Performance Analysis and Improvements for the Future Aeronautical Mobile Airport Communications System (AeroMACS)

This thesis deals with the development of the upcoming aeronautical mobile airport communications system (AeroMACS) system. We analyzed the performance of AeroMACS and we investigated potential solutions for enhancing its performance. Since the most critical results correspond to the channel scenario having less diversity1, we tackled this problem investigating potential solutions for increasing the diversity of the system and therefore improving its performance. We accounted different forms of diversity as space diversity and time diversity. More specifically, space (antenna and cooperative) diversity and time diversity are analyzed as countermeasures for the harsh fading conditions that are typical of airport environments. Among the analyzed techniques, two novel concepts are introduced, namely unequal diversity coding and flexible packet level codes. The proposed techniques have been analyzed on a novel airport channel model, derived from a measurement campaign at the airport of Munich (Germany). The introduced techniques largely improve the performance of the conventional AeroMACS link; representing thus appealing solutions for the long term evolution of the system.

Dalla città alla casa, dalla casa alla città: la mutevole ricerca di un Piano per il ben-essere urbano

La ricerca si propone di definire le linee guida per la stesura di un Piano che si occupi di qualità della vita e di benessere. Il richiamo alla qualità e al benessere è positivamente innovativo, in quanto impone agli organi decisionali di sintonizzarsi con la soggettività attiva dei cittadini e, contemporaneamente, rende evidente la necessità di un approccio più ampio e trasversale al tema della città e di una più stretta relazione dei tecnici/esperti con i responsabili degli organismi politicoamministrativi. La ricerca vuole indagare i limiti dell’urbanistica moderna di fronte alla complessità di bisogni e di nuove necessità espresse dalle popolazioni urbane contemporanee. La domanda dei servizi è notevolmente cambiata rispetto a quella degli anni Sessanta, oltre che sul piano quantitativo anche e soprattutto sul piano qualitativo, a causa degli intervenuti cambiamenti sociali che hanno trasformato la città moderna non solo dal punto di vista strutturale ma anche dal punto di vista culturale: l’intermittenza della cittadinanza, per cui le città sono sempre più vissute e godute da cittadini del mondo (turisti e/o visitatori, temporaneamente presenti) e da cittadini diffusi (suburbani, provinciali, metropolitani); la radicale trasformazione della struttura familiare, per cui la famiglia-tipo costituita da una coppia con figli, solido riferimento per l’economia e la politica, è oggi minoritaria; l’irregolarità e flessibilità dei calendari, delle agende e dei ritmi di vita della popolazione attiva; la mobilità sociale, per cui gli individui hanno traiettorie di vita e pratiche quotidiane meno determinate dalle loro origini sociali di quanto avveniva nel passato; l’elevazione del livello di istruzione e quindi l’incremento della domanda di cultura; la crescita della popolazione anziana e la forte individualizzazione sociale hanno generato una domanda di città espressa dalla gente estremamente variegata ed eterogenea, frammentata e volatile, e per alcuni aspetti assolutamente nuova. Accanto a vecchie e consolidate richieste – la città efficiente, funzionale, produttiva, accessibile a tutti – sorgono nuove domande, ideali e bisogni che hanno come oggetto la bellezza, la varietà, la fruibilità, la sicurezza, la capacità di stupire e divertire, la sostenibilità, la ricerca di nuove identità, domande che esprimono il desiderio di vivere e di godere la città, di stare bene in città, domande che non possono essere più soddisfatte attraverso un’idea di welfare semplicemente basata sull’istruzione, la sanità, il sistema pensionistico e l’assistenza sociale. La città moderna ovvero l’idea moderna della città, organizzata solo sui concetti di ordine, regolarità, pulizia, uguaglianza e buon governo, è stata consegnata alla storia passata trasformandosi ora in qualcosa di assai diverso che facciamo fatica a rappresentare, a descrivere, a raccontare. La città contemporanea può essere rappresentata in molteplici modi, sia dal punto di vista urbanistico che dal punto di vista sociale: nella letteratura recente è evidente la difficoltà di definire e di racchiudere entro limiti certi l’oggetto “città” e la mancanza di un convincimento forte nell’interpretazione delle trasformazioni politiche, economiche e sociali che hanno investito la società e il mondo nel secolo scorso. La città contemporanea, al di là degli ambiti amministrativi, delle espansioni territoriali e degli assetti urbanistici, delle infrastrutture, della tecnologia, del funzionalismo e dei mercati globali, è anche luogo delle relazioni umane, rappresentazione dei rapporti tra gli individui e dello spazio urbano in cui queste relazioni si muovono. La città è sia concentrazione fisica di persone e di edifici, ma anche varietà di usi e di gruppi, densità di rapporti sociali; è il luogo in cui avvengono i processi di coesione o di esclusione sociale, luogo delle norme culturali che regolano i comportamenti, dell’identità che si esprime materialmente e simbolicamente nello spazio pubblico della vita cittadina. Per studiare la città contemporanea è necessario utilizzare un approccio nuovo, fatto di contaminazioni e saperi trasversali forniti da altre discipline, come la sociologia e le scienze umane, che pure contribuiscono a costruire l’immagine comunemente percepita della città e del territorio, del paesaggio e dell’ambiente. La rappresentazione del sociale urbano varia in base all’idea di cosa è, in un dato momento storico e in un dato contesto, una situazione di benessere delle persone. L’urbanistica moderna mirava al massimo benessere del singolo e della collettività e a modellarsi sulle “effettive necessità delle persone”: nei vecchi manuali di urbanistica compare come appendice al piano regolatore il “Piano dei servizi”, che comprende i servizi distribuiti sul territorio circostante, una sorta di “piano regolatore sociale”, per evitare quartieri separati per fasce di popolazione o per classi. Nella città contemporanea la globalizzazione, le nuove forme di marginalizzazione e di esclusione, l’avvento della cosiddetta “new economy”, la ridefinizione della base produttiva e del mercato del lavoro urbani sono espressione di una complessità sociale che può essere definita sulla base delle transazioni e gli scambi simbolici piuttosto che sui processi di industrializzazione e di modernizzazione verso cui era orientata la città storica, definita moderna. Tutto ciò costituisce quel complesso di questioni che attualmente viene definito “nuovo welfare”, in contrapposizione a quello essenzialmente basato sull’istruzione, sulla sanità, sul sistema pensionistico e sull’assistenza sociale. La ricerca ha quindi analizzato gli strumenti tradizionali della pianificazione e programmazione territoriale, nella loro dimensione operativa e istituzionale: la destinazione principale di tali strumenti consiste nella classificazione e nella sistemazione dei servizi e dei contenitori urbanistici. E’ chiaro, tuttavia, che per poter rispondere alla molteplice complessità di domande, bisogni e desideri espressi dalla società contemporanea le dotazioni effettive per “fare città” devono necessariamente superare i concetti di “standard” e di “zonizzazione”, che risultano essere troppo rigidi e quindi incapaci di adattarsi all’evoluzione di una domanda crescente di qualità e di servizi e allo stesso tempo inadeguati nella gestione del rapporto tra lo spazio domestico e lo spazio collettivo. In questo senso è rilevante il rapporto tra le tipologie abitative e la morfologia urbana e quindi anche l’ambiente intorno alla casa, che stabilisce il rapporto “dalla casa alla città”, perché è in questa dualità che si definisce il rapporto tra spazi privati e spazi pubblici e si contestualizzano i temi della strada, dei negozi, dei luoghi di incontro, degli accessi. Dopo la convergenza dalla scala urbana alla scala edilizia si passa quindi dalla scala edilizia a quella urbana, dal momento che il criterio del benessere attraversa le diverse scale dello spazio abitabile. Non solo, nei sistemi territoriali in cui si è raggiunto un benessere diffuso ed un alto livello di sviluppo economico è emersa la consapevolezza che il concetto stesso di benessere sia non più legato esclusivamente alla capacità di reddito collettiva e/o individuale: oggi la qualità della vita si misura in termini di qualità ambientale e sociale. Ecco dunque la necessità di uno strumento di conoscenza della città contemporanea, da allegare al Piano, in cui vengano definiti i criteri da osservare nella progettazione dello spazio urbano al fine di determinare la qualità e il benessere dell’ambiente costruito, inteso come benessere generalizzato, nel suo significato di “qualità dello star bene”. E’ evidente che per raggiungere tale livello di qualità e benessere è necessario provvedere al soddisfacimento da una parte degli aspetti macroscopici del funzionamento sociale e del tenore di vita attraverso gli indicatori di reddito, occupazione, povertà, criminalità, abitazione, istruzione, etc.; dall’altra dei bisogni primari, elementari e di base, e di quelli secondari, culturali e quindi mutevoli, trapassando dal welfare state allo star bene o well being personale, alla wellness in senso olistico, tutte espressioni di un desiderio di bellezza mentale e fisica e di un nuovo rapporto del corpo con l’ambiente, quindi manifestazione concreta di un’esigenza di ben-essere individuale e collettivo. Ed è questa esigenza, nuova e difficile, che crea la diffusa sensazione dell’inizio di una nuova stagione urbana, molto più di quanto facciano pensare le stesse modifiche fisiche della città.

Detailed study of the seismotectonic setting in the Lucanian Apennines and surrounding areas (Southern Italy)

In this research work I analyzed the instrumental seismicity of Southern Italy in the area including the Lucanian Apennines and Bradano foredeep, making use of the most recent seismological database available so far. I examined the seismicity occurred during the period between 2001 and 2006, considering 514 events with magnitudes M ≥ 2.0. In the first part of the work, P- and S-wave arrival times, recorded by the Italian National Seismic Network (RSNC) operated by the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), were re-picked along with those of the SAPTEX temporary array (2001–2004). For some events located in the Upper Val d'Agri, I also used data from the Eni-Agip oil company seismic network. I computed the VP/VS ratio obtaining a value of 1.83 and I carried out an analysis for the one-dimensional (1D) velocity model that approximates the seismic structure of the study area. After this preliminary analysis, making use of the records obtained in the SeSCAL experiment, I incremented the database by handpicking new arrival times. My final dataset consists of 15,666 P- and 9228 S-arrival times associated to 1047 earthquakes with magnitude ML ≥ 1.5. I computed 162 fault-plane solutions and composite focal mechanisms for closely located events. I investigated stress field orientation inverting focal mechanism belonging to the Lucanian Apennine and the Pollino Range, both areas characterized by more concentrated background seismicity. Moreover, I applied the double difference technique (DD) to improve the earthquake locations. Considering these results and different datasets available in the literature, I carried out a detailed analysis of single sub-areas and of a swarm (November 2008) recorded by SeSCAL array. The relocated seismicity appears more concentrated within the upper crust and it is mostly clustered along the Lucanian Apennine chain. In particular, two well-defined clusters were located in the Potentino and in the Abriola-Pietrapertosa sector (central Lucanian region). Their hypocentral depths are slightly deeper than those observed beneath the chain. I suggest that these two seismic features are representative of the transition from the inner portion of the chain with NE-SW extension to the external margin characterized by dextral strike-slip kinematics. In the easternmost part of the study area, below the Bradano foredeep and the Apulia foreland, the seismicity is generally deeper and more scattered and is associated to the Murge uplift and to the small structures present in the area. I also observed a small structure NE-SW oriented in the Abriola-Pietrapertosa area (activated with a swarm in November 2008) that could be considered to act as a barrier to the propagation of a potential rupture of an active NW-SE striking faults system. Focal mechanisms computed in this study are in large part normal and strike-slip solutions and their tensional axes (T-axes) have a generalized NE-SW orientation. Thanks to denser coverage of seismic stations and the detailed analysis, this study is a further contribution to the comprehension of the seismogenesis and state of stress of the Southern Apennines region, giving important contributions to seismotectonic zoning and seismic hazard assessment.

Algorithms for UAS insertion in civil air space

One of the most interesting challenge of the next years will be the Air Space Systems automation. This process will involve different aspects as the Air Traffic Management, the Aircrafts and Airport Operations and the Guidance and Navigation Systems. The use of UAS (Uninhabited Aerial System) for civil mission will be one of the most important steps in this automation process. In civil air space, Air Traffic Controllers (ATC) manage the air traffic ensuring that a minimum separation between the controlled aircrafts is always provided. For this purpose ATCs use several operative avoidance techniques like holding patterns or rerouting. The use of UAS in these context will require the definition of strategies for a common management of piloted and piloted air traffic that allow the UAS to self separate. As a first employment in civil air space we consider a UAS surveillance mission that consists in departing from a ground base, taking pictures over a set of mission targets and coming back to the same ground base. During all mission a set of piloted aircrafts fly in the same airspace and thus the UAS has to self separate using the ATC avoidance as anticipated. We consider two objective, the first consists in the minimization of the air traffic impact over the mission, the second consists in the minimization of the impact of the mission over the air traffic. A particular version of the well known Travelling Salesman Problem (TSP) called Time-Dependant-TSP has been studied to deal with traffic problems in big urban areas. Its basic idea consists in a cost of the route between two clients depending on the period of the day in which it is crossed. Our thesis supports that such idea can be applied to the air traffic too using a convenient time horizon compatible with aircrafts operations. The cost of a UAS sub-route will depend on the air traffic that it will meet starting such route in a specific moment and consequently on the avoidance maneuver that it will use to avoid that conflict. The conflict avoidance is a topic that has been hardly developed in past years using different approaches. In this thesis we purpose a new approach based on the use of ATC operative techniques that makes it possible both to model the UAS problem using a TDTSP framework both to use an Air Traffic Management perspective. Starting from this kind of mission, the problem of the UAS insertion in civil air space is formalized as the UAS Routing Problem (URP). For this reason we introduce a new structure called Conflict Graph that makes it possible to model the avoidance maneuvers and to define the arc cost function of the departing time. Two Integer Linear Programming formulations of the problem are proposed. The first is based on a TDTSP formulation that, unfortunately, is weaker then the TSP formulation. Thus a new formulation based on a TSP variation that uses specific penalty to model the holdings is proposed. Different algorithms are presented: exact algorithms, simple heuristics used as Upper Bounds on the number of time steps used, and metaheuristic algorithms as Genetic Algorithm and Simulated Annealing. Finally an air traffic scenario has been simulated using real air traffic data in order to test our algorithms. Graphic Tools have been used to represent the Milano Linate air space and its air traffic during different days. Such data have been provided by ENAV S.p.A (Italian Agency for Air Navigation Services).

Sistemi aeroportuali tra concorrenza e complementarietà

Il presente lavoro mira ad analizzare l’organizzazione della gestione aeroportuale come venutasi a delineare a seguito dei processi di privatizzazione nella gestione stessa e di liberalizzazione nella prestazione dei servizi nonché ad esaminare gli effetti di tali processi sulla concorrenza tra aeroporti. Per affrontare tali profili di ricerca, il lavoro è suddiviso in quattro capitoli. Nel primo capitolo viene analizzata l’organizzazione amministrativa dell’aviazione civile e quindi i principali soggetti che operano e/o interagiscono nel mercato aeroportuale e le relative competenze. Nel secondo capitolo si analizza il ruolo del gestore aeroportuale quale soggetto a cui è affidato il compito di amministrare e gestire le infrastrutture aeroportuali e di coordinare e controllare le attività dei vari operatori privati presenti nello scalo. Pertanto si prenderà in esame l’evoluzione dei modelli di gestione aeroportuale, il rapporto tra concessionario e concedente, la qualificazione dell’attività di gestione dell’infrastruttura come servizio pubblico e la regolazione pubblicistica della stessa, volta a correggere le imperfezioni che possono distorcere il normale funzionamento dei meccanismi di mercato e a perseguire il benessere sociale. Nel terzo capitolo, si affronta il tema della liberalizzazione dei servizi, in particolari aerei e c.d. di handling. Infine, nel quarto e ultimo capitolo, si studia la concorrenza tra aeroporti e la sua interrelazione con l’infrastruttura ferroviaria.

La sostenibilità ambientale dal Progetto Edilizio al Piano Urbano: L'integrazione della variabile energetica nella pianificazione del territorio

La questione energetica ha assunto, negli ultimi anni, un ruolo centrale nel dibattito mondiale in relazione a quattro fattori principali: la non riproducibilità delle risorse naturali, l’aumento esponenziale dei consumi, gli interessi economici e la salvaguardia dell'equilibrio ambientale e climatico del nostro Pianeta. E’ necessario, dunque, cambiare il modello di produzione e consumo dell’energia soprattutto nelle città, dove si ha la massima concentrazione dei consumi energetici. Per queste ragioni, il ricorso alle Fonti Energetiche Rinnovabili (FER) si configura ormai come una misura necessaria, opportuna ed urgente anche nella pianificazione urbanistica. Per migliorare la prestazione energetica complessiva del sistema città bisogna implementare politiche di governo delle trasformazioni che escano da una logica operativa “edificio-centrica” e ricomprendano, oltre al singolo manufatto, le aggregazioni di manufatti e le loro relazioni/ interazioni in termini di input e output materico-energetiche. La sostituzione generalizzata del patrimonio edilizio esistente con nuovi edifici iper-tecnologici, è improponibile. In che modo quindi, è possibile ridefinire la normativa e la prassi urbanistica per generare tessuti edilizi energeticamente efficienti? La presente ricerca propone l’integrazione tra la nascente pianificazione energetica del territorio e le più consolidate norme urbanistiche, nella generazione di tessuti urbani “energy saving” che aggiungano alle prestazioni energetico-ambientali dei singoli manufatti quelle del contesto, in un bilancio energetico complessivo. Questo studio, dopo aver descritto e confrontato le principali FER oggi disponibili, suggerisce una metodologia per una valutazione preliminare del mix di tecnologie e di FER più adatto per ciascun sito configurato come “distretto energetico”. I risultati di tale processo forniscono gli elementi basilari per predisporre le azioni necessarie all’integrazione della materia energetica nei Piani Urbanistici attraverso l’applicazione dei principi della perequazione nella definizione di requisiti prestazionali alla scala insediativa, indispensabili per un corretto passaggio alla progettazione degli “oggetti” e dei “sistemi” urbani.

Cooperation and competition in the air transport market: current scenario, possible evolutions and analytical tools

dall'avvento della liberalizzazione, aeroporti e vettori hanno vissuto cambiamenti. Il maggior miglioramneto nella gestione degli aeroporti è una gestione più commerciale ed efficiente. Le forme di regolazione economica e le caratteristiche della gestione manageriale sono state indagate. Dodici paesi sono stati scelti per indagare la situazione del trasporto aereo mondiale, fra questi sia paesi con un sistema maturo sia paesi emergenti. La distribuzione del traffico è stata analizzata con l'indice HHI per evidenziare aeroporti con concentrazione maggiore di 0,25 (in accordo con la normativa statunitense); il sistema aeroportuale è stato analizzato con l'indice di Gini e con l'indice di dominanza. Infine, la teoria dei giochi si è dimostrata un valido supporto per studiare il mercato del trasporto aereo anche con l'uso di giochi di tipo DP

I limiti al diritto di proprietà derivanti dagli strumenti di pianificazione urbanistica. I vincoli urbanistici.

Nella prima parte viene ricostruito il concetto di vincolo espropriativo alla luce dell’elaborazione della giurisprudenza della Corte costituzionale e della Corte EDU, giungendo alla conclusione che rientrano in tale concetto le limitazioni al diritto di proprietà che: - derivano da scelte discrezionali dell’Amministrazione non correlate alle caratteristiche oggettive del bene; - superano la normale tollerabilità nel senso che impediscono al proprietario la prosecuzione dell’uso in essere o incidono sul valore di mercato del bene in modo sproporzionato rispetto alle oggettive caratteristiche del bene e all’interesse pubblico perseguito. Ragione di fondo della teoria dei vincoli è censurare l’eccessiva discrezionalità del potere urbanistico, imponendo una maggiore obiettività e controllabilità delle scelte urbanistiche. Dalla teoria dei vincoli consegue altresì che nell’esercizio del potere urbanistico l’Amministrazione, pur potendo differenziare il territorio, deve perseguire l’obiettivo del riequilibrio economico degli interessi incisi dalle sue determinazioni. L’obbligo della corresponsione dell’indennizzo costituisce la prima forma di perequazione urbanistica. Nel terzo e nel quarto capitolo viene analizzata la giurisprudenza civile e amministrativa in tema di vincoli urbanistici, rilevandone la non corrispondenza rispetto all’elaborazione della Corte costituzionale e l’incongruità dei risultati applicativi. Si evidenzia in particolare la necessità del superamento del criterio basato sulla distinzione zonizzazioni-localizzazioni e di considerare conformative unicamente quelle destinazioni realizzabili ad iniziativa privata che in concreto consentano al proprietario di conseguire un’utilità economica proporzionata al valore di mercato del bene. Nel quinto capitolo viene analizzato il rapporto tra teoria dei vincoli e perequazione urbanistica, individuandosi il discrimine tra i due diversi istituti non solo nel consenso, ma anche nella proporzionalità delle reciproche prestazioni negoziali. Attraverso la perequazione non può essere attribuito al proprietario un’utilità inferiore a quella che gli deriverebbe dall’indennità di esproprio.

La disciplina della gestione aeroportuale e dei servizi aeroportuali nel diritto dei trasporti europeo e nazionale

Dopo gli indubbi sviluppi politici e legali tendenti all’uniformazione è inevitabile non sostenere che anche il mercato della gestione delle infrastrutture e del trasporto aereo a terra costituisce un fattore determinante del trasporto aereo con una più stretta necessità di uniformazione del quadro regolamentare. La gestione aeroportuale e i servizi connessi è collocata all’interno del diritto aereo. Perché si configuri il “trasporto aereo” (nozione dinamica base che caratterizza il diritto del trasporto aereo) si ha la necessità di un accordo tra due paesi – un permesso di volo designato – una finestra di orario di decollo e atterraggio e la regolamentazione delle relative attività connesse, affinché si svolgano in situazione di safety, quale conditio sine qua non di tutte le attività di aviazione. Tuttavia, la migliore dottrina sente il bisogno di una trattazione separata della materia diritto aereo in senso stretto e quella della disciplina aeroportuale, benché i due ambiti sono tra di loro contigui. Questo è legittimato da esigenze contrapposte fra gli operatori dei due settori. In ultima considerazione possiamo sostenere che gli sviluppi legislativi, sia nel diritto aeronautico e in quello marittimo, portano all’abbraccio della impostazione di un diritto dei trasporti inclusivo di ogni forma dell’attuazione del fenomeno trasporto, scollegandosi al solo fenomeno dell’esercizio nautico quale elemento caratterizzante della disciplina. Quale futuro legislativo si prospetta per la gestione del bene aeroporto? Quale sarà la sua dimensione legale su questioni importanti sulle quali esiste una normazione europea come l’allocazione delle bande orarie, tasse aeroportuali e assistenza a terra oppure su quelle che hanno un carattere prevalentemente nazionale? E infine, quale sarebbe la strada da seguire per regolare il nuovo mercato aeroportuale che è passato dalla idea della competizione per il mercato esplorando anche la competizione nel mercato, con aeroporti che si comportano come operatori in concorrenza tra loro?

Quality assessment of a landslide inventory map and its application to land‐use planning. A case study in the Northern Apennines (Emilia‐Romagna region, Italy)

Landslide hazard and risk are growing as a consequence of climate change and demographic pressure. Land‐use planning represents a powerful tool to manage this socio‐economic problem and build sustainable and landslide resilient communities. Landslide inventory maps are a cornerstone of land‐use planning and, consequently, their quality assessment represents a burning issue. This work aimed to define the quality parameters of a landslide inventory and assess its spatial and temporal accuracy with regard to its possible applications to land‐use planning. In this sense, I proceeded according to a two‐steps approach. An overall assessment of the accuracy of data geographic positioning was performed on four case study sites located in the Italian Northern Apennines. The quantification of the overall spatial and temporal accuracy, instead, focused on the Dorgola Valley (Province of Reggio Emilia). The assessment of spatial accuracy involved a comparison between remotely sensed and field survey data, as well as an innovative fuzzylike analysis of a multi‐temporal landslide inventory map. Conversely, long‐ and short‐term landslide temporal persistence was appraised over a period of 60 years with the aid of 18 remotely sensed image sets. These results were eventually compared with the current Territorial Plan for Provincial Coordination (PTCP) of the Province of Reggio Emilia. The outcome of this work suggested that geomorphologically detected and mapped landslides are a significant approximation of a more complex reality. In order to convey to the end‐users this intrinsic uncertainty, a new form of cartographic representation is needed. In this sense, a fuzzy raster landslide map may be an option. With regard to land‐use planning, landslide inventory maps, if appropriately updated, confirmed to be essential decision‐support tools. This research, however, proved that their spatial and temporal uncertainty discourages any direct use as zoning maps, especially when zoning itself is associated to statutory or advisory regulations.