezza

Adattamento del software Crowdmap

Mappa interattiva

Categorie

Layers

Il questionario

Strategia di comunicazione

Le elaborazioni

3. CASO DI STUDIO

VIABILITÀ NORD-EST si inscrive nel programma di sviluppo

della città

implicazioni sul piano della mobilità urbana e della logistica dei servizi

influenza sulle dinamiche dello sviluppo urbano, possibile polo di attrazione per insediamenti industriali e produttivi,

fattore di trasformazione della vocazione agricola e di spostamento verso nord del confine urbano.

infrastruttura che incide sulla politica locale di risparmio energetico sul percorso di adesione ad un modello di pianificazione intelligente e partecipata di infrastrutture e mobilità

3. CASO DI STUDIO

LA STORIA

Piano della Mobilità del 92: l’assenza di un sistema di circonvallazione ‘forte’

rende “necessario lavorare sul recupero di efficienza della viabilità esistente” ‘collaborazione’ tra più assi e interventi di fluidificazione mirata ai nodi

PGTU Pisa 2002: “ridimensionare due consolidate convinzioni [�] che la

superstrada non riesca a drenare i flussi di attraversamento e di distribuzione urbana di più ampia scala, e che la realizzazione della tangenziale nord riuscirà a deviare consistenti flussi di traffico”

quota di traffico di attraversamento marginalespecializzazione per zone di destinazione, funzionalità della quadra esterna ai fini

della distribuzione interna

2004: motivazione logistica della variante legata al trasferimento dell'Ospedale a Cisanello

2007: Associazioni ambientaliste denunciano possibili speculazioni, deturpamento paesaggio, sottrazione di risorse al piano di mobilità sostenibile

27 luglio 2010 adozione

25 novembre 2011 approvazione

Fonte: Comune di Pisa, Piano del Traffico Urbano 2001

Fonte: Comune di Pisa: visione di insieme della variante nord-est approvata nel 2010

3. CASO DI STUDIO

TRACCIATI A CONFRONTO

Variante approvata

Tracciato PTU non realizzato

Tratte realizzate PTU

3. CASO DI STUDIO

PERCORSO ATTUALE: 19 MINUTI 13 KM

3. CASO DI STUDIO

ALTRI PERCORSI 19 MIN., 17 KM E 24 KM

3. CASO DI STUDIO

AREA DI STUDIO

Fogli CTR n. 273050 e n. 273060

3. CASO DI STUDIO

ALBERO GERARCHICO

3. CASO DI STUDIO

MODELLO DI ANALISI

3. CASO DI STUDIO

QUADRO CONOSCITIVO

Territorio pianeggiante

Significativo reticolo idrografico

Fiume Morto e fiume Arno

Delicato assetto idrogeologico: zone umide e falde superficiali a rischio di inquinamento, fasce di rispetto a rischio di esondazione

Prevalenza di terreni agricoli

Possibile area di espansione a nord dell'area urbana con possibile trasformazione d'uso di territori, ora rurali,

Presenza di attrattori paesaggistici di rilievo e siti archeologici, Acquedotto mediceo

3. CASO DI STUDIO

RIFERIMENTI NORMATIVI

infrastruttura di categoria “C Extraurbana secondaria” (classificazione del “Codice della Strada” e delle “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade” di cui al Decreto 5/11/2001).

velocità di progetto tra 60 e 100 km/h ed una piattaforma stradale composta da due corsie di 3,75 m ciascuna e due banchine di 1,50 m per complessivi 10,50 metri.

ricade in una delle categorie previste dal D.P.C.M. 377/1988 integrato del D.P.R. 11/02/1998 per le quali è prevista obbligatoriamente la V.I.A.

Art.11 della L.R.T. n. 1/2005: prevede valutazione integrata degli effetti territoriali, ambientali, sociali ed economici e sulla salute umana.

Con Dpgr 9 febbraio 2007 n. 4R approvato il Regolamento Regionale di attuazione dell’articolo 11: predisposizione di relazione di sintesi per avvio percorso partecipativo

3. CASO DI STUDIO

INTERVISIBILITÀ

L’analisi è finalizzata a valutare la visibilità di ogni cella dai principali punti di osservazione tenendo conto delle categorie di osservatori e della rispettiva densità.

Si osserva che le mappe di riferimento sono più ampie dell'area di studio, in quanto la sensibilità visiva calcolata per l'area di studio può dipendere significativamente anche da osservatori che stanno al di fuori dell'area stessa (ad es. punti panoramici del Monte Pisano).

Per la caratterizzazione del fattore sono stati utilizzati i seguenti dati, sui quali sono stati posizionati i potenziali osservatori:

• Sentieri del CAI (fonte Regione Toscana)

• Punti panoramici estratti da carte dei percorsi ciclabili del PTCP

• punti di osservazione sparsi in prossimità dell'abitato e di aree di pregio paesaggistico

3. CASO DI STUDIO

INTERVISIBILITÀ

3. CASO DI STUDIO

INTERVISIBILITÀ

sovrapposizione dei vettoriali puntuali al Modello digitale del Terreno (DTM) che associa al Modello di elevazione del terreno (DEM) le quote degli elementi naturali e antropici.

Aggiunto nella tabella attributi il campo OFFSET=170cm

Funzione viewshed calcola per ogni cella dell'area di studio il numero di osservatori da cui essa è vista per ciascuna categoria. Si ottengono, così, mappe distinte che vengono standardizzate dividendole per il valore massimo riscontrato in ciascuna di esse e sommate con pesi assegnati con il metodo dei confronti a coppie.

La mappa finale viene standardizzata dividendola per il valore massimo riscontrato nell'area di studio.

3. CASO DI STUDIO

FATTORE SENSIBILITÀ VISIVA

3. CASO DI STUDIO

FATTORE ATTRATTORI/DETRATTORI

PAESAGGISTICI

Si estrae la mappa degli attrattori e dei detrattori dalla CTR 1:10000 fogli n°273050 e il n°273060

Viene creato un file shape costituito dal poligono che delimita l'area di studio e che viene utilizzato come maschera di analisi dei dati.

Analisi di densità su attrattori e i detrattori mediante l'algoritmo “kernel density estimation”

L'algoritmo calcola la densità degli elementi nell'intorno di ogni cella del raster.

Raggio definito per tentativi successivi

Attrattori

Fontana/vascaFonte/sorgenteAlbero isolatoAcquedotto MediceoConfine di boscoStrade storicheAcquedotto MediceoFilari di fruttetoFilari di oliviFilari di vitiFilari di alberiLinea campo sportivoPaesaggio ad alto valore

naturaleBeni architettoniciArchitettura ruraleArchitettura storicaArchitettura civileArchitettura religiosaAree di pregio archeologicoZone umide

Detrattori

Traliccio

Linee elettriche

Metanodotto sopraelevato

Condotta forzata scoperta

Depuratore

Aree industriali

Cave

Capannoni/edifici

commerciali

Centrale elettrica

Discarica

Distributore carburante

3. CASO DI STUDIO

ATTRATTORI PAESAGGISTICI

3. CASO DI STUDIO

DETRATTORI PAESAGGISTICI

3. CASO DI STUDIO

FATTORE ATTATTORI/DETRATTORI

PAESAGGISTICI

Raster di densità sommati rispettivamente

Raster di densità attrattori standardizzato dividendo per il valore massimo di densità

Densità detrattori diviso per il valore massimo e cambiato di segno

Le due mappe standardizzate, vengono sommate e traslate sommando il valore assoluto del minimo

Standardizzazione della mappa dividendo per il suo valore massimo (2)

Mappa attrattori

Mappa detrattori

3. CASO DI STUDIO

FATTORE ATTATTORI/DETRATTORI

PAESAGGISTICI

3. CASO DI STUDIO

COMPONENTE PAESAGGIO

Intervisibilità pesata al 40%

attrattori/detattori al 60%

per valorizzare le componenti paesaggistiche e architettoniche, tra cui l'Acquedotto Mediceo

3. CASO DI STUDIO

IL QUESTIONARIO WEB

Elenco domande poste all'utente:

1. Quanto è importante, secondo te, nella scelta del tracciato, in una scala da 1 (poco importante) a 9 (molto importante), la tutela del paesaggio?

2. Quanto sono importanti, secondo te, nella scelta del tracciato, in una scala da 1 (poco) a 9 (molto), i miglioramenti che ti aspetti nella viabilità e nell'accessibilità automobilistica di Pisa?

3. Quanto è importante, nella scelta del tracciato (da 1 a 9), la sostenibilità della nuova strada, in base a tutela ambiente, consumo suolo, costi, alternative di trasporto pubblico/ciclabile?

3. CASO DI STUDIO

CROWDSOURCING: ELABORAZIONI

• Calcolata la mediana dei valori assegnati dagli utenti alle 3 domande del questionario web riportate in tabella 15 al fine di individuare i pesi

• Valori mediani confrontati a coppie

• Raggruppamento delle opinioni espresse in classi

• Griglia di analisi: dati scaricati in formato csv + campi aggiuntivi

Elenco campi db: #; INCIDENT TITLE; INCIDENT DATE; LOCATION; DESCRIPTION, CATEGORY, LATITUDE; LONGITUDE; 1. PAESAGGIO; 2. ACCESSIBILITA, 3. SOSTENIBILITÀ; 4. PREFERENZA TRACCIATO; LUOGO ABITAZIONE, LUOGO LAVORO/ATTIVITÀ/STUDIO; ETÀ; SESSO; PROFESSIONE; TITOLO DI STUDIO; MEZZO DI TRASPORTO; ASSOCIAZIONE/ENTE; FIRST NAME; LAST NAME; EMAIL; APPROVED; VERIFIED; SEGNALAZIONE SEMPLICE; SEGNALAZIONE COMPLESSA; ALLEGATI

3. CASO DI STUDIO

CLUSTER DI PREFERENZE

creazione di cluster dei rispondenti che sono stati raggruppati in base alla omogeneità delle preferenze espresse sui tre criteri di analisi. Allo scopo viene utilizzato l'algoritmo k-means disponibile in Matlab che crea gruppi (clusters) mediante ottimizzazione delle distanze interne.

3. CASO DI STUDIO

CROWDSOURCING: ELABORAZIONI

Le statistiche del sito Crowdmap

hanno riportato dal 1 giugno al 2

dicembre 2012 un numero di 276

visitatori unici, 49 dei quali hanno

inviato una segnalazione; le visite

totali sono state 395 e 2211

pagine sono state viste da utenti

situati in 4 Paesi diversi

(nonostante il carattere locale del

problema)

3. CASO DI STUDIO

RICOMPOSIZIONE GERARCHICA: SCENARIO 1

Influenza di visibilità del tracciato e

attrattori paesaggistici tra cui

spicca l'Acquedotto mediceo.

Inoltre, si nota il rilievo nelle parti

più chiare della componente

idrogeologica

funzione Weighted overlay dello Spatial analyst :

(criterio paesaggio) * w1

+ (criterio accessibilità) * w2 + (criterio sostenibilità) * w

3

dove w1, w2, w3 =pesi criteri 1,2,3

Il vettore dei pesi è stato derivato dal confronto a coppie dei valori mediani

delle risposte date dagli utenti alle domande n. 1, 2, 3 del questionario.

Tali valori sono [9, 6, 9] [w1=0.44 w2=0,12 w3=0,44]

3. CASO DI STUDIO


profilo che assegna pesi

equivalenti [9 9 9]

Matrice dei confronti a coppie

composta da elementi

unitari vettore dei pesi:

[w1=0.33 w2=0,33 w3=0,33]

3. CASO DI STUDIO


profilo che assegna importanza

maggiore a sostenibilità e

accessibilità [7.5 8.4 8.5]

vettore dei pesi:

[w1=0.20 w2=0,40 w3=0,40]


Paesaggio 1,00 0,50 0,50



3. CASO DI STUDIO


profilo che assegna lieve

preferenza al paesaggio

[9 7 7]

Matrice dei confronti a coppie

composta da elementi unitari

vettore dei pesi:

[w1=0.60 w2=0,20 w3=0,20]


Paesaggio 1,00 3,00 3,00



3. CASO DI STUDIO

CONFRONTO TRACCIATI Immagini georeferenziate sulla CTR 1:10000

Tracciati digitalizzati senza esplicitare rotonde raccordi sottopassi e ponti

Stessa unità di costo: tracciato rosso sovrastimato

Ottenuti tre shapefile lineari ai quali è stato aggiunto in editing il

campo “LENGHT” alla tabella degli attributi per poterne

calcolare la lunghezza con l'opzione “calculate geometry”

Shapefile trasformati in raster (feature to raster) per facilitare

l'operazione di confronto.

3. CASO DI STUDIO

CONFRONTO TRACCIATI espressione condizionale di Map Algebra ai raster dei tracciati al fine

di assegnare il valore 1 ai pixel posti sulla linea del tracciato e 0 agli

altri.

Con(IsNull("new_routeToR"),0,1)

Con(IsNull("old_route_ ToR"),0,1)

Con(IsNull("old_tobuild_ ToR"),0,1)

Moltiplicando i singoli raster dei tracciati per la mappa di sensibilità si

ottiene un raster che assume il valore della mappa nei punti

corrispondenti al tracciato e 0 negli altri punti.

Moltiplicando il valore medio del raster (fornito dalle proprietà del

raster nella sezione source>statistics) per il numero di colonne e

righe (675 * 281, anch'esso fornito dalle proprietà) si ottiene una

misura della sensibilità territoriale di ciascun tracciato.

4. RISULTATI

VALUTAZIONE SCENARI

4. RISULTATI

SCENARIO IN BASE AI VALORI MEDIANI

DELLE PREFERENZE

Tracciati Valore medio Somma Lunghezza (metri)

Costo (€)

Tracciato variante 2011

0,0022834507378320800

433,11 10104 59,6*

Tracciato PTU 2001 complessivo

0,0023705702482392600

449,63 10126 ____**

Tracciato PTU da costruire

0,0009021141997405460

171,1 3814 22,05**

* Costo da progetto

** Stima non significativa in quanto il tracciato è realizzato al 63%

***Stima calcolata in base alla lunghezza, allo stesso costo unitario del tracciato 2011

Minimizza la sensibilità del tracciato 2011 rispetto a quello 2002.

Incide il peso più basso assegnato all'accessibilità; essa diminuisce man mano

che ci si allontana dal reticolo urbano in quanto diminuiscono le intersezioni e la

densità stradale che sono state considerate come indicatori di connettività del

tracciato.

Nello specifico, un peso minore dell'accessibilità concorre a determinare una

riduzione della sensibilità territoriale della Variante 2011.

4. RISULTATI

SCENARIO A PESI EQUIVALENTI


Costo (€)


0,0025007175308056000

474,32 10104 59,6*


0,0025379601729610000

481,38 10126 ____**


0,0009632198908341620

182,69 3814 22,05**

* Costo da progetto



Lo scenario 2, a pesi equivalenti evidenzia una situazione

intermedia e più neutra rispetto agli altri scenari

4. RISULTATI

SCENARIO A PREVALENZAACCESSIBILITÀ E SOSTENIBILITÀ


Costo (€)


0,0025880993270369400

490,89 10104 59,6*


0,0026294544588321100

498,74 10126 ____**


0,0009924762034542340

188,24 3814 22,05**

* Costo da progetto



Lo scenario 3, a lieve preferenza assegnata ad accessibilità e

sostenibilità, è quello che massimizza la sensibilità della Variante

2011 (Tab. 21). Questa è la conseguenza dell'influenza esercitata, in

base a questo sistema di pesi, dagli aspetti di criticità idrogeologica

del territorio e dal peso elevato dell'accessibilità che penalizza il

tracciato della Variante 2011.

4. RISULTATI

SCENARIO A LIEVE PREVALENZA

PAESAGGIO


Costo (€)


0,0024017330160532000

455,54 10104 59,6*


0,0024318792652831500

461,26 10126 ____**


0,0009338956563561050

177,13 3814 22,05**

Lo scenario paesaggistico penalizza meno il tracciato della variante rispetto agli scenari

a pesi equivalenti e a lieve prevalenza di accessibilità e sostenibilità: necessità di

porre dei correttivi all'approccio compensativo utilizzato nell'analisi di densità di

attrattori e detrattori

L'attraversamento perpendicolare dell'Acquedotto Mediceo, compare nell'analisi come

valore di sensibilità massima solo in un intorno limitato dell'acquedotto stesso ma

non riesce a fare la differenza nella somma di tutti i valori dei pixel che costituiscono il

tracciato.

Possibile correttivo: accrescere significativamente il peso degli attrattori

4. RISULTATI

VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI DEI TRACCIATI

SULLE SINGOLE COMPONENTI

* Stima da progetto

** Stima calcolata in base alla lunghezza, allo stesso costo unitario del tracciato 2011

maggiore impatto del tracciato della Variante 2011 rispetto al tracciato del PGTU 2001, di un fattore di circa 3 a 1

Maggiore impatto del tracciato della Variante 2011 rispetto al tracciato del PGTU 2002, di un

fattore di circa 3 a 1 e differenza di costo riflette il costo opportunità della Variante (valore

della migliore alternativa tralasciata, nell'ipotesi di adozione del il progetto del PGTU 2002 con

un terzo del bilancio disponibile, integrato da un progetto di potenziamento della mobilità

pubblica e ciclabile: benefici simili sul piano della mobilità automobilistica ma associa benefici

significativi sul piano della mobilità sostenibile, nonché sul piano di tutti i criteri considerati

nell'analisi spaziale (paesaggio, accessibilità, sostenibilità).

Criterio Media tracciato variante 2011

Dev. Std. tracciato variante 2011

Somma tracciato variante 2011

Media tracciato PTU 2001

Dev. Std. tracciato PTU 2001

Somma tracciato PTU 2002

Costo (€) 59,60* 22,05 **

Paesaggio 0,0022153666701424100

0,04 420,20 0,0008753150852111280

0,02 166,03

Accessibilità 0,0031730288662300200

0,05 601,84 0,0011539965353418100

0,03 218,88

Sostenibilità 0,0021704521968899900

0,04 411,68 0,0008822640446282920

0,03 167,34

5. CONCLUSIONI

Limiti dell'approccio compensativo ed efficacia procedurale del metodo

Individuazione di un'interfaccia metodologica tra i metodi di analisi multicriteri spaziali e i metodi di crowdsourcing

Individuazione del sistema di preferenze tra il primo e il secondo tracciato in base alla prospettiva paesaggistica, ambientale e di accessibilità

Individuazione delle prospettive di ricerca per una maggiore efficacia di applicazione del crowdsourcing

Esplorazione di nuove forme di partecipazione civile

Grazie

Elisabetta Zuccaro

Università di Pisa

[email protected]

Presentazione tesi di Dottorato sulla Tangenziale Nord-Est

Engineering

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