IT201900014922A1 - Metodo di rilevamento dello stato strutturale e di gestione di reti di ponti e viadotti - Google Patents

Description

Titolo: METODO DI RILEVAMENTO DELLO STATO STRUTTURALE E DI GESTIONE DI RETI DI PONTI E VIADOTTI

Campo dell’invenzione

Il campo dell’invenzione è quello della valutazione dello stato di reti di opere d’arte stradali e loro mantenimento funzionale quali ponti e viadotti e della loro gestione in sicurezza, applicabile anche alle singole opere.

Stato della tecnica

Attualmente i metodi di rilevamento dello stato di degrado ponti e viadotti, sia stradali che ferroviari, si basano su ispezioni periodiche fatte da esperti con l’ausilio di manuali, a cui riferirsi, che contengono immagini dei difetti rilevabili nelle diverse parti delle opere, sono quindi di tipo soggettivo.

Tali opere d’arte, infatti, sono soggette all'invecchiamento, con il conseguente, inevitabile e progressivo decadimento della loro capacità di resistenza, difficilmente rilevabile in modo visivo che, alla lunga, può portare ad un collasso strutturale, anche improvviso e inaspettato, spesso di tale ampiezza da compromettere la loro funzionalità in sicurezza.

La loro manutenzione poi dipende dal diverso tipo di strutture, dall’accessibilità e complessità degli elementi strutturali su cui intervenire. I punti dolenti, non risolti in modo efficace, possono essere riassunti nella carenza di conoscenze della geometria e delle condizioni di manufatti esistenti sulla rete da rilevare, diversi anche per tipologia ed età, nella difficoltà di eseguire analisi sperimentali puntuali e distruttive e per la valutazione del loro stato di salute strutturale, rendendo estremamente soggettivi i piani di manutenzione preventiva, basati sul livello effettivo del danno, comparato in gravità tra le diverse strutture.

Sono anche noti metodi di rilevamento recenti che prevedono criteri di assegnazione di voti correlati alla presenza di più difetti concomitanti, ma anche essi operano, in modo prevalentemente soggettivo, operato da tecnici diversi, che danno indicazioni sull’intera opera d’arte e non sulle singole parti, le quali però potrebbero, da sole, causare l’inagibilità dei manufatti o situazioni di pericolo, anche se limitate nello spazio. Un esempio tipico sono i viadotti a più campate, ognuna delle quali composta da più travi. Spesso non si rilevano le condizioni al contorno dell’opera e non si fa riferimento al cambiamento di condizioni idrogeologiche o di traffico, oppure all’età della struttura che comporta un cambiamento di funzionalità e/o di resistenza delle singole parti. Alcune opere d’arte, a seguito delle ispezioni, vengono monitorate come una struttura singola e con metodi diagnostici complessi, che richiedono interpretazioni soggettive e non esaustive, anche se strumentali e comunque non sono in grado di dare allarmi di pericoli di cedimento in tempo reale. Altri metodi, che di solito vengono applicati solo a opere d’arte molto importanti per il loro costo e la loro complessità, prevedono l'installazione di reti localizzate di sensori cablati (accelerometri, estensimetri, sonde di temperatura) che richiedono comunque tutti, tempi di elaborazione lunghi per definire lo stato dell’opera misurata ed il conseguente piano di manutenzione accurato con risultati non sempre molto affidabili.

Altri metodi strumentali, tra i più avanzati, di misura di comportamento globale come l’impiego di sensori ottici in fibra, l'analisi dei modi di vibrazione delle diverse parti della struttura generata dai veicoli in movimento o la misura sia di movimenti dinamici da traffico che di quelli nel tempo, effettuati con metodi interferometrici terrestri o satellitari, costituiscono sistemi di sensori molto costosi che richiedono prima una classificazione del comportamento della struttura senza danni per consentire un confronto tra la struttura e la condizione di danno attuale.

Alla luce di ciò, non si ritengono più sufficienti i soli rilievi visivi, prescritti dalle norme, che sono peraltro difficili da svolgere capillarmente e comunque costituiti da criteri sempre di tipo fortemente soggettivo dei diversi valutatori. E neppure attraverso i metodi di monitoraggio attuali molto avanzati si riesce a risolvere il problema, fondamentale, della prevenzione dei pericoli di malfunzionamento, che arrivano fino al crollo, come sta avvenendo sempre più spesso nelle reti, di strutture di questo tipo. In figura 1 è mostrato un grafico indicativo del numero dei ponti crollati negli ultimi 120 anni.

Vi è quindi una necessità di disporre di metodologie e di tecniche precise, il più possibile oggettive ed automatiche, di ispezione, monitoraggio, con diagnosi e prognosi delle parti più a rischio dei ponti e viadotti, per stabilire un livello affidabile di prevenzione di guasto strutturale reale con preallarmi ed interventi codificati. Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un metodo per la gestione di reti o di singole opere d’arte viarie, in particolare di ponti e viadotti, che conformemente alla rivendicazione 1 prevede almeno un dispositivo di elaborazione dati, una piattaforma informatica IoT (Internet of Things) implementata in un cloud, una o più banche dati accessibili da detta piattaforma informatica IoT, contenenti parametri e informazioni su criticità importanti per il rispetto di norme di sicurezza in detta una o più opere d’arte viarie, uno o più velivoli UAV, sensori di allarme con funzionamento in tempo reale, una rete di telecomunicazione in grado di trasmettere a distanza segnali e informazioni forniti da detti sensori di allarme a detto dispositivo di elaborazione dati, e il metodo comprendente le seguenti fasi:

a) rilevare immagini numeriche georeferenziate di predeterminati dettagli di dette una o più opere d’arte viarie, per mezzo di detti velivoli UAV,

b) restituire con modelli grafici in 3D le immagini numeriche rilevate,

c) segmentare in più segmenti singoli dette una o più opere d’arte viarie, d) selezionare in detti segmenti singoli uno o più elementi rilevanti per la resistenza strutturale di ciascuna di dette una o più opere d’arte viarie, in base ad un confronto con le informazioni contenute in dette una o più banche dati, e definire elementi critici tali elementi,

e) rilevare, mediante osservazione, su detti uno o più elementi critici, eventuali difetti strutturali in esse presenti,

f) catalogare, mediante software, detti difetti strutturali rilevati,

g) costituire una graduatoria di pericolosità potenziale di detti uno o più elementi critici in base ai detti difetti strutturali rilevati, definendo una prima rispettiva soglia di pericolosità per ciascuno di detti difetti strutturali, e individuando primi elementi critici in cui i rispettivi detti difetti strutturali superano la prima rispettiva soglia di pericolosità,

h) installare detti sensori di allarme in vicinanza di detti primi elementi critici, i) monitorare mediante l’impiego di detti sensori di allarme detti primi elementi critici, j) inviare segnali di allarme e/o informazioni sullo stato di detti difetti strutturali di detti primi elementi critici al dispositivo di elaborazione dati quando viene raggiunta una predeterminata situazione ritenuta essere di pericolo per la una o più opere d’arte viarie e/o una seconda rispettiva soglia di pericolosità di detti uno o più di detti difetti strutturali.

Per la messa in opera del metodo dell’invenzione è necessario un rilevamento preventivo di tutte le parti delle opere d’arte viarie effettuato, come schematicamente mostrato in Figura 2, con sistemi automatici, ad alta efficienza e a basso costo implementato su una piattaforma IoT (internet of things) implementata in un cloud, basati su immagini numeriche georeferenziate restituite a tre dimensioni, per esempio in ambiente BIM (acronimo di Building Information Model), come schematicamente mostrato in Figura 3, su cui riportare i difetti presenti nelle immagini rilevate.

Il metodo si avvale del confronto con banche dati precostituite, e per ogni opera rilevata, individua gli elementi di criticità ai fini della resistenza strutturale in base alla tipologia del ponte o viadotto, alla sua età ed al materiale costituente. In tal modo si focalizza in modo mirato solo su elementi semplici, graduati per importanza e in numero più limitato di metodi noti. Si può così effettuare in modo automatico l’identificazione dei difetti presenti sui singoli elementi per tipo, estensione e dimensioni, e una loro calibrazione in base all’ importanza della loro criticità strutturale. In questo modo, in base al tipo e all’estensione dei difetti, rilevati in automatico con specifico software, cf. Figura 4, è possibile definire una graduatoria di affidabilità tra parti omogenee per importanza, per individuare quelle da monitorare in continuo.

Il metodo dell’invenzione prevede in questa parte iniziale vantaggiosamente anche una ulteriore analisi preventiva degli elementi individuati automaticamente per essere i più critici per la sicurezza dell’opera d’arte viaria, per valutare il loro degrado, sempre facendo uso di metodi globali e non distruttivi. Si rileva in modo particolare il livello di corrosione dell’acciaio negli elementi critici da mettere in relazione alla valutazione delle capacità di resistenza residua tramite analisi modellistiche connesse ai difetti ubicati per posizione e tipologia.

Il metodo comunque prevede la messa in opera sugli elementi più critici individuati di sensori di “attenzione” e di “allarme” che hanno il vantaggio di non richiedere un’analisi di comportamento strutturale e che danno un allarme immediato, senza alcuna necessità di elaborazione umana dei segnali e delle informazioni ricevuti. Come sensori di allarme sono impiegati vantaggiosamente quelli di misura di Emissione Acustica E.A. (o A.E dall’acronimo inglese) delle cricche di rottura, collegati preferibilmente, ma non esclusivamente, in wireless con il centro di controllo, disponendo dei livelli di guardia sui segnali ascoltati, che sono diversi in funzione della tipologia dell’opera d’arte viaria analizzata, cf. Figura 5.

I sensori E.A. sono organizzati in una rete di sensori di allarme e, nel caso di strutture in calcestruzzo armato, al fine di individuare con sufficiente anticipo segni di cedimento della struttura, trattandosi di materiale composito, la rete di sensori è sviluppata preferibilmente sulla misura della resistenza al cedimento dell’acciaio che si trova immerso all’interno del calcestruzzo armato.

I sensori E.A. presentano anche il vantaggio ulteriore che non dipendono: dal tipo di opera, da come funzione la struttura monitorata, dalle condizioni di carico, dal clima. Inoltre, la rete di allarme di sensori E.A. può essere anche integrata con altri tipi sistemi di rilevamento noti, quali ad esempio sistemi di interferometria terrestre o satellitare, per valutare il mantenimento del comportamento elastico delle strutture prima che si inneschi la successiva fase plastica, prodromica allo stato ultimo finale che precede il crollo.

Il metodo dell’invenzione sfrutta in modo sinergico l’impiego di moderne tecnologie quali, in particolare:

(i) il rilievo di ponti e viadotti utilizzando gli UAV (acronimo di Unmanned Aerial Vehicles),

(ii) la segmentazione razionale delle strutture delle opere d’arte viarie rilevate secondo una classificazione per importanza nella resistenza strutturale in un modello di informazione edile (BIM);

(iii) il rilevamento automatico dei difetti dei principali elementi strutturali predefiniti dell’opera d’arte viaria, classificati in base al tipo di struttura da valutare;

(iv) il monitoraggio e il tracciamento del danno impiegando sensori di emissione acustica E.A. installati solo nelle parti più critiche delle opere d’arte viarie dove sono veramente necessarie;

(v) Internet of Things (IoT) implementato in un cloud che facilita il monitoraggio in tempo reale e continuo delle parti più critiche delle strutture e accelera la definizione del piano e delle procedure di manutenzione preventiva.

Grazie all’utilizzo di questi mezzi, oltre ad altri che sono specificati in maggior dettaglio nella descrizione che segue, il metodo permette di gestire reti costituite da numerose opere d’arte viarie, ma anche di singole opere d’arte.

Le opere d’arte sono dotate di sensori di emissione acustica E.A. trasmittenti in wireless, a bassa potenza e costo, e posizionati solo su elementi critici, ovvero su elementi strutturali potenzialmente instabili, ossia solo su quei componenti strategici a rischio, dove sono rilevate situazioni potenzialmente critiche, cf. Figura 5. Il numero dei sensori può anche essere elevato, pur tuttavia i costi del sistema si mantengono ad un livello contenuto.

Essendo state le strutture delle opere d’arte viarie di una rete in precedenza identificate dall’indagine mediante impiego di UAV, che monitora in modo deterministico la condizione di danno di ogni opera d’arte, non vi è necessità alcuna di intervento umano in stretta vicinanza dell’opera.

L’utilizzo dell’IoT consente al suo Framework di inviare informazioni su ogni evento critico ad una sala di controllo centralizzata, anche a notevole distanza, per elaborare tutte le informazioni necessarie per definire azioni correlate alla situazione del determinato ponte su cui sono stati rilevati danni oltre un determinato livello. Inoltre il metodo prevede anche di integrare preferibilmente altre nuove tecnologie quali:

- nodi di edge computing, per es. sensori acustici e gateway,

- interfacce avanzate per l’acquisizione di dati, l’implementazione di basi dati e di sistemi di elaborazione delle informazioni (big data e analisi),

- sistemi di gestione dei dati,

- reti wireless,

- applicazioni web e servizi su piattaforme cloud.

Caratteristica importante del metodo dell’invenzione è che effettua il rilevamento, la modellazione e la scomposizione automatizzata di un’opera d’arte viaria in segmenti o parti strutturali di un ponte o viadotto al fine di rilevare, analizzare e monitorare il suo grado di danneggiamento.

Il metodo quindi consente di controllare l'evoluzione dei danni esistenti su un’opera d’arte viaria, di gestire varie gradazioni di allarme in modo che ad ogni allarme segua immediatamente la messa in opera di specifici protocolli di interventi che coadiuvino ed accelerino azioni di valutazione ulteriore, quali l’emissione di rapporti qualificati relativi per es. a

- esigenze e specifiche d’ispezione dell’opera d’arte,

- gestione sicura del ponte,

- criteri di riabilitazione delle opere d’arte viarie per gli interventi di manutenzione, - messa in sicurezza del traffico.

In sintesi, il metodo dell’invenzione risulta particolarmente vantaggioso e utile per il monitoraggio e la gestione centralizzata, da remoto, in tempo reale sia di singole opere d’arte viarie, ma in modo particolare di reti di opere d’arte complesse per tipologia, età, e numero.

Ha anche il vantaggio di rilevare, in modo completamente automatico i punti degradati di ponti e viadotti e di emettere avvisi di allarme o di allerta in automatico, qualora si superino delle soglie prestabilite di allarme, con notevole riduzione dei costi di rilevamento e di intervento, che vengono comunque personalizzati ad una specifica rete oppure ad una specifica opera.

Esso garantisce una quantificazione in tempo reale, accurata e precisa della condizione di reale danneggiamento di un ponte, risparmiando costi poiché il monitoraggio viene applicato solo a quegli elementi strutturali del ponte o del viadotto critici per la sua resistenza strutturale che sono state precedentemente identificate automaticamente nella campagna di rilevamento iniziale mediante impiego di UAV.

Le rivendicazioni dipendenti si riferiscono a forme di realizzazione preferite dell’invenzione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, del metodo dell’invenzione, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui

La Fig.1 mostra un grafico che evidenzia l’andamento del numero dei crolli dei ponti e viadotti viari nel corso degli anni;

La Fig.2 illustra in modo schematico fasi del metodo dell’invenzione;

La Fig. 3 illustra in modo schematico la graficizzazione delle immagini messo in opera nel metodo dell’invenzione;

La Fig.4 illustra in modo schematico il rilevamento automatico di difetti operato dal metodo dell’invenzione;

La Fig.5 illustra uno schema di funzionamento di sensori di allarme EA previsti nella messa in opera del metodo dell’invenzione;

La Fig.6 illustra schematicamente fasi del metodo dell’invenzione in cui avviene la valutazione delle informazioni ricevute da un centro di ascolto e la successiva gestione delle azioni necessarie;

la Fig. 7 illustra schematicamente la zona di emissioni acustiche nella quale lavorano i sensori di allarme impiegati per mettere in opera il metodo dell’invenzione.

A riferimenti uguali corrispondono elementi uguali del sistema e del metodo qui descritti.

Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell’invenzione In una forma particolarmente vantaggiosa dell’invenzione, il metodo dell’invenzione si realizza come qui descritto.

Una prima parte del metodo prevede di svolgere una campagna di analisi di ogni ponte o viadotto, di qualunque tipologia costruttiva, che per brevità chiamiamo “opere d’arte viarie” o semplicemente “opere” in questa descrizione, della quale si vuole controllare lo stato di degrado strutturale. Questa campagna di analisi viene eseguita in modo automatico secondo lo schema di figura 2.

Inizialmente si effettua un rilievo fotogrammetrico aereo di ciascuna opera d’arte viaria di una rete, in particolare di tutti i dettagli che hanno una funzione strutturale di primaria importanza, mediante l’impiego di uno o più droni, o UAV, equipaggiati con rilevatori di immagini multispettrali (RGB, IR) e da tali immagini vengono realizzati disegni in 3D, cf. lo schema di Fig.3.

Questi disegni in 3D in una fase di analisi successiva sono suddivisi in segmenti geometrici in 2D, e sono quindi classificati secondo una graduatoria messa in relazione con l’importanza che ha ciascuno dei detti segmenti geometrici in 2D per nel contribuire alla resistenza strutturale dell’opera, che può essere diversa per ogni tipo di opera d’arte viaria, in funzione del disegno progettuale dell’opera stessa. Le immagini rilevate dagli UAV sono mappate su questi segmenti geometrici in 2 D per classificare automaticamente le opere in differenti gruppi, a seconda della presenza o meno sulle opere stesse di elementi strutturali con difetti e a seconda delle tipologie di tali difetti che vi si rilevano. Inoltre i difetti sono classificati secondo il tipo, l’intensità e l’estensione e in base alla posizione dell'elemento strutturale nell’opera d’arte viaria. Questi esempi non sono limitativi e altre suddivisioni in segmenti sono possibili.

In una fase successiva del metodo, sulle parti dell’opera dove sono state rilevate anomalie e/o difetti durante la precedente fase, viene effettuata un’analisi, fatta anch‘essa preferibilmente, ma non necessariamente, in automatico, mediante la quale si individuano anomalie e punti di degrado ritenuti, in base alle conoscenze tecnologiche della persona esperta del ramo, potenzialmente più pericolosi per la resistenza strutturale dell’opera. Questa analisi è realizzata facendo riferimento ad una graduatoria, che è correlata al tipo di struttura e ai materiali che la compongono, e facendo un confronto con informazioni raccolte in banche dati precostituite, sfruttando l’esperienza di gestione pluriennale di opere di differenti tipologie e di differenti gradi di età, patrimonio del sistema viario di uno o più paesi, cf Fig.4. Tali banche dati sono disponibili al pubblico e sono un patrimonio di conoscenza della persona esperta del ramo.

Per quelle parti delle opere che invece non sono risultate strutturalmente problematiche nel corso della prima analisi, e sono esenti dunque da difetti potenzialmente pericolosi, vengono comunque individuati dei criteri per programmare ulteriori rilievi, analisi ed esami, con tempi di ripetizione commensurati alla potenziale evolvibilità dei degradi minori rilevati.

Grazie a questa selezione, gli interventi di monitoraggio continuo sono localizzati solo su segmenti strutturali delimitati, graduati ed omogenei per importanza e sono ridotti ad un numero minimo, e purtuttavia sono in grado di monitorare con cura tutta la rete di opere sorvegliate.

Quindi, il metodo prevede vantaggiosamente un’analisi mirata delle parti degradate, ma si concentra solo su quegli elementi strutturali "strategici" per la sicurezza globale dell’opera, precedentemente identificati, e richiede quindi l’installazione di quantità minori di sensori di emissione acustica E.A.

Nell’esempio schematico rappresentato dalla Fig. 5, il sensore E.A. 12 è disposto solo in vicinanza del punto critico 11, rappresentante per esempio una fessura su di un arco 10 di ponte o viadotto individuato nel corso del rilevamento iniziale, e che nell’analisi successiva è stato considerato come costituente una situazione potenzialmente critica per l’intera opera d’arte viaria e che è sollecitato da forze di carico F. Il sensore 12 E.A. è in grado di seguire l’evoluzione del difetto fino al raggiungimento delle diverse soglie di allarme predefinite, mandando un segnale 14 preamplificato da un preamplificatore 13 al centro di controllo, rappresentato schematicamente in Fig.6.

Perciò i sensori E.A., definiti anche come "sensori deterministici" e che hanno costi sostenibili in relazione al numero di opere che sono in grado di controllare, forniscono al centro di controllo, come mostrato schematicamente in Fig. 6, informazioni già decodificate secondo soglie di allarme diverse a seconda del livello di gravità dei difetti e sono in grado di fornire livelli di allarme precalibrati in base al grado d’integrità della struttura. I sensori E.A. non richiedono analisi di comportamento strutturale e danno un allarme immediato, senza elaborazioni umane dei segnali ricevuti.

E’ anche possibile utilizzare altri tipi di sensori di tipo equivalente e di costo limitato, se necessario.

I sensori di allarme E.A. possono essere collegati mediante reti wireless o anche reti con fili tra di loro e con il centro di controllo, e sono calibrati e autoalimentati per permetterne l'uso su diverse tipologie di materiali da costruzione. La taratura personalizzata dei sensori ne consente il funzionamento, indipendentemente dal tipo di struttura su cui vengono impiegati, dalla evoluzione nel tempo della struttura stessa, dal tipo e dall’intensità di traffico che supporta o da altre condizioni di disturbo a cui è stato ed è sottoposta la struttura stessa.

I sensori AE possono essere anche integrati da altri tipi di rilevamenti, quali ad esempio quelli basati sulla interferometria terrestre o satellitare.

Vantaggiosamente, può essere consentita anche una valutazione delle anomalie rilevate da parte di personale esperto nelle diverse fasi dei livelli di allarme secondo indicazioni fornite dal sistema. Queste indicazioni si riferiscono, ad esempio, alla gestione del traffico nel momento di allarme di livello minimo, fino agli allarmi di pericolosità più alta definiti da una valutazione e/o correzione o riparazione dei danneggiamenti riscontrati. Altre metodologie sono possibili a scelta della persona esperta del ramo. Tutta la parte diagnostica di evoluzione dei punti o delle zone degradate è riportata, tramite trasmissioni a distanza, al centro di controllo dove vengono monitorati e analizzati in base ad una classifica predefinita e selezionata di valori.

Il sistema di controllo centrale, a seconda delle condizioni di danneggiamento dell'elemento strutturale elaborato dai sensori di emissione acustica AE, invia un avviso oppure un segnale di allarme, da utilizzare secondo protocolli predefiniti 20, 21, 22, come mostrato schematicamente in Fig.6, mediante azioni specificatamente catalogate da applicare alle diverse situazioni, con una indicazione degli eventuali interventi di controllo del traffico e di regolazione, per es. velocità e limitazione del carico dei veicoli da effettuare.

L’utilizzo delle tecniche di emissione acustica AE è un metodo di indagine non distruttivo vantaggioso che consente il monitoraggio di un dato elemento strutturale attraverso la cattura di onde acustiche emesse come risultato di fenomeni attivi al suo interno (danni, corrosione, degrado, ecc.). Queste onde sono trasdotte da specifici sensori risonanti o a banda larga (piezoelettrici) e analizzate da software dedicati per determinare parametri specifici quali intensità, frequenza, energia, durata, posizione, tempo di salita del segnale, numero di eventi, ecc. Analizzati in dettaglio, questi segnali danno un quadro completo della condizione dell'elemento strutturale permettendo di individuare in anticipo eventuali fenomeni di deterioramento e punti deboli. I sensori E.A. rilevano fenomeni di rilascio di energia acustica in campi di frequenza e intensità lontani dai limiti di udibilità, in genere le frequenze di studio sono comprese tra 20 kHz e alcuni MHz, come illustrato nello schema di Fig.7.

Vantaggiosamente si specificano "cluster" che raggruppano aree di eventi con determinate caratteristiche definite critiche utilizzate per eseguire una classificazione in base al pericolo. Si stabilisce, a seconda dell'elemento da analizzare, quanti eventi definiscono un cluster e il loro livello critico che viene utilizzato per creare soglie di avviso, chiamate per es. " early warning", che non appena vengono superate avvisano il centro di controllo di un'attività oltre una determinata soglia concentrata in un particolare punto, consigliando eventualmente un'ispezione visiva e/o strumentale del ponte.

In questo modo il costo del controllo di un’opera scende a valori più bassi rispetto a quello che impiega una sorveglianza umana.

Nell’IoT e nel Cloud Framework si individuano quattro livelli strutturati di dati per la messa in opera del metodo dell’invenzione:

Livello 1 - Acquisizione dati (User Data Entry, sensori IoT) che fornisce uno strato di raccolta dati dai sensori «fuori struttura» come sensori multispettri installati su UAV e «on-structure» cioè i sensori di emissione acustica EA, installati sulle opere. La rete di sensori EA è un sistema integrato connesso all'infrastruttura IoT.

Livello 2: distribuzione dei dati, mediante l'integrazione dei dati ricevuti dalla o dalle reti di sensori EA in un'infrastruttura cloud, per generare informazioni più accurate e automatizzate per la manutenzione predittiva della rete di opere sorvegliate. Questi processi automatizzati, gestiti da BIM, identificano gli elementi strutturali principali dell’opera d’arte viaria e attribuiscono un indice di importanza in base alla posizione e funzionalità degli elementi strutturali, alla classificazione dei difetti secondo l'indice di gravità indicante i rischi di danno e all'identificazione della soglia di allarme, attribuendo eventualmente un indice critico in funzione del rischio di crollo e propongono un relativo piano di intervento.

A questo livello è anche possibile creare un archivio di dati aperto per esportare i dati agli stakeholder della Pubblica Amministrazione utilizzando formati opportuni. Livello 3 - Analisi dei dati (algoritmi e modelli) attraverso i seguenti strumenti: modellazione in 3D e segmentazione degli elementi strutturali, diagnostica automatica del rilevamento dei difetti, mappatura dei danni e identificazione degli elementi critici e loro classificazione di sicurezza, previsione di un sistema di "early warning" in grado di segnalare eventuali criticità (avviso / allarme), e di suggerire un’azione appropriata che fornisce un'indicazione del tipo di manutenzione da eseguire in base alla criticità segnalata.

Livello 4 - Condivisione dei dati (Central Control Room, interfacce esterne) che consente: Interfacce con SHM e database esistenti, Interfaccia per applicazioni Web (SAS-Software as a Service), interfacce con gli utenti (amministratore di sistema, gestori di strade, fornitore di servizi). La condivisione dei dati è fatta mediante impiego di applicazioni di servizi web sviluppate appositamente, oppure commercialmente disponibili, per il rilevamento di ponti, il rilevamento di difetti e l’identificazione di elementi strutturali, e per lo sfruttamento, segnalazione di ulteriori esigenze di ispezione, operazioni e piano di manutenzione e riabilitazione.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Metodo per la gestione di reti o di singole opere d’arte viarie, in particolare di ponti e viadotti, in cui è previsto almeno un dispositivo di elaborazione dati, una piattaforma informatica IoT (Internet of Things) implementata in un cloud, una o più banche dati accessibili da detta piattaforma informatica IoT, contenenti parametri e informazioni su criticità importanti per il rispetto di norme di sicurezza in detta una o più opere d’arte viarie, uno o più velivoli UAV, sensori di allarme con funzionamento in tempo reale, una rete di telecomunicazione in grado di trasmettere a distanza segnali e informazioni forniti da detti sensori di allarme a detto dispositivo di elaborazione dati, il metodo comprendente le seguenti fasi: a) rilevare immagini numeriche georeferenziate di predeterminati dettagli di dette una o più opere d’arte viarie, per mezzo di detti velivoli UAV, b) restituire con modelli grafici in 3D le immagini numeriche rilevate, c) segmentare in più segmenti singoli dette una o più opere d’arte viarie, d) selezionare in detti segmenti singoli uno o più elementi rilevanti per la resistenza strutturale di ciascuna di dette una o più opere d’arte viarie, in base ad un confronto con le informazioni contenute in dette una o più banche dati, e definire elementi critici tali elementi, e) rilevare, mediante osservazione, su detti uno o più elementi critici, eventuali difetti strutturali in esse presenti, f) catalogare, mediante software, detti difetti strutturali rilevati, g) costituire una graduatoria di pericolosità potenziale di detti uno o più elementi critici in base ai detti difetti strutturali rilevati, definendo una prima rispettiva soglia di pericolosità per ciascuno di detti difetti strutturali, e individuando primi elementi critici in cui i rispettivi detti difetti strutturali superano la prima rispettiva soglia di pericolosità, h) installare detti sensori di allarme in vicinanza di detti primi elementi critici, i) monitorare mediante l’impiego di detti sensori di allarme detti primi elementi critici, j) inviare segnali di allarme e/o informazioni sullo stato di detti difetti strutturali di detti primi elementi critici al dispositivo di elaborazione dati quando viene raggiunta una predeterminata situazione ritenuta essere di pericolo per la una o più opere d’arte viarie e/o una seconda rispettiva soglia di pericolosità di detti uno o più di detti difetti strutturali.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui lo stadio i) viene svolto in modo continuo, centralizzato, da remoto e in tempo reale mediante un software operante nel dispositivo di elaborazione dati.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui allo stadio b) dette immagini numeriche georeferenziate sono restituite in un ambiente BIM (Building Information Model).
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui allo stadio d) è previsto di effettuare anche un’analisi modellistica su detto uno o più elementi critici per valutare corrosione o fatica dei materiali o altri danneggiamenti da tenere in considerazione nella valutazione della resistenza strutturale dell’opera d’arte viaria,
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui, dopo lo stadio j), il dispositivo di elaborazione dati elabora le informazioni ricevute dai sensori di allarme ed propone interventi adeguati alla predeterminata situazione al fine di gestire in sicurezza la una o più opere d’arte viarie e/o indica eventuali rilievi e misure di stato aggiuntive da effettuare.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il dispositivo di elaborazione dati, dopo lo stadio della rivendicazione 5, suggerisce tecniche e/o specifici rimedi specializzati per la messa in sicurezza definitiva in base alle informazioni ricevute dai detti sensori di allarme e/o integrate con gli interventi della rivendicazione 5.
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti sensori di allarme sono sensori deterministici di emissione acustica E.A. dei diversi materiali costituenti le strutture delle dette una o più opere d’arte viarie controllate.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione precedente, in cui per i segnali ascoltati mediante i sensori di allarme ad emissione acustica E.A. sono previste soglie di pericolosità diverse in funzione della tipologia o dei materiali costitutivi dell’opera d’arte viaria controllata.
9. 9. Metodo secondo una delle rivendicazioni 7 o 8, in cui detto rilevamento mediante sensori di emissione acustica E.A. è coadiuvato da sistemi di interferometria terrestre e/o satellitare.
10. 10. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui è prevista una centrale di controllo unificata per tutti le opere d’arte viarie della rete controllata con disponente del dispositivo di elaborazione dati.