Presentazione tesi di Dottorato sulla Tangenziale Nord-Est

Università di Pisa
Scuola 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
Obiettivo
Metodo
SIT
Albero decisionale e criteri
MCDA
Assegnazione pesi da
preferenze reali espresse in
indagine di campo
PROCESSO
DELIBERATIVO
Informazioni georeferenziate
(opinioni cittadini)
GoogleMaps API Key
Crowdmap 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 marginale
specializzazione 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/vasca
Fonte/sorgente
Albero isolato
Acquedotto Mediceo
Confine di bosco
Strade storiche
Acquedotto Mediceo
Filari di frutteto
Filari di olivi
Filari di viti
Filari di alberi
Linea campo sportivo
Paesaggio ad alto valore
naturale
Beni architettonici
Architettura rurale
Architettura storica
Architettura civile
Architettura religiosa
Aree di pregio archeologico
Zone 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) * w3
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
0,00228345073783
20800
433,11 10104 59,6*
Tracciato PTU
2001 complessivo
0,00237057024823
92600
449,63 10126 ____**
Tracciato PTU da
costruire
0,00090211419974
05460
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
(metri)
Costo (€)
Tracciato
variante 2011
0,00250071753080
56000
474,32 10104 59,6*
Tracciato PTU
2001
complessivo
0,00253796017296
10000
481,38 10126 ____**
Tracciato PTU
da costruire
0,00096321989083
41620
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 PREVALENZA
ACCESSIBILITÀ E SOSTENIBILITÀ
(metri)
Costo (€)
Tracciato
variante 2011
0,002588099327
0369400
490,89 10104 59,6*
Tracciato PTU
2001
complessivo
0,002629454458
8321100
498,74 10126 ____**
Tracciato PTU da
costruire
0,000992476203
4542340
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
(metri)
Costo (€)
Tracciato
variante 2011
0,00240173301
60532000
455,54 10104 59,6*
Tracciato PTU
2001
complessivo
0,00243187926
52831500
461,26 10126 ____**
Tracciato PTU
da costruire
0,00093389565
63561050
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 0,002215366
6701424100
0,04 420,20 0,000875315
0852111280
0,02 166,03
Accessibilità 0,003173028
8662300200
0,05 601,84 0,0011539965
353418100
0,03 218,88
Sostenibilità 0,002170452
1968899900
0,04 411,68 0,000882264
0446282920
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
zuccaro@cisp.unipi.it

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