Development of a 3-Dimensional Mathematical Collision Risk Model Based on Recorded Aircraft Trajectories to Estimate the Safety Level in High Density En-Route Airspaces

Como en todos los medios de transporte, la seguridad en los viajes en avión es de primordial importancia. Con los aumentos de tráfico aéreo previstos en Europa para la próxima década, es evidente que el riesgo de accidentes necesita ser evaluado y monitorizado cuidadosamente de forma continúa. La Tesis presente tiene como objetivo el desarrollo de un modelo de riesgo de colisión exhaustivo como método para evaluar el nivel de seguridad en ruta del espacio aéreo europeo, considerando todos los factores de influencia. La mayor limitación en el desarrollo de metodologías y herramientas de monitorización adecuadas para evaluar el nivel de seguridad en espacios de ruta europeos, donde los controladores aéreos monitorizan el tráfico aéreo mediante la vigilancia radar y proporcionan instrucciones tácticas a las aeronaves, reside en la estimación del riesgo operacional. Hoy en día, la estimación del riesgo operacional está basada normalmente en reportes de incidentes proporcionados por el proveedor de servicios de navegación aérea (ANSP). Esta Tesis propone un nuevo e innovador enfoque para evaluar el nivel de seguridad basado exclusivamente en el procesamiento y análisis trazas radar. La metodología propuesta ha sido diseñada para complementar la información recogida en las bases de datos de accidentes e incidentes, mediante la provisión de información robusta de los factores de tráfico aéreo y métricas de seguridad inferidas del análisis automático en profundidad de todos los eventos de proximidad. La metodología 3-D CRM se ha implementado en un prototipo desarrollado en MATLAB © para analizar automáticamente las trazas radar y planes de vuelo registrados por los Sistemas de Procesamiento de Datos Radar (RDP) e identificar y analizar todos los eventos de proximidad (conflictos, conflictos potenciales y colisiones potenciales) en un periodo de tiempo y volumen del espacio aéreo. Actualmente, el prototipo 3-D CRM está siendo adaptado e integrado en la herramienta de monitorización de prestaciones de Aena (PERSEO) para complementar las bases de accidentes e incidentes ATM y mejorar la monitorización y proporcionar evidencias de los niveles de seguridad. ABSTRACT As with all forms of transport, the safety of air travel is of paramount importance. With the projected increases in European air traffic in the next decade and beyond, it is clear that the risk of accidents needs to be assessed and carefully monitored on a continuing basis. The present thesis is aimed at the development of a comprehensive collision risk model as a method of assessing the European en-route risk, due to all causes and across all dimensions within the airspace. The major constraint in developing appropriate monitoring methodologies and tools to assess the level of safety in en-route airspaces where controllers monitor air traffic by means of radar surveillance and provide aircraft with tactical instructions lies in the estimation of the operational risk. The operational risk estimate normally relies on incident reports provided by the air navigation service providers (ANSPs). This thesis proposes a new and innovative approach to assessing aircraft safety level based exclusively upon the process and analysis of radar tracks. The proposed methodology has been designed to complement the information collected in the accident and incident databases, thereby providing robust information on air traffic factors and safety metrics inferred from the in depth assessment of proximate events. The 3-D CRM methodology is implemented in a prototype tool in MATLAB © in order to automatically analyze recorded aircraft tracks and flight plan data from the Radar Data Processing systems (RDP) and identify and analyze all proximate events (conflicts, potential conflicts and potential collisions) within a time span and a given volume of airspace. Currently, the 3D-CRM prototype is been adapted and integrated in AENA’S Performance Monitoring Tool (PERSEO) to complement the information provided by the ATM accident and incident databases and to enhance monitoring and providing evidence of levels of safety.

Risk sharing with Multilateral Financial Institutions in infrastructure and energy project financing : effect on capital relief for commercial banks

(Matsukawa and Habeck, 2007) analyse the main instruments for risk mitigation in infrastructure financing with Multilateral Financial Institutions (MFIs). Their review coincided with the global financial crisis of 2007-08, and is highly relevant in current times considering the sovereign debt crisis, the lack of available capital and the increases in bank regulation in Western economies. The current macroeconomic environment has seen a slowdown in the level of finance for infrastructure projects, as they pose a higher credit risk given their requirements for long term investments. The rationale for this work is to look for innovative solutions that are focused on the credit risk mitigation of infrastructure and energy projects whilst optimizing the economic capital allocation for commercial banks. This objective is achieved through risk-sharing with MFIs and looking for capital relief in project finance transactions. This research finds out the answer to the main question: "What is the impact of risk-sharing with MFIs on project finance transactions to increase their efficiency and viability?", and is developed from the perspective of a commercial bank assessing the economic capital used and analysing the relevant variables for it: Probability of Default, Loss Given Default and Recovery Rates, (Altman, 2010). An overview of project finance for the infrastructure and energy sectors in terms of the volume of transactions worldwide is outlined, along with a summary of risk-sharing financing with MFIs. A review of the current regulatory framework beneath risk-sharing in structured finance with MFIs is also analysed. From here, the impact of risk-sharing and the diversification effect in infrastructure and energy projects is assessed, from the perspective of economic capital allocation for a commercial bank. CreditMetrics (J. P. Morgan, 1997) is applied over an existing well diversified portfolio of project finance infrastructure and energy investments, working with the main risk capital measures: economic capital, RAROC, and EVA. The conclusions of this research show that economic capital allocation on a portfolio of project finance along with risk-sharing with MFIs have a huge impact on capital relief whilst increasing performance profitability for commercial banks. There is an outstanding diversification effect due to the portfolio, which is combined with risk mitigation and an improvement in recovery rates through Partial Credit Guarantees issued by MFIs. A stress test scenario analysis is applied to the current assumptions and credit risk model, considering a downgrade in the rating for the commercial bank (lender) and an increase of default in emerging countries, presenting a direct impact on economic capital, through an increase in expected loss and a decrease in performance profitability. Getting capital relief through risk-sharing makes it more viable for commercial banks to finance infrastructure and energy projects, with the beneficial effect of a direct impact of these investments on GDP growth and employment. The main contribution of this work is to promote a strategic economic capital allocation in infrastructure and energy financing through innovative risk-sharing with MFIs and economic pricing to create economic value added for banks, and to allow the financing of more infrastructure and energy projects. This work suggests several topics for further research in relation to issues analysed. (Matsukawa and Habeck, 2007) analizan los principales instrumentos de mitigación de riesgos en las Instituciones Financieras Multilaterales (IFMs) para la financiación de infraestructuras. Su presentación coincidió con el inicio de la crisis financiera en Agosto de 2007, y sus consecuencias persisten en la actualidad, destacando la deuda soberana en economías desarrolladas y los problemas capitalización de los bancos. Este entorno macroeconómico ha ralentizado la financiación de proyectos de infraestructuras. El actual trabajo de investigación tiene su motivación en la búsqueda de soluciones para la financiación de proyectos de infraestructuras y de energía, mitigando los riesgos inherentes, con el objeto de reducir el consumo de capital económico en los bancos financiadores. Este objetivo se alcanza compartiendo el riesgo de la financiación con IFMs, a través de estructuras de risk-sharing. La investigación responde la pregunta: "Cuál es el impacto de risk-sharing con IFMs, en la financiación de proyectos para aumentar su eficiencia y viabilidad?". El trabajo se desarrolla desde el enfoque de un banco comercial, estimando el consumo de capital económico en la financiación de proyectos y analizando las principales variables del riesgo de crédito, Probability of Default, Loss Given Default and Recovery Rates, (Altman, 2010). La investigación presenta las cifras globales de Project Finance en los sectores de infraestructuras y de energía, y analiza el marco regulatorio internacional en relación al consumo de capital económico en la financiación de proyectos en los que participan IFMs. A continuación, el trabajo modeliza una cartera real, bien diversificada, de Project Finance de infraestructuras y de energía, aplicando la metodología CreditMet- rics (J. P. Morgan, 1997). Su objeto es estimar el consumo de capital económico y la rentabilidad de la cartera de proyectos a través del RAROC y EVA. La modelización permite estimar el efecto diversificación y la liberación de capital económico consecuencia del risk-sharing. Los resultados muestran el enorme impacto del efecto diversificación de la cartera, así como de las garantías parciales de las IFMs que mitigan riesgos, mejoran el recovery rate de los proyectos y reducen el consumo de capital económico para el banco comercial, mientras aumentan la rentabilidad, RAROC, y crean valor económico, EVA. En escenarios económicos de inestabilidad, empeoramiento del rating de los bancos, aumentos de default en los proyectos y de correlación en las carteras, hay un impacto directo en el capital económico y en la pérdida de rentabilidad. La liberación de capital económico, como se plantea en la presente investigación, permitirá financiar más proyectos de infraestructuras y de energía, lo que repercutirá en un mayor crecimiento económico y creación de empleo. La principal contribución de este trabajo es promover la gestión activa del capital económico en la financiación de infraestructuras y de proyectos energéticos, a través de estructuras innovadoras de risk-sharing con IFMs y de creación de valor económico en los bancos comerciales, lo que mejoraría su eficiencia y capitalización. La aportación metodológica del trabajo se convierte por su originalidad en una contribución, que sugiere y facilita nuevas líneas de investigación académica en las principales variables del riesgo de crédito que afectan al capital económico en la financiación de proyectos.

Desarrollo de un modelo de riesgo de colisión en espacios aéreos de área terminal

El transporte aéreo es un sector estratégico para el crecimiento económico de cualquier país. La estabilidad y el desarrollo de este modo de transporte tienen un pilar fundamental en una operación segura, especialmente cuando las previsiones indican escenarios de crecimiento continuo del tráfico aéreo. La estimación del riesgo y, por tanto, del nivel de seguridad de un entorno operativo se ha basado en métodos indirectos como puede ser la cuantificación y análisis de los reportes voluntarios de incidentes o el uso de modelos de riesgo de colisión enfocados a escenarios operativos parciales, como puede ser un espacio aéreo oceánico. La operación en un área terminal de maniobra es compleja, con distintos flujos de tráfico de arribada y salida a uno o varios aeropuertos, con cambios frecuentes en el rumbo y velocidad de las aeronaves y con instrucciones tácticas del control de tráfico aéreo para secuenciar y separar las aeronaves El objetivo de la presente Tesis es complementar los actuales métodos de monitorización de la seguridad que presentan sus limitaciones, con el desarrollo de un modelo de riesgo de colisión para áreas terminales de alta densidad que se base en datos objetivos como son las trazar radar de las aeronaves y que tenga en cuenta la complejidad de la operación en un área terminal. Para evaluar el modelo desarrollado se ha implementado una herramienta prototipo en MATLAB© que permite procesar un número masivo de trazar radar para un escenario de área terminal y calcular un valor del riesgo de colisión para el escenario analizado. El prototipo ha sido utilizado para estimar la probabilidad de colisión para distintos escenarios del área terminal de Madrid. El uso de trazas radar permite monitorizar el nivel de riesgo de escenarios reales de manera periódica estableciendo niveles de alerta temprana si se detecta que el valor de riesgo se desvía en exceso, pero también permite evaluar el nivel de riesgo de diseños de espacio aéreo o de nuevos modos de operación a partir de las trazas radar obtenidas en las simulaciones en tiempo real o acelerado y actuar en fases tempranas de los proyectos. ABSTRACT The air transport is a strategic sector for the economic growth of any country. The stability and development of the transport mode have a fundamental pillar in a safe operation, especially when long-term forecasts show scenarios of continuous growth in air traffic. Risk estimation and therefore the level of safety in an operational airspace has been based on indirect methods such as the quantification and analysis of voluntary reports of safety incidents or use of collision risk models focused on partial or simple operational scenarios such as an oceanic airspace. The operation on a terminal maneuvering area is complex, with different traffic flows of arrival and departure at one or more airports, with frequent changes in direction and speed of aircraft and tactical instructions of air traffic control to sequence and separate aircraft. The objective of this Thesis is to complement existing methods of monitoring safety that have their limitations, with the development of a collision risk model for high-density terminal areas that is based on objective data such as aircraft radar tracks and taking into account the complexity of the operation in a terminal area. To evaluate the developed model a prototype tool was implemented with MATLAB© that can process massive numbers of radar tracks for a terminal area scenario and computing a collision risk value for that scenario. The prototype has been used to estimate the probability of collision for different scenarios of the terminal area of Madrid. The use of radar tracks allows to monitor the level of risk of real scenarios periodically establishing levels of early warning when the risk value deviates too much, but also to assess the risk level of airspace designs or modes of operations from the radar tracks obtained in real or fast time simulations and act in the early stages of projects.

A Methodological model to assist the optimization and risk management of mining investment decisions

Identifying, quantifying, and minimizing technical risks associated with investment decisions is a key challenge for mineral industry decision makers and investors. However, risk analysis in most bankable mine feasibility studies are based on the stochastic modelling of project “Net Present Value” (NPV)which, in most cases, fails to provide decision makers with a truly comprehensive analysis of risks associated with technical and management uncertainty and, as a result, are of little use for risk management and project optimization. This paper presents a value-chain risk management approach where project risk is evaluated for each step of the project lifecycle, from exploration to mine closure, and risk management is performed as a part of a stepwise value-added optimization process.

Risk-based methodology for parameter calibration of a reservoir flood control model

Flash floods are of major relevance in natural disaster management in the Mediterranean region. In many cases, the damaging effects of flash floods can be mitigated by adequate management of flood control reservoirs. This requires the development of suitable models for optimal operation of reservoirs. A probabilistic methodology for calibrating the parameters of a reservoir flood control model (RFCM) that takes into account the stochastic variability of flood events is presented. This study addresses the crucial problem of operating reservoirs during flood events, considering downstream river damages and dam failure risk as conflicting operation criteria. These two criteria are aggregated into a single objective of total expected damages from both the maximum released flows and stored volumes (overall risk index). For each selected parameter set the RFCM is run under a wide range of hydrologic loads (determined through Monte Carlo simulation). The optimal parameter set is obtained through the overall risk index (balanced solution) and then compared with other solutions of the Pareto front. The proposed methodology is implemented at three different reservoirs in the southeast of Spain. The results obtained show that the balanced solution offers a good compromise between the two main objectives of reservoir flood control management