IT201800008284A1 - Sistema elettronico per la gestione intelligente dei dati di oggetti fisici digitalizzati - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE INDUSTRIALE DAL TITOLO:

“Sistema elettronico per la gestione intelligente dei dati di

oggetti fisici digitalizzati”

TECNICA NOTA

E’ importante avere un chiaro quadro informativo+ del patrimonio costruito, per questo sta assumendo sempre più importanza la rappresentazione digitale informativa degli oggetti fisici, attraverso la metodologia del Building Information Modeling (BIM). Questo metodo consente di creare un database digitale rappresentativo della costruzione, da poter utilizzare successivamente nelle operazioni di manutenzione e monitoraggio degli oggetti rappresentati, nonché nelle simulazioni di eventi quali sisma o cedimenti strutturali, scenari reali o ipotesi alternative per migliorare i consumi energetici. La metodologia BIM è utilizzabile nell’elaborazione di qualsiasi dato scibile dell’oggetto fisico.

Ad oggi non esiste una connessione dell’oggetto fisico al suo modello digitale, rendendo le operazioni di aggiornamento dei dati del modello BIM unidirezionali. L’obiettivo della presente invenzione è rendere i dati del modello BIM aggiornabili in tempo reale, dall’utente stesso o automaticamente trasmessi da appositi sensori, a seconda della tipologia di dato da aggiornare.

Attualmente, per chi si trova internamente all’edificio, è possibile avere disponibili i dati del modello BIM attraverso l’inquadramento di QR-code che permettono l’accesso ai dati BIM attraverso un dispositivo elettronico e una connessione internet che rimanda a un’interfaccia web. Questo metodo ha diversi limiti:

-Non è possibile accedere ai dati in molti utenti contemporaneamente.

-Il QR-code non è in grado di trasmettere dati utili o di manipolare i dati.

-Il QR-code non è in grado di comunicare con sensori.

La tecnica nota utilizzata nella presente invenzione è lo standard Bluetooth Low Ener\gy, associato a microcontrollori con funzionalità beacon, dispositivi a basso consumo energetico che fungono da collegamento fisico tra l’oggetto reale e il web. L’invenzione può essere realizzata anche con uno o più standard appartenenti alla famiglia IEEE 802.

I microcontrollori con funzionalità beacon sono già stati utilizzati con diverse funzionalità in ambienti indoor, per localizzare la posizione dell’utente, come nel brevetto BA2013A000065. La tecnologia Bluetooth è stata invece utilizzata come supporto per operazioni di manutenzione remota, ad esempio nel brevetto MI2011A001648.

Un sistema chiamato “Wind And Structural Health Monitoring System” costituito da una rete di sensori applicati alle strutture dei ponti è stato sperimentato nei ponti: Tsing Ma Bridge, Kap Shui Mun Bridge e Ting Kau Bridge ad Hong Kong. Il sistema è stato installato anche in ponti a lunga portata in Norvegia, Svizzera, U.S.A. e Giappone.

Il limite delle realizzazioni relative ai ponti sopra citati è che non sono abbinate a un modello informativo digitale e non tengono traccia della storia manutentiva, delle eventuali informazioni relative a fornitori di materiali, certificazioni, informazioni riguardo ai costruttori dell’opera. I sistemi esistenti, dunque non sono collegati biunivocamente con il modello BIM della struttura o edificio.

Nelle applicazioni sopracitate non viene effettuato uno studio dei valori prima di essere trasmessi all’interfaccia utente, studio che, nei casi dei ponti sopracitati è interamente affidato a una fase successiva al rilievo del dato. Questa operazione rende poco efficiente la trasmissione dei dati stessi, che arriva a oltre 1,5 GB di dati al giorno per ogni ponte. Questa criticità è più evidente in sistemi di monitoraggio che usano trasmissioni wireless. Nonostante nelle realizzazioni citate, siano stati usati sensori di alta qualità, lo studio dei dati avviene sia in modalità analogica che digitale attraverso calcolatori digitali. Questo comporta una complessità maggiore nell’interpretazione e nell’estrapolazione di dati, dove le persone delegate alla loro interpretazione devono avere conoscenze approfondite multidisciplinari.

Le innovazioni della presente invenzione sono rappresentate da:

-Maggiore efficienza della rete che studia i pattern di dati appena captati prima di trasmetterli ai nodi principali.

-Dalla comunicazione tra i dati dei sensori e il modello BIM, aggregando tutte le informazioni del manufatto costruito in oggetto (comprese quelle della manutenzione) in un unico data-base.

-Tutti i dati raccolti, interpretati ed estrapolati sono ricondotti alla natura digitale tramite lo studio dei sistemi DES (Discrete Event System).

Nella tecnica nota esistono i seguenti elementi:

- Metodi e software per produrre modelli informativi digitali (Metodologia BIM).

-Dispositivi di visualizzazione e input (smartphone, tablet, pc).

-Internet e reti LAN/WLAN, PAN, MAN, WAN e reti Cellulari GSM/UMTS, W-CDMA o (conosciute come 2G e 3G), o loro evoluzioni come 4G, LTE, 5G, che consentono all’utente di modificare i dati.

-Dispositivi Bluetooth Low Energy (microcontrollori con funzionalità beacon) che consentono di rilevare posizioni spaziali di un utente dotato di dispositivo di input con tecnologia Bluetooth integrata. I microcontrollori con funzionalità beacon sono inoltre in grado di funzionare da portale di accesso all’interfaccia web per l’utente dotato di dispositivo di input con tecnologia Bluetooth, se connesso a una rete con acceso a Internet.

Inoltre, i microcontrollori con funzionalità beacon, se dotati di sensori come giroscopio, estensimetro, accelerometro, estensimetro vibrometro o sensori fotoelettrici (anch’essi presenti nello stato della tecnica nota) sono in grado di rilevare spostamenti.

La presente invenzione integra e collega gli elementi sopra definiti, producendo un trovato innovativo, facilmente replicabile, e applicabile su vasta scala, portando evidenti vantaggi sulla gestione di una grande mole di dati, nonché affidabilità e ottimizzazione sulle tempistiche di aggiornamento degli stessi.

L’innovazione della presente invenzione è data dall’associazione e messa a sistema dei microcontrollori dotati di funzionalità beacon, installati sulle costruzioni reali, con il modello informativo digitalizzato dell’edificio (il modello BIM) e con una rete wireless o rete locale dotate di accesso ad Internet. Questo sistema supera i limiti di accesso ai dati dovuti alle attuali tecnologie e permette di aggiornare i dati del modello BIM in tempo reale. Questa caratteristica semplifica le operazioni di gestione durante il ciclo di vita dell’edificio e garantisce un quadro conoscitivo sempre aggiornato.

L’utilizzo dei microcontrollori dotati di funzionalità beacon e di sensori come giroscopio, estensimetro, estensimetro, accelerometro, vibrometro, sensori fotoelettrici posizionati in punti strutturalmente significativi in associazione al modello informativo digitale dell’edificio, consentono inoltre di avere dati aggiornati sulla posizione dello stesso, ottenendo un modello strutturale in tempo reale della costruzione in oggetto.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

L’invenzione del sistema ha carattere innovativo ed inventivo, in quanto ad oggi non esistono sistemi in grado di selezionare e ricevere/trasmettere da/a un modello informativo digitale i dati di oggetti fisici e di poterli aggiornare in tempo reale. Non sono mai stati abbinati i microcontrollori con funzionalità beacon a oggetti digitalizzati in un modello BIM per rilevare gli spostamenti degli oggetti reali, nè per interagire con i dati degli oggetti fisici digitalizzati.

Gli scopi per cui è stata ideata la presente invenzione sono:

-Connettere le costruzioni reali ad entità virtuali, creando una rete di dati accessibile e avere una smart-city virtuale in grado di interagire con i suoi utenti.

-Semplificare e velocizzare la gestione e la manutenzione di costruzioni esistenti, rendendo accessibili i dati in loco o da remoto a più utenti aventi profili diversi.

-Effettuare un monitoraggio su vasta scala della posizione degli oggetti ritenuti rilevanti, come ad esempio elementi strutturali sottoposti a frequenti forze di esercizio o a forze naturali di forte entità, come ad esempio il sisma. La posizione così rilevata ha il vantaggio di essere molto precisa.

-Effettuare un monitoraggio del territorio, in ambienti ad esempio soggetti a frane o smottamenti.

-Tenere al minimo il consumo energetico e in relazione ad esso anche l’inquinamento elettromagnetico.

-Tenere molto contenuti i costi di realizzazione, poiché il sistema si avvale di dispositivi di input esistenti che non hanno bisogno di essere modificati per l’utilizzo dell’invenzione, quali ad esempio “smartphone”, “tablet”, “Phablet” e PDA di nuova generazione, che hanno integrata la tecnologia Bluetooth.

Elementi che costituiscono l’invenzione:

-Costruzione reale.

-Modello informativo digitale della costruzione reale.

-Microcontrollori con funzionalità beacon e capacità di connessione wireless.

-Rete wireless locale o rete locale con accesso a Internet.

-Piattaforma web e/o applicazione dedicata.

-Dispositivo di input o input device (necessario solo per alcune forme di realizzazione preferite).

-Sensori per lo spostamento come giroscopio, estensimetro, accelerometro, vibrometro e/o sensori fotoelettrici (necessari solo per alcune forme di realizzazione preferite).

La costruzione reale è l’entità reale con i cui dati si desidera interagire in modo virtuale, al fine di averne una mappatura del comportamento o una migliore gestione manutentiva.

La costruzione reale su cui può essere applicata l’invenzione può essere di qualsiasi natura, edificio pubblico, privato o infrastruttura, opere di ingegneria civile, come dighe, nonché spazio costruito aperto come ad esempio piazze o strade. L’invenzione può essere applicata a qualsiasi entità reale si voglia digitalizzare.

Il modello informativo digitale dell’entità reale, è la rappresentazione virtuale dell’oggetto comprensiva delle informazioni che si intendono aggiornare o monitorare. Tale modello è costruito utilizzando la metodologia BIM, che si avvale della programmazione ad oggetti. Questa metodologia consente una rappresentazione tridimensionale dell’entità reale, e l’associazione ad essa di qualsiasi dato con cui l’utente ritenga rilevante interagire.

Il microcontrollore dotato di funzionalità beacon è un dispositivo elettronico funzionante a low energy, a batteria o collegato ad una rete elettrica, in grado di trasmettere e ricevere segnali alle frequenze radio assegnate per scopi industriali, scientifici e medici ISM. Per la realizzazione della presente invenzione è necessario che sia dotato di connettività wireless. Il protocollo di rete utilizzato è parte dello standard Bluetooth Low Energy.

I microcontrollori a funzionalità beacon utilizzati nel sistema oggetto di invenzione sono schede elettroniche composti da un’unità principale di controllo (micro-controllore) e dalla parte di comunicazione (le antenne). Il protocollo di rete può fare uso di uno o più standard appartenenti alla famiglia IEEE 802, come l’IEEE 802.11 a cui appartiene il WiFi o l’IEEE 802.15.4 a cui appartengono Zigbee e 6LoWPAN. Nel sistema in oggetto sarà utilizzato lo standard Bluetooth Low Energy. Le antenne collegate ai microcontrollori sono di dimensioni ridotte operanti nella frequenza 2.4GHz a basso consumo elettrico.

Lo standard Bluetooth utilizzato nella presente invenzione, dalla versione 4 è stato implementato come un nuovo standard LE “Low Energy” che consente l’invio di dati con un ridotto consumo energico. Questa nuova caratteristica utilizzata nella presente invenzione permette la trasmissione aggregata di dati provenienti da sensori diversi connessi a schede elettroniche con microcontrollori di dimensioni ridotte. I microcontrollori con funzionalità beacon utilizzati sono programmati per trasmettere i dati in modalità broadcasting quindi da singolo microcontrollore a molti utenti. Di importante applicazione è l’utilizzo della nuova funzionalità attiva dal 2017 denominata mesh, che serve per la trasmissione di dati da molti dispositivi a molti utenti e/o altri dispositivi.

Il sistema oggetto della presente invenzione, che comprende i microcontrollori con funzionalità beacon, uno o più modelli informativi digitale (modello BIM) e l’interfaccia utente sono stati ideati con un alto grado di indipendenza dai protocolli e standard del settore. E’ stato scelto lo standard Bluetooth Low Energy come standard di trasmissione dati per la sua semplicità nell’implementazione e per la sua maggiore robustezza. Inoltre il Bluetooth è presente nella maggior parte dei dispositivi di input attualmente in commercio, senza necessità di adeguarli per il funzionamento del sistema. Il sistema cosi pensato e ideato può funzionare altrettanto bene anche con uno standard di telefonia mobile cellulare di tipo 3G, 4G LTE o il 5G. La piattaforma Web può essere sostituita con applicazione nativa per mobile o qualsiasi dispositivo di input ma riteniamo che tramite tecniche di responsive design la pagina web sia compatibile con la maggioranza dei dispositivi di input attualmente in commercio. Il formato standard IFC del modello BIM è ritenuto il più idoneo per il funzionamento del sistema, ma lo stesso sistema funzionerebbe altrettanto bene con altre estensioni.

La piattaforma web è un sito internet tramite il quale è possibile visualizzare i dati di cui si ha necessità.

Il dispositivo di input è uno smartphone, pc, tablet, o qualsiasi dispositivo atto a inviare/ricevere segnali Bluetooth e dotato di funzionalità per accedere a una rete internet o a una rete locale.

I sensori per lo spostamento (giroscopio, estensimetro, accelerometro, vibrometro sensori fotoelettrici) sono sensori che possono essere integrati nel microcontrollore, per dotarlo della funzionalità del rilevamento degli spostamenti.

Secondo la realizzazione preferita numero 1, rappresentata in fig.1, e secondo la rivendicazione 8, il microcontrollore dotato di funzionalità beacon 1.11 viene installato all’interno di un edificio 1.10, avvalendosi di batterie o rete elettrica per il funzionamento, e di una rete internet o rete locale per la trasmissione di dati.

L’edificio in cui è stato installato il microcontrollore, come definito nella presente invenzione, è stato precedentemente digitalizzato attraverso la metodologia BIM, ottenendo un modello informativo digitale dello stesso 1.30, inserendo all’interno di esso i dati ritenuti rilevanti 1.31.

I dati del modello BIM sono inseriti su piattaforma web 1.20 e resi disponibili per la consultazione. La piattaforma ha diversi livelli di accesso, a seconda dell’identità dell’utente che desidera consultare i dati.

Il microcontrollore dotato di funzionalità beacon e di connettività wireless installato nell’edificio trasmette costantemente un segnale.

Nel momento in cui l’utente 1.13 entra nel raggio di competenza del microcontrollore con funzionalità beacon, e ha attiva la funzionalità Bluetooth o una apposita applicazione di lettura di informazioni, sul proprio dispositivo di input 1.12 (smartphone o altro come sopra menzionato) riceve il segnale del microcontrollore con funzionalità beacon. Il dispositivo di input 1.12 esegue l’applicazione associata con il segnale del microcontrollore con funzionalità beacon, ed effettua l’acceso alla interfaccia utente o un’interfaccia web che è in grado, dopo il primo accesso, di riconoscere automaticamente l’identità dell’utente per tutti gli accessi successivi. Il sistema è capace dunque di riconoscere la prossimità dell’utente, la sua posizione e permette al dispositivo di input di comunicare con la piattaforma web visualizzando i dati del modello BIM. I dati risultano dunque selezionati in base a due gerarchie:

1-Posizione trasmessa dal microcontrollore con funzionalità beacon attraverso la prossimità.

2-Profilazione dell’utente.

In questo modo sono mostrati automaticamente dati diversi a utenti diversi, garantendo un buon livello di sicurezza di accesso ai dati.

I dati così selezionati saranno visualizzati nel dispositivo di input dell’utente, il quale se possiede l’autorizzazione necessaria, può aggiornarli direttamente tramite il proprio dispositivo di input connesso alla rete internet.

I dati così inseriti vengono trascritti da un algoritmo automaticamente nel modello informativo digitale, aggiornando in tempo reale il modello BIM.

Secondo la realizzazione dell’invenzione indicata in figura 2, come da rivendicazione 8, lo stesso sistema precedentemente descritto è applicato a una molteplicità di edifici 2.11, i quali hanno installati i microcontrollori con funzionalità beacon e connettività wireless e questi ultimi sono connessi ad una rete internet o una rete locale 2.21 attraverso cui i modelli informativi digitali degli stessi vengono messi a sistema. Un algoritmo è in grado di analizzare i dati di tutti gli edifici e creare pattern da mostrare ai diversi utenti (come ad esempio gestore 2.22, tecnico manutentore 2.23 e fruitore 2.24). Il vantaggio di questo sistema è l’organizzazione dei dati univoca per una serie di edifici, che permette di avere dati omogenei e confrontabili, semplificando le decisioni e ottimizzando le tempistiche degli interventi manutentivi.

La terza realizzazione dell’invenzione indicata in figura 3, come da rivendicazione 9, applica lo stesso sistema al fine di ottenere un aggiornamento del dato relativo alla posizione degli elementi strutturali.

In questo caso, ai microcontrollori con connettività wireless, sono aggiunti sensori come giroscopio, estensimetro, accelerometro, vibrometro e/o sensori fotoelettrici, e costituiscono una rete WSN “wireless sensor network”.

I microcontrollori così costituiti 3.11 verranno installati in punti opportunamente identificati, ritenuti rilevanti per le deformazioni strutturali che possono avvenire in una determinata struttura. I dispositivi del WSN 3.11 all’istante iniziale t0 trasmetteranno un segnale, contenente il dato della loro posizione 3.12. Il dato verrà trasmesso in rete 3.20, e automaticamente inserito come informazione associata allo stesso oggetto 3.31 del modello informativo digitale 3.30.

Nell’istante t1, successivo all’istante t0, il dispositivo della WSN trasmetterà di nuovo l’informazione della sua posizione 3.13 alla rete 3.20. Se la posizione 3.13 coincide con la posizione relativa all’istante t0 3.12, il modello informativo digitale non verrà aggiornato. Se, invece, il vettore di posizione del dispositivo della WSN all’istante t1 3.13 è diverso dal vettore di posizione del dispositivo della WSN all’istante t0 3.12, verrà registrato il dato aggiornato nel modello BIM.

Per il funzionamento del sistema appena descritto 3.10 la struttura reale viene considerata come un sistema dinamico, stazionario, non lineare e a eventi discreti. Il concetto di sistema su cui si basa il funzionamento della presente invenzione è descritto nell’IEEE Standard Dictionary of Electrical and Electronic Terms.

Nel presente modello di calcolo lo stato del sistema al tempo t0 è definito come l’informazione richiesta al tempo t0 in modo che l’output y(t), per tutte le t=t0, è unicamente determinato da questa informazione e da u(t)=t0, in cui u(t) è l’input del sistema. E’ stato usato l'approccio di input-output modeling process chiamato anche approccio black-box. La struttura reale, in questa applicazione, viene considerata come un sistema dinamico perchè ogni struttura ha un certo comportamento che varia in funzione del tempo. La struttura reale (come ad esempio un ponte) ha memoria degli eventi accaduti nel tempo come il degradarsi dei materiali, l’affaticamento strutturale dovuto alle condizioni di carico temporanee ma ripetute con frequenza, eventi sismici, anche di lieve entità e che non provocano danni visibii ma sollecitazioni alla struttura, di cui essa terrà memoria nel comportamento alle sollecitazioni future.

L’uomo ha molte volte descritto i sistemi naturali con modelli di calcolo semplificati, basando il suo studio su variabili indipendenti continue, come ad esempio lo studio di un corpo in movimento. La complessità dei sistemi moderni ha portato questa invenzione a cambiare approccio, affrontando, oltre alla matematica, campi multidisciplinari come ricerca operativa, informatica e teoria dei sistemi e controllo automatico.

In ogni sistema in cui è inserito un computer, un elaboratore o un microcontrollore, il tempo non scorre in maniera continua, ma è discreto, e fa riferimento al tempo dell’orologio interno al dispositivo elettronico. Questo orologio interno è chiamato in letteratura “discrete-time clock”. Ogni misurazione variabile che verrà rilevata da questi computer sarà valutata negli istanti che corrispondono agli istanti degli orologi interni, chiamati “clock ticks”. Le tecniche di controllo digitale che sono basate su modelli “discrete time” sono molto flessibili nell’utilizzo, sono molto veloci nella trasmissione dati e a basso costo. L’invenzione descritta nella presente domanda di brevetto verrà realizzata attraverso un mapping o una funzione biunivoca fra i diversi elementi fisici della struttura reale e il modello informativo digitale realizzato con il metodo BIM. Una volta rappresentata la costruzione reale in BIM, un altro mapping o funzione biunivoca collegherà le varie parti dell’oggetto informativo digitale con la WSN, che -nel caso specifico- verrà realizzata con lo standard Bluetooth Low Energy o Bluetooth Smart (BLE).

In definitiva per il modello del sistema descritto nelle forme di realizzazione preferita numero 3 e 4, i sensori installati nei microcontrollori della WSN sono accelerometro, giroscopio, estensimetro, vibrometro o altri sensori di misurazione fotoelettrici, con una quantizzazione dei valori rilevati che permette un certo range o intervallo e un delta di spostamento minimo. Tali valori sono discreti e il range finito. Per queste motivazioni il sistema si presta bene allo studio dei sistemi a eventi discreti.

Per tarare la misurazione degli spostamenti viene definito un valore minimo di riferimento del comportamento della struttura “VMR”, (calibrato e calcolato a priori con analisi strutturali e osservazioni sperimentali). Il valore minimo di riferimento VMR rappresenta il valore al di sotto del quale gli spostamenti rilevati risultano non pericolosi per la stabilità della struttura, e verrà successivamente utilizzato come scala di misurazione dello spostamento. Ogni struttura avrà un proprio VMR, derivato dai calcoli e applicato su tutta la rete WSN “wireless sensor network” costituita dall’insieme dei microcontrollori dotati di giroscopio, estensimetro, accelerometro, vibrometro e/o sensori fotoelettrici e dotati di connettività wireless (nello specifico caso lo standard Bluetooth Low Energy).

I valori rilevati dai sensori insieme al valore della potenza del segnale sono combinati in modo tale da rappresentare un punteggio. I risultati dei valori rilevati dalla rete WSN tramite il punteggio vengono poi normalizzati con il VMR, utilizzato come scala in un intervallo di valori (ad esempio da 0.1VMR a 2VMR con passo 0.1). Analizzando i risultati delle misurazioni effettuate nella scala di valori VMR precedentemente definita, in condizioni normali e non critiche della struttura, il punteggio sarà sempre al di sotto del VMR. Nel caso in cui, invece, il valore rilevato dalla WSN sia superiore al VMR significa che sono in atto spostamenti preoccupanti nella struttura.

Considerando l’insieme discreto di intervalli di valori uguali o compresi tra 0.1VMR e 2VMR, le transizioni da uno stato all’altro del sistema sono osservate in punti discreti nel tempo (Clock-clikcs) ed è possibile associare eventi a queste transizioni di stato.

Un evento è un concetto primitivo che non ha una definizione rigorosa, ma è possibile assumere che esso avvenga in maniera istantanea e che causi la transizione del sistema da uno stato all’altro. In conclusione, il sistema oggetto del presente brevetto è classificabile come sistema dinamico a eventi discreti, DES (Discrete Event System).

INTRODUZIONE ALL’ALGORITMO DI FUNZIONAMENTO

Chiamiamo Gateway i nodi principali della WSN (micro-controllori) con capacita di connessione ad una o più reti cellulare GSM/W-CDMA 3G 4G LTE o 5G, o reti WAN, o una qualsiasi rete a lunga distanza usata come trasmissione e ricezione dati tra la rete WSN e i Server web/Elaboratori per la gestione delle applicazioni web associate alla WSN.

Il funzionamento dell’invenzione per quanto riguarda il collegamento tra il sensore e il microcontrollore si basa sul paradigma di Moore-Nielsen, secondo il quale i dati tendono ad accumularsi ai nodi più estremi più velocemente di quanto tutta la rete sia in grado di trasmettere questi dati al centro. Sono state utilizzate le tecniche di fog-computing o edges-intelligence per la comunicazione alle estremità tra i micro-controlli e i sensori. I micro-controllori che saranno posizionati come nodi semplici saranno in grado di valutare e filtrare i dati dei sensori prima che questi dati attraversino tutta la rete per essere trasmessi evitando di comunicare dati non rilevanti.

ALGORITMO DI FUNZIONAMENTO

Passo1: Formazione della rete WSN.

Passo2: La WSN entra in modalità raccolta dati. I nodi principali Gateway effettuano interrogazioni continue tra loro e i nodi nelle loro prossimità.

Passo3: Avendo lo storico di tutti i dati trasmessi, ricevuti e dei valori dei sensori, si valuta un VMR e una frequenza ideale di comunicazione per i quali il sistema cerca di azzerare gli errori e i disturbi prodotti dalle interferenze elettromagnetiche o da altri fattori ambientali.

Passo4: Si ricava un tempo (Td) di comunicazione tra nodi principali Gateway e i sensori di ogni singolo micro-controllore. Ad ogni Td si completa l’interrogazione dal nodo principale e un altro nodo in sua prossimità.

Passo5: Il valore VMR verrà comunicato a tutti i nodi collegati con i sensori della rete in modo che tutti i microcontrollori abbiano un valore di riferimento per valutare i dati futuri.

Passo6: I dati registrati dai sensori saranno filtrati in dati utili dai micro-controllori, e solo questi ultimi saranno trasmessi ai Gateway.

Passo 7: I Gateway trasmettono i dati nella memoria dei server web. I dati vengono sincronizzati utilizzando il clock centrale dei server web e si approssima al meglio il comportamento temporale del modello.

Passo 8: I dati raccolti dai server aggiornano il modello BIM utilizzando il formato IFC.

Passo 9: Si studia il comportamento del sistema tramite l'approssimazione sempre migliore del modello attraverso algoritmi di machine learning e attraverso lo studio dei pattern forniti dai vari sensori.

Passo 10: Realizzazione di un sistema distribuito multi protocollo, multi paradigma con Edge intelligence.

La quarta realizzazione preferita 4.10 dell’invenzione applica lo stesso sistema descritto nella terza realizzazione preferita a una molteplicità di edifici 4.11 in cui sono installati i dispositivi della WSN 4.12 in punti strutturali opportunamente scelti e in numero adeguato a rappresentare le deformate con precisione. I dati 4.21 delle posizioni di tutti i dispositivi della WSN negli istanti di tempo iniziali t04.13, e nell’istante t1 4.14 successivo a t0, vengono trasmessi al modello informativo digitale 4.30 attraverso la rete internet o la rete locale 4.20. La successione ordinata delle posizioni significative dei dispositivi della WSN secondo gli istanti successivi t0, t1..tn, rappresenterà la deformata 3.32 delle costruzioni, associata ad ogni singolo elemento strutturale digitalizzato 4.31 con metodologia BIM. Il vantaggio dell’applicazione dell’invenzione a una molteplicità di edifici è la rappresentazione del comportamento globale delle strutture e un eventuale un quadro del danno su vasta scala, avendo già un’idea precisa di quali edifici sono più vulnerabili e prioritari per la messa in sicurezza. Inoltre, in caso di spostamenti successivi il quadro informativo sarebbe aggiornato automaticamente, snellendo sensibilmente la procedura dei sopralluoghi in caso di terremoto, soprattutto in caso di più scosse di forte entità a distanza di molti giorni.

Da sottolineare che tutte le realizzazioni dell’invenzione descritta possono coesistere, in quanto gli stessi microcontrollori che grazie alla funzionalità beacon permettono l’accesso ai dati dell’oggetto informativo digitalizzato ad esempio a fini manutentivi possono contemporaneamente trasmettere la propria posizione grazie a sensori come giroscopio, estensimetro, accelerometro, vibrometro e/o sensori fotoelettrici; e se installati in punti strutturali strategici possono inviare informazioni relative agli spostamenti strutturali.

Le realizzazioni descritte sono solo alcune di quelle possibili per l’applicazione dell’invenzione: il rilevamento della posizione consente ad esempio alla WSN di essere installata anche ai fini di monitoraggio di frane, o dei luoghi soggetti a frequenti sismi, come ad esempio le pendici dei vulcani, al fine di monitorare le deformazioni del terreno. La sua precisione nel trasmettere la posizione, la facilità di impiego e il costo molto basso, uniti a un bassissimo consumo di energia e alla possibilità di associare una fonte di energia rinnovabile ai dispositivi costituiscono notevoli vantaggi.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati, costituito da uno o più modelli informativi digitali di oggetti reali (1.30), da uno o più dispositivi elettronici con ricetrasmittente wireless (1.11) installati in prossimità degli oggetti costruiti (1.10), da uno o più dispositivi elettronici con capacità di elaborazione dati e accesso a internet o a una rete locale (1.12), da uno o più software per la manipolazione dei dati e da uno o più software per l’interfaccia utente. Il sistema così costituito è caratterizzato dal fatto che permette la relazione biunivoca tra l’oggetto fisico e il suo corrispettivo digitale, consentendo di aggiornare i dati del modello informativo digitale in tempo reale.
2. 2) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dispositivi elettronici con ricetrasmittente wireless sono microcontrollori con funzionalità beacon a basso consumo, alimentati a batteria, tramite rete elettrica o tramite fonti di energia rinnovabile.
3. 3) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il protocollo wireless a corta distanza utilizzato è lo standard Bluetooth® Low Energy o uno degli standard della famiglia IEEE 802.
4. 4) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il dispositivo elettronico con capacità di elaborazione dati può essere uno smartphone, pc, notebook, tablet o phablet o qualsiasi dispositivo elettronico con possibilità di accesso a Internet o a una rete locale.
5. 5) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la corrispondenza biunivoca tra l’oggetto fisico e l’oggetto digitalizzato avviene tramite un algoritmo o più algoritmi che governano il comportamento dei sistemi DES (Descret Event System).
6. 6) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal metodo di elaborazione, ricezione e trasmissione dei dati relativi a oggetti fisici digitalizzati che permette la disponibilità immediata di lettura e aggiornamento dei suddetti dati per gli utenti attraverso l’interfaccia web.
7. 7) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il microcontrollore con funzionalità beacon può essere dotato di sensori di spostamento come giroscopio, e/o vibrometro e/o estensimetro e /o accelerometro e/o sensori fotoelettrici.
8. 8) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo almeno una delle rivendicazioni da 1 a 6, nelle sue forme di realizzazione preferite numero 1 e 2, caratterizzato dal fatto che utilizza il sistema al fine della gestione dei dati e del loro storico, creando pattern di dati fruibili da diversi utenti in modo selettivo.
9. 9) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo le rivendicazioni 1,2,3,4,5,6 e 7 nelle sue forme di realizzazione preferite numero 3 e 4 caratterizzato dal fatto di applicare il sistema al fine di rilevare spostamenti strutturali in fase di esercizio o in seguito a forze eccezionali a uno o più edifici reali per avere un quadro delle deformate.
10. 10) Sistema elettronico per la gestione dei dati di oggetti fisici digitalizzati secondo tutte le precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il sistema può attuare contemporaneamente le forme di realizzazione preferite 1, 2, 3 e 4 secondo le rivendicazioni 8, 9.