analisi di rischio: metodologie e considerazioni

Workshop
“Mezzi Aerei a Pilotaggio Remoto”
Analisi di rischio: metodologie e considerazioni
Fulvia Quagliotti, Giorgio Guglieri
Politecnico di Torino (DIMEAS) – Mavtech srl
Istituto Superiore Antincendi
Via del Commercio, 13 - Roma
10 giugno 2014
1



JAA/EUROCONTROL, “A Concept for European Regulation for Civil
Unmanned Aerial Vehicle”, 2004, Appendice 3.5
K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl, “On Integrating
Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System”,
Springer, 2008, Capitolo 5
FAA–AC431.35, “Expected Casualty Calculations for Commercial
Space Launch and Reentry Missions”, sostituito da “Flight Safety
Analysis Handbook”, 2011
2
Criteri:



Area letale d’impatto
Densità abitativa
3
area letale d’impatto






Energia cinetica
Massa
Velocità
k sulla base di dati storici
densità effettiva di popolazione
D = 100 ab/km2

UAV SAFETY OBJECTIVES

Si impone il numero di vittime per milione di ore di volo pari a

Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici:
4
Criteri:



Numero di persone coinvolte in un eventuale impatto
Probabilità che gli effetti dell’impatto siano letali

Energia cinetica del velivolo

Fisiologia umana

Protezione/conformazione dell’area sorvolata
5

Numero di persone coinvolte nell’impatto

Superficie interessata all’impatto
6

Probabilità che l’impatto sia letale

Energia cinetica
Old Model: modello precedente degli stessi autori
New Model: il fattore k migliora le stime della
probabilità di fatalità per bassi livelli di energia
Fonte: K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl, “On Integrating
Unmanned Aircraft Systems into the National Airspace System”,
7
Springer, 2008, Capitolo 5

Sheltering factor:





dipende dal tipo di area sorvolata
quantità di ostacoli lungo la traiettoria del velivolo
capacità degli ostacoli di assorbire energia o deflettere i detriti
possibilità di riparo offerta dagli ostacoli
Elevato Ps -> miglior riparo -> minore Pf

UAV SAFETY OBJECTIVES

Si impone il numero di vittime per ore di volo pari a

Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici
8
Criteri:



Densità abitativa
Area d’impatto
9
Calcolo dell’area d’impatto:

Dimensioni geometriche dell’APR
Dimensioni medie dell’essere umano

Raggio del corpo umano (rp = 0,3 m)

Altezza di un essere umano (Hp = 1,8 m)

Angolo d’impatto



Impatto verticale:
Rapr [m]: massima dimensione lineare
dell’APR



UAV SAFETY OBJECTIVES

Impatto con velocità orizzontale:
d [m]: distanza orizzontale percorsa
dall’APR
ϒ : angolo di impatto
Si impone la probabilità complessiva di causare danni
al suolo pari a
Probabilità massima accettabile per guasti catastrofici
N. B. : Nel caso di operazioni in aree congestionate, non si è tenuto conto del fattore
0.1÷0.5 indicato nell’Appendice della bozza della circolare ENAC NAV “Mezzi Aerei a
Pilotaggio Remoto”
10
Ala fissa: MicroHawk 850





Materiale: EPP/nylon
Massa: 1 kg
Apertura alare: 872 mm
Diametro elica: 230 mm (9 in)
Multirotore: QX-Rotor





Materiale: Alluminio/Fibra di vetro
Massa: 2,9 – 4,7 kg
Massima dimensione lineare: 1 m
Diametro elica: 381 mm (15 in)
11
Densità abitativa: Dp = 25 ab/km2 = 25·10-6 ab/m2
Ala fissa


JAA/EUROCONTROL:

M
Sref
Ac
P
1/P
[kg]
[m2]
[m2]
[1/h]
[h]
1
0.247
0.071
0.562
1.8
K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl:

M
V
Ec
Ae
Ne
k
Ps
Pf
P
1/P
[kg]
[m/s]
[J]
[m2]
[ab]
[-]
[-]
[-]
[1/h]
[h]
1
42
882
1.451
3.63E-05
0.087
4
0.255
0.108
9.3

FAA–AC431.35 :
Rapr
ϒ
d
Ac
P
1/P
[m]
[deg]
[m]
[m2]
[1/h]
[h]
0.872
45
1.8
8.534
0.0047
213
12
Densità abitativa: Dp = 25 ab/km2 = 25·10-6 ab/m2
Multirotore


JAA/EUROCONTROL:

M
Sref
Ac
P
1/P
[kg]
[m2]
[m2]
[1/h]
[h]
Q4
2.9
0.456
0.195
0.205
4.9
Q8
4.7
0.456
0.372
0.108
9.3
K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl:

M
V
Ec
Ae
Ne
k
Ps
Pf
P
1/P
[kg]
[m/s]
[J]
[m2]
[ab]
[-]
[-]
[-]
[1/h]
[h]
Q4
2.9
37
1991
3.665
9.16E-05
0.047
4
0.397
0.027
36
Q8
4.7
37
3227
3.665
9.16E-05
0.033
4
0.489
0.022
45

FAA–AC431.35 :
Rapr
ϒ
Ac
P
1/P
[m]
[deg]
[m2]
[1/h]
[h]
Q4
1
90
5.309
0.0075
133
Q8
1
90
5.309
0.0075
133
13
Quadrato Rosso: lato 1km
Quadrato Verde: lato 2km
14
8
7
6
1
0
5
2
3
4
Area
Superficie
D
Ps
[-]
[km2]
[ab/km2]
[-]
0
1
10
1
1
0.5
10
2
2
0.25
10
3
3
0.5
10
6
4
0.25
5000
12
5
0.5
2000
12
6
0.25
500
12
7
0.5
10
2
8
0.25
10
2
Media
Ponderata
601.25
4.81
15
Densità abitativa: Dp = 601.3 ab/km2 = 601.3·10-6 ab/m2
Ala fissa:




JAA/EUROCONTROL:
M
Sref
Ac
P
1/P
[kg]
[m2]
[m2]
[1/h]
[h]
1
0.247
0.071
0.023
42.8
K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl:
M
V
Ec
Ae
Ne
k
Ps
Pf
P
1/P
[kg]
[m/s]
[J]
[m2]
[ab]
[-]
[-]
[-]
[1/h]
[h]
1
42
882
1.451
8.73E-04
0.131
4.81
0.178
0.006
154.9

FAA–AC431.35 :
Rapr
ϒ
d
Ac
P
1/P
[m]
[deg]
[m]
[m2]
[1/h]
[h]
0.872
45
1.8
8.534
0.00019
5132
16
Densità abitativa: Dp = 601.3 ab/km2 = 601.3·10-6 ab/m2
Multirotore:




JAA/EUROCONTROL:
M
Sref
Ac
P
1/P
[kg]
[m2]
[m2]
[1/h]
[h]
Q4
2.9
0.456
0.195
0.008
118
Q8
4.7
0.456
0.195
0.004
224
K. Dalamagkidis, K. P. Valavanis, L. A. Piegl;
M
V
Ec
Ae
Ne
k
Ps
Pf
P
1/P
[kg]
[m/s]
[J]
[m2]
[ab]
[-]
[-]
[-]
[1/h]
[h]
Q4
2.9
37
1991
3.665
2.20E-03
0.079
4.81
0.275
0.0016
607
Q8
4.7
37
3227
3.665
2.55E-03
0.059
4.81
0.344
0.0013
759

FAA–AC431.35 :
Rapr
ϒ
Ac
P
1/P
[m]
[deg]
[m2]
[1/h]
[h]
Q4
1
90
5.309
0.0003
3192
Q8
1
90
5.309
0.0003
3192
17




Metodologia FAA–AC431.35 più restrittiva
In controtendenza rispetto alle prime due metodologie: Il velivolo ad ala fissa (M = 1
kg) risulta “più pericoloso” rispetto ai multirotori (M = 2,9 ÷ 4,7 kg)
Non vengono presi in considerazione:

massa del velivolo,

quota di volo,

velocità d’impatto
Influenza più rilevante dell’angolo
d’impatto per la metodologia FAA–
AC431.35, rispetto alla metodologia
Dalamagkidis, Valavanis, Piegl


Variazione sensibile dell’area d’impatto
in funzione della dimensione del relitto
inerte
Massima dimensione lineare sostituita da
area disco elica, scalata per il numero di
rotori nel caso di multicotteri
18



Diagramma area d’impatto in funzione della densità abitativa, parametrizzato per tre
valori di probabilità massima accettabile (assumendo Ec = 10-6)
Per un valore realistico di P=0.01, le aree di impatto ammissibili (e quindi le dimensioni
dell’APR) tendono ad azzerarsi in presenza di densità abitative > 100 ab/km2
Si consiglia di introdurre un coefficiente correttivo di attenuazione del rischio per
ottenere dei valori dimostrabili con attività sperimentali
19

Soluzione correttiva proposta:
Revisione dei valori di sheltering factor tratti dalla metodologia Dalamagkidis,
Valavanis, Piegl, utilizzando valori in percentuale (da 0% a 100%) associati alle tipologie
di aree sorvolate (tipo di protezione offerta da vegetazione, edifici e infrastrutture)
Percentuale
di
protezione
Possibile tipologia di area
sorvolata
0%
Area sgombra da ostacoli (Pf = 1)
25 %
Presenza nell’area di alberi radi
50 %
Presenza nell’area di alberi folti o
edifici bassi
75 %
Presenza nell’area di edifici alti
(quartieri residenziali)
100 %
Presenza di edifici in cemento
armato o strutture in acciaio
(area industriale)
@
,
20

Introduzione fattore di probabilità G:
Zona
,
4
D
arco
P
1/P
[ab/km2]
[deg]
[1/h]
[h]
1
2879.9
β=36.87
3.97E-04
2516.4
2
1477.6
γ =53.13
5.37E-04
1861.0
3
503.5
β=36.87
2.27E-03
440.1
4
10
180° + 2 α
=233.13
1.81E-02
55.3
La valutazione è stata eseguita per il
velivolo ad ala fissa MH850
α
α
β
β
γ
3
2
1
21
Area Torino Aeritalia:
Se il dimensionamento dell’area delle operazioni e della buffer area è scelto
correttamente, si ricade nel caso dello scenario non critico (a meno di un
eventuale coefficiente di sicurezza <1 moltiplicativo della probabilità̀ massima di
evento catastrofico)

area delle operazioni: circonferenza di raggio 200 m

buffer area: corona circolare, con raggio esterno di 600 m

22





Riduzione dimensione caratteristica RPAS (area disco, scalata per il
numero di rotori nel caso di multicotteri);
Introduzione di un fattore correttivo <1 per il calcolo dell’area di
impatto (Sheltering Factor derivato sulla base della metodologia 2
che tenga anche conto dei livelli di energia);
Attenuazione dell’effetto dell’angolo di caduta sul calcolo del valore
dell’aerea di impatto;
Correzione dei riferimenti antropometrici (rp = 0.23 m, Hp = 1.75 m);
Nel caso di operazioni in area critica ai fini dell’analisi di rischio è
vitale scegliere correttamente l’area delle operazioni e la buffer area.
23

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