Digital Transformation in Transport, Construction, Energy, Government and Public Administration

This report provides an analysis of digital transformation (DT) in a selection of policy areas covering transport, construction, energy, and digital government and public administration. DT refers in the report to the profound changes that are taking place in all sectors of the economy and society as a result of the uptake and integration of digital technologies in every aspect of human life. Digital technologies are having increasing impacts on the way of living, of working, on communication, and on social interaction of a growing share of the population. DT is expected to be a strategic policy area for a number of years to come and there is an urgent need to be able to identify and address current and future challenges for the economy and society, evaluating impact and identifying areas requiring policy intervention. Because of the very wide range of interrelated domains to be considered when analysing DT, a multidisciplinary approach was adopted to produce this report, involving experts from different domains. For each of the four sectors that are covered, the report presents an overview of DT, DT enablers and barriers, its economic and social impacts, and concludes with the way forward for policy and future research.JRC.B.6-Digital Econom

Development of mathematical models to improve road freight movements for tunnel infrastructure using connected and autonomous vehicles

Road freight transportation is considered the backbone of country’s socio-economic framework and thus its vital to ensure it is working optimally. The research detailed in this thesis is focused on improving the movement of road freight, especially for hazardous goods vehicles via a road tunnel, with the help of Connected and Autonomous Freight Vehicles (CAV-F). The study analyses real-world Dartford Crossing tunnel data to identify the impact of existing check and allow procedures for Dangerous Goods Vehicles (DGVs) and Abnormal Load Vehicles (ALVs) at a tunnel. A near realistic traffic simulation model is developed as part of analysis and is validated against an independent Highways England’s Motorway Incident Detection and Automatic Signalling (MIDAS) data. The effectiveness of CAV-F in improving road traffic conditions is measured using different simulation scenarios involving mixed traffic (i.e. CAV-F and conventional vehicles alongside) and different real-world tunnel closure conditions. Once the effective performance of CAV-F is established, this research develops a novel mathematical model aimed at automating the check and allow procedures for DGVs at the tunnel. The mathematical model calculates the geo-reference locations for the placement of cooperative communications between the vehicles and road infrastructure to generate dynamic vehicular gaps. This will allow desired safety gaps between the platoon of DGVs and its preceding and following vehicles enabling isolated travel via the road tunnel to ensure safe and secure passage. The mathematical model is verified for different road layouts determined based on geo-referenced locations, approaching a road tunnel. Using traffic simulation, the results determine if the modulation of vehicles’ speeds at identified geo-referenced locations are suitable for desired gap generation. Finally, to conclude the research questions, the second mathematical model is developed to help uninterrupted traffic merging at the junctions, as was observed after the successful gap generation. This model could also be generalised to optimise the traffic merge sequence at a motorway junction. The approach is inspired by the noise cancellation technique which utilises destructive wave interference patterns, where vehicular flow on two merging roads is considered as traffic waves. By analysing the merge sequence of vehicles at the junction from fixed equidistant positions on separate roads, the dynamic phase shifting is applied by modulating the speeds of the identified vehicles which would otherwise approach at the junction simultaneously, leading to queue formation (or collision). The performance of the approach is then measured using a traffic simulation model and are determined against existing real-world traffic flow on motorways for improvements in travel time, and traffic throughput and reduction in congestion, with increasing traffic density

Progetto di reti di trasporto orientato al miglioramento della qualit\ue0 urbana: un'applicazione delle potenzialit\ue0 dei veicoli autonomi

Negli ultimi anni \ue8 cresciuto considerevolmente l'interesse per la mobilit\ue0 urbana, non solo per l'aumento delle esternalit\ue0 negative generate dai trasporti, ma soprattutto perch\ue9 le recenti innovazioni tecnologiche stanno offrendo soluzioni particolarmente efficaci proprio nei contesti urbani. Queste nuove tecnologie vanno ad integrarsi con il concetto di sostenibilit\ue0, il quale \ue8 molto discusso e affrontato da diversi settori, in particolare da quello dei trasporti e della pianificazione territoriale. Tra le diverse definizioni di "trasporto sostenibile" che si possono trovare in letteratura, il Consiglio Europeo ha fornito un prezioso chiarimento, affermando che "un sistema di trasporto sostenibile \ue8 accessibile, sicuro, e rispettoso dell'ambiente\u201d. Nel 2015, l'Assemblea Generale delle Nazioni Unite ha adottato una serie di 17 obiettivi di sviluppo sostenibile. Sustainable Development Goals (SDG) 11 \ue8 dedicato alle citt\ue0 e afferma che bisogna renderle inclusive, sicure, resilienti e sostenibili. Il documento \u201cNew Urban Agenda\u201d, approvato a Quito nell'ottobre 2016 durante \u201cUN Conference on Housing and Sustainable Urban Development (Habitat III)\u201d, si concentra anche sul trasporto sostenibile e sullo sviluppo urbano sostenibile. Portando l\u2019attenzione alle aree urbane, il problema della congestione stradale combinato con la necessit\ue0 di ridurre le emissioni inquinanti, le problematiche legate alla sicurezza stradale dei veicoli ma anche legata alla \u201csoft mobility\u201d (cio\ue8 la mobilit\ue0 di pedoni e ciclisti) ha portato il mondo della ricerca allo studio e allo sviluppo di soluzioni che forniscano valide alternative al trasporto privato. Il continuo crescere del numero di veicoli privati e di conseguenza l\u2019aumento dei flussi stradali, ha reso sempre pi\uf9 necessario lo sviluppo di sistemi di sicurezza sia per il singolo utente che per la sicurezza stradale. Per ridurre l\u2019impatto ambientale, economico e sociale del trasporto stradale sarebbe corretto che una parte della domanda di mobilit\ue0 fosse soddisfatta da altri sistemi di trasporto maggiormente sostenibili. Per far fronte a queste problematiche combinate, l\u2019ingegneria dei trasporti ha iniziato a sviluppare nuovi sistemi di trasporto come i veicoli autonomi (AVs). Questi nuovi mezzi di trasporto equipaggiati di telecamere, sensori, radar e lidar, potranno muoversi autonomamente nel traffico cittadino e autostradale. Nello specifico, l'introduzione di mezzi a guida autonoma potrebbe cambiare radicalmente lo scenario consentendo, da una parte, un miglioramento e una diffusione pi\uf9 capillare del servizio pubblico, e dall'altra, l'implementazione di politiche di controllo e moderazione dell'uso dei veicoli individuali su aree estese del territorio pi\uf9 densamente urbanizzato (e congestionato), senza il rischio di ridurne l'accessibilit\ue0 e creare esclusione sociale. Sfruttando le caratteristiche dei veicoli autonomi, l\u2019interconnessione fra di loro (V2V) e con l\u2019infrastruttura (V2X) in tempo reale sar\ue0 possibile migliorare l\u2019ambiente di guida, la sicurezza stradale e le caratteristiche del flusso veicolare in particolar modo sar\ue0 possibile gestire le condizioni di traffico congestionato andando cos\uec ad aumentare la sostenibilit\ue0 del trasporto stradale e nel caso di traffico cittadino di migliorare i livelli di inquinamento delle aree urbane. Inoltre con l\u2019introduzione dei veicoli autonomi \ue8 stato valutato che sar\ue0 possibile andare a controllore e gestire al meglio l\u2019utilizzo del territorio urbano, quindi si avranno anche degli interessanti impatti sulle aree urbane. L\u2019obiettivo principale del seguente elaborato \ue8 quello di presentare un nuovo approccio analitico e risolutivo per valutare, attraverso un sistema di modelli di interazione trasporti-territorio, gli impatti sulla domanda di mobilit\ue0 e sull'uso del suolo; precisamente l\u2019impatto dei veicoli autonomi sull'infrastruttura e sulla pianificazione territoriale al fine di migliorare la qualit\ue0 urbana, tramite un\u2019opportuna modellazione e analisi. La prima parte dell\u2019elaborato ha lo scopo di valutare lo stato dell\u2019arte attuale circa le tematiche principali ovvero la sostenibilit\ue0 nell'ambito dei trasporti e nell'ambito urbano, e i veicoli autonomi. Nella seconda parte verranno affrontati gli obiettivi principali, il primo \ue8 l\u2019analisi e la valutazione di un modello di assegnazione multiclasse, considerando quindi due classi di veicoli e una condizione di traffico veicolare misto composto da veicoli autonomi e tradizionali. Grazie ai modelli si assegnazione \ue8 possibile simulare l\u2019interazione fra il modello di offerta e di domanda di trasporto, e riprodurre gli effetti della congestione stradale sui flussi veicolari. In questo modo sar\ue0 possibile valutare come cambieranno le dinamiche del traffico veicolare con l\u2019introduzione dei veicoli a guida autonoma. Successivamente verr\ue0 affrontato il secondo obiettivo della tesi, cio\ue8 la valutazione dell\u2019impatto del traffico misto sulla rete stradale. Quindi \ue8 stato definito un problema di network design capace di valutare gli impatti del flusso veicolare misto sull'infrastruttura esistente in particolare andando a valutare l\u2019eventuale possibilit\ue0 di chiudere degli archi stradali alla mobilit\ue0 mantenendo intatte le caratteristiche e le prestazioni della rete di trasporto. I seguenti problemi possono essere considerati quando si vogliono prendere delle decisioni strategiche, tattiche o operative in merito alla pianificazione territoriale e urbanistica. Entrambi i modelli sono stati validati attraverso l\u2019applicazione a un caso reale, e successivamente i modelli sono stati utilizzati per valutare un intervento urbanistico per la citt\ue0 di Genova. Infine per rendere operativa la sostenibilit\ue0 urbana ed integrarla nelle politiche territoriali sono stati definiti tre indicatori per permettere la valutazione del livello di sostenibilit\ue0 della citt\ue0 di Genova. In particolare sono stati valutati i possibili incrementi delle aree urbane verdi da dedicare alla collettivit\ue0. Sono diversi i punti legati al tema della salute nel contesto urbano e altrettante le azioni da eseguire per mettere in pratica il concetto di sostenibilit\ue0; dal miglioramento della qualit\ue0 dell\u2019aria all'utilizzo di energie rinnovabili, passando dal paesaggio e finendo alla morfologia stessa degli spazi urbani. Il seguente elaborato si \ue8 soffermato sull'ultimo concetto di quelli elencati precedentemente quello legato agli spazi urbani, senza discostarsi dall'impatto del traffico veicolare grossa fonte di inquinamento delle aree cittadine. Grazie all'analisi e agli studi proposti nel seguente documento \ue8 stato possibile valutare che attraverso l\u2019utilizzo di mezzi di trasporto pi\uf9 sostenibili, sar\ue0 possibile ridurre lo spazio dedicato alla circolazione dei veicoli e di conseguenza potr\ue0 cambiare l\u2019assetto urbanistico delle citt\ue0 riacquistando spazi da dedicare ai cittadini sotto forma di aree verdi o per la collettivit\ue0. Questo approccio presentato pu\uf2 essere utile alle amministrazioni pubbliche per iniziare a inquadrare i futuri trend trasportistici e urbanistici al fine di migliorare la vivibilit\ue0 nelle citt\ue0 del domani

From connected vehicles to a connected, coordinated and automated road transport (C2ART) system

Automated and connected vehicles hold significant promise in the reduction of road accidents, traffic congestion and energy use. However, the road transport system is complex and the potential impacts of these vehicles, which could contribute to totally reshape the vehicle use paradigm, are mostly uncertain and could even have undesirable consequences. A significant increase in travel demand is foreseen to occur as these vehicles provide more comfort and a greater accessibility to user groups such as the elderly, young or disabled. This circumstance might require a totally different management of the road transport system. From higher levels of coordination up to the complete control of the system as it already happens in other transport systems like aviation and, in part, maritime, might be required to ensure that the performances of the road system will not gradually collapse. In spite of the potential negative implications of a large-scale deployment of automated vehicles, Public Authorities are mainly focusing their attention on providing the framework in which industry and operators can deploy new technologies and systems. However, as soon as the share of vehicles with higher degrees of automation will increase, the need for different approaches to traffic monitoring and control will immediately emerge. In the present paper the concept of Coordinated Automated Road Transport (C2ART) is presented as an evolution of the road transport management concept in the presence of connected and automated vehicles. The objective of the present work is to collect in a structured way the state of the current knowledge and practice in order to frame different future scenarios that can help policy makers to better plan their strategy as well as assist the academic world to support the evolution by providing the tools that are necessary in the attempt to implement a fully Automated Road Transport system.JRC.C.4-Sustainable Transpor