Riassunto analitico
Supportati dal paradigma dell’ Internet Of Things, reti distribuite di sensori, attuatori e risorse computazionali, costituiscono l’ecosistema ideale per lo sviluppo di soluzioni innovative in ambito Smart City. Tale infrastruttura di dispositivi eterogenei e interconnessi tra loro installata nelle città è in grado di integrarsi facilmente con i dispositivi mobili degli individui, creando un superorganismo socio-tecnico in grado di pervadere di informazioni l’ambiente e di sviluppare sensibilità verso le interazioni con gli individui e consapevolezza dei loro bisogni e dell’efficacia delle soluzioni proposte. Questa tesi ha il compito principale di supportare la mobilità urbana collaborativa e cooperativa delle comunità di individui che condividono e raccolgono informazioni attraverso le possibilità offerte dallo scenario tecnologico illustrato. L’ambiente sarà in grado di adattarsi attraverso la coordinazione e le sollecitazioni dei suoi componenti infrastrutturali per meglio offrire soluzioni sia su scala individuale che urbana. Ad esempio, un’infrastruttura di parcheggi dotata di sensori che monitorano in tempo reale la disponibilità di posti auto può avere un duplice scopo: gli individui vedono ridursi il tempo speso nel ricercare un parcheggio e, di conseguenza, il traffico globale sulle strade della città e l’inquinamento dell’aria possono anch’essi ridursi. Si propone un framework per la coordinazione delle attività di monitoraggio, computazione, e attuazione intrinseche dell’infrastruttura, a supporto di servizi di mobilità “intelligenti” per gli individui e per la città. Si presentano i requisiti infrastrutturali e le sfide connesse all’abilitazione della consapevolezza del superorganismo, e si definiscono alcune metriche per classificare i servizi di mobilità sulla base del loro contributo alla generazione di questa. Si studiano due casi esemplari di servizi di mobilità che prevedono la collaborazione tra individui e dispositivi ICT: Ride Sharing e Crowd Steering. Questo lavoro offre il suo contributo al Ride Sharing (i) proponendo una metodologia guidata di dati per inferire tracce di mobilità e flussi di traffico per diverse città, (ii) stimando il suo potenziale in termini di aumento della capacità disponibile di veicoli sulla rete stradale, e (iii) valutando gli effetti di ricompense di tipo sociale sulla penetrazione del servizio. Con lo scopo di evitare situazioni sovraffollate, le caratteristiche del superorganismo possono abilitare raccomandazioni per la mobilità volte ad influenzare il comportamento delle persone che si trovano in una folla (crowd) di individui. In questa tesi, diverse strategie di Crowd Steering, sia per scenari indoor che outdoor, sono illustrate. Si propone una classificazione delle stesse sulla base (i) del livello locale-globale di informazioni raccolte, (ii) della natura locale-globale degli obiettivi perseguiti, (iii) del metodo unicast-multicast delle comunicazioni attuate per inviare le raccomandazioni. Qualsiasi strategia di Crowd Steering può creare benefici sia a livello individuale che a livello globale. Si riportano diversi esperimenti per mostrare come il Crowd Steering possa effettivamente guidare la folla verso una direzione o un comportamento desiderato. Infine, si descrivono i processi di progettazione e sviluppo di due sistemi reali di Crowd Steering. Nonostante i risultati sperimentali promettenti, l’efficacia dei servizi di mobilità messi in atto attraverso le funzionalità del superorganismo è minacciata da diverse sfide tecnologiche e sociali. Il lavoro si conclude con un’analisi dei problemi aperti e delle prospettive di ricerca future su questo tema.
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Abstract
Urban environments are widely populated by ICT devices seamlessly connected to the Internet, nowadays. Mainly pushed by the Internet of Things paradigm, widespread sensor networks, actuators, and computational units constitute the Smart City ecosystem with the aim of addressing everyday needs with innovative solutions that pervade the whole city with collective sensing, awareness, and actions.
The dense, distributed, heterogeneous, and networked infrastructure deployed within the city is smoothly integrated with people and their personal mobile devices, by shaping a large-scale socio-technical superorganism.
This thesis has the main aim of supporting collaborative urban mobility of social communities that spread and collect mobility data through smart mobility services that exploit the new technological scenario.
The environment will be adapted through the coordination and solicitation of its infrastructural components to best suit people’s needs at different scales, and so to serve at the same time individual-level and urban-level goals. For example, the aim of a parking infrastructure enriched by real-time occupancy can be dual. On one hand, individuals can know in advance where to park and they do not lose time in seeking for an available spot. On the other hand, the consequences of not losing time in cruising for parking can be measured as a potential global reduction of traffic congestions and air pollution.
A general-purpose coordination framework for the sensing, computing and actuating infrastructure is proposed to effectively provide smart mobility services to individuals and to the city as a whole.
The infrastructural requirements and challenges of the superorganism are presented, and a set of metrics are defined to classify the enabled services with regard to their active contribution in the collective awareness generation and the participatory interactions required to the users.
A couple of exemplar case studies of smart mobility services influenced by social aspects and interactions are studied: Ride Sharing and Crowd Steering.
When a Ride Sharing service is put in place, both infrastructural and social requirements have to be satisfied. This work brings its contributions to Ride Sharing in (i) proposing a data-driven methodology to infer mobility traces and traffic flows, (ii) estimating its potential application in terms of mobility reshaping over the road network, and (iii) evaluating the effects of non-monetary rewards, such as social benefits, on the penetration of the service.
For the sake of avoiding overcrowded situations, the capabilities of the superorganism can enable the steering of pedestrians moving in a crowd, through the provisioning of mobility recommendations.
In this work, several Crowd Steering strategies both for indoor and outdoor scenarios are depicted. The classification of the strategies is proposed according to (i) the local or global level of information taken into account, (ii) the local or global nature of the pursued goals, and (iii) the unicast or multicast communications put in place to spread recommendations across the crowd.
Any Crowd Steering strategy can have consequences both at individual scale and at a global one. Simulation-based and data-driven experiments are reported to show that Crowd Steering can effectively drive the crowd towards a desired direction or situation, by providing individual benefits, such as a reduced walking time, and global ones, such as a less dense crowd. Finally, the design and the development of two Crowd Steering real case systems are presented.
Despite the promising experimental results, the effectiveness of smart mobility services is threatened by several social and technological challenges. Open issues and future research perspectives conclude this work.
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