Design and decision aiding for mobility services and systems

Designing mobility services and systems is a “wicked” problem that often cannot be solved using exclusively mathematical and systematic methods, such as those of Operational Research (OR). Solutions to wicked problems are never “right” or “wrong”; they are only “better” or “worse” in respect to certain points of view. My research focuses on design and decision aiding, which share the same underlying challenge, i.e. designing or aiding decisions in real-world wicked problems. Decision aiding, in particular, actually originated within the OR community, where many researchers and practitioners recognized the limits of pure optimization. The thesis is composed of two parts, focusing respectively on the methodological side and the practice side, which represent “two sides of the same coin”. An extensive theoretical analysis is accompanied by the practical experience matured in supporting design activities in real world mobility projects. The main historical research developments regarding design and OR have been reviewed through the main literature milestones, looking for similarities and interconnections. Starting from the initial attempts and difficulties to use systematic mathematical methods to real-world (wicked) problems, the two communities reacted in different ways, developing diverse approaches and practices. However, on both sides there are needs that can exploit and enhance the connections between the two fields: on one hand, there is a need for formalized methods to aid the design process; on the other hand, there is a need for “innovative” tools outside the usual toolbox of the OR practitioner. The thesis outlines the significant similarities and differences between design and decision aiding, in the theory and in the practice, and discusses some ideas for the integration of design and decision aiding, trying to show how decision aiding could be combined in the design practice, and vice versa. The practice side of the thesis illustrates and discusses projects concerning the design and in some cases the implementation and test of mobility services and systems, i.e. travel demand management, intelligent transport systems, demand responsive transport systems, car sharing, car pooling. Moreover, one of the projects concerns the identification of priorities for the EU funding as regards climate-friendly research on technological and soft mobility measures. The nature of the projects developed is very diverse, ranging from the implementation of local services to the priorities of international research. And diverse are the experts, stakeholders and decision-makers I interacted with. For each project, the strengths and weaknesses of the application of decision aiding methods in the design process are identified, providing insights useful for the development of the theoretical part.

Il design di servizi e sistemi di mobilità è un problema "wicked”, che spesso non è possibile risolvere con metodi esclusivamente matematici e sistematici, come quelli della ricerca operativa. Le soluzioni ai tali problemi non sono mai "giuste" o "sbagliate"; sono solo "meglio" o "peggio" rispetto a determinati punti di vista. La mia ricerca si concentra su design e decision aiding, che condividono la stessa sfida di fondo, vale a dire la progettazione o il supporto alla decisione nei problemi “wicked” del mondo reale. Il decision aiding, in particolare, è un approccio proprio nato all'interno della comunità della ricerca operativa, dove molti ricercatori e professionisti hanno riconosciuto i limiti della pura ottimizzazione. La tesi si compone di due parti, che si focalizzano rispettivamente sul lato metodologico e sul lato applicativo, che rappresentano "due facce della stessa medaglia". Un’ampia analisi teorica si accompagna con l'esperienza pratica maturata nella partecipazione alle attività di design di concreti progetti di mobilità. I principali sviluppi storici della ricerca in materia di design e ricerca operativa sono stati analizzati attraverso le principali tappe della letteratura, indagando somiglianze e interconnessioni. Partendo dai primi tentativi e dalle difficoltà nell’utilizzo di metodi matematici nei problemi del mondo reale, le due comunità hanno reagito in modi diversi, sviluppando approcci e pratiche diverse. Tuttavia, in entrambi i campi vi sono esigenze cui si può tentare di rispondere sfruttando e migliorando le connessioni tra di essi: da una parte, vi è la necessità di metodi formali per aiutare il processo di design; d'altra parte, vi è l'esigenza di strumenti "innovativi" rispetto alla tradizionale cassetta degli attrezzi del professionista della ricerca operativa. La tesi delinea le somiglianze e differenze significative tra design e decision aiding, nella teoria e nella pratica, e discute alcune idee per l'integrazione dei due campi, cercando di mostrare come il decision aiding potrebbe essere combinato nella pratica del design, e vice versa. La parte applicativa della tesi illustra e discute alcuni progetti inerenti alla progettazione e, in alcuni casi, alla realizzazione e sperimentazione di servizi e sistemi di mobilità, tra cui misure di gestione della domanda di mobilità, sistemi di trasporto intelligenti, car sharing, car pooling, sistemi di trasporto a chiamata. Inoltre, uno dei progetti riguarda l'individuazione delle priorità per il finanziamento della ricerca dell'Unione europea per misure di mobilità tecnologiche e soft. La natura dei progetti sviluppati è molto varia, coprendo temi che vanno dalla realizzazione di servizi locali alle priorità della ricerca internazionale. E diversi sono gli esperti, gli stakeholder e i decisori con cui ho interagito. Per ciascun progetto, vengono identificati i punti di forza e di debolezza della applicazione dei metodi di supporto alle decisioni nel processo di design, fornendo indicazioni utili per lo sviluppo della parte teorica della tesi.