Modeling equity in the transportation Network Design Problem: new paradigms and challenges

Transport related equity refers to the distribution of impacts (benefits and/or costs) throughout all sectors of society, and whether that distribution is considered fair and appropriate. Horizontal equity concerns distribution among individuals or groups considered equal in ability and necessities, whereas vertical equity should be considered in situations with different levels of needs (income, social class or mobility ability). This dissertation deals with the network design problem, looking at how to make it equitable from a spatial and social point of view. It wants to propose a methodology to design transportation systems meeting the needs of communities, supporting fair accessibility, incorporating the equity concepts since the earliest stage of planning. Sequentially, three main frameworks have been taken into account. The first part considers the presence of private vehicles on the network only; the second one, according to a multimodal vision, considers the coexistence of public transport alongside the private one. These two first formulations cope with the uncertainties related to the assessment of the problem, proposing and comparing two different specifications (rigid/ crisp and flexible/fuzzy) of the same model, and enclosing a sensitivity analysis and a numerical application to highlight the usefulness and investigate the performances and robustness of the proposed method. The third and last approach shows a shift towards the public transportation planning process, dealing with equity considerations applied to the transit network design problem, aiming at achieving a spatially and socially balanced service. Accordingly, a novel comprehensive equity indicator is also specified. Through a further sensitivity analysis, it has been investigated how the costs of the system vary according to the pursued level of equity, finding that higher overall costs must be born if more equitable service provision has to be achieved. A conclusive application to a real case study is presented, and future researches and suggestions for further studies are proposed.

L’equità relativa al settore dei trasporti riguarda la distribuzione di impatti (benefici e/o costi) a tutti i settori della società, ed indaga se tale distribuzione possa essere reputata giusta ed appropriata. L’equità orizzontale si riferisce alla distribuzione tra individui o gruppi considerati uguali per abilità e necessità, mentre l’equità verticale dovrebbe essere considerata in situazioni in cui sono individuabili livelli di bisogni differenti (quali fasce di reddito, classi sociali o diverse esigenze di mobilità). Questa tesi affronta il problema della progettazione delle reti di trasporto (network design), cercando di capire come renderlo equo da un punto di vista sia spaziale che sociale. Vuole suggerire una metodologia per progettare i sistemi di trasporto venendo incontro ai bisogni delle comunità, supportando un adeguato livello di accessibilità, ed incorporando i concetti di equità sin dalle prime fasi della pianificazione secondo un approccio quantitativo. In sequenza, sono stati affrontati tre differenti contesti principali. Il primo, considera il caso della rete stradale, con la presenza sulla rete di soli veicoli privati; un secondo, seguendo una visione multimodale, affronta il problema della progettazione tenendo conto della coesistenza sulla rete del trasporto pubblico e di quello privato. Queste due prime formulazioni del problema di network design fanno fronte alle incertezze intrinseche nella valutazione di un problema di questo tipo, e propongono, confrontandole, due specificazioni diverse (a soglie rigide o flessibili/fuzzy) dello stesso modello, e presentano un’analisi di sensitività ed un’applicazione numerica per evidenziare l’utilità, le prestazioni e la robustezza del metodo proposto. Il terzo ed ultimo modello si sposta in modo più deciso verso il processo di pianificazione del trasporto pubblico a livello tattico-operativo, dato che si occupa di applicare considerazioni di equità al problema di transit network design, puntando ad ottenere un servizio spazialmente e socialmente bilanciato. Allo scopo viene specificato un nuovo indicatore globale di equità. Attraverso una ulteriore analisi di sensitività, viene investigato come i costi del sistema variano a seconda del livello di equità raggiunto, riscontrando che si devono sostenere costi generalmente più alti nel momento in cui si vuole garantire un servizio di trasporto più equo. Un’applicazione conclusiva ad un caso di studio reale viene infine proposta, seguita da spunti per ricerche future e suggerimenti per ulteriori studi.