DATI DEL PROGETTO

A.1) SINTESI DEL PROGETTO
(innovatività dell’attività che si intende intraprendere, risultati di R&S che si intendono valorizzare e relative modalità attuative rispetto al mercato/i di riferimento, coerenze delle competenze ed expertise dei soci, dipendenti e dei partner rispetto al processo di valorizzazione, industrializzazione/commercializzazione che si intende implementare, vincoli e problematiche gestionali da superare, specifiche quantitative da conseguire, impatti attesi)

L’obiettivo principale del progetto è lo sviluppo di un sistema di monitoraggio strutturale , che utilizzi tecniche di monitoraggio diretto multisensoriali, per potere acquisire tutte le grandezze fisiche di interesse (deformazioni, spostamenti e velocità di spostamento, inclinazioni, tensioni, temperature, ecc…) che di volta in volta vengono individuate come rappresentative per l’opera in esame, utilizzando al contempo anche tecniche di monitoraggio Geotecnico che permettono di avere una migliore comprensione delle condizioni del sito, sia durante la fase di progettazione, nonché di conoscere, le tensioni, i carichi e le deformazioni del terreno in cui è presente l’opera da monitorare.
Il progetto prevede la realizzazione della piattaforma, la sperimentazione in laboratorio ed infine l’utilizzo in campo in una struttura reale; è previsto l’interfacciamento del sistema con la piattaforma software web SpiderNet, già sviluppato e commercializzato da uno dei soci proponenti il progetto, che consente la gestione di sistemi ed impianti di monitoraggio anche complessi e di diversa tipologia (monitoraggio strutturale, ambientale, geotecnico, ecc.), permette la visualizzazione dei dati acquisti in campo da diverse tipologie di data logger, e può essere utilizzato mediante un normale browser web senza necessità di installazione di pacchetti software aggiuntivi e da un qualunque dispositivo che può accedere ad internet (PC, tablet, smartphone).
Il prodotto finale sarà un sistema di monitoraggio strutturale, di basso costo, che può essere integrato nella struttura da monitorare e scalabile.
Tutti i soci coinvolti nel progetto possiedono le competenze necessarie allo sviluppo del progetto, ed in particolare si occupano attualmente di:
• Diagnostica strutturale e dei materiali in situ
• Monitoraggio nel campo dell’ingegneria civile (edifici/infrastrutture), geotecnica ed ambientale
• Rilievo delle vibrazioni
• Prove di carico su solai
• Strumentazione per esecuzione di prove sperimentali
• Prove e monitoraggio dinamici
• certificazione di qualità dei materiali da costruzione
• ispezione e sorveglianza di ponti, viadotti e gallerie
• diagnosi dei fenomeni di degrado e controllo della capacità residua di prestazione dei manufatti
• indagini geognostiche: sondaggi, prove penetrometriche, statiche e dinamiche, prospezioni geofisiche e profili georadar
• indagini geotecniche con la caratterizzazione, in laboratorio ed in situ, dei parametri fisico – meccanici dei terreni
• Progettazione e Sviluppo delle componenti hardware/firmware/software di sistemi di monitoraggio industriali e di sistemi di IoT
• Progettazione di reti e sistemi di telecomunicazione wired/wireless, conoscenza dei protocolli di comunicazione e di sistemi di Information security.
Il sistema di monitoraggio proposto permetterà di realizzare un’osservazione sperimentale in continuo delle grandezze di interesse e di accoppiarla a procedure di elaborazione automatica dei dati misurati al fine di estrarre indicatori dello stato di salute della struttura capaci di segnalare in maniera tempestiva e in remoto l’insorgenza di fenomeni di danno e/o degrado durante il tempo di vita utile della struttura stessa. La struttura monitorata diventa così “intelligente”, ossia in grado di fornire un’autodiagnosi del proprio stato di salute. Tale sistema rappresenta quindi lo strumento tecnologico e operativo che consente il passaggio dalla manutenzione programmata (effettuata con cadenza regolare, indipendentemente dall’effettivo stato di salute della struttura) a quella proattiva, basata sulle effettive condizioni della struttura; il monitoraggio strutturale così concepito permette di ridurre i costi di ispezione e di ottimizzare le strategie di gestione finalizzate a garantire la durabilità e la qualità di esercizio dell’opera. Inoltre l’interpretazione della risposta strutturale alle sollecitazioni dinamiche ed ai carichi ciclici che caratterizzano l’esercizio del manufatto permette di avere la risposta dinamica della costruzione e di identificare le cause del danneggiamento (ad esempio, degrado dei giunti, …) ed a selezionare il corretto intervento strutturale.
Infine, grazie alla possibilità di valutare in remoto lo stato post-evento è possibile migliorare la gestione dell’emergenza a seguito di eventi sismici o di altra natura, come frane, inondazioni, … o antropici come incendi, scoppi, … etc. Questo aspetto assume particolare rilevanza nel caso di strutture strategiche.

A.2) DESCRIVERE LA SOLUZIONE TECNOLOGICA CHE SI INTENDE SVILUPPARE/INDUSTRIALIZZARE E/O COMMERCIALIZZARE, RISULTATI INNOVATIVI RAGGIUNTI DAL SOGGETTO PROPONENTE E PERCORSI DI SVILUPPO ATTESI.

L’obiettivo principale del progetto è di produrre e commercializzare un sistema di monitoraggio diretto, le cui caratteristiche principali sono:
• Utilizzo di tecniche di misura multisensoriali, di differente tipologia, allo scopo di determinare tutte le grandezze caratteristiche, sia dal punto di vista geotecnico che strutturale;
• Possibilità di integrare i sensori direttamente nella struttura durante la fase di realizzazione, mentre su strutture già esistenti, la possibilità di integrare i sensori con il minore impatto possibile e con tecniche non distruttive.
• Modularità e scalabilità della piattaforma, tale da potere essere utilizzata sia in strutture di piccole dimensioni, che in strutture molto estese, permettendo l’aggiunta di nuovi componenti a seconda delle necessità di monitoraggio;
• Utilizzo di stazioni di alimentazione della rete sensoristica da fonti rinnovabili, ed utilizzo di rete di trasmissione dati wireless, o laddove le caratteristiche del sito non lo consentano, utilizzo di sistemi cablati in fibra ottica.
• Implementazione di un Sistema di raccolta, analisi e visualizzazione dei dati centralizzato, con interfaccia uomo/macchina user-friendly, ed anch’esso facilmente scalabile, tale da potere avere un unico strumento di analisi per molte strutture, dislocate geograficamente molto lontane tra loro sul territorio.

Allo scopo di soddisfare il requisito fondamentale di scalabilità e modularità della piattaforma, il sistema sarà costituito dai seguenti elementi fondamentali:

• Una Interfaccia Sensori al quale vengono collegati i differenti sensori; tale modulo presenta un circuito tale da adattarsi alle differenti tipologie di sensori utilizzati (analogici e/o digitali) e presenta un microprocessore che raccoglie i dati acquisiti e li invia ai successivi elementi della catena, su tratta radio, oppure tramite connessione via cavo. Verranno proposte due differenti tipologie di apparato; analogico e digitale. Il primo dovrà essere utilizzato con tutti quei tipi di sensori che prevedono una uscita di tipo analogico, e prevede uno stadio di conversione A/D, nonché delle schede analogiche per adattare il segnale in uscita del sensore allo stadio di ingresso del suddetto convertitore. Il secondo invece prevede l’utilizzo di sensori di tipo MEMs con uscita digitale; in questo caso i dati vengono letti direttamente dal processore ed inoltrati.

• Un Modulo di Acquisizione di Campo; questo elemento, dotato anch’esso di un processore (ma questa volta più potente del precedente) presenta una serie di interfacce per il collegamento diretto e l’acquisizione dei dati dai sensori digitali MEMs, ma inoltre prevede delle interfacce in rame e/o fibra a cui potere collegare le differenti interfacce sensori di cui al punto precedente. Presenta una uscita di tipo ethernet di tipo 100Base-T; tale interfaccia può essere utilizzata direttamente per l’inoltro dei dati al sistema di raccolta centrale, oppure può essere collegata ad un Access Point esterno per trasmettere i dati tramite un ponte radio per grandi distanze.

• Sistema di Raccolta, o Data Logger, che è di fatto un PC fanless ottimizzato per applicazioni di tipo industriale, costituito da una scheda intelligente di acquisizione in grado di effettuare il post-processing e la visualizzazione. Raccoglie tutti i dati rilevati dai sistemi presenti in campo, inviandoli ad un server di raccolta ed analisi centralizzato tramite canale TCP/IP (wired o wireless), oppure, nel caso operi come unità stand alone, ne permette la visualizzazione tramite interfaccia web; può inoltrare notifiche ed allarmi (via mail e/o SMS) e può salvare i dati acquisiti su una memoria di massa locale così da potere essere scaricati successivamente per l’analisi o il post processing off-line. Grazie alla presenza di interfacce RS485/RS232 il sistema di raccolta può acquisire dati anche da sistemi di differenti costruttori purchè siano dotati della medesima interfaccia e supportino protocolli di comunicazione di tipo standard.

Il sistema è studiato prevalentemente per un utilizzo intensivo di sensori digitali di tipo MEMS. Tali sensori hanno il notevole vantaggio di avere un basso costo e ridotte dimensioni; queste caratteristiche intrinseche permettono, a parità di costi, di potere istallare un elevato numero di sensori sulla struttura da monitorare, permettendo così di effettuare una indagine diagnostica più puntuale e precisa, aumentando i punti di rilievo dei dati nei nodi più critici, ma inoltre è possibile integrare i sensori direttamente nella struttura durante la fase costruttiva, o nel terreno dove deve essere realizzata l’opera, rendendola così realmente intelligente; anche su opere già esistenti, le ridotte dimensioni consentono una più facile installazione.
La piattaforma consente il rilevamento dei dati da tutti i tipi di sensori con uscita digitale, quali accelerometri, sensori di spostamento, sensori di temperatura, umidità, pressione, gas, etc. purché compliant con i protocolli standard di trasmissione.
Il sistema comunque prevede anche l’integrazione di tutte le tipologie di sensori con uscita analogica di tipo industriale (4 ÷ 20 mA, 0 ÷ 5 V, 0 ÷ 10 V, etc.), sonde termometriche RTD, termistori, estensimetri di tipo full bridge, sensori di spostamento, e laddove necessario su esplicita richiesta dei futuri clienti, anche nuove tipologie di sensori modificando semplicemente lo stadio amplificatore di ingresso del relativo modulo analogico.
I moduli di acquisizione dei dati presenti in campo sono dotati di una unità intelligente a bordo (MCU) in grado di effettuare una prima analisi dei dati stessi, e laddove necessario una sgrossatura degli stessi, onde evitare di generare un eccessivo flusso di dati in presenza di falsi positivi, e successivamente di provvedere l’invio al data logger di raccolta presente; questo, oltra ad inviare tutti i dati raccolti al sistema centrale di analisi, ne permette anche la temporanea memorizzazione su un sistema di memoria di massa presente a bordo (così da non perdere i dati in caso di fault temporaneo sulla linea di comunicazione), ma grazie all’interfaccia web, consente di avere uno strumento locale di visualizzazione dei dati, nonché un cruscotto per una più agevole configurazione della piattaforma. Il data logger di raccolta dei dati può interfacciarsi anche con altri sistemi già in esercizio, se presenti, permettendo così di potere realizzare una sola piattaforma di raccolta, visualizzazione ed analisi dei dati.
La trasmissione dei dati in campo può essere realizzata su connessioni wireless, o laddove tale connessione non è realizzabile, su connessioni di tipo wired, sia su cavo in rame che su fibra ottica, con protocollo di comunicazione a pacchetto TCP/IP o UDP/IP, e tutti i componenti del sistema possono anche essere alimentati da stazioni di generazione di energia da fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico). La trasmissione dei dati dal/dai data logger presenti al sistema di raccolta centrale può essere realizzata su rete WAN (wired e/o Wireless) o su rete mobile 4/5G, in funzione del tipo di copertura presente sul sito.

• Grazie a questa flessibilità e scalabilità, il sistema può essere utilizzato per:
• Monitoraggio di ponti, viadotti e gallerie.
• Monitoraggio di edifici.
• Monitoraggio di edifici di interesse storico.
• Monitoraggio Geotecnico.
• Monitoraggio ambientale.
• Monitoraggio energetico.
• Monitoraggio dello stato di funzionamento e di usura di generatori eolici.
• Monitoraggio meteo.
• Monitoraggio dello stato di funzionamento di grosse macchine di lavorazione industriale.

Può esser impiegato anche in altri ambiti applicativi, con le opportune modifiche al software di raccolta dei dati.

Lo sviluppo successivo della piattaforma è di dotare il software di analisi attualmente in uso di un algoritmo di machine learning, ovvero, la possibilità di portare a termine in maniera accurata, nuovi sistemi di analisi e di predizione del comportamento di una struttura, che non ha mai affrontato, dopo aver fatto esperienza su un insieme di dati di apprendimento acquisiti in campo dalla rete sensoristica. Gli esempi di addestramento provengono da una distribuzione di probabilità, generalmente sconosciuta, e considerata rappresentativa dello spazio delle occorrenze del fenomeno da apprendere; la macchina ha il compito di costruire il modello probabilistico generale dello spazio delle occorrenze, in maniera tale da essere in grado di produrre previsioni sufficientemente accurate quando sottoposta a nuovi casi.

L’apprendimento automatico verrà unito al data mining, che si focalizza maggiormente sull’analisi esplorativa dei dati ed utilizza principalmente il paradigma di apprendimento chiamato “apprendimento non supervisionato”, mentre l’apprendimento automatico può essere anche supervisionato.

L’apprendimento automatico e il data mining infatti si sovrappongono in modo significativo, ma mentre l’apprendimento automatico si concentra sulla previsione basata su proprietà note apprese dai dati, il data mining si concentra sulla scoperta di proprietà prima sconosciute nei dati. Il data mining sfrutta i metodi dell’apprendimento automatico, ma con obiettivi differenti; d’altro canto, l’apprendimento automatico utilizza i metodi di data mining come metodi di apprendimento non supervisionato o come passi di preprocessing per aumentare l’accuratezza dell’apprendimento; nell’apprendimento automatico, le prestazioni sono generalmente valutate in base all’abilità di riprodurre conoscenza già acquisita, mentre in data mining il compito chiave è la scoperta di conoscenza che prima non si aveva.

Con tale tecnologia miriamo a rendere il sistema di raccolta centralizzato dei dati non soltanto uno strumento in grado di effettuare l’analisi degli stessi e di generare degli alert o allarmi in casi di superamento di soglie o situazioni a rischio determinate dagli algoritmi già noti, ma anche in grado di apprendere dalla stessa analisi e di generare modelli di controllo nuovi ed innovativi in grado di determinare con un maggior grado di precisione lo stato di salute dell’opera e le sue eventuali criticità.

A.3) MOTIVARE LA COERENZA DELLA SOLUZIONE TECNOLOGICA SVILUPPATA/DA SVILUPPARE E INDUSTRIALIZZARE CON UNA O PIÙ TRAIETTORIE TECNOLOGICHE PRIORITARIE E AD UNA ESCLUSIVA OVVERO PREVALENTE AREA DI SPECIALIZZAZIONE COSÌ COME INDIVIDUATE DAL DOCUMENTO RIS3 CAMPANIA: “STRATEGIA REGIONALE DI RICERCA ED INNOVAZIONE PER LA SPECIALIZZAZIONE INTELLIGENTE”, DI CUI ALLA DELIBERA DELLA GIUNTA REGIONALE N. 773 DEL 28/12/2016 DELLA REGIONE CAMPANIA

BENI CULTURALI TURISMO EDILIZIA SOSTENIBILE – Tecnologie per la conservazione delle opere e degli edifici

Data le sue intrinseche caratteristiche, il sistema nato principalmente per il monitoraggio e l’analisi di strutture edilizie, è conforme a tale linea di intervento; la piattaforma è pensata per l’utilizzo di sensori di tipo MEMs di nuova generazione ed a basso costo, e prevede moduli di acquisizione per realizzare una rete sensoristica scalabile in grado di soddisfare tutte le esigenze, dalla piccola struttura, ad edifici anche di interesse storico, a ponti, viadotti, gallerie e lunghi tratti autostradali. Data la possibilità di integrare differenti tipologie di sensori, è possibile prevedere anche l’utilizzo di sensori meteo ed ambientali allo scopo di valutare le condizioni climatiche e prevedere il rischio di queste su un qualsiasi tipo di manufatto. Come riportato al punto A.2) il sistema nasce con l’integrazione di sistemi di analisi geotecnica, questo significa che permette di effettuare anche il controllo di frane, scavi, fondazioni ed opere di sostegno e contenimento, ovvero tutte le indagini relative al sito dove è, o sarà ubicata la nuova struttura e sul sottosuolo circostante.
Poiché il sistema consente di effettuare diagnosi sui manufatti mediante tecniche di indagine non invasive, utilizzando sensori di tipo specificamente strutturali ma anche sensori di tipo ambientali (polveri, gas, umidità, ph, etc), consentendo quindi di realizzare il monitoraggio dello stato di conservazione dell’opera, ed anche grazie allo sviluppo della componente di machine learning, diventa uno strumento necessario per lo sviluppo di nuovi materiali per il restauro e la conservazione degli edifici di interesse storico, in quanto sarà in grado di suggerire gli interventi da effettuare nel corso del tempo sul bene storico posto sotto osservazione, e dopo l’azione di recupero, restauro conservativo, consolidamento, etc.. è in grado di fornire informazioni periodiche sul livello di salute della struttura al fine di poter garantire le premesse per ulteriori interventi qualora fossero necessari.

BENI CULTURALI TURISMO EDILIZIA SOSTENIBILE – Gestione della sicurezza di grandi infrastrutture e lifelines urbane e regionali.

Come già precedentemente riportato, il sistema consente di effettuare il monitoring costante e continuo dei manufatti, e quindi è uno strumento efficace per la valutazione della risposta strutturale ai carichi dinamici e ciclici a cui l’opera è assoggettata e l’approfondimento delle conoscenze sul comportamento dinamico della costruzione stessa finalizzato, ad esempio, a identificare le cause di problematiche operative (ad esempio, eccessive vibrazioni) o a valutare l’efficacia di interventi strutturali; inoltre, grazie alla possibilità di valutare in remoto lo stato post-evento della struttura, rappresenta uno strumento essenziale a supportare, sulla base delle informazioni raccolte, la gestione delle emergenze a fronte di un evento naturale, quale terremoto incendio, etc, e questo aspetto è di particolare rilevanza nel caso di strutture strategiche.
Integrando nella piattaforma sensori di tipo ambientale è possibile anche verificare lo stato dell’inquinamento dell’aria in ambito urbano ed extraurbano.

BENI CULTURALI TURISMO EDILIZIA SOSTENIBILE – Tecnologie e metodologie per la sostenibilità e la sicurezza di sistemi storici edilizia di pregio.

Tramite il sistema di monitoraggio è possibile controllare gli spostamenti e rotazioni “assolute” e “relative” in tempo reale (ad esempio apertura di fessure, ribaltamento di pareti), con adeguati sensori che misurino le grandezze correlate ai controlli che si intende effettuare. I dati vengono registrati correlandoli con i parametri ambientali di umidità relativa e temperatura.
All’interno di edifici storici, musei e luoghi d’arte, inoltre, il controllo dei parametri ambientali si rivela necessario per prevenire i principali fenomeni di degrado, quali distaccamento, efflorescenze e subflorescenze, depigmentazione, dilatazioni e restringimenti, fessurazioni e processi chimico-biologici.
È quindi evidente che la nostra piattaforma può effettuare tutti i controlli suddetti, in quanto è in grado di registrare i segnali provenienti da tutti i diversi tipi di sensori e permette di monitorare il sistema ovunque ci si trovi e in ogni momento.
I principali parametri ambientali che possono essere posti sotto osservazione costante sono: temperatura, umidità relativa, velocità dell’aria, luce, anidride carbonica e polveri sottili, e come precedentemente riportato, le future evoluzioni del sistema di analisi possono anche suggerire gli eventuali interventi di recupero da effettuare e garantire la produzione di report specifici sullo stato di salute degli edifici storici.

TRASPORTI DI SUPERFICIE E LOGISTICA AVANZATA – Information & Communication, Security & Safety.

Grazie al controllo ed all’analisi su ponti, viadotti e gallerie, il sistema è in grado di rilevare un eccessivo traffico presente su una struttura che possa comprometterne la sicurezza, e quindi permette a chi gestisce le vie di trasporto di dirottare il traffico su strade alternative a garanzia della sicurezza dei cittadini; ovviamente il sistema di monitoring rappresenta lo strumento tecnologico e operativo per il passaggio dalla manutenzione programmata (effettuata con cadenza regolare, indipendentemente dall’effettivo stato di salute della struttura) a quella proattiva, basata sulle effettive condizioni della struttura; il monitoraggio strutturale consente, dunque, di ridurre i costi di ispezione e ottimizzare le strategie di gestione finalizzate a garantire la durabilità e fruibilità dell’opera.