IT201800007671A1 - Sistema e metodo di monitoraggio di rischio idrogeologico - Google Patents

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Luca Maffeo Albertelli
Pierluigi Bassetto
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Luca Maffeo Albertelli
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“SISTEMA E METODO DI MONITORAGGIO DI RISCHIO
IDROGEOLOGICO”
CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo elettronico ed elettromeccanico, un sistema e un metodo per il monitoraggio e allertamento di fenomeni idrogeologici.
In particolare, la presente invenzione ha per oggetto un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio e allertamento di fenomeni idrogeologici agenti su una barriera paramassi, una rete, un pannello in aderenza, una barriera flessibile colata, una colata detritica (“debris flow”), una frana superficiale, una slavina, un’argine oppure un terrapieno.
Nella trattazione che segue verrà considerato nello specifico l’esempio di un singolo dispositivo elettronico ed elettromeccanico per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici. In particolare, la presente invenzione è anche diretta a una pluralità di dispositivi elettronici per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici in comunicazione di dati tra loro.
Per bacino idrografico s' intende quella porzione di territorio dalla quale le acque di pioggia oppure di fusione della neve defluendo per via superficiale si raccolgono in uno stesso corso d'acqua chiamato collettore. TECNICA NOTA
Allo stato attuale i sistemi noti di monitoraggio e allertamento si basano su infrastrutture robuste e pesanti in termini di sensori, trasmissione dei dati e installazione, con elevati costi di gestione ed implementazione, accessibili al solo mondo fortemente specializzato della geotecnica, geomeccanica e geologia.
Ad esempio, per il monitoraggio delle barriere paramassi, esistono poche esperienze e casi specifici e si tratta, per quelle poche situazioni note, di sistemi con più sensori installati per verificare la struttura, come ad esempio clinometri, estensimetri sui freni delle strutture, telecamere ed altri dispositivi, con alti consumi di energia e difficoltà nella trasmissione dei dati.
Per le barriere paramassi, ad oggi, non è quindi facile ottenere informazioni sull’efficienza della struttura, sul fatto ad esempio che la struttura sia stata impattata da un masso e quindi ne sia compromessa la sua efficienza.
I sistemi noti non sono specifici per le barriere e per le reti, ma utilizzano sensori applicati in genere alla geotecnica e adattati al caso specifico di volta in volta.
I sistemi noti, da un punto di vista dell’utilizzo, sono molto limitati in quanto richiedono importanti risorse di energia elettrica per funzionare e infrastrutture radio costose, comportando alti oneri nella loro installazione e gestione, tanto da evitarne l’utilizzo in molte applicazioni per non convenienza.
Spesso, dove tali sistemi vengono applicati, ci si trova in luoghi remoti ed impervi, difficilmente raggiungibili dall’uomo, non raggiunti dalla rete di energia elettrica e/o da reti di telecomunicazioni.
Inoltre, non sempre è possibile una raccolta ottimale di informazioni e/o di allarmi di rischi idrogeologici in tempo reale.
Un’inconveniente dei sistemi di monitoraggio noti, è che non sempre è possibile effettuare un controllo a distanza sulle condizioni dei dispositivi di protezione quali reti paramassi, barriere, ecc.
Le barriere paramassi note sono composte da singoli moduli di circa 8-10 metri di larghezza per 3-8 metri di altezza ciascuno, tra loro affiancati fino a raggiungere le dimensioni complessive desiderate.
Non esiste ad oggi un sistema semplice e specifico che fornisca un’allerta in tempo reale in caso di impatto sulla barriera paramassi ovvero sul singolo modulo della barriera così per le reti in aderenza e per tutte le altre applicazioni. Sono noti sensori usualmente impiegati nella geotecnica che vengono adattati a queste applicazioni di volta in volta.
Scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che eviti gli inconvenienti della tecnica nota.
Scopo specifico della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che sia sicuro ed efficiente.
Ulteriore scopo specifico della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che sia di facile installazione, manutenzione e gestione.
Altro scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che permetta di autoalimentarsi per un lungo periodo di tempo, senza necessita di collegarsi ad una rete elettrica.
Ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che sia altamente affidabile.
Ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un dispositivo elettronico, un sistema e un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che sia in grado di trasmettere segnali di allarme anche in luoghi impervi non coperti da reti di telecomunicazione.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
In un primo aspetto dell’invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un dispositivo elettronico ed elettromeccanico per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni su una superficie di controllo, secondo quanto descritto nella rivendicazione 1.
Aspetti vantaggiosi sono descritti nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 10. In un secondo aspetto dell’invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un dispositivo elettronico per il monitoraggio e allertamento di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni meccaniche, spostamenti, variazioni di stato dovute al passaggio di colate detritiche, secondo quanto descritto nella rivendicazione 11.
Aspetti vantaggiosi sono descritti nelle rivendicazioni dipendenti da 12 a 15.
In un terzo aspetto dell’invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un sistema di monitoraggio di fenomeni idrogeologici, secondo quanto descritto nella rivendicazione 16.
Aspetti vantaggiosi del sistema sono descritti nelle rivendicazioni dipendente 17 e 18.
In un quarto aspetto dell’invenzione, gli scopi suddetti sono raggiunti da un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici, secondo quanto descritto nella rivendicazione 19.
L’invenzione consegue, in generale, i seguenti effetti tecnici:
- consente di allertare e monitorare in tempo reale fenomeni idrogeologici da remoto, sia in caso di evento che post evento e in modo preventivo;
- consente di monitorare fenomeni idrogeologici in località impervie e difficilmente raggiungibili;
- consente una lunga durata della batteria di alimentazione;
- consente la trasmissione di segnali di allarme in tempo reale anche in assenza di reti di telecomunicazioni;
- consente di conoscere la carica residua della batteria o eventuali anomalie dei dispositivi da remoto;
- migliora la produttività e l’efficienza del monitoraggio di fenomeni idrogeologici;
- la semplicità di utilizzo ne consente un’ampia diffusione migliorando il grado sicurezza delle persone, delle infrastrutture, abitati e opere in genere;
- la semplicità di impiego ne consente l’uso a volontari di Protezione Civile in caso di evento, per la gestione delle emergenze;
- l’implementazione del dispositivo con un sistema identificativo installato ad ogni strumento (del tipo NFC -Near Field Communication), consente l’identificazione rapida di informazioni circa il dispositivo stesso, il fenomeno idrogeologico o il sistema di controllo del dissesto (barriera paramassi, rete o barriera ferma colate ecc..).
In particolare, l’invenzione consente di avere, in quest’ultimo caso, direttamente sul terreno (in ambiente) ad esempio per le barriere paramassi, i dati relativi all’energia di dissipazione, anno installazione, ente proprietario ecc. Inoltre, l’invenzione consente di determinare la posizione esatta dove si è manifestato il fenomeno rilevato, consentendo interventi mirati in tempi decisamente minori e con costi certi.
Gli effetti tecnici/vantaggi citati ed altri effetti tecnici/vantaggi dell’invenzione risulteranno più dettagliatamente dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un esempio di realizzazione dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per meglio comprendere l’invenzione e apprezzarne i vantaggi, vengono di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative e non limitative, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:
– la figura 1 mostra un diagramma a blocchi schematico del sistema per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici secondo l’invenzione;
– la figura 2 mostra più in dettaglio il dispositivo elettronico di monitoraggio di fenomeni idrogeologici secondo l’invenzione utilizzato nel sistema elettronico di figura 1;
– la figura 3 mostra una vista laterale del dispositivo elettronico delle figure 1 e 2;
– la figura 4 mostra una vista dall’alto della sezione IV-IV del dispositivo di figura 3;
– la figura 5 mostra una vista in pianta del dispositivo elettronico comprendente le zampe segnalatrici;
– la figura 6a mostra una vista della sezione VIa-VIa del dispositivo di figura 5;
- la figura 6b mostra un dettaglio di una vista laterale del dispositivo di figura 6a, in cui la parte laterale e superiore è rimossa;
- la figura 6c mostra una vista dall’alto del dettaglio di figura 6b;
- le figure 7a, 7b e 7c mostrano una forma di realizzazione alternativa del dispositivo delle figure 6a, 6b e 6c;
– la figura 8a mostra una forma di realizzazione delle zampe di segnalazione del dispositivo elettronico delle figure 5, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c;
– la figura 8b mostra un dettaglio ingrandito di una zampa di figura 8a; – la figura 9 mostra un singolo modulo di una barriera paramassi in vista frontale comprendente un dispositivo elettronico secondo l’invenzione; – la figura 10 mostra la barriera paramassi di figura 9 in una vista laterale; – la figura 11 mostra la barriera paramassi di figura 9, mentre viene colpita da un masso;
– la figura 12 mostra in vista laterale la barriera paramassi di figura 11; – la figura 13 mostra in vista frontale una barriera paramassi composta da più moduli adiacenti simili a quello di figure 9 e 10;
– la figura 14 mostra una vista frontale di una rete o pannello in aderenza al costone di una montagna o collina con un dispositivo elettronico applicato, secondo un altro impiego del dispositivo elettronico dell’invenzione;
– la figura 15 mostra una vista in sezione XV-XV della rete o pannello di figura 14;
– la figura 16 mostra una vista laterale di una barriera flessibile per colate detritiche comprendente un dispositivo elettronico secondo l’invenzione; – la figura 17 mostra una vista frontale della barriera flessibile per colate detritiche di figura 16;
– la figura 18 mostra la sezione di un torrente in un bacino idrografico con un esempio di realizzazione alternativo dell’invenzione per colate detritiche;
– la figura 19 mostra un’altra vista del profilo dell’esempio di realizzazione di figura 18;
– la figura 20 mostra una vista in pianta di una pluralità di dispositivi elettronici delle figure 18 e 19 applicati lungo il percorso di un bacino idrogeologico;
– la figura 21 mostra una vista laterale in sezione di un’altra forma di realizzazione del dispositivo elettronico secondo l’invenzione;
– la figura 22 mostra una vista dall’alto del dispositivo di figura 21 senza il coperchio superiore;
– la figura 23 mostra in pianta l’applicazione del dispositivo di figure 21 e 22 ad un masso o volume roccioso instabile;
– la figura 24 mostra l’applicazione di figura 23 vista in sezione laterale; – la figura 25 mostra l’applicazione di una pluralità di dispositivi elettronici ai margini di una frana superficiale;
– la figura 26 mostra una forma di realizzazione del dispositivo elettronico applicabile ad una slavina;
– la figura 27 mostra una pluralità di dispositivi elettronici di figura 26 applicati ad una slavina;
– la figura 28 mostra una forma di realizzazione applicabile agli argini; – la figura 29 mostra la forma di realizzazione di figura 28 in sezione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Si osservi che nella descrizione seguente blocchi, componenti o moduli identici o analoghi sono indicati nelle figure con gli stessi riferimenti numerici, anche se sono mostrati in differenti forme di realizzazione dell’invenzione.
Con riferimento alla Figura 1, viene mostrato lo schema a blocchi del sistema elettronico 1 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici.
Il sistema elettronico 1 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici comprende:
- un dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici;
- un dispositivo elettronico d’interazione senza fili 40;
- una rete di telecomunicazioni 30.
Il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici è fissato (ad esempio per mezzo di morsetti di fissaggio) ad una superficie di controllo S oppure sulla superficie di una sponda o argine A in prossimità di un’asta torrentizia interessata dal passaggio di una colata detritica C1, C2, C3. Il dispositivo elettronico 2 puo essere, ad esempio non limitativo, piantato con un picchetto sul terreno o sulla neve o ancorabile con ogni altro mezzo. Laddove non sia possibile, è in grado di operare solo tramite gli ancoraggi delle zampe. In uso, il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici viene posizionato su una superficie di controllo S o in prossimità di una sponda o argine A (ad esempio non limitativo, di una colata detritica).
Ai fini della spiegazione dell’invenzione si suppone in seguito che la superficie di controllo S su cui viene applicato il dispositivo elettronico 2 può essere, ad esempio non limitativo, costituita da una barriera paramassi, una rete, un pannello in aderenza, una barriera flessibile per l’arresto delle colate (“debris flow”), di una frana superficiale, di uno smottamento, di una slavina, di un’argine, di una scarpata oppure di un terrapieno o il letto di un torrente o fiume. Il dispositivo elettronico 2 comprende uno o più sensori o elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d aventi la funzione di convertire un segnale meccanico Fi in un segnale elettrico Si_ril, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito. La rete di telecomunicazioni 30 ha la funzione di collegare fra di loro il dispositivo elettronico d’interazione 40 con il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici, per mezzo di un elemento di rete (non mostrato in figura).
L’elemento di rete ha la funzione di eseguire un programma software indicato in seguito con “programma server”. L’elemento di rete è ad esempio un computer server.
La rete di telecomunicazioni 30 può essere di tipo fisso (per esempio, Internet), mobile (per esempio, radiomobile di tipo 2G, 3G, 4G o 5G) o mista fisso-mobile. La rete di telecomunicazioni 30 può essere una rete di comunicazione dati senza fili a bassa potenza per l’applicazione dell’Internet Of Things (“IoT”), quale ad esempio LoRa®. Inoltre, ciascun dispositivo elettronico 2 è anche in grado di inviare e ricevere segnali dati ad un altro dispositivo elettronico 2 adiacente e così via, fino a raggiungere direttamente il dispositivo elettronico d’interazione 40 oppure fino a raggiungere un dispositivo elettronico 2 raggiunto da una rete di telecomunicazioni 30 fissa o radiomobile di tipo 2G, 3G, 4G o 5G.
L’insieme dei tre programmi software eseguiti rispettivamente sul dispositivo elettronico d’interazione 40, sull’elemento di rete e sul dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio hanno la funzione di effettuare il monitoraggio di fenomeni idrogeologici principalmente attraverso il rilevamento di sollecitazioni meccaniche (o sulla superficie di controllo oppure sulla sponda o argine di un’asta torrentizia interessata dal passaggio di una colata detritica) e preferibilmente, anche la funzione di gestione della batteria e di possibili malfunzionamenti dei dispositivi elettronici 2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito.
Il dispositivo elettronico d’interazione 40 ha la funzione di ricevere eventuali segnali di allarme Si_all provenienti da uno o più dispositivi elettronici di monitoraggio 2, per mezzo di un programma software eseguito su una unità di elaborazione del dispositivo elettronico d’interazione 40. Il dispositivo elettronico d’interazione 40 può essere di tipo fisso, come ad esempio un personal computer fisso o server. Alternativamente, il dispositivo elettronico d’interazione 40 è di tipo mobile, come ad esempio un notebook, uno smartphone o un tablet, i quali possono trasmettere e ricevere sia un segnale senza fili a lunga distanza S_ld (per esempio radiomobile di tipo 2G, 3G, 4G, 5G o LoRa®) verso uno o più dispositivi elettronici 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici attraverso l’elemento di rete, sia un segnale senza fili a breve distanza, allo scopo di controllare e interrogare lo stato di carica residua della batteria o di funzionamento di un determinato dispositivo elettronico 2. Alternativamente, il dispositivo elettronico d’interazione 40 è un personal computer portatile.
Con riferimento alla Figura 2, viene mostrato più in dettaglio lo schema a blocchi del dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici che comprende:
- un involucro scatolare 3;
- uno o più elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d;
- un ricetrasmettitore di segnali 5 senza fili a corta e/o a lunga distanza; - una fonte di alimentazione elettrica 7;
- un’unità di elaborazione 20.
Il dispositivo elettronico 2 può anche comprendere un’unità di memoria 6. Preferibilmente, ciascun elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d è un sensore o trasduttore configurato per convertire una forza Fi (sollecitazione meccanica dovuta al fenomeno idrogeologico) in un segnale elettrico S_ril, S_mis; la conversione è diretta ed è basata sullo spostamento di una molla di contrasto 12 o di una calamita 13 relativamente ad un corpo conduttore 14; tale spostamento relativo converte la sollecitazione meccanica Fi nel segnale elettrico in base alla variazione di resistenza del relativo conduttore 14. In particolare, la molla di contrasto 12 o calamita 13 si estende lungo una direzione sostanzialmente parallela alla direzione definita da una zampa segnalatrice 10 (di seguito descritta in dettaglio) a cui è collegato.
In tal caso, quando si verifica un evento idrogeologico, la sollecitazione meccanica che ne deriva impatta una o più zampe segnalatrici 10, che trasmettono a loro volta la sollecitazione meccanica Fi all’elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d, 4i a cui ciascuna zampa 10 è collegata e, il movimento relativo tra l’elemento di contatto 12, 13 e il contatto elettrico 14 rileva il verificarsi dell’evento in quanto tale (allarme o preallarme).
Nelle figure 6a, 6b, 6c e 7a, 7b, 8c sono mostrati l’elemento di rilevazione di tipo meccanico e quello magnetico. Nel primo caso, la molla 12 alle due estremità avrà il classico occhiello che viene fissato con vite e bullone da un lato alla zampa 10 dall’altro al contatto sulla scheda, che (potrebbe a sua volta essere magnetico o a strappo) che in caso di evento, si attiva. La molla 12 viene preferibilmente dimensionata sull’energia minima di attivazione. Nel secondo caso, è il magnete 13 che fa sia da contatto che da resistenza calibrata sull’energia di attivazione. Questa è fissata da un lato alla zampa 10, sempre tramite bullone, dall’altro all’elettronica del dispositivo 2.
Nel caso in cui sia necessario rilevare un segnale di misura S_mis della forza meccanica Fi applicata (dalla sollecitazione meccanica del fenomeno idrogeologico) caratteristica dell’entità del fenomeno idrogeologico accaduto, ciascun elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d è costituito da un sensore o trasduttore di posizione, per esempio una molla di contrasto 12 o una calamita 13 che scorre su una piastra o contatto elettrico 14. L’entità dello spostamento o posizione della molla o calamita rispetto al contatto elettrico 14 determina l’unità di grandezza misurata S_mis caratteristica della sollecitazione meccanica Fi e viene determinata ad esempio da un elemento misuratore 25 (un potenziometro, un sensore di prossimità o altro).
La fonte di alimentazione elettrica 7 ha la funzione di generare un segnale di tensione continua di batteria interna Vbat_i per alimentare i componenti elettronici all’interno del dispositivo elettronico 2, come ad esempio l’unità di elaborazione 20, gli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d ed il ricetrasmettitore di segnali 5. Per esempio, la fonte di alimentazione elettrica 7 è una batteria elettrica di tipo LIPO (“Lithium-Ion Polymer Battery”) composta da celle collegate in serie, tale da generare (ai capi della serie delle celle) una tensione di batteria interna Vbat_i avente un valore preferibilmente compreso tra i 3.3 e i 15 Volt a seconda del numero di zampe 10 ovvero di elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d collegati e dell’autonomia richiesta o della potenza in trasmissione.
Alternativamente o in aggiunta alla batteria, possono essere utilizzati dei pannelli fotovoltaici 18, in grado di ricaricare la fonte di alimentazione primaria 7 durante il normale utilizzo oppure di fornire una carica ausiliaria in caso di malfunzionamento o batteria scarica del dispositivo 2.
Il ricetrasmettitore 5 di segnali senza fili può essere a lunga distanza o a corta distanza o entrambi ed è alimentato dalla fonte di alimentazione 7. Il ricetrasmettitore 5 di segnali senza fili a lunga distanza è elettricamente collegato con l’unità di elaborazione 20 ed ha la funzione di inviare un segnale senza fili S_w_ld di tipo a lunga distanza che trasporta un segnale di allarme S_all nel caso in cui fosse rilevato dagli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d, quindi inoltra detta segnalazione di allarme generata dall’unità di elaborazione 20 verso il dispositivo elettronico d’interazione 40; inoltre il ricetrasmettitore 5 ha la funzione di trasmettere il segnale senza fili a lunga distanza S_w_ld che trasporta il segnale caratteristico della forza meccanica Fi rilevata Si-ril dagli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d, ed altri segnali relativi allo stato di funzionamento del dispositivo e/o della batteria e/o della posizione del dispositivo.
Il segnale senza fili a lunga distanza S_w_ld è ad esempio di tipo radiomobile 2G, 3G, 4G o 5G o LoRa®.
Il ricetrasmettitore 5 di segnali senza fili a corta distanza è elettricamente collegato con l’unità di elaborazione 20 ed ha la funzione di ricevere un segnale senza fili S_w_sd di tipo a corta distanza che trasporta un segnale di allarme Si_all nel caso in cui fosse rilevato dagli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d, quindi inoltra detta segnalazione di allarme generata dall’unità di elaborazione 20 verso il dispositivo elettronico d’interazione 40; inoltre il ricetrasmettitore 5 ha la funzione di trasmettere il segnale senza fili a lunga distanza S_w_ld che trasporta il segnale caratteristico della forza meccanica Fi rilevata S_ril dagli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d ed altri segnali relativi allo stato di funzionamento del dispositivo e/o della batteria e/o della posizione del dispositivo.
Il segnale senza fili a corta distanza è ad esempio di tipo Bluetooth o WiFi. L’unità di elaborazione 20 è elettricamente collegata con il ricetrasmettitore 5, con l’unità di memoria 6, con gli uno o più elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d per mezzo di un bus di comunicazione.
L’unità di elaborazione 20 è ad esempio un microprocessore, un microcontrollore, un circuito elettronico programmabile oppure un circuito integrato dedicato.
In generale va notato che nel presente contesto e nelle successive rivendicazioni, l’unità di elaborazione 20 s’intenderà suddivisa in moduli funzionali distinti (moduli di memoria o moduli operativi) al solo scopo di descriverne in maniera chiara e completa le funzionalità.
Tale unità di elaborazione può essere costituita da un singolo dispositivo elettronico, opportunamente programmato per svolgere le funzionalità descritte, e i diversi moduli possono corrispondere a entità hardware e/o a routine software facenti parte del dispositivo programmato.
In alternativa o in aggiunta, tali funzionalità possono essere svolte da una pluralità di dispositivi elettronici su cui i suddetti moduli funzionali possono essere distribuiti.
L’unità di elaborazione 20 può avvalersi, inoltre di uno o più processori per l’esecuzione delle istruzioni contenute nei moduli di memoria.
I suddetti moduli funzionali possono, inoltre, essere distribuiti su calcolatori diversi in locale o remoto in base all’architettura della rete in cui risiedono. L’unità di elaborazione 20 è configurata per elaborare dati di rilevamento di un allarme idrogeologico, di eventuali malfunzionamenti del dispositivo o della batteria, di batteria scarica.
Ciascun elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d è collegabile ad una prima estremità di una o più zampe segnalatrici 10 mediante un elemento di accoppiamento 16.
Ciascuna zampa segnalatrice 10 presenta una forma sostanzialmente allungata, e durante l’uso del dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio viene accoppiata alla superficie di controllo S (ad esempio mediante morsetti di fissaggio) oppure alla sponda o argine A di una colata detritica (ad esempio, collegandone la seconda estremità libera ad un peso o masso diretto verso il fondo o letto della colata C1, C2, C3) ed è configurata in modo tale da poter trasmettere una sollecitazione meccanica Fi agente su di essa all’elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d cui è collegata e che a sua volta la trasforma in un segnale elettrico Si_ril. In una forma alternativa, la zampa segnalatrice 10 comprende uno o più snodi 19. La presenza di snodi 19 consente di adattare la zampa 10 alla forma della rete o della superficie S su cui il dispositivo 2 viene applicato. In particolare, le zampe segnalatrici 10 dipartono parallelamente alla superficie di controllo S e sono configurate per trasmettere il carico meccanico Fi che agisce (direttamente o indirettamente) sulla superficie di controllo S ad uno o più di detti elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d.
Preferibilmente, uno o più elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d comprendono un elemento in grado di misurare il carico meccanico e di generare un segnale Si_mis caratteristico del carico meccanico Fi che agisce sulla superficie di controllo S.
Preferibilmente, le zampe segnalatrici 10 sono una o più tra almeno barre, cavi, funi o cavi in fibra ottica.
Preferibilmente, il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio comprende otto zampe segnalatrici 10.
Preferibilmente, il dispositivo elettronico 2 viene fissato in una posizione sostanzialmente centrale della superficie di controllo S da monitorare, come mostrato nelle figure 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,17, 23, 24 e 26. Preferibilmente, le zampe segnalatrici 10 dipartono a raggiera dal dispositivo elettronico 2.
Preferibilmente, le zampe segnalatrici 10 sono sostanzialmente parallele alla superficie di controllo S.
Ciascuna zampa segnalatrice 10 ha la funzione di sentire ogni minima vibrazione o sollecitazione meccanica agente sulla superficie di controllo S. In particolare, ciascuna zampa 10 sente lo stiramento o lo strappo che avviene direttamente lungo la zampa stessa e/o nella superficie di controllo S a cui la zampa 10 è collegata.
Le zampe 10 possono essere collegate ad una rete di contenimento, direttamente ad un terreno, una superficie, o un sistema di travi.
Una sollecitazione meccanica o forza Fi che agisce sulla superficie di controllo S si trasmette meccanicamente su una o più zampe 10 e determina una variazione di segnale che viene opportunamente rilevato dall’ elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d (a cui sono collegate) e trattato dall’unità di elaborazione 20, determinando l’invio di un segnale di pericolo o allarme Si_all al dispositivo elettronico d’interazione 40.
Il dispositivo elettronico 2 secondo la presente invenzione è applicabile ad uno o più tra almeno una barriera paramassi (figure 9, 10, 11, 12 e 13), una rete o pannello in aderenza (figure 14 e 15), una barriera flessibile per l’arresto delle colate detritiche (figure 16 e 17), un bacino idrogeologico interessato dal passaggio di una colata detritica (figure 18, 19 e 20), una frana superficiale (figure 21, 22, 23, 24 e 25), una slavina (figure 26 e 27), o argine A (figure 28 e 29).
In base ad una possibile forma di realizzazione dell’invenzione, il dispositivo elettronico 2 comprende ulteriormente un ricevitore 8 della posizione geografica sulla Terra del dispositivo elettronico 2, per esempio satellitare di tipo GPS (Global Positioning System): in questo caso il dispositivo elettronico 2 è in grado di fornire al dispositivo elettronico d’interazione 40 la posizione in cui si trova installato.
In base a questa forma di realizzazione, la fonte di alimentazione elettrica 7 è tale da alimentare ulteriormente il ricevitore 8 della posizione geografica.
In tale forma di realizzazione, l’unità di elaborazione 20 è ulteriormente collegata elettricamente con il ricevitore 8 della posizione geografica.
Il ricetrasmettitore di segnali senza fili 5 è ulteriormente configurato per trasmettere, oltre al segnale di allarme S_all, anche la posizione geografica del dispositivo 2.
L’utilizzo del ricevitore di posizione geografica 8 consente di determinare la posizione in cui si trova il dispositivo elettronico 2 che ha generato il segnale di allarme Si_all, ricevuto dal rilevatore di segnale 4a, 4b, 4c, 4d dell’i-esimo dispositivo elettronico 2.
Preferibilmente, il dispositivo elettronico 2 comprende ulteriormente un accelerometro 9 configurato per rilevare vibrazioni e shock meccanici agenti direttamente o indirettamente sul dispositivo elettronico 2. In base a questa forma di realizzazione, la fonte di alimentazione elettrica 7 è tale da alimentare ulteriormente l’accelerometro 9. Inoltre l’unità di elaborazione 20 è ulteriormente collegata elettricamente con l’accelerometro 9.
In base ad una possibile forma di realizzazione dell’invenzione, il dispositivo elettronico 2 comprende ulteriormente un dispositivo elettronico che consente ad un sistema mobile (smart phone, tablet o altro), quando avvicinato, di fornire informazioni idenitificative del dispositivo, del sistema (barriera, rete o altro) e dell’evento di dissesto. Tale sistema, basato sulla tecnologia NFC, consentirebbe agli operatori di Proteizone Civile, agli addetti ai lavori, controllori manutentori ecc. di verificare direttamente in sito i dati tecnici che in genere sono difficilmente reperibili. In tal senso il dispositivo elettronico funge anche da data base informativo oltre che di allerta.
In un primo aspetto, la presente invenzione descrive un dispositivo elettronico per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni su una superficie di controllo S che può essere la superficie di un elemento di contenimento (ad esempio, barriera paramassi, rete, pannello in aderenza) o direttamente la superficie del fenomeno idrogeologico da monitorare (ad esempio, frana superficiale, slavina, argine).
Con particolare riferimento alle figure 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, il dispositivo elettronico per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni di una superficie di controllo S è disposto all’interno di un involucro scatolare 3, la cui superficie inferiore è appoggiata sulla superficie di controllo S.
Il dispositivo elettronico 2 secondo la presente invenzione comprende uno o più elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d configurati per convertire un segnale meccanico Fi in un segnale elettrico Si_ril caratteristico del carico meccanico che agisce sulla superficie di controllo S.
Il dispositivo elettronico 2 comprende anche un ricetrasmettitore di segnali 5 configurato per trasmettere e ricevere dati (a corta media e/o lunga distanza), un’unità di memoria 6 comprendente un valore soglia SOG; una fonte di alimentazione elettrica 7 configurata per alimentare i vari elementi del dispositivo 2 e un’unità di elaborazione 20, in collegamento con ciascuno di detti elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d e con detto ricetrasmettitore di segnali 5, configurata per elaborare dati di monitoraggio di rischio idrogeologico. L’unità di elaborazione 20 comprende un modulo di ingresso 21 configurato per ricevere detto segnale Si_ril da ciascuno degli elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d; un modulo di confronto 22 configurato per confrontare il segnale Si_ril con un corrispondente valore soglia SOG; un modulo di trasmissione 23 configurato per trasmettere al ricetrasmettitore di segnali 5 un segnale di allarme S_all in funzione di un’avvenuta corrispondenza OK del confronto effettuato da detto modulo di confronto 22.
Inoltre, l’unità di elaborazione 20 è vantaggiosamente configurata per commutare, in funzione dei segnali S_all; S_mis; S_bat eventualmente ricevuti da uno o più di detti elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d, lo stato del dispositivo elettronico 2 da una modalità di normale funzionamento, in cui il ricetrasmettitore di segnali 5 del dispositivo elettronico 2 è in grado di trasmettere i segnali S_all; S_mis; S_bat, ad una modalità di attesa, durante la quale il dispositivo elettronico 2 è tale da funzionare minimizzando il consumo dell’energia elettrica generata dalla fonte di alimentazione elettrica 7. Tale accorgimento, consente un’ulteriore risparmio della durata della fonte di alimentazione 7.
Nelle figure 9 e 11 viene mostrato un dispositivo elettronico 2 applicato centralmente ad una rete paramassi, ad esempio del tipo che sovrasta molti tratti ferroviari e stradali. La caduta dei massi fermata dalle reti è riscontrabile solo “a vista” tramite operatore che deve percorre a piedi il tratto interessato fino all’individuazione, postuma, dell’evento.
Tramite il dispositivo elettronico secondo l’invenzione, è possibile conoscere immediatamente la situazione al verificarsi dell’evento, valutare la consistenza del fenomeno e del danno alla barriera e decidere sugli interventi, in tempo praticamente reale, a costo bassissimo e in modo semplice ma soprattutto salvaguardando l’incolumità dell’operatore che dovrebbe altrimenti andare a verificare di persona. Una garanzia alla sicurezza sia di chi opera nella manutenzione e gestione delle strutture che delle persone, attività e società, che sono protette da queste strutture. I dispositivi elettronici sono anche in grado di azionare autonomamente e direttamente, dispositivi di allertamento acustici o visivi o entrambe le configurazioni, con un’ampia gamma di combinazioni di facile programmazione e impostazione.
In un secondo aspetto, la presente invenzione riguarda un dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici tipo colata detritica, come mostrato nelle figure 18, 19 e 20. In tale aspetto dell’invenzione, il dispositivo elettronico 2 e le zampe segnalatrici 10 ad esso collegato sono identiche a quanto descritto in precedenza in relazione al primo aspetto.
In tale aspetto, il dispositivo elettronico 2 è fissato sulla sponda o argine A in prossimità di un torrente di un bacino idrografico interessabile da fenomeni idrogeologici, come ad esempio non limitativo, da possibili colate detritiche C1, C2, C3.
In tale forma alternativa, le zampe segnalatrici 10 vengono tenute “immerse” sul letto L del torrente a varie altezze, ad esempio tenute in posizione con l’estremità libera di ciascuna zampa 10 collegata ad un masso o altro oggetto presente. In tale forma di realizzazione alternativa, il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio non è appoggiato sulla superficie di controllo S come nelle altre forme dell’invenzione, ma si trova collocato al di fuori di essa (ad esempio sulla sponda o argine A), mente le zampe segnalatrici 10 sono orientate lungo una direzione sostanzialmente obliqua o perpendicolare rispetto alla superficie di una possibile colata detritica C, C2, C3. In particolare, le zampe segnalatrici 10 dipartono verso il letto L della colata detritica C1, C2, C3 da monitorare e sono configurate per trasmettere il carico meccanico Fi che agisce su di ciascuna di esse ad uno di detti elementi di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d.
In tal modo, posizionando le zampe 10 del dispositivo elettronico 2 a diverse altezze, posso conoscere la portata liquida di passaggio che investe le zampe 10.
In una forma alternativa della presente invenzione, mostrata nelle figure 21, 22, 23 e 24, il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici è costituito da due involucri scatolari 3a e 3b, uniti da due o più elementi di collegamento 17 e comprende un sensore o trasduttore di prossimità o acceleromtero 15 e gli elementi già descritti in relazione al dispositivo elettronico 2 mostrato nelle figure 2, 3 e 4.
In tale forma di realizzazione, in uso, l’elemento inferiore 3a viene fissato sulla superficie S di controllo (ad esempio un volume roccioso o masso instabile) mentre le zampe segnalatrici 10 dipartono dall’elemento superiore 3b e vengono fissate in una zona T posta al di fuori della superficie di controllo S, non interessata da fenomeni idrogeologici. Preferibilmente, la parte inferiore 3a viene fissata sulla superficie S instabile e resa solidale a questa.
Sia la sensibilità delle zampe segnalatrici 10 che l’eventuale segnale S_acc proveniente dall`accelerometro determina l’attivazione del dispositivo elettronico 2 e lìnvio del segnale di allarme S_all.
Il dispositivo elettronico 2 mostrato nella figure 23 e 24 può comprendere un pannello solare 18 disposto nella superficie esterna superiore dell’elemento superiore 3b, ed è configurata per fornire una fonte addizionale di energia elettrica atta ad alimentare il dispositivo elettronico 2 ed eventualmente configurato anche per ricaricare la batteria 7. In tal modo si allunga la durata della batteria 7. Il pannello solare 18 può essere presente in ciascuna della forme di realizzazione qui descritte.
In tale forma di realizzazione, se la superficie di controllo S inizia un movimento o spostamento, ad esempio verso valle, sposta con sé l’elemento inferiore 3a, mentre le zampe segnalatrici 10 mantengono fissa la posizione dell’elemento superiore 3b: si viene a creare uno spostamento verso relativo dell’elemento inferiore 3a rispetto all’elemento superiore 3b.
In figura 25 viene mostrato un sistema per il monitoraggio di eventi idrogeologici comprendente una pluralità di dispositivi elettronici 2 applicati al contorno della superficie S di controllo, in modo tale che alcune zampe segnalatrici 10 di ciascun dispositivo 2 siano fissate nella zona T non interessata da fenomeni idrogeologici.
In una forma alternativa della presente invenzione, mostrata nelle figure 26 e 27, il dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio è sostanzialmente simile a quello mostrato nelle figure 2, 3 e 4, e comprende ulteriormente un elemento allungato di fissaggio (ad esempio un picchetto o elemento similare) saldamente disposto sulla superficie inferiore (quando in uso) del dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio in modo tale che, lasciando cadere il dispositivo elettronico 2 sulla superficie di controllo S di una slavina, vada a piantarsi su di essa in modo stabile e solidale.
In tale forma alternativa, le zampe segnalatrici 10 sono flessibili e prima di depositare il dispositivo elettronico 2 sulla slavina, vengono ripiegate verso il centro della superficie superiore del dispositivo elettronico 2 in modo tale da non intralciare o non rovinarsi durante la fase di collocamento sulla slavina da monitorare (di solito, posta ad alta quota).
Nel momento in cui il dispositivo elettronico 2 viene lasciato cadere dall’alto per gravità sul punto della slavina da monitorare, le zampe 10 si trovano in posizione ripiegata e, al momento dell’impatto con la superficie S della slavina, le zampe 10 si dispiegano a raggiera in tutte le direzioni e per tutta la loro lunghezza o estensione sulla superficie S di controllo da monitorare. Il dispiegamento delle zampe 10 avviene automaticamente per lo sgancio di un dispositivo meccanico (non mostrato nelle figure), una volta che la punta 24 del dispositivo 2 viene a contatto la sueprficie.
Il meccanismo a molla si attiva con l’impatto del dispositivo con la superficie da monitorare. La molla viene precaricata e mantenuta in posizione da un meccanismo a leva che, a seguito dell’impatto col suolo si apre, rilasciando di scatto la molla che lancia le zampe o funi direttamente sul terreno. Un uncino ad ancora all’estremità di ogni zampa, consente un ancoraggio sulla superficie nevosa tale da permettere l’identificazione del segnale.
In un’altra forma alternativa della presente invenzione, mostrata nelle figure 28 e 29, il dispositivo elettronico 2 viene utilizzato per il monitoraggio del dissesto o crollo delle difese arginali o difese di sponda dei corsi d’acqua. Spesse volte si verificano collassi arginali dovuti alla presenza di nutrie o per deterioramenti strutturali o ancora per errata realizzazione. Non vi sono ad oggi sistemi di monitoraggio se non puntuali di tali fenomeni. Il dispositivo elettronico 2, attraverso la posa di fibre ottiche, consente di rilevare per lunghi tratti arginali, le condizioni di potenziale deformazione della banca arginale e consente un rapido intervento di sistemazione. Il principio è sempre quello delle zampe 10 che in questo caso sono molto più lunghe e in fibra (ottica, di carbonio) da posare lungo le scarpate e le banche arginali A, con diverse configurazioni a seconda della tipologia di argine. La deformazione del rilevato arginale corrisponde alla deformazione delle fibra e quindi alla trasmissione del segnale di allerta S_all.
In un terzo aspetto, la presente invenzione riguarda un sistema 1 di monitoraggio di fenomeni idrogeologici (figura 1), comprendente:
- almeno un dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici come qui descritto;
- un dispositivo elettronico d’interazione 40 fisso o mobile comprendente un ricetrasmettitore di segnali configurato per ricevere un segnale di allarme Si_all indicativo del segnale dello stato di pericolo idrogeologico rilevato e trasmesso dal ricetrasmettitore 5 di uno o più dispositivi elettronici 2.
La trasmissione del segnale di allarme S_all generato da un primo dispositivo elettronico 2 viene trasmessa ai ricetrasmettitori 5 di altri dispositivi elettronici 2 adiacenti, fino a raggiungere il ricetrasmettitore di detto dispositivo elettronico d’interazione 40 fisso o mobile, attraverso una trasmissione di tipo punto-punto (unibanda), punto-multipunto (multibanda) o punto- tutti (broadcasting).
In un sistema comprendente n dispositivi elettronici 2, l’identificazione del dispositivo elettronico 2(i) i-esimo che ha generato e trasmesso un segnale di allarme idrogeologico Si_all avviene mediante un codice identificativo univoco cod_id inviato insieme al segnale di allarme Si_all. Inoltre, se il dispositivo elettronico 2(i) è dotato di un ricevitore 8 della posizione geografica in cui si trova posizionato, il segnale Si_pos inviato insieme al segnale di allarme Si_all, permette di identificare univocamente da remoto (ad esempio sul dispositivo d’interazione 40) il dispositivo elettronico 2(i) che lo ha generato.
Inoltre, in caso di batteria scarica, il dispositivo elettronico 2 è in grado di inviare un segnale di batteria scarica al dispositivo d’interazione 40.
Analogamente, in caso di malfunzionamento o guasto, il dispositivo elettronico 2 invia un segnale al dispositivo elettronico d’interazione 40. In un quarto aspetto, la presente invenzione riguarda un metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici comprendente le seguenti fasi: a) applicare almeno una zampa segnalatrice 10 ad un elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d di un dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici come precedentemente descritto;
b) applicare ad una superficie di controllo S (o ad un’argine A) detto dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici e detta almeno una zampa segnalatrice 10;
c) rilevare un segnale meccanico Fi agente su detta superficie S mediante detta zampa segnalatrice 10;
d) convertire detto segnale meccanico Fi in un segnale elettrico Si_ril caratteristico del carico meccanico che agisce su detta superficie di controllo S;
e) ricevere detto segnale elettrico Si_ril, S_mis da detto elemento di rilevazione 4a, 4b, 4c, 4d;
f) confrontare detto segnale Si_ril, S_mis con un corrispondente valore soglia SOG memorizzato in un’unità di memoria 6;
g) inviare a un ricetrasmettitore di segnali 5 un segnale di allarme S_all di rischio idrogeologico in funzione di un’avvenuta corrispondenza OK del confronto effettuato da detto modulo di confronto 22;
h) trasmettere detto segnale di allarme S_all al ricetrasmettitore di un secondo dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici o al ricetrasmettitore di un dispositivo elettronico d’interazione 40 fisso o mobile.
La presente invenzione riguarda anche un kit per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici, comprendente almeno un dispositivo elettronico 2 per il monitoraggio come qui descritto e una o più zampe segnalatrici 10 accoppiabili ad esso.
Il dispositivo può opzionalmente essere dotato di una memoria non volatile per funzionare da datalogger o da semplice rilevatore.
Sia il sistema di acquisizione sia la trasmissione sono progettati con tecnologia a bassissimo consumo sulla quale sono state implementate delle specifiche funzioni atte a contenere i consumi e ottimizzare la trasmissione con protocolli IoT (tipo SigFox, LoRa, ecc). Il risultato è un elettronica di tipo industriale (range esteso di temperatura) il cui consumo medio è nell’ordine di microwatt/milliwatt.
La trasmissione delle informazioni acquisite e/o elaborate (a seconda sia presente o meno la funzione datalogger), può essere diretta in rete (puntorete), punto-punto, o punto-multipunto, con una copertura media di diversi kilometri in frequenze libere (a titolo di esempio 868Mhz in italia).
La trasmissione sfrutta a pieno le potenzialità delle reti IoT, consentendo un’invio medio di almeno un segnale “still alive” al giorno in mancanza di eventi, e un aumento, anche progressivo, della periodicità di invio al verificarsi di un evento su una delle zampe.
Preferibilmente, i segnali vengono trasmessi per mezzo della tecnologia narrow-band Internet-of-things e il modulo radio presente nel dispositivo elettronico è progettato in modo tale da poter funzionare in batteria con autonomia di almeno 3-5 anni.
La copertura radio è di diversi km se parliamo di connessioni punto-punto, e illimitata se parliamo di connessione diretta in rete internet.
In altri termini, senza ausilio di ponti radio specifici e con un sistema semplice ed economico, è possibile monitorare in tempo reale eventi potenzialmente pericolosi, andando a gestire la situazione che si è creata direttamente da rete o app. Questa possibilità di impiego, risolve i problemi oggi esistenti sull’alimentazione dei sensori e del ricetrasmettitore di segnali in ambiente, soprattutto in ambiente montano o aree in dissesto, dove è difficile disporre di energia per lunghi periodi e dove le trasmissioni sono spesso difficili da attivare se non con costi molto elevati.
Questi dispositivi elettronici di monitoraggio consentono una diffusione capillare e ampia, per i bassi costi e la facilità di impiego, a fronte di un miglioramento delle condizioni di conoscenza e controllo del territorio e dei rischi naturali e antropici e quindi un miglioramento della qualità della vita di intere comunità.
Il dispositivo viene posizionato in base alla specifica applicazione, lo si accende e non serve altro. In condizioni estreme e di emergenza, alcune configurazioni del dispositivo ne consentono il lancio o scarico da aerei o elicotteri, ad esempio per il controllo di slavine o frane superficiali.
Su app, personal computer o unità di controllo, si hanno direttamente le informazioni critiche dell’area su cui il dispositivo elettronico è installato. Il dispositivo presenta una forma compatta, (un contenitore circolare di circa 25cm di diametro o meno), ed è facilmente realizzabile per la semplicità con cui è fatto, facile da trasportare e ancor più facile da installare.
Il dimensionamento degli elementi sensibili (molle, calamite, driver fibra ecc) è regolato dalle norme che identificano le classi di energia da utilizzare, pertanto, al lato della produzione non serve una specifica taratura, anzi diventa estremamente facile posizionare direttamente gli elementi sensibili a lato dell’elettronica richiudendo il contenitore scatolare. In fase di installazione non resta che collegare le relative
zampe.
Il dispositivo elettronico della presente invenzione può essere facilmente personalizzato sia per sensori “tarati” a energie diverse da quelle standard, sia realizzando sensori con zampe differenziate, per scopi specifici. La connessione tra zampe e dispositivo elettronico avviene tramite apposite viti di aggancio sul dispositivo stesso. Quest’ultimo può essere solidale o meno alla struttura su cui viene installato sia essa una superficie rigida o una rete o altro (terreno).
La forma e i materiali utilizzati sono funzione della specifica applicazione, per esempio è possibile inserirlo in contenitori galleggianti, in modo che di fronte ad eventi come debris-flow o valanghe d’acqua, sia prevalentemente portato in superficie per garantire la massima probabilità di trasmissione del segnale massimizzandone la potenza in trasmissione. Con tale tipo di ottimizzazione di carattere hardware e software, il sistema riesce a portare i propri consumi quasi a zero consentendo autonomie con piccole batterie fino molti anni. Nello stesso momento offre una diagnosi di se stesso per permettere di identificare guasti o mancate trasmissioni. In ogni trasmissione oltre alla misura che identifica l’evento e la sua posizione oltre che alla sua eventuale intensità (caso della fibra ottica), vengono infatti comunicate anche due importanti informazioni, lo stato della batteria e le coordinate geografiche. La prima è una informazione fondamentale per capire lo stato del sistema e consente di pianificare una eventuale rapida sostituzione delle batterie, la seconda consente il suo recupero nel caso, di fronte ad un evento particolarmente importante, sia stato strappato o spinto lontano ma non sommerso.
La fonte di alimentazione 7 prevista è una batteria, ma è possibile inserire piccoli pannelli solari per rendere il dispositivo completamente autonomo con l’autoricarica interna.
Come la persona esperta può ben comprendere, l’invenzione permette di superare gli inconvenienti evidenziati in precedenza con riferimento alla tecnica nota. In particolare, la presente invenzione consente di migliorare monitorare fenomeni idrogeologici in zone impervie, non raggiunte dalle reti di telecomunicazione mobili 2G, 3G, 4G né dalla rete di alimentazione elettrica. Inoltre, consente una migliore gestione e monitoraggio dei dispositivi installati, senza dover raggiungerli per controllarne lo stato di funzionamento. Inoltre, il dispositivo elettronico si presenta compatto e robusto. La semplicità dei sensori e la loro robustezza riduce al minimo le attività di manutenzione, rendendo il dispositivo elettronico della presente invenzione adatto a tutte le applicazioni di monitoraggio e allertamento, anche in condizioni ambientali estreme.
Come finqui descritto, il dispositivo secondo l’invenzione e` sia di monitoraggio che di allertamento, in quanto nell’istante in cui rileva un rischio idrogeologico, invia un segnale di allarme ed anche un segnale di allerta acustica e visiva, sia dal sito in cui viene posizionato che in remoto. Inoltre, il dispositivo secondo la presente invenzione, trova utilizzo non solo nella prevenzione, ma anche e sopratutto, in caso di evento e postevento idrogeologico. Infine, il dispositivo ha un`applicazione nel campo di gestione delle allerte nel campo del dissesto idrogeologico e ingegneristico, ma anche da parte della Protezione Civile, in caso di emergenza, per consentire agli operatori di gestire il progredire dei fenomeni idrogeologici. È chiaro che le specifiche caratteristiche sono descritte in relazione a diverse forme di realizzazione dell’invenzione con intento esemplificativo e non limitativo. Ovviamente un tecnico del ramo potrà apportare alla presente invenzione ulteriori modifiche e varianti, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche. Ad esempio le caratteristiche tecniche descritte in relazione ad una forma di realizzazione dell’invenzione potranno essere estrapolate da essa ed applicate ad altre forme di realizzazione dell’invenzione. Tali modifiche e varianti sono peraltro contenute nell’ambito di protezione dell’invenzione, quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (19)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni di una superficie di controllo (S), comprendente: - un involucro scatolare (3) appoggiato sulla superficie di controllo (S); - uno o più elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) configurati per convertire un segnale meccanico (Fi) in un segnale elettrico (Si_ril) caratteristico del carico meccanico che agisce sulla superficie di controllo (S); - un ricetrasmettitore di segnali (5) configurato per trasmettere e ricevere dati; - un’unità di memoria (6) comprendente un valore soglia (SOG); - una fonte di alimentazione elettrica (7) configurata per alimentare i vari elementi del dispositivo elettronico (2); - un’unità di elaborazione (20), in collegamento con ciascuno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) e con detto ricetrasmettitore di segnali (5), configurata per elaborare dati di monitoraggio di rischio idrogeologico comprendente: o un modulo di ingresso (21) configurato per ricevere detto segnale elettrico (Si_ril) da ciascuno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d); o un modulo di confronto (22) configurato per confrontare detto segnale elettrico (Si_ril) con un corrispondente valore soglia (SOG); o un modulo di trasmissione (23) configurato per trasmettere al ricetrasmettitore di segnali (5) un segnale di allarme (S_all) in funzione di un’avvenuta corrispondenza (OK) del confronto effettuato da detto modulo di confronto (22).
  2. 2. Dispositivo elettronico (2) secondo la rivendicazione 1, comprendente una o più zampe segnalatrici (10) che dipartono parallelamente alla superficie di controllo (S) e sono configurate per trasmettere il carico meccanico (Fi) che agisce sulla superficie di controllo (S) ad uno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d).
  3. 3. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui ciascun elemento di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) è collegato ad una o più di dette zampe segnalatrici (10).
  4. 4. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui uno o più elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) comprende un elemento in grado di misurare il carico meccanico e di generare un segnale (Si_mis) caratteristico del carico meccanico (Fi) che agisce sulla superficie di controllo (S).
  5. 5. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui le zampe (10) sono una o più tra almeno: o barre; o cavi; o funi; o cavi in fibra ottica.
  6. 6. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, comprendente otto zampe segnalatrici (10).
  7. 7. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui il dispositivo elettronico (2) è applicabile ad uno o più tra almeno: - una barriera paramassi; - una rete o pannello in aderenza; - una barriera flessibile colata; - colata detritica; - una frana superficiale; - una slavina; - un’argine (A).
  8. 8. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui il ricetrasmettitore di segnali (5) è configurato per collegarsi ad un dispositivo elettronico d’interazione (40) per mezzo di una rete di telecomunicazioni a lunga distanza (30).
  9. 9. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui il ricetrasmettitore di segnali (5) di un primo dispositivo elettronico (2) è configurato per trasmettere e ricevere dati dal ricetrasmettitore (5) di uno o più dispositivi elettronici (2).
  10. 10. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, comprendente mezzi (8) adatti a determinare la posizione geografica del dispositivo elettronico (2) e generare un segnale (S_pos) indicativo di detta posizione geografica.
  11. 11. Dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici adatto a rilevare le sollecitazioni di colate detritiche (C1, C2, C3), comprendente: - un involucro scatolare (3) appoggiato sulla sponda o argine (A) del corso d’acqua interessato dal passaggio di una colata detritica (C1, C2, C3); - uno o più elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) configurati per convertire un segnale meccanico (Fi) in un segnale elettrico (Si_ril) caratteristico del carico meccanico che agisce sulla superficie di controllo (S); - un ricetrasmettitore di segnali (5) configurato per trasmettere e ricevere dati; - un’unità di memoria (6) comprendente un valore soglia (SOG); - una fonte di alimentazione elettrica (7) configurata per alimentare i vari elementi del dispositivo elettronico (2); - un’unità di elaborazione (20), in collegamento con ciascuno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) e con detto ricetrasmettitore di segnali (5), configurata per elaborare dati di monitoraggio di rischio idrogeologico comprendente: o un modulo di ingresso (21) configurato per ricevere detto segnale (Si_ril) da ciascuno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d); o un modulo di confronto (22) configurato per confrontare detto segnale (Si_ril) con un corrispondente valore soglia (SOG); o un modulo di trasmissione (23) configurato per trasmettere al ricetrasmettitore di segnali (5) un segnale di allarme (S_all) in funzione di un’avvenuta corrispondenza (OK) del confronto effettuato da detto modulo di confronto (22).
  12. 12. Dispositivo elettronico (2) secondo la rivendicazione 11, comprendente una o più zampe segnalatrici (10) che dipartono verso il letto (L) della colata detritica (C1, C2, C3) da monitorare e che sono configurate per trasmettere il carico meccanico (Fi) che agisce su di ciascuna di esse ad uno di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d).
  13. 13. Dispositivo elettronico (2) secondo la rivendicazione 12, in cui ciascun elemento di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) è collegato ad una o più di dette zampe segnalatrici (10).
  14. 14. Dispositivo elettronico (2) secondo la rivendicazione 13, in cui l’estremità libera (3b) della zampa segnalatrice (10) è collegata ad un oggetto pesante appoggiato sul letto (L) della colata detritica (C1, C2, C3).
  15. 15. Dispositivo elettronico (2) secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detta unità di elaborazione (20) è configurata per commutare, in funzione dei segnali (S_all; S_mis; S_bat) ricevuti da uno o più di detti elementi di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d), lo stato del dispositivo elettronico (2) da una modalità di normale funzionamento, in cui il ricetrasmettitore di segnali (5) del dispositivo elettronico (2) è in grado di trasmettere i segnali (S_all; S_mis; S_bat), ad una modalità di attesa, durante la quale il dispositivo elettronico (2) è tale da funzionare minimizzando il consumo dell’energia elettrica generata dalla fonte di alimentazione elettrica (7).
  16. 16. Sistema di monitoraggio di fenomeni idrogeologici, comprendente: - un dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni; - un dispositivo elettronico d’interazione (40) fisso o mobile comprendente un ricetrasmettitore di segnali configurato per ricevere un segnale di allarme (S_all) indicativo del segnale dello stato di pericolo idrogeologico rilevato e trasmesso dal ricetrasmettitore (5) di uno o più dispositivi elettronici (2).
  17. 17. Sistema di monitoraggio di fenomeni idrogeologici, secondo la rivendicazione 16, comprendente una rete di telecomunicazioni a lunga distanza (30) configurata per collegare il dispositivo elettronico d’interazione (40) con il dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici.
  18. 18. Sistema di monitoraggio di fenomeni idrogeologici, secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui la trasmissione del segnale di allarme (S_all) generato da un primo dispositivo elettronico (2) viene trasmessa ai ricetrasmettitori (5) di altri dispositivi elettronici (2), fino a raggiungere il ricetrasmettitore di detto dispositivo elettronico d’interazione (40) fisso o mobile, attraverso una trasmissione di tipo: - punto-punto; - punto-multipunto; - punto- tutti.
  19. 19. Metodo per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici comprendente le seguenti fasi: a) applicare almeno una zampa segnalatrice (10) ad un elemento di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d) di un dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 15; b) applicare ad una superficie di controllo (S) detto dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici e detta almeno una zampa segnalatrice (10); c) rilevare un segnale meccanico (Fi) agente su detta superficie (S) mediante detta zampa segnalatrice (10); d) convertire detto segnale meccanico (Fi) in un segnale elettrico (Si_ril) caratteristico del carico meccanico che agisce su detta superficie di controllo (S); e) ricevere detto segnale elettrico (Si_ril) da detto elemento di rilevazione (4a, 4b, 4c, 4d); f) confrontare detto segnale (Si_ril) con un corrispondente valore soglia (SOG) memorizzato in un’unità di memoria (6); g) inviare a un ricetrasmettitore di segnali (5) un segnale di allarme (S_all) di rischio idrogeologico in funzione di un’avvenuta corrispondenza (OK) del confronto effettuato da detto modulo di confronto (22); h) trasmettere detto segnale di allarme (S_all) al ricetrasmettitore di un secondo dispositivo elettronico (2) per il monitoraggio di fenomeni idrogeologici o al ricetrasmettitore di un dispositivo elettronico d’interazione (40) fisso o mobile.
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