Sintesi della proposta

L’idea progettuale è nata seguendo due direttrici principali: la prima è quella delle calamità che accadono non solo in Calabria ma in tutta Italia in occasione di eventi meteorologici intensi, a causa della fragilità del territorio dal punto di vista idrogeologico. In Italia, infatti, il rischio idrogeologico è diffuso in modo capillare e tra i fattori naturali che predispongono il nostro territorio ai dissesti idrogeologici, rientra la sua conformazione geologica e geomorfologica, caratterizzata da un’orografia complessa e bacini idrografici generalmente di piccole dimensioni, che sono quindi caratterizzati da tempi di risposta alle precipitazioni estremamente rapidi. La seconda è quella dell’esigenza dei partner industriali di posizionarsi con specifiche competenze in due settori di mercato in continua espansione, cioè quello del Cloud Computing e dell’Internet of Things (IoT) e sensoristica. Entrambi i settori stanno crescendo, di anno in anno, con percentuali a due cifre e la tendenza è in aumento.

Sulla base di quanto sopra detto, con la proposta si intende progettare e realizzare un sistema integrato di monitoraggio dei fenomeni concorrenti nel rischio idrogeologico, mediante l’utilizzo di sensoristica ambientale in grado di rilevare i parametri utili per una successiva valutazione del rischio idrogeologico di un territorio, ai fini del contenimento del rischio stesso. L’attività di rilevazione necessita, inoltre, di competenze specialistiche relative a protocolli di trasmissione e di sicurezza (i parametri rilevati sul territorio devono essere trasmessi in sicurezza alla centrale di controllo, dove saranno correttamente memorizzati ed elaborati). Nello specifico, il sistema dovrà implementare una metodologia multicomponente, che sarà proposta principalmente dai partner scientifici, in sinergia con le Imprese partecipanti, finalizzata a monitorare i diversi fenomeni che determinano elevate situazioni di rischio idrogeologico. Di conseguenza, oltre al monitoraggio dei dati pluviometrici e di altre variabili meteoclimatiche, idoneo alla definizione di scenari di “pioggia critica”, il sistema dovrà essere in grado di monitorare: a) le quantità di sedimenti (distinti per classi granulometriche, litotipi, composizione petrografica, geochimica, ecc.) prodotti dai versanti, a causa di processi erosivi e di instabilità; b) le portate, liquida e solida, dei corsi d’acqua, con particolare attenzione a quelle sezioni più prossime ad agglomerati urbani e/o ad infrastrutture; c) il deposito dei sedimenti in prossimità della fascia costiera, con valutazione dei possibili conseguenti fenomeni di interazione con le dinamiche marittime; d) le modalità di mobilizzazione di versanti, per i quali è possibile ottenere una caratterizzazione geotecnica. Il sistema dovrà integrare, in unico cloud che poi possa erogare servizi in modalità Software as a Service (SaaS) sia ai fini della fruizione che ai fini di produzione di alert, i dati provenienti dai sensori e dagli altri sistemi di monitoraggio predisposti per le finalità del progetto; esso dovrà essere integrabile anche con modelli previsionali atmosferici, capaci di produrre scenari di innesco di fenomeni di instabilità dei versanti particolarmente rilevanti.

Al fine di tarare, calibrare e validare l’intero sistema, verranno scelte una o più aree sperimentali, sulla base di un protocollo di selezione che i partner scientifici proporranno nell’ambito del progetto, che terrà conto delle caratteristiche geomorfologiche, idrologiche, idrauliche e delle implicazioni sulle dinamiche costiere. Inoltre, si terrà conto anche della presenza di insediamenti antropici e di infrastrutture, che determinano situazioni di rischio su aree dove è già molto elevata la pericolosità. In particolare, la calibrazione verrà effettuata con analisi/prove in sito e in laboratorio. A tale scopo, una attenta analisi dei dati e delle informazioni storiche riguardanti gli eventi meteorici intensi, i fenomeni franosi ed erosivi, i fenomeni di piena fluviale e di mareggiata con elevato trasporto solido e gli altri fenomeni a questi ricollegabili, condurrà alla individuazione di una o più aree campione presenti sul territorio regionale. Inoltre, l’analisi sarà condotta a lungo termine ai fini della determinazione dell’evoluzione medio annua di eventuali fenomeni di dissesto in ambiente fluviale e marittima.

La produzione dei sedimenti verrà effettuata confrontando diverse tecniche e metodologie, utilizzando anche le più moderne procedure automatizzate in ambiente GIS. Il trasporto dei sedimenti nel corso d’acqua richiederà dati sperimentali in situ e in laboratorio riguardanti la stima della portata solida di fondo. Parallelamente, la caratterizzazione del trasporto solido costiero richiederà l’uso di specifica modellazione matematica per l’evoluzione morfodinamica della fascia di spiaggia attiva. L’utilizzo di traccianti artificiali e naturali potrà consentire anche la ricostruzione dei percorsi di trasporto. L’installazione, inoltre, di strumenti geotecnici, collegati al cloud in real time, posizionati in aree per le quali sono già disponibili la caratterizzazione geotecnica e la presenza di pozzi, dove gli stessi possono essere alloggiati, potrà permettere il monitoraggio, nell’ambito dello stesso sistema, delle modalità (tempi, profondità e velocità) di movimento dei versanti, in stretta correlazione con le piogge registrate o previste nelle stesse aree.

Il sistema integrato, tarato e validato su una o più aree campione, potrà essere comunque in seguito applicato su altri bacini interagenti con fasce costiere e quindi di estrema utilità ai Soggetti normalmente interessati alla valutazione e al monitoraggio dei fenomeni concorrenti nel rischio idrogeologico, sia nelle attività di prevenzione sia in quelle di previsione, quali Protezione Civile, Enti locali, strutture regionali o sovraregionali.

Descrizione degli obiettivi

Il mercato di riferimento che il partenariato di progetto, soprattutto la sua componente industriale, intende rafforzare attraverso la realizzazione del progetto è quello delle nuove tecnologie legate principalmente alla erogazione di servizi attraverso il Cloud Computing, con particolare riferimento al Software as a Service (SaaS), nonché ai servizi erogabili mediante app e personal device. Il cloud computing è ormai pervasivo e diffuso ed in continua crescita e lo dimostrano i risultati della ricerca svolta dall’Osservatorio Cloud & ICT as a Service del Politecnico di Milano, che attesta per l’Italia un incremento del 18% (anno su anno) per il 2016, per un valore complessivo di 1,77 miliardi di euro.

Una ulteriore esigenza è quella di acquisire ed aumentare il know-how nel campo delle tecnologie dell’Internet of Things, che da elementi di interesse per alcune nicchie di mercato sono diventate elementi centrali del business, con la prospettiva di divenire un fenomeno ancora più dirompente nei prossimi anni. Volendo focalizzare l’attenzione sul contesto italiano, pochi dati bastano a dare una misura della portata del fenomeno: gli ambiti applicativi più consolidati contano nel 2014 oltre 8 milioni di oggetti connessi tramite rete cellulare (+33% rispetto al 2013) e muovono un valore di mercato pari a 1,15 miliardi di euro (+28% rispetto al 2013). Se si aggiungono i 400 milioni di euro del mercato basato su oggetti connessi con reti diverse da quella cellulare (ad esempio Wireless M-Bus, Wi-Fi) si raggiunge un totale di 1,55 miliardi di euro.

Da quanto detto sorge la necessità di acquisire competenze specifiche che consentano di competere in un mercato quanto mai affollato, viste le cifre in gioco, e consapevole che la differenza la farà la capacità di innovare e di mettere a disposizione prodotti nuovi realizzati con le tecnologie più avanzate.

Il prodotto che si intende realizzare con il progetto è un sistema prototipale integrato di monitoraggio del rischio idrogeologico. Tale sistema prevede, innanzitutto, lo sviluppo di una metodologia multicomponente innovativa di monitoraggio ambientale applicabile su scala di bacino e nel corrispondente tratto costiero in contesti caratterizzati da elevato rischio idrogeologico. La metodologia multicomponente sarà poi implementata all’interno di un sistema software in grado di soddisfare le esigenze informative dei soggetti preposti al controllo del territorio (es.: Comuni, Protezione Civile).

Dal punto di vista tecnologico, il sistema prevede: lo studio e l’analisi delle tecnologie che implementano protocolli di comunicazione e protocolli di sicurezza per reti di sensori ambientali; la modellazione delle componenti software di un sistema complesso multi sensore IoT con metodologia OMT; la progettazione ed implementazione di un protocollo di filing da un sistema di stazioni verso il Cloud in modalità smart objects; la progettazione ed implementazione di un protocollo di fruizione di un sistema di stazioni IoT multicomponenti da Cloud in modalità multicanale. Una delle innovazioni che si intende introdurre col progetto è la progettazione di un protocollo di comunicazione tra Cloud “Multi-Federato” e “Smart Objects” e di un protocollo di sicurezza e affidabilità per lo storage (memorizzazione e recupero dati) su Cloud “Multi-Federato” per lo scenario di riferimento.

Il sistema prototipale sarà costituito da:

  • un sistema “Cloud”, che implementa ed integra:
    • I moduli di idraulica fluviale e marittima per la stima del rischio idrogeologico e del relativo trasporto solido e di modellistica meteorologica previsionale;
    • Il modulo di filing verso cloud;
  • Il sistema GIS, che implementa:
    • Il modulo che gestisce l’informazione geometrica, l’informazione topologica e l’informazione informativa;
    • Il modulo delle funzionalità di analisi spaziale;
    • Il modulo delle interrogazioni di basi di dati a partire da criteri spaziali
  • il sistema di business intelligence, che implementa:
    • Il modulo per l’analisi dei dati raccolti;
    • Il modulo previsionale;
    • Il modulo di alert.

Il raggiungimento degli obiettivi intermedi, ottenuti mediante l’esecuzione dei diversi workpackage previsti nel progetto, consentirà di raggiungere quelli che sono gli obiettivi generali del progetto: dal punto di vista scientifico, l’acquisizione di nuove competenze utili per una maggiore comprensione delle cause del dissesto idrogeologico; dal punto di vista tecnologico, l’acquisizione di nuove competenze sulle tecnologie su Cloud Computing e IoT, che al momento rappresentano l’immediato futuro dell’ICT a livello mondiale; dal punto di vista applicativo, implementare un prototipo che, a seguito di una successiva fase di industrializzazione, potrà diventare un prodotto da introdurre sul mercato per dotare gli Enti preposti di uno strumento per il monitoraggio in continuo dei bacini ad alto rischio idrogeologico.


Descrizione dei risultati attesi

Il tema delle trasformazioni territoriali emerge sempre più come domanda di conoscenza all’interno dei sistemi di supporto alle decisioni nelle scelte di Governo del Territorio. Infatti, è ormai imprescindibile configurare i futuri assetti di un territorio sulla base delle dinamiche in atto, dei trend climatici in atto e della velocità dei cambiamenti di utilizzo dello stesso territorio.

Nell’ambito del monitoraggio ambientale, le tecniche di “change detection” e “data integration” consentono di stilare accurate analisi temporali dei cambiamenti in atto su un dato territorio, grazie anche all’utilizzo dei classificatori di immagini rilevate.

Il sistema SMoRI intende integrare i dati provenienti dai sensori e da altri sistemi di monitoraggio, predisposti per le finalità del progetto, anche con l’interfaccia di modelli previsionali atmosferici, capaci di produrre scenari di innesco di fenomeni di instabilità dei versanti particolarmente rilevanti.

La proposta introdurrà innovazioni di prodotto – processo – servizio mediante:

  1. Lo sviluppo delle potenzialità offerte da una modalità di lavoro di tipo cooperativo, capace di integrare in modo efficace l’attività prodotta su uno stesso “oggetto” da risorse umane, anche in tempi diversi e con background differenti, al fine di produrre risultati finali che integrano le diverse esperienze e competenze.
  2. Una nuova organizzazione dei materiali di lavoro e dei prodotti intermedi o finali delle attività, vista l’enorme mole di informazioni e la pluralità di prodotto realizzabili digitalmente.
  3. La realizzazione di uno strumento dinamico, aggiornabile, idoneo per le analisi a supporto delle scelte gestionali. Lo strumento potrà risultare di estrema utilità ai “decisori”, quali amministratori pubblici, personale tecnico degli enti pubblici con competenza nelle attività di prevenzione e previsione di eventi di dissesto idrogeologico, imprese operanti, anche per finalità diverse, nello stesso ambito territoriale per il quale è operativo lo strumento, ecc.

I risultati previsti/attesi mediante SMoRI consistono essenzialmente in:

  • Sviluppo e applicazione di metodi e modelli per l’analisi dei diversi fenomeni rientranti nella definizione del rischio idrogeologico;
  • Impiego e sperimentazione di nuove tecnologie;
  • Sensibilizzazione e partecipazione degli stakeholders (enti locali, regionali e sovraregionali) nei processi di gestione strategica del territorio;
  • Protocolli di trasmissione dati e di sicurezza e affidabilità
  • Sistemi informativi integrati per raccolta e elaborazione dati;
  • Strumenti per la gestione integrata di sensoristica ambientale;
  • Divulgazione di dati e di studi multidisciplinari, utili anche nella pianificazione e gestione del territorio anche per altre finalità (geo risorse, paesaggio, beni culturali, ambiente).

Indicatori:

  • Numero di sensori implementabili nel sistema integrato;
  • Numero di algoritmi di modellazione;
  • Indice di performance;
  • Numero di mappe tematiche del territorio;
  • Numero di analisi sui dati attraverso tecniche di datawarehouse e algoritmi di datamining;
  • Numero di brochures, incontri, seminari, pubblicazioni scientifiche;
  • Per l’area/le aree oggetto della sperimentazione: numero di residenti nella/e area/e rischio;
  • Numero delle abitazioni ubicate nella/e area/e;
  • Numero delle infrastrutture (vie di comunicazione, insediamenti produttivi, ecc.) presenti nella/e area/e; edifici strategici presenti nella/e area/e.

Detti indicatori potranno permettere una stima delle potenzialità del sistema proposto nelle attività di previsione di eventi idrogeologici nei territori dove viene utilizzato.

I predetti indicatori danno la misura del raggiungimento degli obiettivi e consentono ai destinatari (beneficiari) dei risultati ottenuti di migliorare le proprie capacità e prestazioni. Infatti, se pensiamo come possibili beneficiari i soggetti preposti alla tutela non solo del territorio (es.: Comuni) ma anche dei cittadini (es.: Protezione Civile), questi potranno migliorare i propri comportamenti ed i propri processi interni grazie alla maggiore quantità di informazioni che avranno a disposizione in tempo reale riguardanti eventuali situazioni critiche. Tali informazioni saranno scaturite da elaborate analisi effettuate sui dati rilevati dai sensori disseminato sul bacino monitorato e potranno essere utilizzate sia per attivare processi finalizzati a intervenire prima che si verifichino i disastri, in una logica contraria a quella attuale, in cui si interviene in emergenza e solo dopo che il danno è fatto, e sia per attivare meccanismi di alert verso la popolazione quando non si è più in tempo ad intervenire per evitare il disastro. Sovvertire la logica sopra citata porterà ai beneficiari anche un vantaggio economico, in quanto il costo da pagare intervenendo dopo l’avvenuto disastro è certamente inferiore rispetto al costo da sostenere per mettere in sicurezza il territorio, soprattutto quando il costo che si potrebbe pagare è in termini di vite umane.