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Direttore responsabile Alessandro Longo

protezione civile

Contro valanghe e terremoti, le frontiere del monitoraggio wireless

di Paolo Rocca, università di Trento

23 Gen 2017

23 gennaio 2017

Sensori wireless e algoritmi intelligenti per supportare i sistemi di Protezione Civile: i progetti TELL-ME e SEMPLICE del Centro Eledia dell’università di Trento

I concetti di Internet of Things e Smart Cities, fino a qualche anno fa considerati pionieristici, sono sempre più radicati nel quotidiano. E’ sufficiente dare uno sguardo alle vendite di smartwatch, smartphone, o di elettrodomestici intelligenti per capire che una nuova “rivoluzione digitale” sta avvenendo, e che tutti noi siamo i principali attori, più o meno consapevoli, di tale processo.
Questo è sicuramente vero parlando di servizi rivolti alla persona, alla semplificazione della vita domestica o alle interazioni sociali. 

Come si pone tuttavia questa realtà nei confronti del territorio in cui viviamo? Quanto e come le smart cities and communities stanno migliorando le loro capacità di prevenzione dei rischi e gestione delle emergenze grazie alla diffusione di tali tecnologie?

Per trovare le risposte a queste domande serve prima un cambio di prospettiva, da quella di cittadino a quella di sistema di Protezione Civile. Da questo punto di vista non valgono le leggi di mercato e non contano il numero di vendite. L’obiettivo non è quello di attrarre l’attenzione degli acquirenti, di stupirli con nuove funzionalità o design accattivanti, bensì quello di garantire la tutela e la sicurezza del territorio e della popolazione che lo vive. In questo contesto non si può fare affidamento ai meccanismi che hanno agevolato la diffusione capillare dei sistemi smart sul mercato consumer, ma serve impiegare risorse sia umane che tecnologiche per focalizzare la ricerca e lo sviluppo verso soluzioni dedicate all’uso dei sistemi di Protezione Civile.

Un esempio di trasferimento di tecnologie intelligenti a supporto delle attività di Protezione Civile lo si trova in Trentino, dove il Servizio Centrale Unica di Emergenza (CUE) della Provincia Autonoma di Trento diretto dalla Dr. Luisa Zappini sta lavorando in stretta collaborazione con il Centro di Ricerca ELEDIA allo sviluppo di strumenti per la supervisione avanzata del territorio.
Il Centro ELEDIA svolge attività di ricerca e di trasferimento tecnologico nel settore dei campi elettromagnetici e delle comunicazioni wireless. Nell’ambito della collaborazione tra CUE ed ELEDIA, i ricercatori ELEDIA studiano, progettano, e sviluppano tecnologie wireless e metodologie intelligenti in grado di monitorare il territorio e supportare i corpi di Protezione Civile nella gestione degli eventi di emergenza. Particolare attenzione è rivolta alla ricerca di sistemi avanzati per il monitoraggo distribuito e continuativo di zone a rischio idrogeologico e/o sismico. In questo senso ELEDIA ha sviluppato in questi anni un sistema denominato TELL-ME basato su tecnologie wireless a basso costo e basso consumo per il monitoraggio di eventi franosi (vedi immagine di apertura articolo).

La soluzione tecnologica investigata sfrutta i principi delle reti di sensori wireless (in inglese Wireless Sensor Network – WSN), che sono alla base del paradigma del Internet of Things. Infatti, tali reti di sensori sono progettate per acquisire una grande mole di dati da un numero elevato di sensori distribuiti sul territorio, autonomi, e facilmente rilocabili in base alle esigenze. Le informazioni misurate vengono trasmesse in remoto tramite collegamenti wireless alle centrali di controllo che possono verificare in tempo reale eventuali anomalie dei fronti frana monitorati. L’utilizzo di sensori eterogenei in grado di misurare vibrazioni, inclinazioni, posizioni relative, e parametri ambientali permette l’analisi puntuale dei movimenti superficiali e di allertare i tecnici in caso di eventi considerati rischiosi. TELL-ME può integrarsi con i sistemi di monitoraggio esistenti aumentandone le prestazioni, fornendo informazione dove e quando necessario pur mantenendo costi e complessità molto ridotti.

Un primo prototipo del sistema TELL-ME è stato installato in collaborazione con il Servizio CUE e la Protezione Civile di Trento presso un sito franoso nel Comune di Giustino, in Val Rendena. L’installazione ha permesso di verificare le prestazioni ottenibili in condizioni operative reali e di calibrare opportunamente i sensori per ottenere un livello adeguato di robustezza, a fronte di un tempo di vita compatibile con le esigenze del monitoraggio. I dispositivi wireless installati sono dotati di piccoli pannelli solari integrati che garantiscono totale autonomia di alimentazione anche per campagne di monitoraggio che possono durare molti mesi o addirittura anni.

L’architettura del sistema TELL-ME ed i risultati delle sperimentazioni svolte in collaborazione con il Servizio CUE hanno inoltre ricevuto riscontro positivo da parte della comunità scientifica internazionale in occasione dell’American Geophysical Union (AGU) Fall Meeting, tenutosi a San Francisco nel 2013, durante il quale è stato presentato il lavoro “Localization strategies in WSNs as applied to landslide monitoring” invitato nella sessione speciale “New technologies in landslide monitoring and risk management”. In tale occasione sono stati mostrati i dati acquisiti presso il sito sperimentale relativi agli spostamenti superficiali misurati con i sensori TELL-ME e combinati con quanto rilevato dalla stazione geodetica utilizzata dalla Protezione Civile come soluzione di monitoraggio ad elevata precisione.

Tra gli aspetti fondamentali dei sistemi di monitoraggio pervasivo come TELL-ME, e più in generale dell’Internet of Things, oltre all’acquisizione di informazioni eterogenee, accurate e continuative (si parla infatti di “big data”), va sottolineata la necessità di trasferire all’utente finale il “significato” attribuito ai dati misurati e di evidenziarne le caratteristiche principali. Disporre di una grande mole di dati ma non di una corretta interpretazione può risultare non solo inefficiente ma per certi versi controproducente. In questo contesto, il Centro ELEDIA ha sviluppato, sempre in stretta collaborazione con il Servizio CUE della Provincia Autonoma di Trento, il sistema SEMPLICE, che si occupa di gestire un numero elevato di flussi dati acquisiti da sistemi eterogenei dedicati alla supervisione del territorio (Fig. 2).

Fig. 2. SEMPLICE – Applicativo per la gestione dei dati di monitoraggio del territorio.

Stazioni di rilevamento sismico, centraline meteo, siti franosi, stazioni di rilievo fluviale, sensori di viabilità, sono alcuni esempi dei tipi di dato gestiti da SEMPLICE. I due obiettivi principali di SEMPLICE sono (i) l’estrazione di pochi indicatori molto significativi a partire da flussi di dati acquisiti dai sensori e (ii) la regolamentazione dell’accesso alle informazioni, differenziate in base al profilo dell’utente. Per esempio, il tecnico geologo specializzato accede ad informazioni di dettaglio sul sensore, mentre il decision-maker responsabile delle operazioni di intervento in emergenza necessita di poche informazioni molto significative, già filtrate e interpretate sulla base dell’esperienza d’ambiente precedentemente appresa ed integrata negli algoritmi di SEMPLICE.

Una versione prototipale del sistema SEMPLICE è stata sviluppata per piattaforme mobili come smartphone e tablet, al fine di agevolare l’accesso alle informazioni anche in mobilità e durante le operazioni di gestione dell’emergenza. Il prototipo dell’applicativo è in dotazione al personale tecnico della Protezione Civile di Trento, con il quale è stata condotta una attività di sperimentazione e di calibrazione degli algoritmi dedicati all’interpretazione e visualizzazione dei dati di monitoraggio.

La combinazione dei dispositivi wireless TELL-ME come sorgenti di dati sperimentali e dello strumento di analisi dati SEMPLICE è un esempio di sistema integrato e completo in grado di aggiornare costantemente la conoscenza del territorio da parte della Protezione Civile e di supportare di conseguenza le fasi decisionali oltre che gli interventi stessi. 

 

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