Vertiport location optimization for urban air mobility

Infrastructure planning is a central element in the development of Urban Air Mobility (UAM). The location of vertiports, in particular, affects the accessibility, operational efficiency, and economic sustainability of the entire system. This thesis addresses the problem of optimal vertiport location, analysing how different decision-making logics can generate network configurations that differ both spatially and economically. An optimization model based on a hybrid heuristic approach was developed, combining a genetic algorithm with a greedy procedure. The model identifies vertiport configurations that alternatively maximise the served demand (Vertiport Manager logic) and the total revenues of the service (Transport Operator logic). User behaviour is represented through a logit mode choice model, which estimates the probability of using the UAM mode as a function of generalised times and costs compared to road and public transport alternatives. The application was carried out for the Lombardy Region, using origin–destination matrices aggregated into 280 zones. The results show that the divergence between the two logics emerges with the inclusion of the ninth vertiport: the Vertiport Manager logic concentrates infrastructure within the Milan metropolitan area, while the Transport Operator logic anticipates expansion towards peripheral areas characterised by longer and more profitable routes. Beyond this threshold, both networks tend to converge towards a more extensive configuration with a similar distribution of vertiports in the two decision-making logics. The analysis of served demand and revenues shows marked growth in the initial development phases, up to about ten vertiports, followed by a more gradual increase as the network expands. The proposed model is configured as a flexible and scalable tool to support coordinated planning between public and private actors in future urban air mobility systems.

La pianificazione delle infrastrutture costituisce un elemento centrale per lo sviluppo della Urban Air Mobility (UAM). La localizzazione dei vertiporti, in particolare, influisce sull’accessibilità, sull’efficienza operativa e sulla sostenibilità economica dell’intero sistema. Questa tesi affronta il problema della localizzazione ottimale dei vertiporti, analizzando come diverse logiche decisionali possano generare configurazioni di rete differenti sia dal punto di vista spaziale sia economico. È stato sviluppato un modello di ottimizzazione basato su un approccio euristico ibrido, che combina un algoritmo genetico e una procedura greedy. Il modello individua le configurazioni di vertiporti che massimizzano alternativamente la domanda servita (logica del Vertiport Manager) e i ricavi complessivi del servizio (logica del Transport Operator). Il comportamento dell’utenza è rappresentato da un modello logit di scelta modale, che stima la probabilità di utilizzo della modalità UAM in funzione dei tempi e dei costi generalizzati rispetto alle alternative di trasporto su gomma e pubblico. L’applicazione è stata condotta sul caso della Regione Lombardia, utilizzando matrici origine–destinazione aggregate in 280 zone. I risultati mostrano che la divergenza tra le due logiche emerge con l’inserimento del nono vertiporto: la logica del Vertiport Manager concentra le infrastrutture nell’area metropolitana milanese, mentre quella del Transport Operator anticipa l’espansione verso aree periferiche caratterizzate da rotte più lunghe e remunerative. Superata questa soglia, entrambe le reti tendono a convergere verso una configurazione più estesa e con una distribuzione dei vertiporti simile nelle due logiche decisionali. L’analisi della domanda servita e dei ricavi mostra una crescita marcata nelle prime fasi di sviluppo, fino a circa dieci vertiporti, seguita da un incremento più graduale al crescere della rete. Il modello proposto si configura come uno strumento flessibile e scalabile a supporto della pianificazione coordinata tra attori pubblici e privati nei futuri sistemi di mobilità aerea urbana.