Raffaele Pesenti sulla matematica del trasporto aereo

Ogni giorno sopra le teste dei cittadini europei passano 27 mila voli aerei e si prevede una crescita di almeno il 50% da qui al 2030. Come assecondare questa domanda in un cielo già così trafficato senza aumentare i ritardi e mantenendo gli alti standard di sicurezza? «È un esempio di problema reale a cui noi ricercatori operativi cerchiamo di rispondere con modelli matematici», afferma Raffaele Pesenti.

vedi il documento allegato a questo articolo, ndr), un Blocco Funzionale di Spazio Aereo (FAB) transnazionale grazie al quale si dovrebbe ottenere una gestione del traffico aereo a livello regionale più integrata, efficiente e flessibile. Il blocco comprende lo spazio aereo di Italia, Grecia, Cipro, Malta, Tunisia ed Egitto.

 

«La realizzazione dei FAB è il primo passo verso la realizzazione di quel 'cielo unico europeo' voluto dalla Unione Europea – spiega Pesenti – Attualmente ogni nazione gestisce il proprio spazio aereo. La piccola dimensione delle aree di controllo pone problemi di continui passaggi di consegne tra gli operatori a terra e i piloti. Inoltre, poiché nazioni diverse hanno tariffe di sorvolo diverse, a volte le compagnie possono essere spinte ad abbandonare le rotte più brevi per risparmiare su questi costi».

Perché il traffico nei cieli è un problema così importante per i governi europei?

«Se guardiamo al rapporto tra volume di traffico aereo e crescita economica notiamo una correlazione quasi perfetta. Durante la crisi il traffico è calato e ora sta risalendo. L'Europa si aspetta un aumento del Pil del 2% annuo e dunque un simile andamento per la domanda di voli. Lo spazio per nuovi voli è però risorsa scarsa sia nei cieli che a terra, dove è difficile costruire nuove piste o aumentare la capacità degli aeroporti più importanti. Il rischio è quindi che la crescita dell'offerta di voli sia lenta e non sufficiente ad accontentare le richieste dei viaggiatori e delle compagnie aeree. Un rischio che tutti vogliono evitare».

La soluzione è nelle mani di voi matematici?

«Non solo, ma la matematica può aiutare molto. Se un problema può essere rappresentato in modo astratto attraverso un modello matematico, allora la matematica può mettere a disposizione una serie di potenti strumenti che permettono di trovare velocemente delle soluzioni attuando in modo quasi meccanico passaggi logici complessi. La ricerca operativa, in particolare, si occupa di problemi di ottimizzazione, ovvero di minimizzare costi o massimizzare l’utilità tenendo conto dei vincoli che limitano la capacità di azione dei decisori».

Quali sono le leggi che regolano il trasporto aereo?

«La finestra di tempo nel quale è concesso di decollare o atterrare ad un aereo in un aeroporto trafficato è detta slot. Le slot sono assegnate gratuitamente perché lo spazio aereo è considerato un bene pubblico da distribuire a chi lo utilizza bene. L'assegnazione segue alcune regole. Ad esempio, la compagnia aerea ha avuto una slot in un dato periodo ha diritto a mantenerla per il periodo successivo, a condizione che la abbia effettivamente sfruttata. Differentemente, viene assegnata a una nuova compagnia. Una volta che le slot sono state assegnate alle compagnie aeree, queste possono poi scambiarsele nel cosiddetto 'mercato secondario' due volte l’anno. A complicare il tutto ci sono poi le regole che riguardano i singoli aeroporti, ad esempio spesso il volo notturno è limitato a causa dell'inquinamento acustico. Questa scelta riduce la capacità degli aeroporti».

Mettendo insieme dati e regole, dunque, voi determinate come sia possibile rendere più efficiente questa organizzazione...

«Sì, cerchiamo di farlo, ad esempio studiamo se e come mitigare i “grandfather right”, secondo i quali le compagnie hanno diritto a mantenere gli slot che stanno già usando, poiché essi possono comportare una serie di inefficienze. In generale, studiamo se sia possibile modificare i criteri di assegnazione e di scambio delle slot, tenendo presente che si dimostra matematicamente come sia impossibile soddisfare tutte le condizioni che le parti in causa desidererebbero imporre e che quindi si deve giungere necessariamente a dei compromessi. Studiamo inoltre come gestire le code in caso di congestioni, dovute ad esempio al maltempo. In particolare, studiamo la realizzabilità di un sistema di compensazioni che permetta alle compagnie che lo desiderano di poter acquistare il diritto a saltare la fila e di pagare un corrispettivo premio agli aerei che cedono il posto potendosi permettere di atterrare in ritardo. I risultati delle nostre ricerche appaiono sulle più importanti riviste scientifiche del settore. Inoltre periodicamente, tali risultati, insieme a quelli di altri gruppi di ricerca di tutta Europa, vengono discussi con rappresentanti della Commissione Europea, degli enti di assistenza al volo e delle compagnie aeree in incontri ‘franchi e chiarificatori’».

La tematica ambientale ha un peso in questo dibattito? A che posto sta tra le priorità dell'UE?

«La priorità assoluta spetta alla sicurezza. Piuttosto non si vola, non ho dubbi che tutte le compagnie aeree mettano la sicurezza in cima ai loro pensieri. Tra le altre priorità c'è sicuramente il problema dell'impatto ambientale, a cui personalmente sono molto sensibile. Penso infatti che, per quanto possibile, non si debbano costruire nuovi aeroporti o nuove piste, ma gestire al meglio quello che già esiste. L'Europa è un passo avanti perché ragiona con la necessaria visione internazionale».

Quali le principali difficoltà nella vostra ricerca?

«Cerchiamo di realizzare modelli che rappresentino tutti gli interessi in gioco. Questo implica che dobbiamo modellare gli obiettivi e i vincoli di tutti i decisori, e questi ultimi, dati gli interessi economici coinvolti, non sempre sono disposti a collaborare. Spendiamo inoltre molto tempo a raccogliere dati, un aspetto non banale quando si ha a che fare con decine di migliaia di voli. Altro passaggio delicato è la validazione dei modelli, la verifica cioè che essi rappresentino accuratamente la realtà nel modo più semplice possibile».

Tra le ricerche in corso ci sono studi che riguardano il porto di Venezia...

«Partecipo ad un gruppo di ricerca che collabora con l'Autorità Portuale per lo studio del traffico navale in laguna. Realizziamo modelli matematici per studiare vari scenari di riorganizzazione del traffico passeggeri e le conseguenze sulla navigazione delle operazioni dell’installazione e del funzionamento Mose. Il problema dal punto di vista matematico è relativamente semplice anche se Venezia ha caratteristiche particolari perché è in realtà un porto-canale, nel quale sono presenti sensi unici. Mi piace l'idea di dare un contributo scientifico utile a Venezia».

Ci sono altri modelli nel cassetto?

«Mi interesso anche di modelli per sistemi biologici. Il mio sogno è che in un futuro non lontano si possa ad esempio sperimentare nuovi medicinali attraverso modelli matematici e non più su cavie animali, purtroppo oggi ancora necessarie».

Enrico Costa