XXXVIII ANNUAL CONFERENCE OF THE
ITALIAN OPERATIONS RESEARCH SOCIETY
OPTIMIZATION AND DECISION SCIENCES
(www.airo.org)
GENOVA, ITALY, September 5-8, 2007
Giampaolo Centrone
DEEI - University of Trieste
Via Valerio 10
34100 Trieste - Italy
Phone:
Fax:
email:
+39 - 348 8715093
+39 - 0432 - 3189403
[email protected]
Ricerca e Sviluppo di un sistema per il
monitoraggio del trasporto delle merci
pericolose sulla rete autostradale
conforme alle norme ADR 2007
Centrone Giampaolo
Raffaele Pesenti
Walter Ukovich
Univ-Ts
Univ-Ve
Univ-Ts
Giampaolo Centrone
DEEI - University of Trieste
Via Valerio 10
34100 Trieste - Italy
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+39 - 0432 - 3189403
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Ricerca e Sviluppo di un sistema per il
monitoraggio del trasporto delle merci
pericolose sulla rete autostradale
conforme alle norme ADR 2007
Centrone Giampaolo
Direttore di Esercizio S.p.A. Autovie Venete
Professore a Contratto Università di Trieste
Giampaolo Centrone
DEEI - University of Trieste
Via Valerio 10
34100 Trieste - Italy
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+39 - 348 8715093
+39 - 0432 - 3189403
[email protected]
Da 34 anni inserito nei settori industriale e servizi delle
attività produttive;
dal 1984 con la qualifica dirigente d'azienda industriale;
nel 2006 insignito dell’onorificenza di Maestro del Lavoro,
conferita dal Presidente della Repubblica Italiana;
attualmente Direttore d'Esercizio della S.p.A. Autovie Venete,
concessionaria autostradale dei tratti A4 (Ve-Ts), A23
(Palmanova-Ud), A28 (Portogruaro-Pn);
Ricoperte, nel tempo, diverse posizioni organizzative tra cui
anche quella di Direttore dei Sistemi Informativi e di
Direttore del Personale ed Organizzazione, con deleghe e
procure sui Sistemi di Qualità Aziendali nonché sui Sistemi di
Prevenzione e Sicurezza;
Professore a contratto di Tecniche di gestione aziendale
nella Facoltà d’Ingegneria - Università degli Studi Trieste.
26/08/2009
26/08/2009
FACOLTÀ DI
INGEGNERIA
Ricerca e Sviluppo di un Sistema per
il Monitoraggio delle Merci Pericolose
AIRO 2007
4
DIPARTIMENTO DI
ELETTROTECNICA
ELETTRONICA
INFORMATICA
Agenda
• Introduction
• The dangerous goods research
context
• The architecture
• Conclusions
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Agenda
►Introduction
• The dangerous goods research
context
• The architecture
• Conclusions
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HAZARDOUS MATERIAL
•
According to the US Department of Transportation (US DOT), a hazardous material is
defined as any substance or material capable of causing harm to people, property, and
the environment.
•
There are nine major dangerous goods classifications:
1– Explosives
(dynamite, caps)
2– Gases (propane, anhydrous ammonia, chlorine, oxygen)
3– Flammable Liquids (gasoline, oil, tars, diesel, kerosene)
4– Flammable Solids (plastics, asphalt shingles)
5– Oxidizing Substances (peroxides)
6– Poisonous and infectious substances (herbicides, pesticide)
7– Radioactive materials
8– Corrosives (acids)
9– Miscellaneous (PCB’s, dangerous wastes)
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HAZMAT
• HAzardous MATerials Transportation (HAZMAT)
transportation has received considerable attention since
the 1980’s, mainly due to growing safety concerns in
developed countries,
• A new factor has acquired more and more importance
in the recent years: sustainability.
• After a slight slow-down mainly due to the difficulty of
gathering accurate and relevant data, HAZMAT
transportation research has recently gained renewed
emphasis.
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HAZMAT
• The sustainable development perspective
stresses the long-term compatibility between
– the economic and
– the environmental and
– the social dimensions of development.
• In consequence, public sensitivity to hazmat
transport is rooted
– not only in public risk perceptions,
– but also in equity concerns.
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HAZMAT
• The beneficiaries from hazmat shipments are
usually those who live near the production
facility or the delivery points.
• Yet the populations living along hazmat
routes is exposed to the transport risks
regardless of whether or not they benefit
from the hazmat shipments.
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HAZMAT
• This lack of burden-benefit concordance is
typical source of public opposition to hazmat
shipments.
• The shipment of spent nuclear fuel roads from
nuclear power plants to the proposed repository
offers a good example of equity-based public
opposition.
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HAZMAT
HAZAMAT and their transport constitute:
– one of the pillar of the modern economy;
– a danger for the persons as indicated in
the name;
but at the same time
– one of the basis of sustainable
development by their availability at
reasonable economical and social costs.
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Agenda
• Introduction
►The dangerous goods research
context
• The architecture
• Results
• Conclusions
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HAZMAT
• The hazardous materials risk management
process involves a set of crucial logistical
decisions referring to
– the planning of the
materials transportation;
hazardous
– the organization of the emergency
response operations.
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HAZMAT
• The inherent interrelationships between the
emerging hazardous materials logistical
problems imply
– the integration of routing and emergency
response logistical decisions
– in order to improve the effectiveness of the
hazardous materials emergency response
process.
(Zografos and Androutsopoulos, 2001).
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HAZMAT
• Public agencies have addressed the problem
with series of regulations and safety measures;
– hazardous materials transported via
• Rail (RID regulation applies):
• Road (ADR regulation applies);
• Sea (IMDG regulation applies);
• Air, in some cases (ICAO).
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HAZMAT
• Researchers have strived
– to model the risk associated with shipment of
hazardous materials
– to propose various methods to design suitable
routes that present interesting tradeoffs
between transportation costs and accident
risks.
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HAZMAT - RISK
► Risk is an integral part of the hazardous materials
transportation literature and the undesired event in this
context is the release of a hazmat due to a transport
accident.
►For example, Harwood et al. (1989) define risk as the
weighted number of releases or vehicular accidents divided
by an exposure measure, such as truck miles.
►Their formula for risk is as Equation (1):
Events
Risks 
Exposure
where a weighted event is an accident or release.
The weight assosciated to each event is a measure of
its severity.
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HAZMAT - RISK
► The rates (1):
Events
Risks 
Exposure
are most frequently used to estimate probabilities in risk studies.
► However, there is concern that application of these rates may lead to
inaccuracies in the calculation of risk.
► The great majority of existing studies attempt to minimize or calculate
the risk of potential future occurrences.
► As risk is governed by incident frequency and incident severity, risk
assessment is a process of evaluating the potential consequences
resulting from certain events and the probabilities that these
consequences realize.
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HAZMAT - THE ASSESSMENT OF RISK
Risk assessment can be
qualitative or quantitative
►Qualitative risk assessment
– regards the identification of possible accident scenarios and
– attempts to estimate the undesirable consequences.
►In HAZMAT literature many articles focus on calculating
risk as part of Quantitative Risk Assessment (QRA)
studies of HAZMAT transport.
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HAZMAT - THE ASSESSMENT OF RISK
Risk assessment can be
qualitative or quantitative
►QRA provides information
– to actively manage risk and
– to identify and prioritize technology needs and
decision making,
– to provide decision analyses that allow evaluating
regulatory alternatives.
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HAZMAT - THE ASSESSMENT OF RISK
Risk assessment can be
qualitative or quantitative
►These QRA studies are usually focused on releases
that occur on the road or along railways.
►The majority of articles concern
studies for
minimizing risk on a transport route.
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HAZMAT - THE ASSESSMENT OF RISK
► The assessment of risk in the selection of routes in a
network along which to transport hazardous
materials, takes into consideration
1.the length of time in transit,
2.the probability of a collision and
3.the risk of population exposure in the
event of an incident.
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HAZMAT - THE BEST ROUTES
► There are a variety of
–
–
–
–
theories,
perspectives,
approaches and
algorithms
► that have been put forward to solve multi-objective
problems for determining the best routes to
transport hazardous substances.
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HAZMAT - THE BEST ROUTES
► While it is simple to list potential factors that can
influence routing decisions such as population
density, facility type, material to be shipped, and
exposure,
► the challenge is to convert these factors into
specific measurable criteria to apply to specific
links in a network and then develop algorithms
which can use the estimates to identify the best
(safest) routes.
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HAZMAT
• The analytical equations in the QRA studies are often more
mathematically complex and theoretical in nature; the
language of QRA is one of frequencies and consequences.
• In spite of qualitative risk analysis, QRA results in a
numerical assessment of risks involved, for example an
expected number of individuals impacted per year. QRA
involves the following key steps:
1. hazard and exposed receptor identification;
2. frequency analysis; and
3. consequence modelling and risk calculation.
• Examination of risks on different types of exposed receptor
is also essential to cover different response characteristics in
the risk assessment.
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HAZMAT - FREQUENCY ANALYSIS
► The Frequency analysis involves:
1) determining the probability of an
undesirable event;
2) determining the level of potential receptor
exposure, given the nature of the event;
3) estimating the degree of severity, given
the level of exposure.
( Ang and Briscoe, 1989)
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HAZMAT - FREQUENCY ANALYSIS
• Let A be the accident event that involves a HAZMAT
carrier, M the release event, and I the incident event.
Suppose that the consequence of the hazmat release is
expressed in terms of the number of injuries. We indicate
the event of an damage to an individual as D.
• Using Bayes’ theorem, we obtain the probability of an
injury resulting from an accident related to the hazmat as in
Equation (2)
p A, M , I , D   pD A.M , I  p A, M , I   pD A.M , I  pI A, M  p A, M 
 pD A.M , I  pI A, M  pM A p A
where P(E) denotes the probability of the event E occurring on the road segment
and the associated conditional probability.
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slm pl  A, M m , I , D
HAZMAT
►In addition, let denote the number of shipments of
HAZAMAT of type m on the road segment l per year.
• Note that a highway transport route from the
origin to the destination consists of finitely many
road segments.
►The product
slm pl  A, M m , I , D
determines the frequency of the occurrence of the
hazardous release event that measures the individual risk
for a person in the neighbourhood of road segment l.
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HAZMAT - INDIVIDUAL RISK
• Usually, the individual risk is defined as the
yearly death frequency for an average
individual at a certain distance from the
impact area (see e.g. Mumpower, 1986).
• The analytical equations for Individual risk are
often detailed or mathematically complex and
have been implemented in software by
environmental or chemical engineers for
quantitative risk assessment along transport
routes.
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HAZMAT - INDIVIDUAL RISK
• The following high level variables are present in
an equation for Individual Risk frequency of release
1) probability of final outcome given a
release
2) wind probability
3) vulnerability.
(Leonelli et al. 1999 and 2000)
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HAZMAT
►Then the risk equations are (3,4)
Individual _ Risk   j f rel l , v, j  RISK unit
2
Li
RISK unit  i p out i k  pwind  j, k ,  V i, k , d
0
frel (l,v,j) = release frequency for link l vehicle typology v season j
pout (i)
= probability of final outcome i given a release
pwind (j,k, θ) = wind PDF for meteorology condition k season j wind direction θ
V (i,k, θ) = vulnerability for outcome i meteorology condition k wind direction θ.
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HAZMAT
• The various input parameters are:
– the road link or segment,
– season,
– type of outcome,
– meteorological condition,
– wind direction,
– vehicle typology.
• The equation 4 is a combination of vehicle and material type. The
meteorological condition is described by the wind velocity and
atmospheric stability class.
• Since HAZAMAT incidents usually impact a number of individuals,
the literature moved from individual risk towards societal risk.
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HAZMAT
• Quantification of risk of the en-route hazardous
materials accidents is difficult because
–probabilities for traffic accidents
are low and
–accidents involving
goods are even lower.
dangerous
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HAZMAT
• The consequences of accidents involving
dangerous goods can be enormous.
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HAZMAT RESEARCH CONTEXT
A number of initiatives exists
– devoted to monitoring
(MITRA and CVIS projects,
IST-DG INFSO)
– devoted to risk reduction
through
• selection of low risk route
(GOOD-ROUTE project),
• sustainable development
(DG-RTD project)
with the objectives to minimise
the societal risks related to
HAZMAT transport
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HAZMAT RESEARCH CONTEXT
• Harmonized and
interoperable European
road network
• for sustainable safety
and mobility
• by ITS projects
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THE NEW CHALLENGES
The introduction of ADR2005 (followed by ADR2007)
for Security in HR-DG transport:
rises
 a specific concern about potential risk
scenarios,
through  the integration of different monitoring
systems and procedures,
usually  belonging to different Public Authorities,
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THE NEW CHALLENGES
The introduction of ADR2005 (followed by ADR2007)
for Security in HR-DG transport:
into  a coherent framework to act
• in a preventive way against not only the already
well known incident risks,
• but also against vehicle and transported HR-DG
misuse
or
incorrect
driver
or
operator
behaviours
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THE NEW CHALLENGES
The main points are shortly:
1) Security
–
ADR2005 introduced specifically the definition of High Risk
Dangerous Goods (HR-DG), that can be used for terrorist
acts.
–
The new regulations introduced for the first time the need
for security plans, focusing not only on the potential incident
due to transportation, but also on a potential misuse of HR-DG.
2) Security and safety in tunnels
–
In ADR2007 for the first time, tunnels are considered a
critical infrastructure and specific limitation to DG transits
have been set.
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THE NEW CHALLENGES
The main points are shortly:
3) Competence areas
DG transportation involves several mobility operators in case of incident:
–
–
–
–
–
–
highways operators,
urban mobility operators,
harbour authorities,
responsible of inter-modal nodes,
provincial and regional authorities,
public forces devoted to intervene
(local police, fire brigades, civil protection)
They form a very complex frame, covering variable geographical areas
(from local to trans-regional and trans-boundary).
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THE NEW CHALLENGES
The main points are shortly:
4) Technologies
–
AVL (Automatic Vehicle Location) technology is the
most exploited in DG transports
–
but security in HR-DG requires more data sources
to be integrated together
–
(for example from satellite, from urban system for
licence plate recognition enriched with the capability
of reading ONU codes, from RFID, from transport
documents)
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THE OBJECTIVES
The project aims
► at keeping the risk connected with DG transport, with
a specific reference to High Risk Dangerous Goods
(HR-DG),
► below a socially acceptable threshold, through the
implementation of an ICT supported preventive
frame,
► enhancing the capability of risk forecasting by
mobility operators and security organisations and
giving them the capability to better overcome
territorial and administrative barriers.
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THE COMPANY
• Autovie Venete was just well-founded in 1928 in
Trieste to design and to build the linkage of the main
road between Trieste and Fiume (Rjeka-HR).
• In 1965 started the project and the realisation of the
motorway Trieste-Udine-Venezia, operative since
1966.
• Nowadays Autovie Venete manages 200 Km of
motorways (A4, A23 and A28) in the North-East of
Italy at the borders with Slovenia ed Austria.
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Geographical position
of Autovie Venete
Friuli-Venezia Giulia and Veneto are
strategic nodes in the network of the
economy trade-offs between CentreEasterly and South - Westerly
European Countries
TRENTINOALTO ADIGE
FRIULI-VENEZIA
GIULIA
VALLE d'AOSTA
LOMBARDIA
VENETO
PIEMONTE
LIGURIA
EMILIA-ROMAGNA
TOSCANA
MARCHE
UMBRIA
ABRUZZI
LAZIO
MOLISE
PUGLIA
CAMPANIA
BASILICATA
SARDEGNA
Autovie Venete
one of the main-roads
for people and goods
in this
territory department
CALABRIA
SICILIA
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Geographical position
of Autovie Venete
Motorway Concessionary S.p.A. Autovie Venete:
• manages 200 kms of eastbound motorways running from Venice;
• realised that it had to convert its strategy about design and
managing from traditional to innovative, if the Environment were to
be protected, and demand responded to with a technologically
adequate offer as well.
• all of that, after the fall of the Berlin Wall, and since 1992, given
the growing traffic flow from the other side of the Iron Curtain
• A decade later, Concessionary presents itself to Europe in trim from
the functional and administrative viewpoint, with what is perhaps a
unique number of patents, and a striking ability to manage its own
network in a virtual manner.
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Geographical position
of Autovie Venete
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The pay-Toll stations
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The population density
(Fonte: Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia - 2000)
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V° Corridor
A4 Torino – Milano
A4 Milano – Brescia
A4 Brescia – Padova
A4 Venezia – Padova
A4 Venezia – Trieste
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Autovie Venete Traffic Data
The traffic in the north-east of Italy has increased in an unusual
trend compared to the national and EU average in the last years
Veicoli Effettivi
Traffico
Veicoli-Chilometro
Valore annuo
Valore annuo
Differenza
2006/1997
1997
2006
Leggero
24.713.000
29.541.000
Pesante
6.569.000
Complessivo
31.282.000
Differenza
2006/1997
1997
2006
+ 19,5 %
1.429.560.000
1.690.559.000
+ 18,3 %
10.281.000
+ 56,5 %
451.440.000
711.889.000
+ 57,7 %
39.822.000
+ 27,3 %
1.881.000.000
2.402.448.000
+ 27,7 %
Giampaolo Centrone
26/08/2009
Ricerca e Sviluppo di un Sistema per il Monitoraggio delle Merci Pericolose
su Rete Sutostradale ai sensi ADR 2007
51
Agenda
• Introduction
• The dangerous goods research
context
►The architecture
• Conclusions
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HAZAMAT - IDENTIFICATION
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53
architecture and
compnents
Telesorveglianza
TLC Fisse
TLC Zoom e
Brandeggio
HAZAMAT
Transport
Monitoring
Postazione operatore di
semplice operatività,
informazioni chiare ed intuitive
Aree di Servizio
Lettori Targhe (ingresso - uscita)
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The architecture
ALARM
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55
The architecture
OPERATORI
ZTM
Livello Posto
Centrale
LAN
Comunicazione a enti di
gestione allarmi ed
emergenze
Contact Center per segnalazione
incidenti
APPLICATION
SERVER MAS
MON
Varchi virtuali
DB SERVER
APPLICATION
SERVER MAS ALL
Rete di comunicazione pubblica
e dedicata
APPLICATION
SERVER MAS SEA
RETE DI TRASMISSIONE DATI (WAN o rete wireless)
Livello Campo
Altro sistema con funzionalità
AVL
Varchi Controllo
Transiti ZTM
Varchi Controllo
Transiti ZTM
Varchi Controllo
Transiti ZTM
Operatori in campo con
terminali PDA
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The architecture
Gestione misure
traffico
Rilevamento
infrazioni
SISMAS ALL
II Livello
Centrale
SISMAS SEA
INTERFACCIAMENTO DI II LIVELLO
System & Network
Management
Database
Dati storici dei
transiti
Base dati real time
PIATTAFORMA DI INTEGRAZIONE SERVIZI E DATI
INTERFACCIAMENTO DI I LIVELLO
UTC/VMS
SRI
DTC/EPM
TVCC
II Livello
Centrale
UTC/VMS
Mezzo trasmissivo
Rete WAN
UTC/VMS
SRI (ZTL, passaggio
rosso e velocità)
DTC/EPM
TVCC
Traffico, territorio,
sicurezza
ZTM
Per transiti di merci
pericolose
Giampaolo Centrone
DEEI - University of Trieste
Via Valerio 10
34100 Trieste - Italy
Phone:
Fax:
email:
+39 - 348 8715093
+39 - 0432 - 3189403
[email protected]
The architecture
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architecture and
components
VideoWall
Colonnine SOS
Sala Radio
Operatore 1
Operatore 2
Operatore 3
Sensori di
Traffico
Flotte
CCTV
Meteo
Radio
Radio
TV
TV
Call
CallCenter
Center
Output to Users
Radar
IR
Laser
Integrated
Management
System
Telecamere
Pannelli a
messaggio variabile
GPS
•Other
•OtherDepartments
Departments
•Strategic
•StrategicPlans
Plans
•Accident
•AccidentManagement
Management
•Models
•Modelsand
andSimulations
Simulations
Output – management and control
VMS
internet
GSM
Iso Frequency
Radio
Broadcasting
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architecture and
components
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architecture and
components
TCC - Integrated Management System – Traffic Sensors
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architecture and
compnents
Video/Network Camera
Information Management
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architecture and
components
TCC - Integrated Management System
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63
architecture and
components
TCC - Integrated Management System – VMS management
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architecture and
compnents
Iso Frequency Radio
Brodacasting System
TCC
Hardware
And
server room
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architecture and
components
TCC - Integrated Management System - DATEX
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architecture and
components
TCC - Integrated Management System – Emergency handling
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architecture and
components
TVCC Interface
Operation Notes
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architecture and
compnents
Georeferred Map
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architecture and
compnents
Data Base
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architecture and
compnents
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Agenda
• Introduction
• The dangerous goods research
context
• The architecture
►Conclusions
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72
architecture and
compnents
Telesorveglianza
TLC Fisse
TLC Zoom e
Brandeggio
HAZAMAT
Transport
Monitoring
Postazione operatore di
semplice operatività,
informazioni chiare ed intuitive
Aree di Servizio
Lettori Targhe (ingresso - uscita)
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Expected results
SecurE-ADR
The creation of a technological platform capable to support
•
Security in DG transport;
•
Public authorities and mobility operators in keeping the
connected risks below a commonly accepted threshold
–
through the recognition of potential threat scenarios
–
acting in a preventive way against not only the already
well known incident risks, but also against vehicle and
transported HR-DG misuse or incorrect driver or
operator behaviours.
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Expected results
SecurE-ADR
► In the monitoring process data fusion between
different “sensors” will be exploited,
(GPS positioning, licence plate and video sensors,
meteo sensors)
► in order to create more efficient algorithms
capable to support security through
–
–
early detection of potential HG-DG misuse
incorrect driver behaviours and safety connected with
DG road transport.
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Expected results
SecurE-ADR
►
DG monitoring and early warning capabilities against
possible misuse of vehicles transporting DG.
►
Enhanced capability of intervention, by detecting the
possible threat at its early stage.
►
Support to DG logistics by implementing a planning
system capable to manage security, transport costs,
transport safety and the optimal usage of available road
infrastructure
►
Definition of cooperative applications between different
mobility operators.
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EASYWAY Programme
towards a Sustainable mobility
MIP 2001- 2006
Systems
1995
1995
2006
2006
MIP 2007- 2013
Services for European travellers
2007
2007
2013
2013
2020
2020
Safety
Monitoring systems
For a safe network
De cre ase tr affic fatalities by
25% in 10 ye ars

Communication networks
Towar ds zer o tr affic fatality
Mobility
TCC
For a convenient netw ork
De cre ase tr affic congestion
by 25% in 10 ye ars

TIC
Towar ds zer o stress for
dr ivers
OBU
Sustainable
Mobility
Sustainability
Car navigation systems
For an environmental
friendly netw ork
Suppor t de cre as ing CO2 emis s ion by 10% in 10 ye ars

1st G information services
Towar ds a zer o conges tion
ne twork
Giampaolo Centrone
26/08/2009
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77
Fine presentazione
Grazie dell’attenzione
[email protected]
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