ITBG20120005A1 - Metodo di controllo elettronico automatizzato periodico delle condizioni del manto nevoso - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Brevetto d’invenzione avente per TITOLO: "METODO DI CONTROLLO ELETTRONICO AUTOMATIZZATO PERIODICO DELLE CONDIZIONI DEL MANTO NEVOSO ",

il presente trovato si riferisce ad un metodo per la misurazione ed il monitoraggio delle caratteristiche del manto nevoso, mediante palina elettronica. Come à ̈ noto, i fenomeni di distacco accidentale di valanghe costituiscono un elemento di forte rischio per tutte le aree montane antropizzate, in particolar modo nei comprensori destinati agli sport invernali. La gestione della sicurezza a tal riguardo diventa quindi un fattore di elevata attenzione, che richiede un notevole impegno di risorse umane ed economiche.

Gli elementi utili alla valutazione dei rischi, alla predisposizione di misure di salvaguardia, ed alla prevenzione di incidenti, sono sostanzialmente concentrati sulle caratteristiche del manto nevoso. In particolare, l'elemento più significativo à ̈ rappresentato dal suo spessore, nonché dalla variabilità del medesimo nel tempo. La possibilità di prevedere con sufficiente attendibilità il verificarsi di distacchi delle pendici nevose, con conseguente formazione di valanghe potenzialmente pericolose per gli insediamenti umani, consente l'attuazione di provvedimenti capaci di minimizzare i danni, quali evacuazioni, interruzioni stradali, chiusura degli impianti sciistici, eccetera.

Sempre grazie alla conoscenza dettagliata delle caratteristiche fisiche del manto nevoso, Ã ̈ possibile pianificare la realizzazione di opere di difesa (ad es. barriere fermaneve) in maniera oculata ed a costi ottimizzati.

In merito alla misurazione delle caratteristiche quantitative (spessore) e qualitative (stratigrafia) del manto nevoso, lo stato dell'Arte prevede due alternative modalità operative.

La prima modalità si basa sulla posa in opera di stazioni nivometeorologiche di tipo "automatico", ovvero dotate di sensori nivometrici ad ultrasuoni che eseguono un monitoraggio in tempo reale dello spessore della neve, nonché di altri generici sensori per la rilevazione di altri parametri climatici usuali (temperatura, pressione atmosferica, eccetera).

Tale prima modalità operativa presenta alcuni elementi sconvenienti. Il principale di questi à ̈ costituito dall'impossibilità di installare simili stazioni nei punti più critici per il distacco delle valanghe (terreno a forte pendenza), stante il fatto che per esigenze tecniche à ̈ richiesto un vasto spazio pianeggiante e riparato.

Altra criticità di tale alternativa à ̈ rappresentata dall'assenza di dati riguardo alle condizioni fisiche interne al manto nevoso, utili a prevedere l’insorgenza di potenziali condizioni di instabilità. In ultimo, la realizzazione di stazioni automatiche richiede ingenti investimenti economici, usualmente difficilmente accessibili alle realtà operanti in ambito montano, quali piccoli comuni, comunità montane o modeste società di gestione degli impianti sciistici.

La seconda modalità operativa allo stato dell'Arte prevede l'approntamento di stazioni nivometriche manuali, ovvero dei cd. "campi neve", ove la rilevazione dell'altezza del manto nevoso viene effettuata mediante lettura visiva che un operatore effettua giornalmente su di un asta graduata infissa al suolo.

In prossimità dei campi neve, o in campi neve “estemporanei†(anche detti “itineranti†) vengono anche effettuate periodiche indagini stratigrafiche. Queste sono finalizzate ad apprendere le caratteristiche della neve all'interno del manto nevoso, quali numero di strati, durezza e densità degli strati, forma dei grani, profilo di temperatura, eccetera.

Questa seconda alternativa fornisce informazioni aggiuntive rispetto alle stazioni automatiche; tuttavia, essa à ̈ incapace di fornire informazioni in tempo reale, e prevedendo l’impiego di uno (o più) operatori, può essere attuata solo in zone accessibili ed esenti da pericolo valanghe. Questo la rende un alternativa inadeguata a fornire informazioni pienamente rappresentative circa le condizioni del manto nevoso nelle zone di distacco delle valanghe, specialmente in situazioni di elevata criticità nivo-meteorologica.

A causa dei succitati limiti funzionali delle attuali metodologie per il rilevamento delle caratteristiche del manto nevoso con riferimento alle zone di potenziale di stacco di valanghe, in tali zone si effettuano frequentemente misurazioni aggiuntive mediante l'utilizzo di "paline nivometriche". Trattasi di aste graduate messe in opera nelle zone di distacco durante il periodo estivo, e che restano parzialmente sepolte dalla neve nella stagione fredda. Le paline vengono lette periodicamente, o in caso di sospetto rischio valanghe, mediante binocolo o avvicinandosi ad esse a bordo di un elicottero.

Questa soluzione aggiuntiva possiede il vantaggio di poter effettuare misurazioni proprio nei punti più critici, ma lamenta forti limiti dovuti alla dipendenza dalle condizioni di visibilità, che potrebbe facilmente divenire insufficiente durante le perturbazioni climatiche. Inoltre le misurazioni si riferiscono alla sola altezza del manto nevoso, e non anche alle sue caratteristiche interne, e ciascuna misurazione può arrivare a costare molto a causa dell'utilizzo di velivoli.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di definire un metodo che consenta di misurare, trasmettere ed acquisire in tempo reale i più importanti parametri del manto nevoso.

Altro scopo à ̈ quello di definire un metodo come sopra, che consenta di essere adottato anche nelle posizioni più critiche, ovvero entro le aree di probabile distacco delle valanghe.

Altro scopo à ̈ quello di definire un metodo come sopra, che consenta di essere attuato con costi accessibili anche alle piccole realtà economiche operanti nelle aree montane.

Altro scopo à ̈ quello di definire tutti gli elementi utili all'attuazione di detto metodo. Questi ed altri scopi appariranno come raggiunti dalla lettura della descrizione dettagliata seguente, illustrante un metodo per la misurazione ed il monitoraggio delle caratteristiche del manto nevoso, mediante palina elettronica multivirtuosa, e dagli allegati disegni, dei quali:

La Fi g .1 mostra una vista assonometrica dimetrica sintetica di una palina elettronica, utile all’esperimento del metodo di cui al presente trovato, posta in opera.

La Fig.2 mostra schematicamente una palina elettronica, utile all’esperimento del metodo di cui al presente trovato, e le relative parti costituenti.

La Fig.3 mostra una sezione di dettaglio di una finestra dotata di filtro ottico, e della retrostante scheda elettronica integrante diversi sensori.

La Fig.4 mostra una vista prospettica di una palina elettronica, utile all’esperimento del metodo di cui al presente trovato, in una sua variante conformata “a scaletta†. Gli elementi compresi nel metodo di cui al presente trovato sono i seguenti:

- Un sistema di raccolta dati.

- Un sistema autonomo di alimentazione.

- Un sistema di telecomunicazione verso un server di monitoraggio.

Un esempio realizzativo comprendente tali elementi, prevede l'adozione di una palina 1, di corpo cavo, fissata saldamente al terreno. La palina 1 incorpora una serie di sensori atti a rilevare varie caratteristiche del manto nevoso, e comprende un sistema di alimentazione a batteria 2 di lunga durata.

In particolare, la palina 1 presenta un corpo tubolare 1 a, indicativamente un profilato quadro, avente al suo interno una scheda elettronica 3 supportante sensori ottici 4, sensori termici 5, eventuali sensori capacitivi 6; la palina 1 comprende inoltre una centralina elettronica 7 di gestione dei sensori e comprendente usuali sistemi di trasmissione dei dati elaborati mediante telecomunicazione via etere (ad esempio TACS, GSM, GPRS, EDGE, UMTS, HSPA, LTE) verso un server remoto di monitoraggio ubicato anche a distanza considerevole.

Il fissaggio della palina 1 al terreno avviene nel rispetto delle specifiche esigenze di consolidamento statico derivanti dalla natura del sito di installazione, ovvero tipologia di suolo, angolo di declivio, altezza attesa del manto nevoso e relative caratteristiche fisiche, sovraccarico nevoso da vento. Genericamente, à ̈ prevista la predisposizione di una barra di ancoraggio B in acciaio ad aderenza migliorata, da cementarsi entro un foro di circa cinque centimetri di diametro realizzato manualmente mediante perforatrice elettrica brandeggiabile di idonea potenza. La barra di ancoraggio B costituisce vincolo stabile per una piastra metallica M solidale al corpo tubolare 1a della palina 1. Il fissaggio tra la piastra metallica M e la barra B può richiedere la maschiatura dell'estremità della barra B, e l'utilizzo di un dado di serraggio D.

In aggiunta al vincolo sopra citato, à ̈ opportuno predisporre una controventatura. Questa à ̈ realizzata esemplificativamente mediante due serie di funi C metalliche disposte a centoventi gradi sessagesimali attorno alla palina 1. L'ancoraggio al terreno delle funi C avviene mediante generici sistemi; esemplificativamente può essere operato un fissaggio al suolo eguale a quello descritto per la barra B, che comprenda barre di ancoraggio dotate di anello passacavo R (tipo golfare) per l’aggancio delle funi C. Il collegamento al corpo 1a delle funi C avviene invece ad altezze differenti, allo scopo di ripartire correttamente le spinte trasversali cui à ̈ soggetta la palina 1. Indicativamente, tale fissaggio differenziato prevede l'aggancio di una prima serie di tre funi di controvento C 1 , C2, C3 ad un terzo dell'altezza della palina, e di una seconda serie di funi C4, C5, C6 a due terzi dell'altezza della palina. Nel caso di installazione su terreni sciolti, il fissaggio a terra della piastra M potrà prevedere la preventiva realizzazione di piccoli plinti di fondazione.

Il corpo 1a à ̈ provvisto di una serie di finestre 8 prospicenti i menzionati sensori, chiuse per mezzo di filtri ottici 9, ad esempio pannellini in plexiglass, allo scopo di proteggere gli elementi elettronici dalle forti radiazioni solari che potrebbero aversi ad alta quota, quando la palina risulta sporgere dal manto nevoso.

I sensori termici 5, esemplificativamente sensori di temperatura a semiconduttore assistiti da un circuito di pre-condizionamento atto a uniformare la relazione tensione/temperatura come da tecnologia notoria, devono avere una sensibilità dell'ordine del decimo di grado centigrado, e accuratezza compresa tra cinque decimi di grado centigrado e 1 C°.

I sensori ottici 4, accoppiati alle finestre 8, destinati a misurare l'altezza del manto nevoso, devono essere distribuiti lungo l'altezza del corpo 1a ad intervalli costanti, e indicativamente compresi tra cinque e venti centimetri allo scopo di garantire la sufficiente accuratezza. Nel presente esempio realizzativo, i sensori ottici 4 sono costituiti ciascuno da una coppia di LED-fotodiodo ad emissione infrarossa, che emettono e ricevono un onda quadra a frequenza prefissata, come da tecnologia notoria.

II sistema di alimentazione a batteria 2 à ̈ dimensionato per consentire un autonomia funzionale minima di sei mesi, ovvero la durata tipica di una stagione invernale, con un rendimento capace di alimentare l'intero apparato elettronico considerando una trasmissione di dati con cadenza almeno giornaliera. La batteria 2, ragionevolmente posizionata all'interno della palina o nel terreno in prossimità della medesima al fine di evitare l’esposizione a basse temperature, può essere assistita da pannelli fotovoltaici 2a da posizionarsi al di sopra della palina, e deve inoltre possedere la capacità di alimentare la palina anche in condizioni critiche, o in frangenti imprevisti ove siano utili rilevazioni più frequenti, indicativamente fino a dieci letture al giorno per dieci giorni.

Nell'esempio realizzativo di cui al presente trovato, la batteria 2 à ̈ del tipo al piombo, con tensione di dodici Volts e capacità di 12 Ampere-ora.

Una variante del presente trovato, prevede una modificazione della palina 1 b consistente nell'inclusione di sensori capacitivi 6 associata ad una particolare sua conformazione a "scaletta" (Fig.4), comprendente due distinti corpi tubolari mantenuti assieme da briglie 10 e fissati al suolo mediante un'unica piastra M1, o in alternativa l'installazione delle paline in modalità “a coppie†, allo scopo di poter misurare tra di loro i segnali trasmessi dai sensori capacitivi attraverso il manto nevoso, per accertarne anche le caratteristiche densimetriche e granulometriche. I dati trasmessi dalla palina 1 vengono ricevuti ed elaborati da un server di monitoraggio ubicato a distanza considerevole, che mediante apposito software provvede all'elaborazione dei citati dati, attivando eventuali opportuni provvedimenti di allerta, e predisponendo la registrazione degli stessi a fini statistici.

La palina 1 di cui al presente trovato, presenta evidenti vantaggi nella facile installazione anche in zone critiche per il distacco di valanghe, nell'autonomia funzionale, e nella poliedricità operativa, che la rende superiore a tutte le metodologie comprese nello Stato dell’Arte, descritte in premessa.

Una seconda variante del metodo di cui al presente trovato, prevede l’installazione delle paline, su un determinato territorio da monitorare, in guisa di rete.

Tale modalità richiede di determinare, all’atto di installazione di ciascuna palina, la relativa posizione sotto forma di coordinate GPS (Global Positioning System), allo scopo di elaborare dalla base di controllo strategie gestionali e previsionali, anche attuando differenti frequenze nell’acquisizione dei dati in ragione del livello di allerta, e con l’eventuale ausilio di algoritmi di computazione dei dati implementabili nel software di gestione.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo di controllo elettronico automatizzato periodico delle condizioni del manto nevoso, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di raccolta dati a mezzo sensori (4, 5, 6) montati su una palina (1), fissata permanentemente al suolo mediante usuali metodi (B, M, C, D e M1), un sistema di alimentazione a batteria (2) e un sistema di elaborazione dei dati raccolti e telecomunicazione (7) verso un server remoto.
2. 2) Metodo di controllo elettronico automatizzato periodico delle condizioni del manto nevoso, come da ri v.1 , in cui la palina (1) adottata comprende un corpo tubolare cavo (1 a), indicativamente un profilato quadro, avente al suo interno una scheda elettronica (3) supportante sensori ottici (4), sensori termici (5) e una centralina elettronica (7) per la gestione dei sensori e la trasmissione dei dati elaborati mediante opportuni, notori, metodi di telecomunicazione a radiofrequenza, ad esempio TACS, GSM, GPRS, EDGE, UMTS, HSPA, LTE.
3. 3) Metodo, come da rivv. precedenti, in cui i sensori ottici (4) sono costituiti ciascuno da una coppia LED-fotodiodo ad emissione infrarossa come da tecnologia notoria, e distribuiti lungo l'altezza del corpo (1a) ad intervalli costanti e indicativamente compresi tra cinque e venti centimetri, allo scopo di garantire la sufficiente accuratezza di misurazione.
4. 4) Metodo, come da rivv. precedenti, in cui i sensori termici (5) sono costituiti da sensori di temperatura a semiconduttore assistiti da un circuito di precondizionamento atto a uniformare la relazione tensione/temperatura come da tecnologia notoria, e di accuratezza compresa tra cinque decimi di grado centigrado e un grado centigrado.
5. 5) Metodo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la palina incorpora sensori capacitivi (6) e presenta due corpi tubolari (1 b) conformati “a scaletta†allo scopo di misurare in aggiunta all’altezza del manto nevoso anche le sue caratteristiche di densità e granulometria.
6. 6) Metodo, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui due o più paline (1) incorporanti sensori capacitivi (6) vengono poste in opera affiancate tra loro e opportunamente distanziate in modo da consentire l’analisi dei segnali trasmessi attraverso il manto nevoso, allo scopo di accertare le caratteristiche granulometriche e densimetriche.
7. 7) Metodo, come da rivv. Precedenti, in cui il fissaggio della palina (1) al terreno avviene cementando una barra di ancoraggio (B) in acciaio ad aderenza migliorata entro un foro di circa cinque centimetri di diametro realizzato manualmente mediante perforatrice elettrica brandeggiabile di idonea potenza, e vincolando a detta barra (B) una piastra metallica (M) solidale al corpo tubolare (1a) della palina (1), detto vincolo esemplificativamente avvenendo mediante maschiatura dell'estremità della barra (B) e utilizzo di un dado di serraggio (D), il tutto dimensionato e approntato nel rispetto delle specifiche esigenze di consolidamento statico derivanti dalla natura del sito di installazione, ovvero tipologia di suolo, angolo di declivio, altezza attesa del manto nevoso e relative caratteristiche fisiche, sovraccarico nevoso di natura eolica.
8. 8) Metodo, come da riv. precedente, in cui il fissaggio della palina al terreno viene assistito da una controventatura costituita da due serie di funi (C) metalliche disposte a centoventi gradi sessagesimali attorno alla palina (1) e collegate al terreno mediante generici sistemi di ancoraggio, l'aggancio di dette due serie di funi di controvento prevedendo una prima serie di tre funi (C 1 , C2, C3) vincolate ad un terzo dell'altezza della palina, ed una seconda serie di funi (C4, C5, C6) vincolate a due terzi dell'altezza della palina.
9. 9) Metodo, come da rivv. precedenti, in cui il corpo (1a) della palina utilizzata (1) Ã ̈ provvisto di una serie di finestre (8) prospicenti i menzionati sensori (4, 5, 6), impermeabilmente chiuse per mezzo di filtri ottici (9) allo scopo di proteggere gli elementi elettronici dalle forti radiazioni solari che potrebbero aversi ad alta quota, distribuite lungo l'altezza del corpo (1a) ad intervalli costanti e indicativamente compresi tra cinque e venti centimetri.
10. 10) Metodo, come da rivv. precedenti, in cui il sistema di alimentazione a batteria (2) à ̈ esemplificativamente costituito da una batteria al piombo, con tensione di dodici Volts e capacità di 12 Ampere-ora, ovvero dimensionato per consentire un autonomia funzionale minima di sei mesi con un rendimento capace di alimentare l'intero apparato elettronico nella previsione di almeno un evento-trasmissione di dati al giorno, detta batteria (2) essendo posizionata all'interno della palina o alla sua base per evitare temperature estreme, ed eventualmente assistita da pannelli fotovoltaici (2a) da posizionarsi al di sopra della palina (1).
11. 11) Metodo, come da rivv. precedenti, in cui l’installazione delle paline (1), su un determinato territorio da monitorare, avviene in guisa di rete, ove ciascuna palina (1) appare nota nelle sue coordinate spaziali, ad esempio GPS, alla base di gestione remota, anche attuando differenti frequenze nell’acquisizione dei dati in ragione del livello di allerta in corso, e con l’eventuale ausilio di algoritmi di computazione dei dati implementabili nel software di gestione in uso al server di gestione remota.