A spatial analysis of railway mobility and its relationship with pandemic spread in Lombardia during 2020

The COVID-19 pandemic in 2020 has impacted the world, affecting health, economy, education, and social behaviour. Much concern was raised about the role of mobility in the disease’s spread, with particular attention on public transport. Understanding the relationship between mobility and the pandemic is key to developing effective public health interventions and policy decisions. This thesis investigates the spatial relationship between mobility and the evolution of COVID-19 in 2020, focusing on public railway transport in Lombardia, Italy. The study uses two mobility datasets: one publicly available from Regione Lombardia Open Data Program and the other derived from data by Trenord, a local railway operator. In this framework, a pipeline is developed to estimate dynamical Origin-Destination matrices from Trenord tickets and passenger counts. Global and local Moran indexes are then employed to explore the relationship between a spatial description based on mobility and the mortality rates in 2020. This research starts with the entire Lombardia region and then focuses on the provinces of Brescia, Bergamo and Milano. Results indicate the virus’s spread is strongly linked to people’s movements. Indeed, the mobility-based spatial weights could identify periods of positive spatial autocorrelation in the epidemic feature and larger clustered areas compared to classical contiguity-based weights. However, no evidence suggests that public railway transport played a more decisive role than overall mobility in epidemic diffusion. Indeed, we never found a positive spatial autocorrelation with the railway mobility-based spatial description in periods of no correlation with overall mobility.

La pandemia COVID-19 nel 2020 ha avuto un impatto significativo sul mondo, influenzando la salute, l’economia, l’istruzione e la socialità. Sono state sollevate molte preoccupazioni sul ruolo della mobilità nella diffusione della malattia, con particolare attenzione al trasporto pubblico. Comprendere la relazione tra mobilità e pandemia è fondamentale per sviluppare interventi di salute pubblica e restrizioni efficaci. Questa tesi indaga la relazione spaziale tra mobilità ed evoluzione della pandemia COVID-19 nel 2020, concentrandosi sul trasporto pubblico ferroviario in Lombardia, Italia. Lo studio utilizza due set di dati sulla mobilità: uno disponibile pubblicamente dal Programma Open Data di Regione Lombardia e l’altro derivato dai dati di Trenord, l’operatore ferroviario locale. In questo contesto, è stato sviluppato un processo per stimare matrici dinamiche Origine-Destinazione a partire dai biglietti e dai conteggi dei passeggeri forniti da Trenord. L’analisi degli indici di Moran globali e locali esplora la relazione tra una descrizione spaziale basata sulla mobilità e i tassi di mortalità nel 2020. La ricerca parte dall’intera regione Lombardia per poi concentrarsi sulle province di Brescia, Bergamo e Milano. I risultati indicano che la diffusione del virus è fortemente legata agli spostamenti delle persone. Infatti, i pesi spaziali basati sulla mobilità sono in grado di identificare periodi di autocorrelazione spaziale positiva nella risposta epidemica e gruppi spaziali con simili valori dei tassi di mortalità più ampi rispetto ai classici pesi basati sulla contiguità. Tuttavia, nessuna evidenza suggerisce che il trasporto ferroviario pubblico abbia giocato un ruolo più decisivo della mobilità generale nella diffusione dell’epidemia. Infatti, non abbiamo mai riscontrato un’autocorrelazione spaziale positiva con la descrizione spaziale basata sulla mobilità ferroviaria in periodi di assenza di correlazione con la mobilità complessiva.