IT202000012223A1 - Sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori fbg - Google Patents

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo:

?SISTEMA DI MONITORAGGIO ANTI-VALANGHE E SMOTTAMENTI CON SENSORI FBG?;

DESCRIZIONE

CAMPO DELLA TECNICA

La presente invenzione si riferisce a un sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG.

Pi? in particolare, la presente invenzione si riferisce a un sistema di sicurezza antivalanghe e smottamenti definito da un metodo di monitoraggio per il rilevamento e l'analisi di movimenti e da un apparato atto ad implementare lo stesso metodo mediante l'utilizzo di sensori in fibra ottica di tipo FBG.

STATO DELLA TECNICA PREESISTENTE.

Nello stato della tecnica sono noti alcuni sistemi di monitoraggio e di rilevamento dei movimenti degli strati del manto nevoso o del suolo su declivi e pendii montani al fine di prevenire o comunque determinare l'imminente verificarsi di una valanga o di uno smottamento.

Questi sistemi sono generalmente di tipo elettrico o elettronico e impiegano sensori di vario tipo come accelerometri o sismografi o anche sistemi di rilevamento con dispositivi radio o GPS. Questi dispositivi sono tipicamente atti ad essere inseriti nel suolo, in maniera tale da poter rilevare piccoli spostamenti del terreno o del manto nevoso in funzione del tempo e rispetto a un riferimento fisso, consentendo l'intervento prima che il fenomeno si manifesti e prevenirne cos? gli effetti distruttivi.

Alcuni esempi di queste note applicazioni sono descritti dei documenti brevettuali JP H06230101 A e JP 2015175675 A.

Detti noti sistemi antivalanghe e smottamento presentano tuttavia degli inconvenienti e dei limiti di funzionamento.

Un limite di funzionamento dei sistemi elettrici ed elettronici ? dovuto al fatto di dover essere alimentati da un circuito elettrico e di essere quindi sensibili alle scariche elettriche, cosa che li rende scarsamente efficienti nell'utilizzo all'aperto, tipicamente in zone di montagna ad altitudini elevate dove possono manifestarsi frequentemente scariche di fulmini e alla presenza di acqua o neve.

Ulteriore limite di funzionamento ? dovuto al fatto che i normali dispositivi di rilevamento elettronici sono sensibili ai rumori e disturbi radio ed elettromagnetici.

Non ultimo limite di questi noti sistemi ? dovuto al fatto di essere particolarmente costosi, in particolar modo se dislocati sul lunghe distanze.

Ulteriore limite di questi tradizionali sistemi di rilevamento ? quello di dipendere da un circuito elettrico chiuso, dove l'interruzione di una parte di esso provoca il non funzionamento del sistema di rilevamento.

Ulteriore limite ancora di questi tradizionali sistemi di rilevamento ? quello di essere scarsamente resistenti all'umidit? e alla corrosione causate dagli agenti atmosferici.

SCOPI E OGGETTO DELL?INVENZIONE

Scopo della presente invenzione ? quello di superare ed ovviare, almeno in parte, agli inconvenienti e ai limiti di funzionamento sopra citati.

Pi? in particolare, scopo della presente invenzione ? quello di provvedere un sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG, in grado di consentire un monitoraggio costante, in tempo reale e a distanza, delle condizioni fisiche del manto nevoso o del terreno di un pendio o declivio.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione dell?utilizzatore un sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG, in grado di rilevare in tempo reale eventuali variazioni di posizione e di temperatura del manto nevoso o del terreno di un pendio o declivio, generando un allarme per mezzo di sistemi di segnalamento.

Ulteriore scopo ancora della presente invenzione ? quello di provvedere un sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG, in grado di garantire un elevato livello di resistenza e affidabilit? nel tempo e tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzabile e manutenibile.

Questi e altri scopi sono raggiunti dal sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione in accordo con le rivendicazioni indipendenti.

Con riferimento preliminare alle figure 2a, 2b e 7, sono noti nello stato della tecnica i sensori a fibra ottica di tipo FBG (Fiber Bragg Grating) o FBGs, costituiti da una molteplicit? dei sensori intrinsechi disposti direttamente lungo il mezzo ottico conduttivo in fibra ottica. Ogni singolo sensore FBG ? formato incidendo direttamente nel mezzo conduttivo ottico (core) un reticolo periodico diffrattivo o reticolo di Bragg, definito da una serie di microincisioni nella fibra ottica atte a funzionare come filtri ottici del segnale luminoso che riflettono o lasciano passare determinate lunghezze d'onda o colori dello spettro ottico emesso da una sorgente luminosa (LED).

La porzione di rivelamento o rilevamento di una catena di sensori in fibra ottica ? data da segmenti FBG, di lunghezza tipicamente compresa tra 10 e 20 millimetri, che possono essere collegati lungo il conduttore in fibra ottica, esattamente nei punti dove ? richiesto un campionamento.

Una singolo conduttore in fibra ottica pu? trasportare una molteplicit? di sensori FBG collegati in serie, riducendo notevolmente peso e ingombro rispetto a sensori simili, basati sulle tecnologie elettrica ed elettronica, ognuno dei quali richiede un cablaggio dedicato.

Questa caratteristica consente di provvedere catene di misurazione di lunghezze comprese tra poche decine di metri fino ad alcuni chilometri e tali da poter essere facilmente strutturate, con un cablaggio elementare e un semplice hardware di controllo.

Con riferimento preliminare anche alla figura 7, il segnale luminoso continuo emesso da una sorgente luminosa, tipicamente di tipo super-luminescente o SLED, ? riflesso su predefinite lunghezze d'onda dalla rete di sensori FBG e rilevato in ritorno da uno spettrometro. Entrambi i componenti hardware sono estremamente ridotti per dimensioni e peso e hanno un basso consumo energetico.

L'hardware incorporato con la rete FBG ? anche di dimensioni estremamente ridotte e comprende generalmente un'unit? SLED, lo spettrometro e un processore o elaboratore CPU di controllo e varie interfacce di collegamento a unit? di registrazione, stoccaggio o trasmissione dei dati in loco o in remoto.

Fattori meccanici e fisici esterni, come allungamento meccanico indotto sul cavo in fibra ottica, vibrazioni, temperatura termodinamica etc. portano a una deformazione del reticolo di Bragg, tale da alterare la distanza tra le micro incisioni sulla fibra ottica e causare uno spostamento della lunghezza d'onda del segnale luminoso riflesso.

Questo spostamento della lunghezza d'onda della luce riflessa, opportunamente calibrato, fornisce una misura dinamica dell'allungamento subito dal cavo in fibra ottica.

La disposizione di una molteplicit? di sensori FBG configurati in serie lungo il conduttore in fibra ottica consente vantaggiosamente di determinare ulteriori parametri fisici in tempo reale come ad esempio temperatura, pressione, accelerazione.

Risulta quindi evidente come con un unico singolo cavo in fibra ottica pu? avere la funzionalit? di diversi sensori di misura.

L'oggetto della presente invenzione ? quello di un sistema ottico che integra in modo innovativo i sensori FBG in un sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti, in maniera tale da determinare vantaggiosamente i parametri di stato o le condizioni chimicofisiche del manto nevoso o del suolo, che precedono detti fenomeni, in maniera tale da prevenirne l'effetto disastroso su persone o cose.

Le caratteristiche costruttive e funzionali del sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita e non limitativa, in cui:

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

La figura 1 ? una rappresentazione schematica di una vista prospettica dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione disposto su pendii o declivi montani;

la figura 2a ? una rappresentazione schematica di una vista parziale del cavo in fibra ottica provvisto di una molteplicit? di sensori FBG dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione;

la figura 2b ? una rappresentazione schematica di una vista in dettaglio in trasparenza di un singolo sensore FBG del cavo in fibra ottica dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione;

la figura 3 ? una rappresentazione schematica di una vista laterale parzialmente sezionata di una forma di realizzazione dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione, con tratti di cavo e di sensori FBG disposti alternativamente lungo la direzione del pendio o declivio e perpendicolarmente ad essa;

la figura 4 ? una rappresentazione schematica di una vista laterale parzialmente sezionata di un'ulteriore forma di realizzazione dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione, con il cavo e i sensori FBG disposti al di sotto della superficie del pendio o declivio;

le figure 5a e 5b sono delle rappresentazioni schematiche parziali di viste in dettaglio del conduttore in fibra ottica dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio antivalanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione, provvisto di mezzi di ancoraggio al manto nevoso e al suolo;

le figure 6a e 6b, sono una rappresentazione schematica in vista prospettica di alcuni esempi di disposizione geografica su pendii o declivi montani dell'apparato di implementazione del metodo di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG oggetto della presente invenzione;

la figura 7 ? una rappresentazione schematica di funzionamento di un tradizionale sistema ottico di rivelamento o di rilevamento con sensori di tipo FBG;

La figura 8 ? una rappresentazione schematica dei un diagramma di flusso del metodo di monitoraggio anti-valanghe oggetto della presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE

Con riferimento generale a tutte le figure e in particolare alla figura 8, ? di seguito descritto il sistema di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti con sensori FBG comprendente un metodo 100 e un apparato 10 che implementa il metodo 100.

Il metodo 100 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti comprende le fasi di:

- 102 provvedere almeno un conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? o una serie di sensori FBG 14 diversamente spaziati, lungo un pendio o declivio 90 innevato o soggetto a smottamenti;

- 104 fornire un segnale luminoso ad una delle estremit? di detto conduttore in fibra ottica 12, preferibilmente l'estremit? di valle, per mezzo di un illuminatore ottico (non raffigurato) tipicamente disposto in un'unit? di controllo 20;

- 106 acquisire in ingresso e in tempo reale almeno un segnale luminoso riflesso da uno o pi? sensori FBG 14 per mezzo di un rivelatore ottico (non raffigurato) generalmente disposto all'interno di detta unit? di controllo 20;

- 108 elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso, in risposta ad una variazione di dimensione del reticolo FBG di detto almeno un sensore FBG 14, per mezzo di un elaboratore o CPU dell'unit? di controllo 20;

- 110 ottenere in uscita una mappa tridimensionale delle temperature e 110' ottenere in uscita una mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo come risultato di detta fase 108 di elaborare il segnale della variazione di lunghezza d'onda di detto almeno un segnale luminoso riflesso;

- 122 confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature e di detta mappa dei micromovimenti, vibrazioni e accelerazioni del manto nevoso o del suolo con valori soglia o parametri di riferimento o dati integrativi.

- 112 generare un segnale di allarme o di imminente valanga o smottamento in risposta al superamento di determinati valori soglia dei parametri di stato fisici del manto nevoso o del suolo con la possibile creazione di scenari di allarme e warning.

Il metodo 100 pu? comprendere in successione alla fase 102 l'ulteriore fase di:

- provvedere una molteplicit? di conduttori in fibra ottica 12 comprendenti una molteplicit? di sensori FBG 14 disposti a definire una griglia o una matrice 13 disposta su di una superficie o area di un pendio o declivio 90.

Sempre con riferimento particolare alla figura 8, il metodo 100 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti pu? anche comprendere, prima della fase 122 confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature, dei micromovimenti, vibrazioni e accelerazioni con valori soglia di parametri di riferimento o dati integrativi, l'acquisizione di ulteriori dati integrativi e complementari da diverse fonti con ulteriori fasi di:

- 116 generare una mappa tridimensionale e determinazione delle caratteristiche orografiche del terreno del pendio e declivio 90 con una geolocalizzazione dei sensori FBG 14 per mezzo di tecniche note come fotografie stereoscopiche o misurazioni topografiche per mezzo di dispositivi radio-satellitari GPS, detta mappatura tridimensionale essendo provvista, nel caso di un pendio o declivio 90 innevato, di una risoluzione preferibilmente nell'ordine di grandezza di un decimetro [dm]; - 118 generare una mappa tridimensionale dei sensori FBG 14 distinguendo tra la loro tipologia e funzionalit? sulla mappa tridimensionale del terreno e;

- 118' generare una mappa tridimensionale delle pressioni del manto nevoso su detto pendio o declivio 90 per centimetro [cm] di neve, modello 3D delle forze gravitazionali in funzione delle precipitazioni nevose ed eventuali altri parametri come umidit? percentuale, accelerazioni etc. del manto nevoso o del suolo;

- 118'' generare una mappa della distribuzione della vegetazione e di ulteriori caratteristiche complementari come ad esempio attrito, conducibilit? termica e composizione dei materiali costituenti il terreno o presenti sul suolo del pendio e declivio 90.

La fase 108 di elaborare il segnale variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso pu? essere preceduta da una fase di:

- 120 filtraggio dei dati acquisiti con noti algoritmi di campionamento ed estrazione degli eventi significativi, come ad esempio medie mobili etc., di dati su vibrazioni localizzate e non, movimenti del terreno, variazioni di umidit? percentuale etc., in maniera tale da ridurre la quantit? di dati, processare e velocizzare l'elaborazione dell'unit? di controllo 20 mantenendo un'accettabile approssimazione dei dati.

La fase 108 di elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso pu? comprendere una fase di:

- 108' interpolazione dei dati acquisiti dai sensori FBG 14 per mezzo di noti algoritmi matematici di interpolazione lineare o non-lineare, in maniera tale da ottenere una mappa tridimensionale omogenea e statisticamente corretta anche dei parametri dei punti posti tra due o pi? sensori FBG 14 adiacenti;

La fase 122 confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature e di detta mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo con valori soglia di parametri di riferimento o dati integrativi pu? comprendere un'operazione di;

- generare uno o pi? algoritmi predittivi degli eventi per mezzo di note tecniche di machine learning, analisi statistiche e reti neuronali.

Detta fase 122 confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature e di detta mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo pu? anche essere preceduta da ulteriori fasi di integrazione di dati:

- 121 utilizzare modelli teorici delle interazioni dinamiche neve/terreno sulla base di parametri standard e dati campionati;

- 126 acquisire dati meteorologici per mezzo di tradizionali centraline meteo poste in prossimit? di detto pendio o declivio 90 innevato;

- 128 acquisire dati meteorologici per mezzo di sistemi meteorologici satellitari;

- 130 determinare parametri ambientali del pendio o declivio 90 come ad esempio disposizione geografica, altitudine, esposizione alla luce solare etc.;

- 132 integrare una mappa delle temperature superficiali con dati rilevati per mezzo di una o pi? telecamere a raggi infrarossi IR disposte in posizione prospicente alla superficie del manto nevoso del pendio o declivio 90, dette telecamere IR essendo vantaggiosamente disposte su di un pendio opposto o su aste pali 18.

Detta fase 122 confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature e di detta mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo, pu? anche esser preceduta e seguita da una fase:

- 124 creare di un archivio dati o database di memorizzazione e immagazzinaggio dei risultati in locale o in remoto.

Con riferimento particolare ora alle figure 6a e 6b, la disposizione di molteplicit? di conduttori in fibra ottica 12 comprendenti sensori FBG 14 e disposti in maniera tale da formare una griglia o una matrice 13, ha l'importante e innovativo vantaggio di poter coprire un'area o una superficie del pendio o declivio 90 e di monitorare o mappare puntualmente in ogni punto della griglia o matrice 13 le condizioni fisiche del manto nevoso o del suolo. Maggior ? il numero di sensori FBG 14 e minore la distanza tra di essi e pi? elevata ? la risoluzione e l'omogeneit? della mappa dei parametri rilevati.

La fase 110 ottenere in uscita una mappa tridimensionale delle temperature e 110' ottenere in uscita una mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo in funzione del confronto con valori soglia di parametri di riferimento pu? comprendere la determinazione di una lunghezza relativa all'allungamento o alla deformazione del conduttore in fibra ottica 14, in maniera tale da funzionare come un estensimetro.

La fase 110 ottenere in uscita una mappa tridimensionale delle temperature e 110' ottenere in uscita una mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo in funzione del confronto con valori soglia di parametri di riferimento pu? anche comprendere, per determinati sensori FBG 14, la determinazione di altri ulteriori parametri fisici del manto nevoso o del suolo come temperatura termodinamica, pressione, accelerazione, vibrazioni applicate al conduttore in fibra ottica 12.

La fase 102 provvedere almeno un conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14, disposto lungo un pendio o declivio 90 pu? comprendere ulteriori fasi di:

- disporre almeno una porzione di conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14 disposti lungo la direzione del pendio o declivio 90 o di caduta della valanga o della frana e;

- disporre almeno una porzione di conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14 disposti in direzione sostanzialmente perpendicolare, lungo la direzione della forza di gravit? o comunque non lungo la direzione del pendio o declivio 90 per mezzo di pali o aste 18.

Con riferimento particolare alla figura 3, la disposizione di una porzione di conduttore in fibra ottica 12 con sensori FBG 14 in direzione sostanzialmente perpendicolare o lungo la direzione della forza di gravit? o comunque non lungo la direzione del pendio o declivio 90 o di caduta naturale della valanga o frana, ha l'importante vantaggio di poter disporre di sensori FBG 14 in ogni singolo strato di neve sovrapposto a differente densit?, accumulato su detto pendio o declivio 90, consentendo quindi un rilevamento dei parametri relativi a ogni singolo strato di neve nonch? alla determinazione stessa del numero di strati successivamente sovrapposti.

Con riferimento alle figure 5a e 5b, la fase 102 di provvedere almeno un conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14 disposto lungo un pendio o declivio 90, pu? ulteriormente comprendere una fase di:

- provvedere dei mezzi di ancoraggio al manto nevoso o al suolo di detto conduttore in fibra ottica 12 comprendente sensori FBG 14.

Essendo il conduttore in fibra ottica 12 un cavo a sezione circolare, generalmente liscio in superficie e senza nessuna asperit?, per poter rilevare meglio gli spostamenti del manto nevoso o del suolo pu? vantaggiosamente essere provvisto di mezzi di ancoraggio della superficie esterna con la neve o sul suolo o terreno o roccia, come ad esempio risalti o protrusioni 80, corrugamenti 81, dischetti 82, come mostrato esemplificativamente in figura 5a. Detti mezzi di ancoraggio sono atti a rendere solidale il conduttore in fibra ottica 12 con il manto nevoso oppure di picchetti 84, graffette o altri tipi noti di incollaggio, atti a stabilizzare al suolo il conduttore in fibra ottica 12 in maniera da renderlo solidale con esso nei movimenti, come mostrato esemplificativamente in figura 5b.

Con riferimento iniziale alle figure 1 e 2, costituisce oggetto della presente invenzione anche un apparato 10 per il monitoraggio anti-valanghe e smottamenti comprendente:

almeno un conduttore in fibra ottica 12, generalmente un tradizionale cavo a sezione circolare con un'anima 15 ottico trasmittente e un rivestimento 16 protettivo, comprendente una pluralit? di sensori FBG 14 formati in detta anima 14 per mezzo di incisioni 14' definenti un reticolo di Bragg, detto conduttore 12 essendo atto ad essere disposto lungo la superficie di un pendio o declivio 90 innevato o soggetto a smottamenti e collegato ad una sua estremit?; un'unit? di controllo 20 comprendente un illuminatore ottico (non raffigurato) atto ad inviare un segnale ottico attraverso detto conduttore in fibra ottica 12, e comprendente un ricevitore ottico (non raffigurato) atto a ricevere un segnale luminoso di ritorno da detto conduttore in fibra ottica, detta unit? di controllo 20 comprendente un elaboratore o CPU essendo configurata per:

- elaborare un segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso acquisito da almeno detto almeno un sensore FBG;

- ottenere in uscita dei parametri di stato o mappe di parametri del manto nevoso o del suolo;

- confrontare i detti parametri di stato con valori soglia di parametri di riferimento o dati integrativi;

- generare un segnale di allarme in risposta al superamento di determinati valori soglia dei parametri di stato del manto nevoso o del suolo.

Detto conduttore in fibra ottica 12 ? generalmente disposto, in una semplice forma di realizzazione, lungo la direzione di discesa lineare pi? corta del pendio o declivio 90, ma pu? anche essere disposto secondo altre direzioni, a formare anche dei tratti complessi ad andamento curvilineo o misti-lineare, come ad esempio una serpentina, allo scopo di disporre un maggior numero di sensori FBG 14 sulla superficie di detto pendio o declivio 90.

Con riferimento particolare alla figura 4, nel caso in cui l'apparato 10 ? atto a funzionare come sistema di monitoraggio anti-smottamento del suolo, detto conduttore in fibra ottica 12 pu? anche essere disposto sotto la superficie del suolo di detto pendio o declivio 90. L'apparato pu? anche vantaggiosamente comprendere una pluralit? di conduttori in fibra ottica 12 provvisti di sensori FBG 14, disposti in maniera tale da definire una griglia o una matrice 13 di sensori FBG 14 disposta a coprire una superficie o area (o una porzione di esse), di un pendio o declivio 90.

Detti sensori FBG 14 sono disposti in serie lungo lo stesso conduttore in fibra ottica 12 e possono essere uniformemente o diversamente distanziati tra di loro in maniera tale da definire porzioni o tratti del conduttore in fibra ottica 12 pi? o meno fitti di sensori FBG 14. Una pluralit? di sensori in fibra ottica 12 pu? anche vantaggiosamente essere raccolta in un fascio o un cavo di conduttori indipendentemente illuminati e atti a diramarsi e separarsi lungo il loro sviluppo in maniera tale e da potersi disporre selettivamente nelle diverse zone o aree dove ? necessaria la presenza dei sensori FBG 14 per il campionamento.

Detti sensori FBG 14 possono inoltre essere diversamente configurati, indipendentemente uno dall'altro, in maniera tale da poter funzionare ciascuno come:

- un estensimetro atto a rivelare o rilevare (misurare) uno spostamento di lunghezza; - un sensore di temperatura atto a rilevare una temperatura, un sensore di pressione atto a determinare una pressione agente sulla superficie esterna del sensore FBG; - un accelerometro o sismografo atto a rilevare una variazione della velocit? di spostamento del conduttore in fibra ottica 12.

Con riferimento particolare alla figura 3, in una forma di realizzazione atta a funzionare come sistema di monitoraggio anti-valanghe, l'apparato 10 pu? vantaggiosamente comprendere almeno una porzione o un tratto parallelo 12', di detto conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14, disposto lungo la direzione del pendio o declivio 90 e comprendere almeno una porzione o tratto emergente 12'' di conduttore in fibra ottica 12 comprendente una molteplicit? di sensori FBG 14, detta porzione o tratto essendo disposta preferibilmente in direzione sostanzialmente perpendicolare, o comunque non parallela, alla direzione del pendio declivio, per mezzo di pali o aste 18, stabilizzati nel suolo del pendio o declivio 90 in maniera sostanzialmente perpendicolare, come nell'esempio di figura 3, o lungo la linea verticale di direzione della gravit?. Detti pali o aste 18 possono essere realizzati in qualsiasi materiale strutturale idoneo come ad esempio metallo, legno, materiali polimerici, calcestruzzo o equivalenti. Detti pali o aste 18 possono anche essere vantaggiosamente provvisti di mezzi di fissaggio e sostegno (non raffigurati) del conduttore in fibra ottica 12 come ad esempio occhielli, aperture o staffe di supporto atti a garantire il supporto e il movimento di detto conduttore in fibra ottica 12 evitandone il danneggiamento. Detti pali o aste 18 possono anche essere vantaggiosamente dotati di mezzi visivi, ad esempio colorati, per poter essere facilmente individuabili sulla superficie della neve.

Questa soluzione consente ai tratti emergenti 12'' di detto conduttore in fibra ottica 12 di attraversare con i relativi sensori FBG 14 una pluralit? di eventuali strati 30, 30', 30'' del manto nevoso, aventi diverse caratteristiche chimico-fisiche, che possono depositarsi sul pendio o declivio 90, in maniera tale da disporre almeno un sensore FBG 14 internamente a ciascuno strato 30, 30', 30'' ed, eventualmente, anche almeno un sensore FBG 14 a contatto con l'ambiente o l'atmosfera.

Detti tratti paralleli 12' e detti tratti emergenti 12'' del conduttore in fibra ottica 12 possono anche essere vantaggiosamente configurati in maniera tale da disporre un numero diverso di sensori FBG 14 su ciascun tratto, con diversa distanza tra di loro e configurati in maniera tale da rivelare o misurare diverse grandezze o parametri fisici.

Con riferimento nuovamente a tutte le figure e in particolare alla figura 5, in una qualsiasi forma di realizzazione dell'apparato 10, atta a funzionare sia come sistema di monitoraggio antivalanghe sia come sistema anti smottamento, detto conduttore in fibra ottica 12 pu? vantaggiosamente comprendere dei mezzi di ancoraggio, atti a stabilizzare e rendere solidale detto conduttore 12 in con il manto nevoso, con il terreno o con la superficie del suolo del pendio o declivio 90. Detti mezzi di ancoraggio possono comprendere risalti o protrusioni 80, una superficie corrugata 81, formati direttamente sulla superficie esterna di detto conduttore in fibra ottica 12. Detti mezzi di ancoraggio possono anche essere dei dischetti 82 o elementi a sbalzo applicati e stabilizzati alla superficie esterna del conduttore in fibra ottica 12 oppure materiali collanti.

Per stabilizzare detto conduttore in fibra ottica 12 al suolo, detti mezzi di ancoraggio 12 possono anche comprendere picchetti 84, graffette o cavallotti atti ad essere inseriti nel suolo. Dalla descrizione del metodo 100 e dell?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione, si evince il funzionamento di seguito descritto.

Con riferimento alle citate figure, il metodo 100 e l?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe oggetto della presente invenzione, impiega l'utilizzo dei sensori FBG 14 come mezzo per monitorare lo stato del manto nevoso o del terreno su un pendio o declivio 90 soggetto a fenomeni di valanghe e smottamenti, come vantaggioso sistema di sicurezza attiva, prevenzione e allerta a salvaguardia di persone e strutture.

Con riferimento alle figure allegate e in particolare alla figura 1, l'invenzione funziona disponendo vantaggiosamente almeno un conduttore in fibra ottica 12 in maniera tale da disporre i sensori FBG 14 lungo una linea o su di una superficie o area di un pendio o declivio 90.

Il segnale luminoso, generato da una sorgente o illuminatore ottico, vantaggiosamente un diodo super-luminescente SLED posto nell'unit? di controllo 20 e successivamente inviato attraverso detto conduttore in fibra ottica 12 attraverso il quale viene riflesso dai sensori FBG 14, ? rilevato in ritorno da un rivelatore ottico posto nella stessa unit? di controllo 20.

Ogni variazione di movimento del manto nevoso o del terreno di detto pendio o declivio 90, nonch? una variazione di temperatura, di pressione o di altri parametri causa un allungamento dei reticoli di Bragg dei sensori FBG 14 tale da variare la lunghezza d'onda del segnale luminoso riflesso. Questa variazione di lunghezza d'onda del segnale di ritorno viene rivelata dal rilevatore ottico elaborata e confrontata da un elaboratore dell'unit? di controllo 20 con valori soglia e altre informazioni, in maniera tale da fornire in uscita un'informazione sullo stato del manto nevoso o del terreno e prevenire prima che si verifichino valanghe o frane per poter mettere in sicurezza persone edifici o altre strutture come strade, ponti etc.

I dati rilevati dall'unit? di controllo 20 possono essere memorizzati su di una memoria interna della stessa unit? di controllo 20 oppure essere inviati attraverso noti mezzi di trasmissione a cavo o senza fili (wireless) ad un'unit? remota 70 per ulteriori elaborazioni o per l'archiviazione Nel funzionamento da sistema antivalanga, con riferimento particolare alla figura 3, detto conduttore in fibra ottica 12 pu? essere semplicemente disposto lungo la superficie del declivio o pendio 90 in maniera tale da essere successivamente avvolto e circondato dal manto nevoso.

Tuttavia, essendo noto che i fenomeni di valanghe e slavine avvengono generalmente per scorrimento di uno o pi? strati 30, 30', 30' del manto nevoso, il sistema oggetto della presente invenzione dispone vantaggiosamente, oltre a porzioni o tratti 12' di conduttore in fibra ottica 12 parallele allo sviluppo del pendio o declivio 90, anche di porzioni emergenti 12'' di conduttore in fibra ottica 12 che si distaccano dalla superficie del terreno per mezzo di pali o aste 18 in maniera tale da poter disporre sensori FBG 14 in ogni strato 30, 30', 30'', in maniera tale da poter rilevare i parametri fisici fondamentali come temperatura, pressione e i movimenti relativi di uno strato rispetto all'altro e, con opportune elaborazioni e confronto con altri dati e parametri, poter determinare il numero di strati, la loro densit? e altre informazioni.

Anche in questo caso il conduttore in fibra ottica 12 pu? essere vantaggiosamente provvisto di mezzi di ancoraggio al manto nevoso in maniera tale da essere solidale allo stesso e rivelare con maggior precisione anche i micro spostamenti di detto manto nevoso.

Con riferimento particolare anche alle figura 6a e 6b, una disposizione del conduttore in fibra ottica 12 su percorsi non lineari curvi e misti lineari, nonch? una disposizione di una pluralit? di conduttori in fibra ottica 12 disposti secondo una griglia o una matrice 13, fornisce vantaggiosamente una mappatura in tempo reale e uno stato tridimensionale di una superficie o un'area del pendio o declivio 90.

Questa mappatura, che pu? essere tanto pi? definita quanto maggiore ? il numero di sensori FBG 14 disposti e quanto minore ? la distanza tra di essi, pu? essere utile per sistemi e algoritmi di autoapprendimento, predittivi o machine learning che utilizzano la quantit? e l'accuratezza dei dati forniti dai sensori FBG 14 per determinare quali tipi di eventi o fenomeni stiano avvenendo sul pendio o declivio 90. Questa mappatura consente anche di determinare se questi fenomeni possono essere pericolosi e tal dai generare valanghe o smottamenti, come ad esempio movimenti del terreno e degli strati del manto nevoso o di parti di essi, differenze sostanziali di temperatura tra i vari strati 30, 30', 30'' del manto nevoso, oppure sono fenomeni non pericolosi come vento, pioggia, passaggio di animali o persone, che possono essere rivelati da vibrazioni o movimenti dei sensori FBG 14.

Come si pu? rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che il metodo 100 e l?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione conseguono.

Il metodo e l?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti risulta particolarmente vantaggioso poich? mette a disposizione dell?utilizzatore un efficace sistema di monitoraggio, di prevenzione e di sicurezza attiva estremamente semplice, facile da installare, di semplice manutenzione e a bassa invasivit? e impatto ambientale essendo completamente e facilmente amovibile.

Ulteriore vantaggio dovuto al metodo 100 e all?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione ? dato dal fatto che a differenza dei tradizionali sistemi elettrici ed elettronici i sensori FBG 14 si prestano in modo particolarmente vantaggioso per applicazioni all'aperto, a contatto con agenti atmosferici come acqua e umidit?, elevati sbalzi di temperatura che li rendono insensibili a rotture per dilatazioni termiche, ossidazione e corrosione.

Ulteriore vantaggio dovuto al metodo 100 e all?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione ? dato dal fatto che a differenza dei tradizionali sistemi elettrici ed elettronici i sensori FBG 14 sono completamenti insensibili a fenomeni radio ed elettromagnetici, che li rende particolarmente adatti ad impieghi in montagna dove si verificano con frequenza scariche elettriche dovute a fulmini.

Ulteriore vantaggio ancora dovuto al metodo e all?apparato 10 di monitoraggio anti-valanghe e smottamenti oggetto della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione dell'utilizzatore un sistema implementabile attraverso algoritmi e software di elaborazione e in grado di funziona in autoapprendimento, predittivi o machine learning in maniera tale da fornire oltre a un sistema di monitoraggio e prevenzione anche un sistema di analisi statistica dei fenomeni.

Bench? l?invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento ad una forma di realizzazione preferita, data a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico esperto del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nell?ambito protettivo delle rivendicazioni che seguono.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI

1. Un metodo di monitoraggio (100) anti-valanghe e smottamenti comprendente le fasi di:

- (102) provvedere almeno un conduttore in fibra ottica (12) comprendente una molteplicit? di sensori FBG (14), disposto lungo un pendio o declivio (90) innevato o soggetto a smottamenti;

- (104) fornire un segnale luminoso ad una estremit? di detto conduttore in fibra ottica (12) per mezzo di un illuminatore ottico;

- (106) acquisire in ingresso in tempo reale almeno un segnale luminoso riflesso da uno o pi? sensori FBG (14) per mezzo di un rivelatore ottico;

- (108) elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso, in risposta ad una variazione di dimensione del reticolo FBG di detto almeno un sensore FBG (14) per mezzo di un elaboratore o CPU;

- (110) ottenere in uscita una mappa tridimensionale delle temperature, e (110') ottenere in uscita una mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo, come risultato di detta fase 108 di elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso;

- (112) generare un segnale di allarme o di imminente valanga o smottamento in risposta al superamento di determinati valori soglia dei parametri di stato del manto nevoso o del suolo.

2. Il metodo (100) secondo la rivendicazione 1, dove la fase (102) di provvedere almeno un conduttore in fibra ottica (12) con una molteplicit? di sensori FBG (14), comprende l'ulteriore fase di:

- provvedere una molteplicit? di conduttori in fibra ottica (12) comprendenti una molteplicit? di sensori FBG (14) disposti a definire una griglia o una matrice (13) disposta su di una superficie o area di un pendio o declivio innevato (90).

3. Il metodo secondo la rivendicazione 1, dove la fase (108) di elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda pu? essere preceduta da una fase di:

- (120) filtraggio dei dati acquisiti con algoritmi di campionamento ed estrazione degli eventi significativi di dati, in maniera tale da ridurre la quantit? di dati processare e velocizzare l'elaborazione dell'unit? di controllo (20) mantenendo un'accettabile approssimazione dei dati.

4. Il metodo secondo la rivendicazione 1, dove la fase (108) di elaborare il segnale di variazione di lunghezza d'onda pu? essere preceduta da una fase di:

- (108') interpolazione dei dati acquisiti dai sensori FBG (14) per mezzo di algoritmi matematici di interpolazione lineare o non-lineare, in maniera tale da ottenere una mappa tridimensionale omogenea e statisticamente corretta dei parametri dei punti posti tra due o pi? sensori FBG (14) adiacenti,

Il metodo secondo la rivendicazione 1, dove la fase (122) di confrontare i valori di detta mappa tridimensionale delle temperature e di detta mappa dei micromovimenti, vibrazioni o accelerazioni del manto nevoso o del suolo comprende un'operazione di;

- generare uno o pi? algoritmi predittivi degli eventi per mezzo di tecniche di machine learning, analisi statistiche e reti neuronali.

5. Il metodo secondo la rivendicazione 1, dove la fase (102) di provvedere almeno un conduttore in fibra ottica (12) comprendente una molteplicit? di sensori FBG (14), disposto lungo un pendio o declivio innevato (90) comprende la fase di:

- disporre almeno una porzione di conduttore in fibra ottica (12) comprendente una molteplicit? di sensori FBG (14) disposti lungo la direzione del pendio o declivio (90) e disporre almeno una porzione di conduttore in fibra ottica (12) comprendente una molteplicit? di sensori FBG (14) disposti in direzione sostanzialmente perpendicolare alla direzione del pendio o declivio (90) per mezzo di pali o aste (18).

6. Il metodo secondo la rivendicazione 1, dove la fase (102) di provvedere almeno un conduttore in fibra ottica (12) comprendente una molteplicit? di sensori FBG (14), disposto lungo un pendio o declivio innevato (90) comprende la fase di:

- provvedere dei mezzi di ancoraggio al manto nevoso o al suolo di detto conduttore in fibra ottica (12).

7. Un apparato (10) per il monitoraggio anti-valanghe e smottamenti comprendente:

- un conduttore in fibra ottica (12) comprendente una pluralit? di sensori FBG 14, detto conduttore in fibra ottica (12) essendo atto ad essere disposto lungo la superficie di un pendio o declivio (90) innevato o soggetto a smottamenti e collegato ad una sua estremit?;

- un'unit? di controllo (20) comprendente un illuminatore ottico atto ad inviare un segnale ottico attraverso detto conduttore in fibra ottica (12);

- un ricevitore ottico atto a ricevere un segnale luminoso di ritorno da detto conduttore in fibra ottica detta unit? di controllo (20) comprendente un elaboratore o CPU detta unit? di controllo (20) essendo atta detta unit? di controllo (20) essendo configurata per elaborare un segnale di variazione di lunghezza d'onda in funzione del tempo di detto almeno un segnale luminoso riflesso acquisito da almeno detto almeno un sensore FBG (14);

- ottenere in uscita dei parametri di stato o mappe di parametri del manto nevoso o del suolo;

- confrontare i detti parametri di stato con valori soglia di parametri di riferimento o dati integrativi.

- generare un segnale di allarme in risposta al superamento di determinati valori soglia dei parametri del manto nevoso o del suolo.

8. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 9, comprendente una pluralit? di conduttori in fibra ottica (12) provvisti di sensori FBG (14), disposti in maniera tale da definire una griglia o una matrice (13) di sensori FBG (14).

9. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 9, dove detti sensori FBG (14) di detto conduttore in fibra ottica (12) sono disposti in serie lungo lo stesso conduttore in fibra ottica (12) e possono essere uniformemente o diversamente distanziati tra di loro.

10. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 9, dove detti sensori FBG (14) possono inoltre essere configurati indipendentemente uno dall'altro in maniera tale da poter funzionare ciascuno come un estensimetro, un sensore di temperatura, un sensore di pressione, un accelerometro o sismografo.

11. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 9, comprendente almeno un tratto parallelo (12') di detto conduttore in fibra ottica (12) disposto lungo la direzione del pendio o declivio (90) e comprendente almeno un tratto emergente (12'') disposto in direzione non parallela alla direzione di detto pendio o declivio (90) per mezzo di pali o aste (18) stabilizzate nel suolo dello stesso pendio o declivio (90).

12. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 13, dove detti tratti emergenti (12'') del conduttore in fibra ottica (12) sono configurati in maniera tale da disporre un numero diverso di sensori FBG (14) su ciascun tratto, con diversa distanze tra di essi e sono configurati in maniera tale da rivelare o misurare diverse grandezze o parametri fisici.

13. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 9, dove detto conduttore in fibra ottica (12) comprende mezzi di ancoraggio atti a stabilizzare e rendere solidale detto conduttore in con il manto nevoso, con il terreno o con la superficie di detto pendio o declivio (90).

14. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 15, dove detti mezzi di ancoraggio comprendono risalti o protrusioni (80) o una superficie corrugata (81), formati direttamente sulla superficie esterna di detto conduttore in fibra ottica (12) o comprendono dischetti (82) applicati e stabilizzati alla superficie esterna del conduttore in fibra ottica (12).

15. L'apparato (10) secondo la rivendicazione 15, dove detti mezzi di ancoraggio comprendono picchetti, graffette o cavallotti atti ad essere inseriti nel suolo per stabilizzare detto conduttore in fibra ottica (12).