Urban mobility network-based models from global positioning system data. Geolocalized origin-destination matrices and two-mode lines networks

Mobility in African urban areas is supported by informal transport systems because many cities have not developed efficient public collective mobility systems. The inefficiency of transportation infrastructures prevents social and economic development of cities in Sub-Saharan countries. Facing this criticality is the final objective of Safari Njema project. The project aims at providing innovative bottom-up and place based solutions alternative and complementary to mobility policies. To pursue this objective, a replicable pilot project is designed in Maputo. This thesis is the outcome of pioneer efforts towards the realization of mathematical models to be used in Safari Njema project. The goal of the work is developing urban mobility models from Global Positioning System data, provided by Cuebiq. The outputs are re-elaborated datasets, that are fruits of a refinement process applied to the available data, and network-based models of two different typologies: the geolocalized version of the well establish Origin-Destination matrix and the novel Two-mode Lines Network. The contribution of the thesis to the first type of models consists in developing a new path to achieve its estimation with the constraint of adopting only GPS data. As a consequence, the proposed solution lead to overcome the economic obstacles of the usually adopted strategy. On the other hand, the second type is an innovative network-based model that deeply exploits the punctual nature of the re-elaborated GPS data. While Origin-Destination matrix contains information about volume and direction of mobility flows between areas, Two-mode Lines Network is focused on the usage of transportation infrastructures. Both the approaches are applied to the pilot case of Maputo. Origins-Destination matrices are computed at hour level to describe flows within and between neighbourhoods (bairros). Moreover, two different types of Two-mode Lines Networks are obtained for four informal lines (Chapas): users-lines networks and journeys-lines networks. Network analyses are performed on these innovative models to provide Safari Njema with information able to support decision making about specific mobility demands.

Nelle aree urbane africane la mobilità è supportata da sistemi di trasporto informali perchè molte città non hanno sviluppato sistemi efficienti per la mobilità pubblica. L'inefficienza delle infrastrutture per i trasporti ha impedito lo sviluppo economico e sociale delle città nei paesi nell'Africa Sub-Sahariana. Affrontare questa criticità è l'obiettivo finale del progetto Safari Njema. Lo scopo del progetto è fornire soluzioni innovative bottom-up e place based che siano alternative o complementari alle politiche sulla mobilità. Per raggiungere questo obiettivo è stato concepito un caso pilota a Maputo. Questa tesi è il risultato di sforzi pionieristici volti allo sviluppo di modelli matematici da inserire nel progetto Safari Njema. L'obiettivo del lavoro è sviluppare modelli per la mobilità urbana a partire da dati GPS (Global Positioning System) forniti da Cuebiq. Gli output sono dataset rielaborati, frutto di un processo di raffinamento applicato ai dati disponibili, e reti di mobilità di due tipologie: una versione geolocalizzata della ben nota matrice Origine-Destinazione e una nuova rete bipartita che prende il nome di Two-mode Lines Network. Il contributo di questa tesi al primo tipo di modelli consiste nello sviluppare un nuovo percorso per giungere alla loro stima con il vincolo di utilizzare solo i dati GPS. Di conseguenza la soluzione proposta consente di superare gli ostacoli economici che in questo contesto impediscono l'adozione delle strategie più comuni. Il secondo tipo, invece, è un innovativo modello di tipo rete che sfrutta a fondo la natura puntuale del dato GPS rielaborato. Mentre la matrice Origine-Destinazione contiene informazioni in merito al volume e alla direzione dei flussi della mobilità tra le aree, la Two-mode Lines Network è focalizzata sull'utilizzo delle infrastrutture del trasporto. Entrambi gli approcci sono applicati al progetto pilota di Maputo. Le matrici Origine-Destinazione sono calcolate con una granularità che arriva al livello della singola ora per descrivere i flussi all'interno del quartiere (bairro) e tra quartieri. Inoltre, due diverse tipologie di Two-mode Lines Network sono ottenute per quattro linee (Chapas) di trasporto informale: reti utenti-linee e reti viaggi-linee. A queste reti innovative è applicata la Network Analysis per fornire a Safari Njema informazioni di supporto al decision making nell'ambito di particolari richieste riguardanti la mobilità.