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Al termine del progetto di ricerca sarà messo a punto un sistema integrato per l’Individuazione di Scarichi Non Autorizzati in fognatura e nei corpi idrici superficiali. I partner del progetto si pongono l’obiettivo di studiare e sperimentare metodologie e tecniche che consentano di ottenere un sistema affidabile e capace di supportare in tempo reale sistemi a supporto delle decisioni. Si vuole anche portare un contributo allo studio di infrastrutture critiche.
L’affidabilità del sistema di monitoraggio è una delle componenti fondamentali per il successo del progetto. Si procederà ad una disamina accurata delle diverse tecnologie disponibili per il monitoraggio. Verrà quindi realizzata una matrice di tecnologie disponibili/parametri da monitorare che costituirà il punto di partenza per i successivi sviluppi. Per realizzare la matrice sarà necessario considerare:

• La natura dei possibili scarichi (concentrazioni di inquinanti, loro natura, distribuzione spaziale e temporale, ecc.)
• La natura fisica della rete (sistema aperto o chiuso, canali naturali o artificiali, disponibilità di energia elettrica e telemetria, ecc)
• L’approccio proposto per la modellazione
• Costi di investimento e di gestione

In quest’ottica verrà studiata la possibilità di sviluppare piattaforme multi-sensore che uniscano pochi sensori robusti ed affidabili in grado di misurare grandezze chimiche e fisiche fondamentali, quali portata, livello, temperatura, conduttività, pH, colore, fluorescenza e torbidità/carico.
Attività di ricerca industriale e di sviluppo sperimentale saranno dedicate, inoltre, alla realizzazione di nuove tipologie di sensori utilizzabili per migliorare il monitoraggio della rete idrico-fognaria.
Le reti fognarie e i canali di scarico costituiscono un ambiente severo per i sensori; nella fase di ricerca e sviluppo e in quella successiva di sperimentazione sarà necessario assicurare affidabilità e robustezza al sistema con il rispetto di tutte le normative di sicurezza previste tra cui la direttiva 94/9/CE ATEX.
L’approccio proposto prevede di focalizzarsi sui metodi per identificare un cambio di stato nel sistema; utilizzare poi questa informazione, tramite modelli, per localizzare l’area, o il punto, sorgente di questo cambiamento.
La rete di sensori “continui” posizionati in punti strategici restituirà con prontezza il cambio di stato. La rete di sensori, non connessi in continuo fornirà poi tutti i dati necessari per localizzare e caratterizzare con maggior precisione l’evento.
Nella figura seguente viene rappresentato schematicamente il processo di estrazione di informazioni a partire da dati grezzi, previsto nel presente progetto per il monitoraggio della rete fognaria.

Figura 1 – Estrazione di conoscenza dai dati grezzi rilevati dai sensori.

La metodologia di estrazione di conoscenza dai dati rilevati dai sensori, tendente a dedurre ulteriori eventi di inquinamento della rete fognaria altrimenti nascosti al monitoraggio, messa a punto durante il progetto S.I.MON.A., sarà disponibile alle organizzazioni di ricerca, agli enti pubblici e ai gestori che si interessano di monitoraggio ambientale e che potranno adattare tale metodologia di volta in volta al dominio di proprio interesse.

Il processo di acquisizione dati ed estrazione delle informazioni sopra descritto vede coinvolte le seguenti entità da progettare, sperimentare e prototipare:

• un sistema di acquisizione dati, che sarà imperniato su una rete di sensori qualitativi e quantitativi e che per il quale saranno dedicate attività di ricerca, sperimentazione e prototipazione rivolte a far evolvere tecnologie esistenti (vedi successivamente la descrizione di un sensore in tecnologia ottica) o a svilupparne di nuove;
• un sistema di trasmissione dati che, oltre a prevedere la trasmissione dei dati grezzi mediante un gateway di comunicazione multicanale, si incaricherà di facilitare l’interoperabilità tra reti di sensori eterogenei, attraverso una trasformazione di dati grezzi in dati aggregati, per il quale saranno eseguite attività di studio e sperimentazione di protocolli standard a partire da quelli esistenti, quali, ad esempio, sensorML su XMPP;
• un sistema di gestione della rappresentazione della conoscenza per la caratterizzazione dei domini dei sensori quantitativi e qualitativi innovativi (ottici, olfattivi, ecc.), che prevederà il disegno dei modelli e la progettazione di un insieme di regole atte a rilevare e individuare alterazioni dei modelli “in quiete” causate dall’immissione in rete di scarichi non autorizzati o non conformi. Allo scopo di progettare, sperimentare e validare l’insieme di modeli e regole dei domini dei sensori verrà fatto uso di simulatori del sistema fognario che saranno ospitati in una struttura di calcolo dotata della necessaria potenza elaborativa;
• un sistema di applicazioni, nel quale verranno progettati, sperimentati e sviluppati moduli per l’elaborazione dei dati provenienti dai sensori qualitativi e quantitativi il cui fine, partendo dai modelli e dalle regole messe a disposizione dalla base di conoscenza è il riconoscimento degli eventi che hanno prodotto tali dati;
• un sistema per la gestione degli eventi, che conterrà:

1. i moduli di elaborazione che estrarranno le correlazioni tra gli eventi riconosciuti a partire dai dati provenienti dai sensori eterogenei (cioè per dedurre possibili inquinamenti che sarebbero rimasti nascosti analizzando separatamente i dati rilevati dalle singole tipologie di sensori);
2. i moduli di elaborazione che a partire dai modelli di interfaccia appositamente progettati dedurranno eventi che potrebbero influire su altre infrastrutture critiche, prevedendo, inoltre, la possibilità di collegamento della rete e del sistema di monitoraggio ai futuri sistemi di “early warning” di catastrofi naturali, per effettuare interventi di emergenza automatici qualche secondo prima dell’evento annunciato ed evitare così danni gravi alle persone e alle cose;
3. i moduli di elaborazione per il supporto alle decisioni nella gestione ottimizzata delle conoscenze riguardanti il ciclo delle acque reflue (gestione delle reti fognarie, gestione e salvaguardia dei sistemi di depurazione, etc), in modo da alimentare un decision support system (DSS) orientato alla gestione della rete fognaria, sia dal punto di vista dell’ottimizzazione gestionale che di quello dell’analisi qualitativa delle acque;
4. i moduli di elaborazione per la telemisura e il telecontrollo in grado di rispondere all’esigenza di raccolta e controllo delle informazioni provenienti dal campo e di regolazione e di attuazione dei parametri della rete fognaria, con l’obiettivo di ottenere significativi miglioramenti: nei tempi di intervento, nell’affidabilità delle informazioni trattate, nella garanzia di continuità di esercizio (in particolare per quanto riguarda la depurazione delle acque);

• un sistema di rendering dimensionato in funzione dei singoli profili di utenza definiti per il sistema, in modo da far accedere con un’interfaccia amichevole ciascuna tipologia di utenza alle informazioni di proprio interesse.

 Le componenti del sistema saranno di per sé sistemi utilizzabili anche in altre applicazioni. Ciò vale in particolare per i sensori non intrusivi per la misura di sostanze disciolte e sospese nelle acque che verranno appositamente studiati e progettati e per i sistemi di trasmissione dei dati.

I risultati del progetto Campus, non ultime le nuove tecnologie sensoristiche sperimentate, saranno utilizzati in particolare dalle PMI partecipanti al progetto, consentendo alle stesse di avviare linee di produzione e/o di servizio innovative, e di poter competere con maggiore forza sul mercato nazionale ed internazionale.

Il nodo GRID che si intende predisporre per ospitare simulazioni del sistema fognario, rese interoperabili nel rispetto di quanto previsto dal progetto DIESIS, con simulazioni di altre infrastrutture critiche, verrà messo a disposizione per realizzare simulazioni federate da parte di quanti (organismi di ricerca, industrie, organizzazioni governative) si occupano di attività di ricerca sulla protezione di infrastrutture critiche, nella prospettiva di costituire un centro di analisi e di simulazione di infrastrutture a livello europeo.