Simulazione dinamica di vulnerabilità e interdipendenze in sistemi infrastrutturali eterogenei

Modern industrialized societies depend radically on the right operation of a group of technological infrastructures, such as electrical grids, road, railway or communication networks, and other networks, that are very important for welfare and development of a Nation. This kind of networks are called Critical Infrastructure (CI) and they have become so interdependent, that they set up “system of systems” of complex socio-technical assets. In such a context failure events for a single infrastructure can propagate on other connected infrastructures, causing damages and disservices to people and place, which could be very distant from the point of origin. This project, in collaboration with JRC and the regional project PReSIC, analyzed vulnerable and interdependent phenomena in a system resilience logic, focalizing on the functional modeling of CI-networks. Beginning from a first version developed in previous researches the model has been extended and optimized to the study of heterogeneous CI-systems, i.e. systems characterized by different types of CI. In this particular case it has been modeled the interaction between electric and transport CI. It has been developed a simulation tool based on the Matlab platform Simulink, in order to obtain an instrument that is user friendly even for users, who are not expert at simulation, such as policy makers or risk manager. The simulator allows the automatic creation and the simulation of any extended network, also subject to multiple threats, through algorithms specifically developed. The simulator is able to describe in a dynamic way the evolution of network parameters in order to understand better the infrastructure resilience and to evaluate the functional, logic and proximity interdependences. Finally the simulator has been tested with the study of CI network behaviors of the province of Milan under different blackout scenario.

Le moderne società industrializzate dipendono in modo radicale dal corretto funzionamento di un insieme d’infrastrutture tecnologiche, quali le reti energetiche, quelle viarie, ferroviarie, le reti di telecomunicazione ed altre che, per la loro rilevanza sul benessere della popolazione e lo sviluppo economico di un paese, sono genericamente indicate come Infrastrutture Critiche (IC). Tali IC sono divenute sempre più interdipendenti tanto da formare un unico sistema di sistemi socio-tecnici complessi. In questo contesto, eventi dannosi per una infrastruttura possono propagarsi per effetto domino ad altre, generando danni e disservizi a persone e cose in luoghi anche molto distanti dal punto sorgente. In questo lavoro, in collaborazione con JRC e il progetto regionale PReSIC, ci si è concentrati sulla modellazione funzionale di reti di IC per poter analizzare fenomeni di vulnerabilità e interdipendenza in una logica di resilienza di sistema. Partendo da una prima versione sviluppata in ricerche precedenti, tale modello è stato esteso ed ottimizzato per lo studio di sistemi di IC eterogenei, cioè in cui sono presenti differenti tipologie di IC. In particolare, è stata modellata l’interazione tra IC elettriche e di trasporto. E’ stato quindi sviluppato un tool di simulazione basato sulla piattaforma Simulink di Matlab al fine di ottenere uno strumento user friendly anche per utenti non esperti di simulazione, come ad esempio policy makers o risk manager di Enti gestori. Il simulatore, tramite algoritmi appositamente sviluppati, permette la creazione automatica e la simulazione di una rete qualsivoglia estesa e soggetta a minacce anche multiple; è in grado di descrivere in maniera dinamica l’evoluzione dei parametri di rete per cogliere al meglio la resilienza delle infrastrutture e valutarne le interdipendenze funzionali, logiche e di prossimità. Infine, il simulatore è stato testato nello studio dei comportamenti della rete di IC della provincia di Milano sotto differenti scenari di blackout.