CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE Valentina Boschian, Monica Clemente, Walter Ukovich ORTS, Dipartimento di Ingegneria e Architettura Università degli Studi di Trieste

OBIETTIVI Obiettivi principali delle attività del gruppo ORTS: Modello per l’ottimizzazione dei flussi dei veicoli aziendali; Software per la gestione telematica della flotta Principali ambiti di ricerca: Sviluppo Sistema di Supporto alle Decisioni DSS (Decision Support System) Gestione telematica flotta Ottimizzazione parametri flotta aziendale 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

AMBITI DI RICERCA Definizione di un metamodello per descrivere il problema del car sharing; Implementazione di un DSS definito sulla base del metamodello da applicare al caso particolare del car sharing per le flotte di veicoli elettrici aziendali; 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

AMBITI DI RICERCA Charging Infrastructure Planning Problem; Algoritmi per la schedulazione delle ricariche dei veicoli elettrici. 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

ANALISI STATO DELL’ARTE CAR SHARING dimensionamento flotte1 localizzazione parcheggi2 ribilanciamento sistema3 accesso al servizio4 (prenotazione / on demand) politiche di tariffazione5 VEICOLI ELETTRICI 6, 7 monitoraggio SoC localizzazione stazioni di ricarica SOLUZIONI ICT applicazioni mobile8 DSS9 sistemi di gestione integrati10 D. K. George, C. H. Xia (2010), Fleet sizing and service availability for a vehicle rental system via closed queueing networks. European Journal of Operational Research, Vol. 21, Issue 1, pp. 198-207 G. H. A. Correia, A. P. Antunes (2012), Optimization Approach to Depot Location and Trip Selection in One-way Carsharing System. Transportation Reasearch Part E: Logistic and Transportation Review, Vol. 48, Issue 1, pp. 233-247 K. Uesugi, N. Mukai, T. Watanabe (2007), Optimization of Vehicle Assignment for Car Sharing System. Proceedings of KES 2007/WIRN 2007, Part II LNAI 4693, pp. 1105-1111 M. Barth, M. Todd, L. Xue (2004), User-Based Vehicle Relocation Techniques for Multiple-Station Shared-Use Vehicle Systems. Proceedings of the 2004 Transportation Research Board Annual Meeting, Whashington D. M. Duncan (2010), The cost saving potential of car sharing in US context. Transportation, Vol. 38, Issue 2, pp. 363-382 N. Masuch, M. Lutzenberger, S. Ahrndt, A. Hessler, S. Albayrak (2011), A Context-Aware Mobile Accessible Electric Vehicle Management System. Proceedings of the 2011 Federated Conference on Computer Science and Information Systems, pp. 305-312 R. Manzini, A. Pareschi (2012), A Decision Support System for the Car Pooling Problem. Journal of Transportation Technologies, No. 2, pp. 85-101 A. Colorni, D. Ciccarelli, A. Luè, V. Morrocchi, D. Rossi (2005), Dreams: An Integrated Information and Management System for Traditional and Innovative Mobility Services in Milan, Italy. Proceedings of the 10th EWGT Meeting and 16th Mini-EURO Conference. S. Nakayama, T. Yamamoto, R. Kitamura (2002), Simulation Analysis for the Management of an Electric Vehicle-Sharing System - Case of the Kyoto Public-Car System. Transportation Research Record, No. 1791, pp. 99-104 Y. Gao, M. Ehsani, J. M. Miller (2005), Hybrid Electric Vehicle: Overview and State of the Art. Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vol. 1, pp. 307-316 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

ANALISI STATO DELL’ARTE FLOTTE AZIENDALI 3 livelli decisionali flotta/rimborso chilometrico? tipologia di veicoli infrastrutture (…) STRATEGICO car policy dimensionamento flotta replacement strategies (…) TATTICO OPERATIVO assegnazione veicoli schedulazione rifornimenti/ricariche gestione real time flotta (…) 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

ANALISI STATO DELL’ARTE Electrification Coalition (2010), Fleet Electrification Roadmap A. Redmer (2008), Vehicle Replacement Planning in Freight Transportation Companies. Proceedings of the 10th Meeting of the EURO Working Groupon Transportation “Advances in Modelling, Optimization and Management of Transportation Processes and Systems. Theory and Practice.”, Poznan,13-16 September 2005, pp. 141–146. T. H. Stasko, H. O. Gao (2012), Developing Green Fleet Managament Strategies: Repair / Retrofit / Replacement Decisions Under Environmental Regulation. Transportation Research Part A, pp. 1216-1226 M. A. Figliozzi, J. A. Boudart, W. Feng (2011), Economic and Environmental Optimization of Vehicle Fleets: A Case Study of the Impacts of Policy, Market, Utilization and Technological Factors. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board of the National Academies, Washington D.C., Vol. 2252, pp. 1-6 V. Chocteau, D. Drake, P. R. Kleindorfer, R. J. Orsato, A. Roset (2011), Collaborative Innovation for Sustainable Fleet Operations: The Electric Vehicle Adoption Decision. INSEAD Working Paper No. 2011/52/TOM/INSEAD Social Innovation Centre V. Chocteau, D. Drake, P. Kleindorfer, R. J. Orsato, A. Roset (2011), Sustainable Fleet Operations in the Postal Sector. INSEAD Working Paper No. 2010/105/TOM/ISIC Social Innovation Centre M. Ravnitzky (2009), Electric Drive Vehicles for Mail Delivery: Identifying Key Issues. Proceedings of the Advanced Workshop in Regulation and Competition Center for Reasearch in Regulated Industries, Rutgers University, 28th Annual Eastern Conference, Skytop, Pennsylvania 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

PERFORMANCES - OBIETTIVI COMPORTAMENTO SISTEMA STRUTTURA DSS CONFRONTO PERFORMANCES - OBIETTIVI SISTEMA DI GESTIONE COMPORTAMENTO SISTEMA STATO REGOLE DI EVOLUZIONE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML MODULO DESCRITTIVO APPROCCIO UTILIZZATO METAMODELLO FORMALIZZATO IN UML descrizione STATICA descrizione DINAMICA diagramma dei PACCHETTI diagramma delle CLASSI diagramma delle ATTIVITÀ 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DESCRITTIVO CAR SHARING DIAGRAMMA DEI PACCHETTI 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DESCRITTIVO UTENTE DIAGRAMMA DELLE CLASSI - CAR SHARING +IDUtente +Dati personali +Metodi di pagamento +Tipo di utente +Registrazione() +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DESCRITTIVO DIPENDENTE DIAGRAMMA DELLE CLASSI - FLOTTA AZIENDALE DIPENDENTE +IDDipendente +Dati personali +Qualifica +Prenotazione veicolo () +Cancellazione prenotazione veicolo () +Modifica prenotazione () +Modifica dati personali () +Modifica metodo di pagamento () +Richiesta dotazioni particolari () 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DESCRITTIVO DIAGRAMMA DELLE ATTIVITÀ SCENARIO TO BE SCENARIO AS IS 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

ribilanciamento sistema politiche di tariffazione MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE ESEMPIO DI APPLICAZIONE PROBLEMATICHE CONSIDERATE ribilanciamento sistema politiche di tariffazione MECCANISMO DI INCENTIVAZIONE che favorisca un BILANCIAMENTO NATURALE del sistema (user based) 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

FACILITY LOCATION PROBLEMS CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM LOCALIZZAZIONE PARCHEGGI FACILITY LOCATION PROBLEMS CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM ANALISI LETTERATURA 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

CHARGING INFRASTRUCTURE PLANNING PROBLEM 3 DIMENSIONI DI SCELTA MODO di ricarica TIPOLOGIA TIPO di infrastruttura DIMENSIONAMENTO LOCALIZZAZIONE 2 PROSPETTIVE UTENTE GESTORE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODI DI RICARICA attualmente 3 TECNOLOGIE DI RICARICA livello 1 SLOW CHARGING fino a 3.7 KW ~ 10 h livello 2 QUICK CHARGING da 3.7 kW a 22 kW ~ 6-8 h livello 3 FAST CHARGING superiore a 22 kW ~ 30 min compresenza necessaria delle 3 tecnologie A. Hess, F. Malandrino, M. B. Reinhardt, C. Cassetti, K. A. Hummel, J. M. Barcelò-Ordinas (2012), Optimal Deployment of Charging Stations for Electric Vehicular Networks. First ACM CONEXT Workshop on Urban Networking, Nice, France, December 2012.  09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

LE INFRASTRUTTURE DI RICARICA 4 possibili SOLUZIONI colonnina pubblica isolata CCS (Centralized Charging Station) punti di ricarica privati (abitazioni + luoghi di lavoro prese standard) riconversione parcheggi esistenti 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

DIMENSIONAMENTO E LOCALIZZAZIONE fattori da tenere in considerazione domanda di mobilità tipologie di utenti (tipo di veicoli ed uso dei veicoli) rete di distribuzione criteri paesaggistici economia – budget a disposizione 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

VARIAZIONI DI TENSIONE OTTIMIZZAZIONE UTENTE minimizzazione COSTO D’ACCESSO costo energia necessaria per raggiungere la stazione di ricarica costo tempo necessario per raggiungere la stazione di ricarica minimizzazione LIFECYCLE COSTS GESTORE minimizzazione IMPATTO SULLA RETE aspetto QUANTITATIVO aspetto QUALITATIVO minimizzazione PERDITE minimizzazione VARIAZIONI DI TENSIONE 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

schedulazione ricariche CENTRALIZZATA DECENTRALIZZATA «aggregatore» ogni singolo EVs decide il proprio profilo di ricarica ogni singola stazione decide quali EVs servire elabora una strategia di schedulazione la comunica ai singoli EVs 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

SCHEDULAZIONE RICARICHE A. Andreotti, G. Carpinelli, F. Mottola, D. Proto, A Review of Single-Objective Optimization Models for Plug-in Vehicles Operation in Smart Grids. Part I: Theoretical Aspects, Proc. 2012 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2012 A. Andreotti, G. Carpinelli, F. Mottola, D. Proto, A Review of Single-Objective Optimization Models for Plug-in Vehicles Operation in Smart Grids. Part II: Numerical Applications to Vehicles Fleet, Proc. 2012 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2012 E. K. Karfopoulos, N. D. Hatziargyriou, A Multi-Agent System for Controlled Charging of a Large Population of Electric Vehicles, IEEE Transactions on Power Systems, 2012 Q. Li, T. Cui, R. Negi, F. Franchetti, M. D. Ilic, On-line Decentralized Charging of Plug-in Electric Vehicles in Power Systems, http://arxiv.org/abs/1106.5063, 2011 L. Gan, U. Topcu, S. Low, Optimal Decentralized Protocol for Electric Vehicle Charging, Proc. of of the 50 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011 H. Qin, W. Zhang, Charging Scheduling with Minimal Waiting in a Network of Electric Vehicles and Charging Stations, Proc. of VANET ‘11 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

SCHEDULAZIONE RICARICHE Y. Dashora, J. W. Barnes, R. S. Pillai, T. E. Combs, M. Hilliard, M. S. Chinthavali, The PHEV Charging Infrastructure Planning Problem, International Journal of Emerging Electric Power Systems. Vol. 11, Issue 2, 2010 M. Gharbaoui, V. Valcarenghi, R. Bruno, B. Martini, M. Conti, P. Castoldi, An Advanced Smart Management System for Electric Vehicle Recharge, Proc. of the 2012 IEEE International Electric Vehicle Conference, 2012 A. D. Domınguez-Garcia, C. N. Hadjicostis, Distributed Algorithms for Control of Demand Response and Distributed Energy Resources, Proc. of 50 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2011 A. D. Domınguez-Garcia, S. T. Cady, C. N. Hadjicostis, Decentralized Optimal Dispatch of Distributed Energy Resources, Proc. of 51 th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference, 2012 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

SCHEDULAZIONE RICARICHE 2 problemi di assegnazione interdipendenti ASSEGNAZIONE VEICOLO-STAZIONE DI RICARICA OBIETTIVO: MINIMIZZAZIONE PERDITE IN RETE carico sulla rete prezzo energia ASSEGNAZIONE STAZIONE DI RICARICA-GENERATORE (determinazione topologia rete) 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

SCHEDULAZIONE RICARICHE 2 problemi di assegnazione interdipendenti strategia risolutiva centralizzata (fase 1) decentralizzata (fase 2) peculiarità: PARAMETRI FUNZIONE DEL TEMPO algoritmi di CONSENSO DISTRIBUITO 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

BACK-UP

MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SERVIZIO CAR SHARING DI PORDENONE 2 aree di parcheggio (P3 e P5) 10 veicoli elettrici sistema one-way rental circolazione all’interno della ZTL parcheggio gratuito nella ZTL 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE MONITORAGGIO DISTRIBUZIONE VEICOLI incentivazione Incentivo Condizione Suggerimento N(P3) > 2 ˄ N(P5) > 2 - 1 N(P3) <= 2 ˄ N(P5) <= 2 T_viaggio <= 20 min 2 N(P3) <= 2 Dest = P3 3 N(P5) <= 2 Dest = P5 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

FRAZIONE DI UTENTI SERVITA MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE FRAZIONE DI UTENTI SERVITA 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE GUADAGNO AZIENDA monitoraggio in real time gestione offline + 23% in media -17% in media 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE

MODULO DI SIMULAZIONE – OTTIMIZZAZIONE SVILUPPI FUTURI analisi elasticità domanda utilizzo modello di simulazione per la valutazione di altri scenari di intervento modello di simulazione per le flotte aziendali 09/07/2013 CAR SHARING E FLOTTE AZIENDALI: MODELLI PER LA GESTIONE