Le tecnologie di sensing elettromagnetico per il monitoraggio

Francesco Soldovieri
Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente
SMART COMMUNITIES: SISTEMI
INTEGRATI DI MONITORAGGIO DEL
TERRITORIO E DELLE INFRASTRUTTURE
MISSIONE IREA
Sviluppo di metodologie e tecniche per l'acquisizione, l'elaborazione e
l’interpretazione di immagini e dati ottenuti dai sensori di tipo elettromagnetico
operanti da satellite, aereo e in situ, finalizzate al monitoraggio dell'ambiente e del
territorio, alla diagnostica non invasiva ed alla valutazione del rischio
elettromagnetico.
Linee di ricerca
- Telerilevamento a microonde
- Diagnostica elettromagnetica
-
Telerilevamento nell’ottico
Sistemi per l‘informazione geografica
-
Bioelettromagnetismo
Sede di Napoli
Istituto per il Rilevamento
Elettromagnetico dell’Ambiente
SERIT Award
VULNERABILITÀ DELLE INFRASTRUTTURE CRITICHE E
NECESSITÀ DI UN SISTEMA DI MONITORAGGIO
Le infrastrutture critiche (trasporto, dighe, impianti industriali, life-lines) sono
caratterizzate da interdipendenza fra i differenti settori e da un notevole impatto sui
bisogni sociali. Negli ultimi anni esse sono hanno visto aumentare la loro:
•Diffusione sul territorio;
•Complessità;
•Strategicità;
•Interconnessione (Cascading effects);
•Esposizione ad eventi naturali ed atti
criminosi;
Per tali ragioni è necessario come mai prima d’ora l’impiego di sistemi di
monitoraggio continuo ed affidabile delle infrastrutture critiche
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Elettromagnetico dell’Ambiente
VINCOLI DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO
Sistema di monitoraggio e
sorveglianza
Differenti tipologie di
infrastrutture
Differenti fasi del
ciclo di vita.
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Elettromagnetico dell’Ambiente
Differenti tipologie
di rischi ed eventi di
crisi
REQUISITI DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO
Multi-sensoriale
Multiscalare
Non invasivo
E’ richiesto un approccio sistematico fondato
sull’integrazione di tecnologie di osservazione
e monitoraggio non invasive organizzate in
architetture capaci di restituire
l’informazione in maniera amichevole.
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Elettromagnetico dell’Ambiente
RICADUTE: SAFETY & SECURITY
Monitoraggio long-term della struttura ai fini
di una corretta gestione e della
programmazione degli interventi di
manutenzione e consolidamento
Quick damage assessment, a seguito di
eventi di crisi, sia per la valutazione veloce
dello stato che per l’identificazione di
anomalie nel comportamento dinamico della
struttura
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Elettromagnetico dell’Ambiente
GESTIONE DEL RISCHIO E QUICK DAMAGE
ASSESSMENT
Differenti fasi della gestione del rischio
•Prevenzione e mitigazione, dove le
tecnologie di sensing forniscono
l’assessment ed il mapping del rischio;
•Allerta, monitoraggio real-time e early
warning, identificazione dello scenario;
•Risposta, mappe della crisi, identificazione
delle risorse disponibili, early damage
assessment;
•Ricostruzione-retrofitting, risultati della
diagnostica per stabilire l’ordine di priorità
nel ripristino.
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SOLUZIONE TECNOLOGICA
Integrazione di concetti ICT e di tecnologie di osservazione/sensing
• Architettura ICT basata su un network di sensori in situ e da remoto per un
monitoraggio non invasivo della infrastruttura
•Il sistema deve fornire informazioni dettagliate ed eventualmente in real-time dello
stato dell’infrastruttura
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ARCHITETTURA DI SISTEMA
Architettura aperta formata da:
• Network di sensori allo stato dell’arte, esteso ed
espandibile per l’osservazione in situ ed in remoto;
• Interfacce Web-based per il controllo e
l’acquisizione dati dai differenti sensori;
•e-Infrastructure per la condivisione ed il
processamento dei dati su base geo-spaziale;
•Decision Support system capace di fornire
informazioni a supporto delle decisioni degli
satkeholders;
• Layer di Presentazione che implementa iI
servizio di interazione sistema-users e la
visualizzazione ed il rendering delle informazioni.
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Elettromagnetico dell’Ambiente
TECNOLOGIE DI SENSING ELETTROMAGNETICO
Visione Globale : per il monitoraggio di aree estese (infrastruttura più territorio circostante )
Visione Locale: analisi dettagliata di parti della struttura durante il normale ciclo di vita e dopo le
situazioni di crisi
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Elettromagnetico dell’Ambiente
UNA ESPERIENZA: IL MONITORAGGIO DEL
PONTE SUL BASENTO A POTENZA
www.istimes.eu
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TECNOLOGIE IMPLEMENTATE
•Electrical Resistivity Tomography (ERT)
•Ground Penetrating Radar (GPR)
•Mobile GPR
•RASCAN
•Fiber Optic Sensors (FOS)
•Synthetic Aperture Radar (SAR)
•Ground Based SAR (GB-SAR)
•Cooled and Uncooled Infrared Termography
(IRT)
•Optical Ddisplacement Monitoring (ODM)
•LASER SCANNER (A-LIDAR)
•Misure di rumore ambientale
•Misure Accellerometriche
•Rilievi aerei : laser scanner, digital camera,
thermal camera and hyper-spectral sensors
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Elettromagnetico dell’Ambiente
RADAR AD APERTURA SINTETICA TERRA SAR-X
Monitoraggio long-term di deformazioni lente
Distribuzione dei pixel
monitorati del Ponte
Musmeci ottenuti da dati
Terra SAR-X.
I colori indicano gli
spostamenti descritti in
termine di coefficiente di
dilatazione termica
(cm/°K).
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RADAR AD APERTURA SINTETICA TERRA SAR-X
Serie storiche delle
deformazioni di un punto
del ponte
0.1 cm/K
Modello delle deformazioni
di una volta del ponte
validato dagli ingegneri
strutturali di UNIBAS
0 cm/K
0 cm/K
SENSORE DISTRIBUITO IN FIBRA OTTICA
Utilizza fibra ottica per telecomunicazioni
incollata alla struttura con resina
epossidica o poliuretanica
Correlazione dello strain misurato
con la temperatura
-100
Epossidic
200
July 2010
September 2010
9 December 2010
16 December 2010
February 2011
100
0
Strain [ ]
-150
Max Strain [m]
Misura dello strain: esempio di
anomalia nello strain in
corrispondenza di piccole fratture
-200
-250
-300
-350
0
-100
5
10
15
20
Temperature [°C]
25
30
-200
Fratture per espansione termica
-300
0
2
4
6
Position [m]
8
10
12
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GEORADAR (GPR)
Caratterizzazione dello stato interno della struttura
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CONCLUSIONI





Le tecnologie di sensing elettromagnetico costituiscono
una possibile risposta alle esigenze del monitoraggio
Integrazione delle tecnologie
Architettura ICT per il controllo dei sensori e la
restituzione in forma amichevole dell’informazione
Necessità di una forte interazione con gli end-users per
la definizione di strategie e protocolli e applicabili nelle
condizioni operative,
Esperienze/progetti in stretta collaborazione con gli endusers
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Elettromagnetico dell’Ambiente