ETD

• air pollution exposure
• GPS data
• multi-objective routing
• pedestrian routing
• urban mobility
• vehicular emissions
• vehicular routing

Urban pedestrians are routinely exposed to vehicle emissions because standard routing algorithms optimise purely for travel time, ignoring pollution. This thesis develops a data-driven framework to measure and reduce that exposure, unifying three core contributions. First, it builds a road-level exposure pipeline from vehicular traces and microscopic emission models, with graph-based imputation for missing data and dispersion to pedestrian links. Second, it proposes exposure-aware pedestrian routing balancing travel time against pollutant intake. We evaluate global and local trade-off strategies via hypervolume maximisation over Pareto-optimal routes. Using Pisa, we demonstrate substantial exposure reductions with modest time penalties. Third, it extends to joint vehicle-pedestrian optimisation, where co-routing both modes in a shared emission field unlocks superior mitigation over single-mode baselines. The thesis concludes with structural limitations and future directions for routing-based interventions.

I pedoni urbani sono regolarmente esposti alle emissioni veicolari perché gli algoritmi di routing standard ottimizzano esclusivamente il tempo di percorrenza, ignorando l'inquinamento. Questa tesi sviluppa un framework basato sui dati per misurare e ridurre tale esposizione, unificando tre contributi principali. Il primo costruisce una pipeline di modellazione dell'esposizione a livello stradale a partire da tracce GPS veicolari e modelli di emissione microscopici, includendo imputazione basata su grafi per i dati mancanti e un modello di dispersione per propagare le emissioni ai percorsi pedonali. Il secondo propone un metodo di routing pedonale che bilancia tempo di percorrenza ed esposizione, valutando strategie globali e locali tramite massimizzazione dell'ipervolume su fronti di Pareto. Utilizzando Pisa come caso di studio, dimostriamo riduzioni sostanziali dell'esposizione con modesti aumenti del tempo di percorrenza. Il terzo contributo estende il framework all'ottimizzazione congiunta veicolo-pedone, in cui entrambe le modalità vengono co-ottimizzate iterativamente, rivelando i compromessi tra scelte individuali e risultati collettivi. La tesi conclude riconoscendo i limiti strutturali e delineando future direzioni di ricerca per interventi basati sul routing.