ITRM20090080A1 - Sistema e procedimento per il monitoraggio di aree a rischio franoso - Google Patents

Description

“Sistema e procedimento per il monitoraggio di aree a rischio franosoâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema e ad un procedimento per il monitoraggio di aree a rischio franoso.

E’ sentita l’esigenza di monitorare in modo efficiente aree potenzialmente franose, al fine individuare in tempo utile l’instaurarsi di situazioni di criticità o di allarme. Questa esigenza à ̈ particolarmente, ma non esclusivamente, sentita nel caso di rilievi franosi prospicienti infrastrutture stradali, ferroviarie o a centri abitati.

Il monitoraggio di eventuali spostamenti di aree franose à ̈ particolarmente importante nel caso di frane attive, ma può fornire utili informazioni anche in condizioni precedenti la rottura nel caso in cui si sviluppino spostamenti di natura deformante apprezzabili a livello strumentale. La misura degli spostamenti consente di limitare la superficie ed il volume del corpo di frana, gestire il territorio a rischio di frana ed assumere provvedimenti di emergenza.

Sono già noti svariati sistemi di differente tipologia per il monitoraggio di aree a rischio franoso. Nel caso in cui il fenomeno franoso interessi lo strato superficiale del terreno (che tipicamente ha uno spessore di 1-2 metri) sono ad esempio impiegati metodi di rilevamento topografico, sistemi GPS, metodi di fotogrammetria aerea, immagini satellitari, sistemi impieganti come sensori fibre ottiche e sistemi radar. Nel caso in cui, invece, il fenomeno franoso si manifesti mediante spostamenti e rotazioni ad una certa profondità sono sovente impiegati sistemi di monitoraggio comprendenti estensimetri in foro.

L’affidabilità dei sistemi di monitoraggio dello stato dell’arte del tipo sopra descritto à ̈ relativamente limitata. Inoltre, alcuni di tali sistemi sono relativamente costosi e difficili da gestire, mentre altri richiedono delle tecniche di elaborazione di segnali relativamente complesse.

La presente invenzione si propone come obiettivo quello di mettere a disposizione un sistema di monitoraggio di aree franose che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra descritti con riferimento allo stato della tecnica nota.

Tale scopo viene conseguito mediante un sistema di monitoraggio come definito in generale nell’annessa prima rivendicazione nella sua forma più generale e nelle rivendicazioni dipendenti in alcune forme di esecuzione particolari.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un procedimento di monitoraggio così come descritto in generale nella rivendicazione 16.

L’invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di esecuzione preferita, fatta a titolo esemplificativo e pertanto in nessun modo limitativo in relazione agli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente un sistema di monitoraggio comprendente una pluralità di unità periferiche di acquisizione dati;

- la figura 2 mostra schematicamente una unità periferica di acquisizione dati del sistema di figura 1; e

- la figura 3 mostra schematicamente un diagramma di flusso di un procedimento di monitoraggio.

Nelle figure, elementi uguali o simili sono indicati con i medesimi riferimenti numerici.

Con riferimento alle annesse figure 1 e 2, con 1 si à ̈ globalmente indicato un sistema per il monitoraggio di aree a rischio franoso, comprendente una rete di acquisizione dati 4 includente una pluralità di unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 , v1,…,v8 destinate ad essere installate distanziate fra loro all’interno di un’area a rischio franoso 2 da monitorare.

Nel particolare esempio rappresentato, l’area 2 da monitorare rappresenta non limitativamente un rilievo franoso, quale ad esempio un costone, prospiciente un tratto di linea ferroviaria 3 e ad esempio ubicato nei pressi di una stazione ferroviaria 6.

In accordo ad una forma di realizzazione, le unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 , v1,…,v8 sono installate in modo tale che ciascuna di queste sia disposta rispetto ad una unità periferica di acquisizione dati ad essa “adiacente†ad una distanza compresa nel range 5m-10m. In accordo ad una forma di realizzazione, le unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 , v1,…,v8 sono distribuite in modo sostanzialmente uniforme all’interno dell’area 2 da monitorare.

Una delle unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 e v1,…,v8, nell’esempio l’unità u1, à ̈ schematicamente rappresentata in figura 2. Si tenga presente che il disegno di figura 2 non à ̈ in scala, avendo il solo scopo di aiutare a comprendere più chiaramente le caratteristiche e le funzionalità di una unità periferica di acquisizione dati. Le restanti unità periferiche di acquisizione dati possono essere realizzate in maniera del tutto analoga all’unità periferica u1 che sarà di seguito descritta.

L’unità periferica di acquisizione dati u1 comprende un elemento di fissaggio e supporto 10 essenzialmente conformato a gambo, comprendente una prima porzione di estremità 11, ad esempio appuntita, destinata ad essere infissa nel suolo 12 ad una certa profondità ed una seconda contrapposta porzione di estremità 13. Nell’esempio di figura 2 quest’ultima à ̈ disposta ad una certa distanza dal suolo 12.

L’elemento di fissaggio e supporto 11 à ̈ sostanzialmente conformato come un’asta avente ad esempio una lunghezza compresa fra 0,50m ed 1m, preferibilmente realizzata in materiale metallico, e destinata ad essere installata in modo che per la maggior parte della propria lunghezza questa risulti conficcata nel terreno.

In generale, la lunghezza dell’asta può essere convenientemente stabilità in base ai risultati di una analisi geofisica che consenta di valutare la profondità dello strato superficiale di terreno a rischio smottamento.

In accordo alla forma di realizzazione rappresentata in figura 1, alla porzione di estremità 13 dell’elemento di fissaggio e supporto 10 à ̈ fissata una piastra di supporto 18.

L’unità periferica di acquisizione dati u1 comprende inoltre un alloggiamento 14 solidale e prossimale alla seconda porzione di estremità 13 dell’elemento di fissaggio e supporto 10. L’alloggiamento 14 à ̈ adatto ad ospitare un circuito 15 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati. Preferibilmente, l’alloggiamento 14 à ̈ un contenitore scatolare, più preferibilmente realizzato in materiale plastico rigido, quale ad esempio il policarbonato. L’alloggiamento 14 à ̈ convenientemente dotato di mezzi sigillanti atti ad impedire l’infiltrazione di umidità/acqua all’interno dello stesso ed à ̈ ad esempio in tal senso caratterizzato da un grado di protezione IP65.

In accordo ad una forma di realizzazione, l’alloggiamento 14 à ̈ fissabile, ad esempio mediante viti e simili (non mostrati in figura), alla piastra di supporto 18. Questo consente ad esempio di conficcare nel suolo prima l’elemento di fissaggio e supporto 10, ad esempio utilizzando la piastra 18 come testa di battuta, per fissare successivamente l’alloggiamento 14 alla piastra 18 dell’elemento di fissaggio e supporto 10.

Vantaggiosamente, il circuito 15 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende un trasduttore inerziale di accelerazione 16 a semiconduttore atto a rilevare e rendere disponibile una misura di una accelerazione di gravità in condizioni statiche al fine di ottenere una misura indicativa dell’inclinazione statica dell’elemento di fissaggio e supporto 11.

In una forma di realizzazione particolarmente preferita, il trasduttore inerziale di accelerazione 16 à ̈ un trasduttore triassiale MEMS (acronimo di Micro electro-Mechanical Systems) munito di un convertitore A/D interno ed atto a fornire direttamente in uscita un segnale digitale recante informazioni sulle tre componenti di una accelerazione di gravità. Ad esempio, tale convertitore à ̈ un convertitore a 12bit con uscita digitale configurabile SPI/I<2>C slave. Preferibilmente, il trasduttore 16 à ̈ un trasduttore ad alta risoluzione avente ad esempio un range di misura selezionabile fra ±2g e ±6g ed una sensibilità di 1024count/g (in modalità ±2g) o di 340count/g (in modalità ±6g). Un trasduttore del tipo sopra descritto à ̈ prodotto dalla StMicroelectronicsâ„¢ ed à ̈ commercializzato con la sigla LIS3LV02DQ.

In accordo ad una forma di realizzazione, il circuito 15 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre mezzi di controllo ed elaborazione 22, preposti al controllo ed alla gestione del trasduttore 16 ed eventualmente preposti ad elaborare, o pre-elaborare, i dati forniti in uscita dal trasduttore 16. Ad esempio, tali mezzi di controllo ed elaborazione 22 comprendono un microcontrollore ed una memoria, ad esempio una memoria RAM, esterna al microcontrollore.

Preferibilmente, l’unità periferica di acquisizione dati u1 comprende inoltre una sorgente interna di alimentazione, quale ad esempio una batteria o un pacco di batterie 23, per l’alimentazione del circuito 15 di acquisizione e trasmissione/ricezione dati.

Il circuito 15 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre una interfaccia di comunicazione bidirezionale 24, 25 per la ricezione e la trasmissione di dati a distanza. Preferibilmente, tale interfaccia di comunicazione bidirezionale 24, 25 comprende un transceiver wireless 24 supportante un protocollo di trasmissione/ricezione di dati a pacchetto e munito inoltre di una funzionalità cosiddetta “wake on radio†per il polling automatico in ricezione. Preferibilmente, tale transceiver 24 comprende una antenna di tipo ad elica ad 1⁄4 d’onda di dimensioni relativamente ridotte e tale da poter essere alloggiata all’interno del contenitore 14.

In accordo ad una ulteriore forma di realizzazione, l’interfaccia di comunicazione bidirezionale 24, 25 comprende inoltre un transceiver per la trasmissione dati su cavo, preferibilmente un transceiver RS485 a cui à ̈ associato un connettore 25.

In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, i mezzi di controllo ed elaborazione 22 sono programmati per ricevere dal trasduttore 16 dati relativi alle tre componenti di accelerazione di gravità rilevate da tale trasduttore 16 durante un intervallo di acquisizione avente una data ampiezza temporale ed effettuare una media di ciascuna delle tre componenti di accelerazione. Preferibilmente, tale ampiezza à ̈ un parametro di sistema impostabile a distanza mediante l’interfaccia di comunicazione 24, 25. In accordo ad una forma di realizzazione attualmente preferita e non limitativa, l’intervallo di acquisizione ha una durata pari a circa 1-2 secondi. Preferibilmente i mezzi di controllo ed elaborazione 22 sono tali da acquisire le misure di accelerazione tramite il trasduttore 16 ed eseguire ripetutamente la suddetta media secondo un periodo di ripetizione avente una durata significativamente maggiore rispetto all’ampiezza dell’intervallo di acquisizione. Preferibilmente, la durata temporale di un periodo di ripetizione à ̈ un parametro di sistema impostabile a distanza, mediante l’interfaccia di comunicazione 24, 25, e riconfigurabile. In accordo ad una forma di realizzazione attualmente preferita e non limitativa, il periodo di ripetizione ha una durata pari a circa 15 minuti.

In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, i mezzi di controllo ed elaborazione 22 sono tali da memorizzare le misure di accelerazione acquisite nell’intervallo di acquisizione, o dei dati correlati a tale misure quali ad esempio una media di tali misure, in modo da poter trasmettere a distanza tali misure a seguito di una richiesta (polling) ricevuta dall’unità periferica di acquisizione dati u1 attraverso l’interfaccia di comunicazione 24, 25. in una forma di realizzazione à ̈ possibile prevedere che i mezzi di controllo ed elaborazione siano programmati in modo tale che l’unità periferica di acquisizione dati sia tale da fornire in uscita una informazione sintetica, ma completa, sulla variazione di inclinazione statica della porzione a gambo rispetto ad una direzione di particolare interesse.

In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, l’unità periferica di acquisizione u1 comprende inoltre almeno un sensore di umidità e/o di presenza di acqua 19, 20, 21 operativamente collegato al circuito 15 di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati. In tal modo, oltre alle misure di inclinazione dell’elemento di fissaggio e supporto 10, che sono indicative di un movimento franoso che si à ̈ già verificato, à ̈ possibile avere a disposizione anche una informazione sul rischio di insorgenza di un possibile futuro movimento franoso, in modo da poter prevedere, nei limiti del possibile, l’insorgere di tale fenomeno.

Preferibilmente, il sensore di umidità e/o di presenza di acqua 19, 20, 21 consente di effettuare misure nel suolo 12 a diverse profondità lungo l’estensione dell’elemento di fissaggio e supporto 10. In quest’ultimo caso, il sensore di umidità e/o di presenza di acqua comprende ad esempio più trasduttori 19, 20, 21 disposti (ed eventualmente ospitati in opportune sedi dedicate) a quote differenti lungo la porzione di elemento di fissaggio e supporto 10 destinata ad essere interrata. Questo consente vantaggiosamente di ottenere una informazione più accurata sulla presenza di acqua/umidità nel suolo, in quanto il rischio di insorgenza di un eventuale fenomeno franoso à ̈ maggiore quanto maggiore à ̈ la profondità in cui si rileva presenza di acqua, almeno per fenomeni franosi che interessano gli strati superficiali del terreno (1-2 metri rispetto al livello del suolo).

Si osservi inoltre che, disponendo di un sensore 19, 20, 21 di presenza di acqua e/o umidità, à ̈ vantaggiosamente possibile, se le informazioni fornite da tale sensore sono ad esempio tali da segnalare un incremento del rischio di insorgenza di fenomeni franosi, di riconfigurare a distanza, mediante l’interfaccia di comunicazione 24, 25, l’ampiezza dell’intervallo di acquisizione e/o del periodo di ripetizione in modo da ottenere informazioni più accurate e/o frequenti per meglio monitorare eventuali situazioni di immediato pericolo e prendere tempestivamente adeguate misure di sicurezza.

Con riferimento alla figura 1, il sistema di monitoraggio 1 comprende inoltre una stazione remota C_U di controllo e supervisione destinata ad essere operativamente collegata alla rete di acquisizione 4 e ad essere installata in una posizione relativamente distale dall’area 2 da monitorare e dunque dalla pluralità di unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 e v1,…,v8. Nell’esempio rappresentato in figura 1, la stazione remota di controllo e supervisione C_U à ̈ ad esempio un calcolatore di tipo industriale installato in un locale interno alla stazione ferroviaria 6, ad esempio nella centrale locale di controllo.

Il sistema di monitoraggio 1 comprende inoltre almeno una unità periferica di raccolta dati u2, v2, destinata ad essere installata in una posizione relativamente prossimale alle unità periferiche di acquisizione dati u1,…,u7 e v1,…,v8. Nell’esempio rappresentato in figura 1, il sistema di monitoraggio 1 comprende due unità periferiche di raccolta dati, rispettivamente u2 e v2, ciascuna operativamente associata ad un rispettivo gruppo G_u e G_v di unità periferiche di acquisizione. Sebbene in questo particolare esempio il numero di gruppi G_u e G_v di unità periferiche di acquisizione dati ed il numero di corrispondenti unità periferiche di raccolta dati u2, v2 sia pari a due, si tenga presente che il sistema di monitoraggio 1 può includere un numero di gruppi di unità periferiche di acquisizione dati e di rispettive unità periferiche di raccolta dati maggiore o minore.

Nel particolare esempio descritto, le unità periferiche di raccolta dati u2 e v2 sono sostanzialmente identiche alle unità periferiche di acquisizione dati u1 descritte con riferimento alla figura 2, differendo da queste solo per il fatto che nelle unità periferiche di raccolta dati u2, v2 i mezzi di controllo ed elaborazione 22 sono programmati per svolgere, oltre alla funzione di acquisizione dei dati di inclinazione relativi alla stessa unità u2, v2, le funzioni aggiuntive di interrogazione delle restanti unità periferiche di acquisizione, la raccolta dei dati forniti da queste e l’invio di tali dati alla stazione remota C_U di controllo e supervisione. In altre parole, una unità periferica di raccolta dati u2, v2 à ̈ in questo esempio tale da svolgere la funzione aggiuntiva di interfaccia fra un gruppo di unità periferiche di acquisizione G_u, G_v e la stazione remota C_U di controllo e supervisione. A tal proposito, à ̈ possibile prevedere convenientemente che ciascuna unità periferica di raccolta dati u2, v2 sia operativamente collegata in modo wireless, attraverso il transceiver wireless 24, ad un rispettivo gruppo G_u, G_v di unità periferiche di acquisizione a queste associate ed in modo wired, ad esempio attraverso il transceiver RS485 ed un rispettivo collegamento via cavo L1, L2 alla stazione remota C_U di controllo e supervisione. In una forma di realizzazione alternativa, à ̈ possibile invece prevedere che le unità periferiche di acquisizione dati u2 e v2 non svolgano anche la funzione di acquisizione dei propri dati di accelerazione/inclinazione e siano delle unità dedicate strutturalmente e funzionalmente differenti dalle unità periferiche di acquisizione dati u2,…,u7 e v2,…,v7.

In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, l’unità periferica di raccolta dati u2, v2 à ̈ programmata per:

- interrogare selettivamente e periodicamente le unità periferiche di acquisizione dati appartenenti al gruppo G_u, G_v a questa associato secondo uno schema prestabilito e/o programmabile al fine di raccogliere informazioni acquisite da dette unità;

- ricevere segnali di risposta dalle unità periferiche di acquisizione; ed

- inviare dette informazioni raccolte alla stazione remota C_U di controllo e supervisione.

In pratica, un protocollo del tipo sopra descritto prevede che l’unità periferica di raccolta dati u2, v2 agisca da unità master e che le altre unità del gruppo G_u, G_v agiscano da unità slave.

Sebbene sia possibile prevedere che le unità periferiche di raccolta dati u2, v2 ricevano una risposta da tutte le unità periferiche di acquisizione ad esse associate prima di inviare i dati alla stazione remota C_U di controllo e supervisione, in accordo ad una forma di realizzazione attualmente preferita i dati raccolti sono inviati di volta in volta dalle unità periferiche di raccolta dati u2, v2 alla stazione remota C_U di controllo e supervisione dopo essere stati ricevuti.

Nel caso in cui non tutte le unità periferiche di acquisizione dati di uno stesso gruppo G_u, G_v siano direttamente raggiungibili dalla competente unità periferica di raccolta dati u2, v2, l’interrogazione selettiva delle unità periferiche di acquisizione dati del gruppo G_u, G_v può essere convenientemente effettuata:

- direttamente dall’unità periferica di raccolta dati u2, v2 nel caso in cui il segnale di interrogazione sia indirizzato ad una unità periferica di acquisizione dati con la quale questa può essere direttamente collegata operativamente;

- indirettamente dall’unità periferica di raccolta dati u2, v2, cioà ̈ passando attraverso almeno una unità periferica di acquisizione dati intermedia, nel caso in cui il segnale di interrogazione sia indirizzato ad una unità periferica di acquisizione dati con la quale l’unità periferica di raccolta dati u2, v2 non può essere direttamente collegata operativamente.

Per meglio chiarire quanto appena sopra esposto, con riferimento alla figura 1, si ipotizzi il caso in cui all’interno del gruppo G_u, l’unità periferica di raccolta dati u2 possa comunicare direttamente via radio con le unità periferiche di acquisizione dati u1, u3, u5, u6 ed u7 inviando a queste segnali di interrogazione e ricevendo da queste le informazioni richieste. Si ipotizzi inoltre che, ad esempio a causa della distanza reciproca o a causa dell’interposizione di barriere costituite ad esempio da vegetazione, l’unità periferica di raccolta dati u2 non possa comunicare direttamente via radio con l’unità periferica di acquisizione dati u4. In pratica, ciò accade quando l’unità periferica di acquisizione dati u4 à ̈ al di fuori del range di visibilità dell’unità periferica di raccolta dati u2. In questa ipotesi, le unità periferiche di acquisizione dati u1, u3, u5, u6 ed u7 potranno essere direttamente interrogate dall’unità periferica di raccolta dati u2, mentre per interrogare l’unità periferica di acquisizione u4, sarà necessario inviare un segnale di interrogazione ad una unità periferica di acquisizione “intermedia†u3, la quale provvederà a ricevere tale segnale, ritrasmetterlo indirizzandolo all’unità periferica di acquisizione dati u4, ricevere un segnale di risposta dall’unità periferica di acquisizione dati u4 ed inoltrare tale risposta all’unità periferica di raccolta dati u2. Ovviamente, in base alle distanze in gioco à ̈ possibile prevedere che l’interrogazione sia caratterizzata da più “salti†attraverso più unità periferiche di acquisizione dati intermedie.

In accordo ad una forma di realizzazione, la stazione remota di controllo e supervisione C_U à ̈ tale da ricevere periodicamente e ad intervalli di tempo successivi i dati raccolti dalle unità periferiche di raccolta dati u2, v2, e per ciascuna unità periferica di acquisizione dati à ̈ programmata per:

- ottenere una misura iniziale di inclinazione statica di detta unità periferica di acquisizione dati, la misura iniziale essendo relativa ad un intervallo di tempo iniziale di riferimento;

- ottenere successivamente una ulteriore misura di inclinazione statica di detta unità periferica di acquisizione dati, l’ulteriore misura essendo relativa ad un intervallo di tempo successivo all’intervallo di tempo iniziale;

- valutare una differenza fra dette misure di inclinazione statica e confrontare detta differenza con almeno un valore di inclinazione di soglia;

- associare stati operativi differenti a detta unità periferica in base all’esito di detto confronto.

Ad esempio, per ciascuna unità periferica di acquisizione dati à ̈ possibile valutare la suddetta differenza fra misure e confrontare il risultato di detta differenza con una prestabilita soglia di allarme per associare all’unità periferica di acquisizione dati uno stato rappresentativo di una condizione di normalità o uno stato rappresentativo di una condizione di allarme. E’ possibile, inoltre, prevedere un ulteriore confronto con una prestabilita soglia di pre-allarme distinta dalla suddetta prestabilita soglia di allarme, in modo da poter associare all’unità periferica di acquisizione uno stato rappresentativo di una condizione di normalità, o uno stato rappresentativo di una condizione di pre-allarme o uno stato rappresentativo di una condizione di allarme. E’ possibile aumentare il numero degli stati associabili alle unità periferiche di acquisizione dati prevedendo, in una forma di realizzazione attualmente preferita, anche i seguenti stati:

- “non rilevato†, nel caso in cui l’unità periferica di acquisizione dati non abbia fornito alcuna risposta all’ultima interrogazione;

- “non valido†, nel caso in cui essendo il trasduttore 16 in movimento al momento dell’acquisizione non à ̈ stato possibile valutarne l’inclinazione;

- “non confrontabile†nel caso in cui non à ̈ possibile effettuare la suddetta differenza fra misure (ad esempio nel caso di misura iniziale di inclinazione mancante).

Si osservi, inoltre, che per effettuare il suddetto confronto con la soglia di allarme (o in aggiunta anche con la soglia di pre-allarme) à ̈ possibile confrontare un dato unico rappresentativo della differenza di inclinazione (quale ad esempio un angolo espresso in gradi radianti) con detta soglia (che in questo esempio rappresenta un angolo limite). Alternativamente, à ̈ possibile confrontare una rispettiva differenza relativa a ciascuna delle tre componenti di accelerazione, lungo tre assi ortogonali, con una prestabilita soglia, effettuando in pratica tre distinte operazioni di confronto. In quest’ultimo caso, convenientemente, si potrà opportunamente prevedere che all’unità periferica di acquisizione dati sia assegnato uno stato di allarme (o di pre-allarme) anche se una sola di dette operazioni di confronto rivela una condizione non riconducibile ad una situazione di normalità.

In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, la stazione remota di controllo e supervisione C_U comprende almeno una unità di visualizzazione, quale ad esempio un display LCD, ed à ̈ programmata per rappresentare graficamente sulla unità di visualizzazione una mappa rappresentativa dell’area 2 da monitorare in cui le unità periferiche di acquisizione dati, ed eventualmente anche le unità periferiche di raccolta dati, sono schematicamente rappresentate nelle rispettive posizioni ed in cui la stazione remota di controllo e supervisione C_U à ̈ programmata per associare a ciascuna di dette unità periferiche un rispettivo simbolo grafico rappresentativo dello stato operativo di dette unità periferiche. Ad esempio, à ̈ possibile associare a ciascuna unità un segno o simbolo grafico, quale ad esempio un primo cerchio colorato atto a simboleggiare una prima spia luminosa atta ad assumere un colore differente in base allo stato operativo dell’unità periferica. Questo consente vantaggiosamente ad un operatore di effettuare un rapido ed intuitivo controllo dell’area monitorata 2 per localizzare una eventuale zona soggetta a smottamenti e valutarne approssimativamente l’estensione.

Inoltre, nel caso in cui le unità periferiche siano alimentate da una batteria interna, à ̈ possibile prevedere vantaggiosamente che la stazione centrale di controllo e supervisione C_U sia programmata per ricevere, tramite le unità periferiche di raccolta dati, informazioni sullo stato di carica della batteria di ciascuna unità periferica ed associare alle unità periferiche rappresentate sull’unità di visualizzazione un ulteriore rispettivo simbolo grafico indicativo dello stato di carica delle rispettive batterie (ad esempio distinguendo fra due possibili stati di cui uno rappresentativo di un livello di carica sufficiente ed uno rappresentativo di un livello di carica insufficiente). Ad esempio, à ̈ possibile associare a ciascuna unità periferica un ulteriore segno o simbolo grafico, quale ad esempio un secondo cerchio colorato atto a simboleggiare una seconda spia luminosa, preferibilmente di dimensioni più piccole rispetto al primo cerchio colorato, che assume un colore differente in base allo stato di carica della batteria dell’unità periferica.

In accordo ad una forma di realizzazione, la stazione remota di controllo e supervisione C_U à ̈ programmata per associare uno stato operativo globale al sistema di monitoraggio 1, in base ad un calcolo effettuato a partire dagli stati operativi associati alle singole unità periferiche (di acquisizione ed eventualmente anche di raccolta dati). Ad esempio, la stazione remota di controllo C_U à ̈ tale associare al sistema di monitoraggio 1 un primo stato operativo globale indicativo di una condizione di normalità o un secondo stato operativo globale indicativo di una condizione di allarme. Preferibilmente, la stazione remota di controllo C_U à ̈ tale associare al sistema di monitoraggio 1 in aggiunta ai due suddetti stati, un terzo stato operativo globale indicativo di una situazione di pre-allarme.

Ad esempio, la stazione remota di controllo e supervisione C_U Ã ̈ tale associare al sistema di monitoraggio 1:

- il primo stato operativo globale (allarme) se il numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di allarme supera un prestabilito valore di soglia Xao se il numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di pre-allarme supera un prestabilito valore di soglia Ya, o se la somma del numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di allarme e del numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di pre-allarme supera un prestabilito valore di soglia Sa;

- il secondo stato operativo globale (pre-allarme) se il numero di unità periferiche alle qauli à ̈ associato lo stato operativo di allarme supera un prestabilito valore di soglia Xpo se il numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di pre-allarme supera un prestabilito valore di soglia Yp, o se la somma del numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di allarme e del numero di unità periferiche alle quali à ̈ associato lo stato operativo di pre-allarme supera un prestabilito valore di soglia Sp;

- il terzo stato operativo globale (normalità) se non à ̈ soddisfatta nessuna delle precedenti condizioni.

In accordo ad una forma di realizzazione, il sistema di monitoraggio 1 comprende inoltre una unità di trasmissione 7 collegata alla stazione remota di controllo e supervisione C_U e preposta alla trasmissione remota di segnali di allarme, ad esempio ad un predefinito gruppo di utenti remoti. L’unità di trasmissione 7 comprende ad esempio un modem GSM atto ad inviare messaggi SMS agli utenti remoti ogni volta che al sistema di monitoraggio 1 à ̈ assegnato uno stato operativo globale differente da quello indicativo di una condizione di normalità.

Con riferimento alla figura 3 Ã ̈ schematicamente illustrato un diagramma di flusso di un procedimento per il monitoraggio aree a rischio franoso, globalmente indicato con 30, in accordo alla presente invenzione.

Il procedimento di monitoraggio 30 comprende:

- una fase 31 di rendere disponibile, cioà ̈ di installare e configurare, un sistema di monitoraggio 1 comprendente una rete di acquisizione dati 4 comprendente una pluralità di unità periferiche di acquisizione dati, ciascuna di dette unità comprendendo un trasduttore inerziale di accelerazione 16 a semiconduttore atto a rilevare e rendere disponibile una misura di una accelerazione di gravità in condizione statiche al fine di ottenere una misura di inclinazione statica di detta unità periferica; e

per ciascuna unità periferica di acquisizione dati di detta pluralità:

- una fase 32 di ottenere una misura iniziale di inclinazione statica a detta unità periferica, detta misura iniziale statica essendo relativa ad un intervallo di tempo iniziale di riferimento;

- una fase successiva 33 di ottenere una ulteriore misura di inclinazione statica di detta unità periferica, detta ulteriore misura essendo relativa ad un intervallo di tempo successivo a detto intervallo di tempo iniziale; - una fase 34 di valutare una differenza fra dette misure di inclinazione statica e confrontare detta differenza con almeno un prefissato valore di inclinazione di soglia;

- una fase 35 di associare stati operativi differenti a detta unità periferica in base all’esito di detto confronto.

Preferibilmente, gli stati operativi associabili alle unità periferiche di acquisizione dati comprendono:

- un primo stato operativo indicativo di una condizione di normalità;

- un secondo stato operativo indicativo di una condizione di allarme; e più preferibilmente anche

- un terzo stato operativo indicativo di una condizione di pre-allarme.

In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il procedimento di monitoraggio 30 comprende inoltre una fase 36 di associare al sistema di monitoraggio 1 uno stato operativo globale, rappresentativo di una condizione di normalità o di allarme, in base ad un calcolo effettuato a partire dagli stati operativi associati alle singole unità periferiche di acquisizione dati. Più preferibilmente, al sistema 1 à ̈ associabile anche un terzo stato operativo indicativo di una condizione di pre-allarme.

Preferibilmente, il procedimento di monitoraggio 30 comprende inoltre una fase 37 di trasmettere a distanza segnali di allarme in base allo stato operativo globale associato al sistema di monitoraggio.

Come indicato dalla freccia 38, le fasi da 33 a 36 vengono eseguite iterativamente al fine di ottenere un monitoraggio in real time o in quasi real time dell’area 2 a rischio frane.

Dalla descrizione appena fatta à ̈ possibile dunque comprendere come un sistema ed un procedimento di monitoraggio del tipo sopra descritto siano in grado di conseguire pienamente gli scopi prefissi.

Prove sperimentali sul campo hanno consentito di dimostrare l’efficienza del sistema di monitoraggio che si à ̈ dimostrato reattivo e particolarmente robusto ai falsi allarmi. In particolare, durante tali prove à ̈ stato realizzato ed installato un sistema di monitoraggio comprendente 53 unità periferiche di cui 50 unità periferiche di acquisizione (slave) e 3 unità di acquisizione e raccolta dati (master) installate a copertura di un’area di circa 4000 mq. Nel particolare sistema di monitoraggio testato durante le prove, sono state impiegate unità periferiche di acquisizione dati aventi un’asta di circa un metro di lunghezza, al fine di monitorare gli spostamenti di una strato superficiale di terreno a rischio smottamenti avente una profondità di circa 1m-2m.

Si osservi inoltre che un sistema di monitoraggio del tipo sopra descritto si pregia di un elevato grado di configurabilità nelle modalità e nelle caratteristiche di acquisizione ed elaborazione dei dati.

Il sistema inoltre presenta un costo relativamente ridotto ed una particolare semplicità di installazione, il che consente di aumentare il numero di punti di misura senza far lievitare i costi del sistema e della sua installazione.

Il sistema inoltre si presta ad una pre-elaborazione dei dati in loco presso le singole unità periferiche dia acquisizione, riducendo in tal modo il carico computazionale presso la stazione remota di controllo e supervisione C_U e consentendo pertanto di aumentare il numero di punti di misura utili ad ottenere un modello quanto più realistico possibile dell’area da monitorare, senza inficiare l’efficienza di elaborazione dei dati.

Si osservi inoltre che un sistema del tipo sopra descritto consente non solo di monitorare aree a rischio franoso per inviare tempestive segnalazioni di allarme ma à ̈ in grado anche di soddisfare interessi di tipo geofisico poiché durante il proprio funzionamento à ̈ possibile registrare i dati di variazione di inclinazione statica acquisiti in modo da costituire una banca dati di estremo interesse ed utilità al fine di seguire la componente a cinematica lenta dell’evoluzione dell’area a rischio oltre che eventuali componenti a cinematica veloce potenzialmente pericolose.

Ovviamente, ad un sistema ed un procedimento di monitoraggio del tipo sopra descritti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, un esperto del settore potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione dell’invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.Ad esempio, nel caso di aree a rischio franoso ricoperte da vegetazione ad alto fusto e soggette dunque ad un effetto destabilizzante del vento, può essere conveniente includere nel sistema di monitoraggio anche un anemometro per monitorare la correlazione fra la presenza di vento e l’instaurarsi di eventuali fenomeni franosi. In aggiunta o in alternativa, à ̈ possibile includere nel sistema di monitoraggio 1 anche un pluviometro, in cui le altezze di pioggia del pluviometro forniscono al sistema delle segnalazioni di preallarme o allarme utili a dare indicazioni sul maggior o minor rischio di smottamenti.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema (1) per il monitoraggio di aree a rischio franoso, comprendente una rete di acquisizione dati (4) includente una pluralità di unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7) destinate ad essere installate distanziate fra loro all’interno di un’area da monitorare (2), le unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7) comprendendo ciascuna: - un elemento di supporto e fissaggio (10) essenzialmente conformato a gambo, comprendente una prima porzione di estremità (11) destinata ad essere infissa nel suolo ad una certa profondità ed una seconda contrapposta porzione di estremità (13); - un alloggiamento (14) solidale e prossimale alla seconda porzione di estremità (13), comprendente un circuito (15= di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprendente un trasduttore inerziale di accelerazione a semiconduttore (16) atto a rilevare e rendere disponibile un misura di una accelerazione di gravità in condizioni statiche al fine di ottenere una misura di inclinazione statica dell’elemento di supporto e fissaggio (10); caratterizzato dal fatto che il trasduttore inerziale di accelerazione (16) à ̈ un trasduttore triassiale MEMS atto a fornire in uscita un segnale digitale recante informazioni su tre componenti dell’accelerazione di gravità in condizioni statiche.
2. 2. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, in cui il circuito (15) di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre mezzi di controllo ed elaborazione (22) tali da effettuare una media di ciascuna di dette componenti durante un intervallo di acquisizione avente una data ampiezza temporale.
3. 3. Sistema (1) secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi di controllo ed elaborazione (22) sono tali da eseguire ripetutamente detta media secondo un periodo di ripetizione avente una durata significativamente maggiore rispetto all’ampiezza dell’intervallo di acquisizione.
4. 4. Sistema (1) secondo le rivendicazioni 2 e 3, in cui il circuito (15) di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati comprende inoltre una interfaccia di comunicazione bidirezionale (24,25) ed in cui l’ampiezza dell’intervallo di acquisizione e/o la durata del periodo di ripetizione à ̈ impostabile a distanza attraverso l’interfaccia di comunicazione.
5. 5. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre un sensore di umidità e/o di presenza di acqua (19,20,21) operativamente collegato al circuito (15) di acquisizione e di trasmissione/ricezione dati.
6. 6. Sistema (1) secondo la rivendicazione 5, in cui il sensore di umidità e/o di presenza di acqua (19,20,21) consente di effettuare misure a diverse profondità lungo l’estensione dell’elemento di supporto e fissaggio (10).
7. 7. Sistema (1) secondo le rivendicazioni 5 o 6 in quanto dipendenti dalla rivendicazione 4, in cui l’interfaccia di comunicazione (24,25) consente di impostare a distanza l’ampiezza dell’intervallo di acquisizione e/o la durata del periodo di ripetizione in base ai dati forniti dal sensore di umidità e/o di presenza di acqua (19,20,21).
8. 8. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente inoltre: - una stazione remota di controllo e supervisione (C_U) destinata ad essere installata in una posizione relativamente distale dalle unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7); ed - almeno una unità periferica di raccolta dati (u2,v2), destinata ad essere installata in una posizione relativamente prossimale alle unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7), l’unità periferica di raccolta dati essendo programmata per: - interrogare selettivamente e periodicamente le unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7) secondo uno schema prestabilito e/o programmabile al fine di raccogliere informazioni acquisite da dette unità; ed - inviare le informazioni acquisite alla stazione remota di controllo e supervisione (C_U).
9. 9. Sistema (1) secondo la rivendicazione 8, in cui l’interrogazione selettiva delle unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7): - può essere effettuata direttamente dall’unità periferica di raccolta dati relativamente ad unità periferiche di acquisizione dati con le quali questa può essere direttamente collegata operativamente; - può essere effettuata indirettamente dall’unità periferica di raccolta dati, passando attraverso almeno una unità periferica di acquisizione dati intermedia, relativamente ad unità periferiche di acquisizione dati con le quali l’unità periferica di raccolta dati non può essere direttamente collegata operativamente.
10. 10. Sistema (1) secondo le rivendicazioni 8 o 9, comprendente una pluralità di dette unità periferiche di raccolta dati ciascuna di dette unità essendo associata operativamente ad un rispettivo gruppo di unità periferiche di acquisizione dati.
11. 11. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 ad 10, in cui la stazione remota di controllo e supervisione (C_U) à ̈ tale da ricevere ad intervalli di tempo successivi i dati raccolti dalle unità di raccolta dati, e per ciascuna unità periferica di acquisizione dati à ̈ programmata per: - ottenere una misura iniziale di inclinazione di detta unità periferica, la misura iniziale essendo relativa ad un intervallo di tempo iniziale di riferimento; - ottenere successivamente una ulteriore misura di inclinazione statica di detta unità periferica, detta ulteriore misura essendo relativa ad un intervallo di tempo successivo a detto intervallo di tempo iniziale; - valutare una differenza fra dette misure di inclinazione statica e confrontare tale differenza con almeno un valore di inclinazione di soglia; - associare stati operativi differenti a detta unità periferica in base all’esito di detto confronto.
12. 12. Sistema (1) secondo la rivendicazione 11, in cui la stazione remota di controllo e supervisione (C_U) à ̈ programmata per associare uno stato operativo, rappresentativo di una condizione di normalità o di allarme, a detto sistema (1) in base ad un calcolo effettuato a partire dagli stati operativi associati alle unità periferiche di acquisizione dati (u1,…u7, v1,…,v7).
13. 13. Sistema (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui la stazione remota di controllo e supervisione (C_U) comprende una unità di visualizzazione ed à ̈ programmata per rappresentare graficamente su detta unità di visualizzazione una mappa rappresentativa dell’area da monitorare (2) in cui le unità periferiche di acquisizione (u1,…u7, v1,…,v7) sono schematicamente rappresentate nelle rispettive posizioni ed in cui la stazione remota (C_U) à ̈ programmata inoltre per associare a ciascuna delle unità periferiche di acquisizione dati un rispettivo simbolo grafico rappresentativo dello stato operativo di dette unità.
14. 14. Sistema (1) secondo la rivendicazione 13, in cui le unità periferiche di acquisizione (u1,…u7, v1,…,v7) sono alimentate da almeno una rispettiva batteria interna (23) ed in cui la stazione remota (C_U) à ̈ programmata per ricevere informazioni sullo stato di carica di detta batteria ed associare alle unità periferiche di acquisizione un ulteriore rispettivo simbolo grafico indicativo dello stato di carica delle rispettive batterie.
15. 15. Procedimento (30) per il monitoraggio di rilievi franosi, comprendente: - una fase (31) di rendere disponibile un sistema di monitoraggio (1) comprendente una rete di acquisizione dati (4) comprendente una pluralità di unità periferiche di acquisizione dati, ciascuna di dette unità comprendendo un trasduttore inerziale di accelerazione (16) a semiconduttore atto a rilevare e rendere disponibile una misura di una accelerazione di gravità in condizione statiche al fine di ottenere una misura di inclinazione statica di detta unità periferica, detto trasduttore inerziale di accelerazione (16) essendo un trasduttore triassiale MEMS atto a fornire in uscita un segnale digitale recante informazioni su tre componenti dell’accelerazione di gravità in condizioni statiche; e per ciascuna unità periferica di acquisizione dati di detta pluralità comprendente: - una fase (32) di assegnare ottenere una misura iniziale di inclinazione statica all’unità periferica, la misura iniziale essendo relativa ad un intervallo di tempo iniziale di riferimento; - una fase successiva (33) di ottenere almeno una ulteriore misura di inclinazione statica dell’unità periferica, l’ulteriore misura essendo relativa ad un intervallo di tempo successivo all’intervallo di tempo iniziale; - una fase (34) di valutare una differenza fra dette misure e confrontare tale differenza con almeno un prefissato valore di inclinazione di soglia; - una fase (36) di associare stati operativi differenti a detta unità periferica in base all’esito di detto confronto.