IT202000030800A1 - Sistema di “appoggi intelligenti” per strutture di ponti o viadotti e metodo relativo per il calcolo del peso dei veicoli in transito - Google Patents

Description

TITOLO: SISTEMA DI ?APPOGGI INTELLIGENTI? PER STRUTTURE DI PONTI O VIADOTTI E METODO RELATIVO PER IL CALCOLO DEL PESO DEI VEICOLI IN TRANSITO DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell?Invenzione

L' ambito di applicazione della presente invenzione riguarda la modernizzazione delle strutture di ponti e viadotti. In particolare, l?invenzione pone l?attenzione nell?introduzione di nuove tecnologie volte ad informatizzare tali infrastrutture, in modo da trarre informazioni utili in molti ambiti, che spaziano dalla manutenzione delle strutture stesse ad una loro migliore gestione operativa.

L?invenzione riguarda i cos? detti ?appoggi? (o ?bearings?) che costituiscono particolari elementi su cui grava il sostegno delle strutture.

Infatti, opportunamente sensorizzati, tali elementi di appoggio possono fornire numerose informazioni utilizzabili in vari ambiti: sia per evidenziare lo stato dei viadotti stessi, e sia per monitorare la loro operativit?.

Tecnica Nota

Tutti i ponti e viadotti sono poggiati su elementi strutturali noti come ?appoggi? (essendo la locuzione anglofona ?bearing? comunemente usata nel settore, nel seguito questa potr? essere usata indifferentemente, in alternativa ad ?appoggio?, nella presente descrizione). Le teorie di scienza delle costruzioni, che non vengono approfondite in questa sede, ma che offrono un supporto teorico decisamente maturo e consolidato, mettono in evidenza come vi siano alcuni vantaggi strutturali, costruttivi e manutentivi nel concentrare lo scarico del peso di tutta la struttura di un ponte o di un viadotto in un numero limitato di punti, in cui il vincolo sia riconducibile, con buona approssimazione ad un appoggio semplice.

Pertanto, tali ?bearings? sono dei veri e propri elementi strutturali, progettati in modo da resistere nel tempo alle forti sollecitazioni trasmesse dall?impalcato alle pile o alle spalle delle strutture. Sono elementi molto costosi, proprio per le caratteristiche di resistenza meccanica e di durabilit? che devono presentare, e sono costituiti principalmente da componenti meccanici in acciaio inossidabile con superfici normalmente rivestite in teflon (per ridurre l?attrito nei movimenti relativi fra i vari componenti in acciaio).

A causa del movimento relativo fra i vari componenti e del loro posizionamento, che li espone a frequente dilavamento e aggressione di acque percolanti dall?impalcato, detti ?appoggi? sono soggetti ad un degrado nel tempo, per cui sono previsti diversi livelli di ispezione e verifica: dall?ispezione visiva, alla verifica dello stato corrosivo e al sollevamento delle travi di appoggio, e fino all?eventuale sostituzione con un ?bearing? totalmente nuovo. Il monitoraggio dello stato di degrado degli ?appoggi?, e la conseguente loro manutenzione, costituisce un?attivit? di grandissima importanza a carico del soggetto che gestisce la strada. Tutte queste attivit?, oltre ad essere costose, hanno impatti importanti sulla viabilit? e sul rischio di incidenti determinati dalla presenza di cantieri provvisori.

In alcuni casi (cfr. ad es. CN107905102 (A) ?Novel viaduct overhauling vehicle? ? Zhang Xiuzhi [CN] ? 2018/04/13) la tecnica nota propone particolari veicoli che permettono agli operai di eseguire alcune attivit? di ispezione o di manutenzione in modo particolarmente vantaggioso, veloce e sicuro; tuttavia si tratta sempre di operazioni costose e non sempre fattibili.

Per quanto riguarda il puro monitoraggio dello stato di usura dei ?bearings?, la tecnica nota pi? recente propone anche un gran numero di soluzioni innovative basate sull?introduzione di particolare sensoristica. Infatti, per quanto possano apparire come elementi meccanicamente semplici, dal momento che devono solamente essere sufficientemente resistenti per opporre una reazione vincolare molto concentrata agli enormi pesi delle strutture di un viadotto, lo stato di uno di tali ?appoggi? ? definibile attraverso una pluralit? di variabili di stato, correlabili a varie grandezze, alcune delle quali sono soggette a variazioni molto piccole, ma che possono comunque essere apprezzate con la moderna sensoristica.

Una famiglia di considerazioni, finalizzate al monitoraggio dello stato degli ?appoggi?, pu? essere condotta sulla base dell?analisi delle dinamiche di surriscaldamento degli ?appoggi? stessi, pertanto possono essere fatte misure di temperatura, per le quali sono disponibili svariate tecnologie per realizzare un?apposita sensoristica.

Altre analisi possono essere basate sul rilevamento delle variazioni delle propriet? elettriche (ad esempio impedenze offerte tra opportune coppie di punti dell?elemento monitorato), essendo tali variazioni correlabili all?integrit? fisica del materiale. Altre considerazioni possono basarsi sull?analisi delle vibrazioni a cui ? soggetto il ?bearing?, infatti, anche la risposta in frequenza dell?elemento pu? evidenziare il degrado dello stesso. Altre analisi ancora possono poi basarsi sulla misura della deformazione del ?bearing?.

Non ? il caso, in questa sede, di passare in rassegna la grande variet? di sensori che possono essere integrati nel ?bearing? per poterne monitorare il suo stato, basti solo prender atto del fatto che tale monitoraggio ? utile ed ? anche tecnicamente possibile.

Inoltre, e come gi? spiegato, gli ?appoggi? per ponti e viadotti sono elementi soggetti ad usura e sono pertanto elementi la cui sostituzione ? sostanzialmente prevista. Pertanto, gradualmente nel tempo, approfittando delle sostituzioni necessarie, risulter? conveniente diffondere ?appoggi? sensorizzati, ed ? prevedibile che nel medio periodo un gran numero di viadotti potr? essere appoggiato su ?bearings? sensorizzati.

Bench? lo stato di degrado degli ?appoggi? appaia come l?informazione di maggiore interesse, e pertanto potr? giustificare l?introduzione diffusa di ?appoggi? sensorizzati, si osserva che la disponibilit? di informazioni ricavate con misure eseguite su tali ?appoggi? pu? avere anche altri impieghi, e le elaborazioni che da tali informazioni possono essere tratte, possono dar luogo ad analisi di altrettanto interesse.

In particolare, un?informazione che pu? certamente essere resa disponibile da un ?bearing? sensorizzato, ? l?informazione, nel tempo, del peso scaricato sul singolo ?appoggio?. Tale peso ? una grandezza variabile nel tempo in quanto ogni appoggio, oltre a sostenere il ponte, o viadotto, contribuisce a sostenere il peso dei veicoli che percorrono tale ponte, o viadotto.

Mentre il peso del ponte, o viadotto, ? sostanzialmente noto e costante nel tempo (almeno in intervalli di osservazione di media durata), il peso dei veicoli, evidentemente, ? variabile velocemente nel tempo in funzione del transito dei veicoli.

Sintesi dell?Invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione, pertanto, ? quello di sfruttare in un modo nuovo la disponibilit? di dati misurati sugli ?appoggi? (o ?bearings?) sensorizzati installati su ponti e viadotti. In particolare la presente invenzione insegna a realizzare un sistema, che si giova delle informazioni di carico che possono essere ricavate dalla presenza di detti ?appoggi? sensorizzati e, integrando ulteriori informazioni riguardanti il transito dei veicoli, mira a definire un metodo di analisi, che consente di calcolare il peso dei veicoli che transitano sopra un ponte o viadotto, in cui siano installati particolari ?appoggi? sensorizzati.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di indicare il sistema complessivo che deve essere implementato su ponti e viadotti affinch? possa essere conseguito lo scopo principale.

Infine, la presente invenzione definisce un metodo di stima del peso dei veicoli che transitano sopra un ponte o viadotto in cui sia stato implementato il sistema complessivo insegnato nella presente invenzione.

Tale obiettivo principale ? conseguibile mediante un sistema implementato su un ponte o viadotto, e tale sistema comprende una pluralit? di ?appoggi? sensorizzati, installati su detto ponte o viadotto, idonei a restituire una serie di misure, nel tempo, del carico verticale esercitato su ciascuno di detti ?appoggi? sensorizzati, ed un sistema di copertura video idoneo ad identificare, nel tempo, il numero di veicoli e la loro posizione nel tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto; inoltre detto sistema si avvale di opportuni mezzi di calcolo idonei ad elaborare le informazioni prodotte da detti ?appoggi? sensorizzati e da detto sistema di copertura video, allo scopo di stimare il peso di detti veicoli che transitano su detto tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto.

La stima del peso dei veicoli avviene avvalendosi della conoscenza del modello matematico strutturale del ponte o viadotto, implementato da detti mezzi di calcolo, in quanto preventivamente programmato su di essi.

Attraverso l?applicazione di detto modello matematico strutturale del ponte o viadotto, possono essere prodotte una pluralit? di equazioni in cui le variabili incognite sono i pesi dei veicoli nel tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto.

Infatti, fissato un istante di tempo <t*>, per ogni ?appoggio?, il modello matematico strutturale del ponte o viadotto consente di scrivere la formula per calcolare il carico totale che grava su tale ?appoggio?, dato il numero di veicoli che gravano, almeno in parte, su tale ?appoggio?, e la loro posizione. Tale formula avr? come incognite solo i pesi di singoli veicoli, essendo note, o ricavabili per altra via, tutte le altre grandezze espresse nelle equazioni prodotte.

Il risultato di tale formula verr? posto uguale al carico misurato mediante i sensori di cui ciascun ?appoggio? ? dotato, ottenendo cos? un?equazione con tante variabili quanti sono i veicoli che stanno transitando nel tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto, nell?istante di tempo considerato.

Si osserva che ? possibile scrivere un numero elevato di equazioni, in quanto pu? essere scritta un?equazione diversa per ogni ?appoggio?, e per ogni istante di tempo.

Per quanto riguarda il numero di ?appoggi? si osserva che in una campata di un viadotto ci devono essere un minimo di quattro ?appoggi? (ma in genere ve ne sono di pi?); mentre riguardo alle diverse misurazioni in successione temporale, si osserva che i veicoli si muovono velocemente andando a gravare in modo diverso, da istante ad istante, sui diversi ?appoggi?, ed inoltre, nel tratto di strada considerata escono continuamente veicoli, e ne entrano di nuovi.

? chiaro che il sistema di equazioni che si ottiene pu? essere anche di notevole complessit?, in quanto il modello di propagazione dei pesi sugli appoggi deve essere molto accurato, ed il numero di equazioni pu? essere anche molto elevato, tuttavia pu? essere risolto con metodi di calcolo numerico noti ed implementati su detti mezzi di calcolo.

Si osserva che per l?identificazione, nel tempo, del numero di veicoli, determinando la loro posizione nel tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto, ? possibile avvalersi, oltre che di un sistema di copertura video, di un qualsiasi altro sottosistema atto a rilevare la posizione, nel tempo, dei veicoli che transitano su quel tratto di strada.

Il principale vantaggio della presente invenzione consiste nel fatto che i suoi insegnamenti permettono di soddisfare tutti i principali obiettivi per cui ? stata concepita. Breve Descrizione dei Disegni

Questa invenzione presenta anche ulteriori vantaggi, che risulteranno pi? evidenti dalla descrizione seguente, da alcuni esempi di realizzazioni pratiche che illustrano ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che formano parte integrante della presente descrizione, e dalle figure allegate in cui:

? Figura 1 mostra un esempio tipico di un tratto di strada su viadotto, sorretto da piloni, sui quali ? appoggiato mediante specifici ?appoggi? (o ?bearings?).

? Figura 2 mostra una vista dall?alto del tratto di strada su viadotto, mostrato in Figura 1, in cui sta transitando un veicolo di cui non ? noto il peso.

? Figura 3 mostra l?esempio mostrato in Figura 2, di un tratto di strada su viadotto in cui sta transitando un veicolo, in cui ? evidenziato anche un sistema di rilevazione video che ? in grado di determinare la posizione di detto veicolo istante per istante. ? Figura 4 mostra una vista dall?alto di un tratto di strada su viadotto in cui stanno transitando due veicoli di cui non ? noto il peso.

In tutte le figure proposte viene offerta una rappresentazione semplificata in cui le proporzioni non sono realistiche. Si tratta di figure concepite essenzialmente allo scopo di evidenziare, ciascuna, alcuni elementi caratterizzanti; pertanto molti dettagli, che non riguardano le caratteristiche che si intende descrivere, sono omessi o rappresentati in modo approssimato.

Descrizione Dettagliata

Figura 1 presenta una vista assonometrica di un tratto di strada su viadotto. Con il numero 310 sono indicati i piloni che sorreggono il viadotto. Il tratto di strada compreso tra due gruppi di piloni, corrispondente ad una campata del viadotto, ? indicato con il numero 300.

Nell?esempio di strada rappresentata in Figura 1, sono ipotizzati quattro piloni: due in una sezione della strada, ed altri due in un?altra sezione. Si ipotizza inoltre che il tratto di strada 300 sia appoggiato su quattro ?bearings?, o ?appoggi?, corrispondenti ai quattro piloni 310. Si osserva che nei casi reali possono essere implementate anche diverse architetture di appoggio prevedendo anche un maggior numero di piloni per sezione, ed un maggior numero di ?appoggi? per pilone; tuttavia, tutte le possibili varianti strutturali ed architetturali non influenzano, nella sostanza, il concetto inventivo alla base della presente invenzione. Pertanto, ipotizzando il caso pi? semplice in cui una campata di viadotto poggia su quattro ?bearings?, sono evidenziati con i numeri 101, 102, 103 e 104 i quattro punti sulla superficie stradale in corrispondenza della verticale sopra l?appoggio fisico, che non risulta visibile in figura (trovandosi sotto la strada).

Si osserva che tali ?bearings? sono costruiti in modo da concentrare l?appoggio in una superficie molto piccola, tanto che l?approssimazione puntuale dell?appoggio, e conseguentemente della sua proiezione sulla superfice stradale, ? un?approssimazione ampiamente accettabile: di fatto, detti ?bearings? possono essere modellizzati come elementi ?puntuali? di trasmissione dei carichi, per cui bene si prestano a restituire (mediante opportuni sensori) un dato importante relativamente alla struttura del viadotto, ed una misura delle reazioni vincolari che sono associate a quest?ultimi.

Figura 2 mostra una vista dall?alto del tratto di strada 300 compreso in una campata di un viadotto e, come nell?esempio di Figura 1, detto tratto di strada 300 ? sorretto su quattro ?bearings? la cui proiezione in superficie ?, ancora una volta, evidenziata con una ?X? ed indicata con i numeri 101, 102, 103 e 104.

Su tale tratto di strada 300 ? raffigurato un solo veicolo, indicato con il numero 200. Il transito di detto veicolo 200, il cui peso non ? noto, determiner? una variazione della reazione vincolare di appoggio su detti quattro ?bearings? su cui poggia il tratto di strada 300. Tale variazione di reazione vincolare, oltre che dipendere dal peso, non noto, del veicolo 200, dipende anche dalla posizione di quest?ultimo, ed in particolare dalla distanza di detto veicolo 200 dai quattro punti 101, 102, 103 e 104.

Approssimativamente, il peso del veicolo 200 si distribuisce sui quattro ?bearings? sottostanti i punti 101, 102, 103 e 104, e tipicamente graver? in misura maggiore sugli appoggi pi? vicini, ed in misura minore su quelli pi? lontani. In generale, la variazione di reazione vincolare su ciascuno dei ?bearings? sottostanti i quattro punti indicati con i numeri 101, 102, 103 e 104, pu? essere formalmente calcolata avvalendosi della modellizzazione matematica della struttura del viadotto.

Nel seguito si indicher? con la stringa ?D1-200?, la differenza tra la reazione vincolare sul ?bearing? sottostante il punto 101 quando la strada non ? percorsa da veicoli, e quando ? invece occupata dal veicolo 200. Allo stesso modo, con le stringhe ?D2-200?, D3-200? e ?D4-200?, si indicheranno le analoghe differenze di reazione vincolari sui ?bearing? sottostanti i punti 102, 103 e 104. Si nota che i valori reali di ?D1-200?, ?D2-200?, ?D3-200? e ?D4-200?, sono variabili nel tempo, in funzione di come si muove il veicolo 200, e possono essere misurati avvalendosi di ?bearings? opportunamente sensorizzati; pertanto le formule del calcolo di tali variazioni di reazione vincolare (che possono essere scritte per ciascun vincolo, conoscendo il modello matematico del viadotto) possono essere poste uguali ai valori reali misurati.

Come osservato in precedenza, tali formule dipenderanno dal peso del veicolo 200 e dalla sua posizione durante tutto il transito. Mentre il peso del veicolo 200 ? effettivamente un?incognita, la sua posizione nel tempo pu? invece essere misurata abbastanza facilmente, e pertanto tali formule che esprimono le differenze di reazione vincolare sui ?bearing? sottostanti i punti 102, 103 e 104 (D1-200, D2-200, D3-200 e D4-200) possono contenere una sola incognita, o al massimo due incognite, qualora sia rilevante tener conto anche della velocit? del veicolo 200 per calcolare la propagazione del suo peso su ciascun ?bearing?.

In Figura 3 ? rappresentato, in vista assonometrica, l?esempio presentato in Figura 2, in cui un veicolo 200 transita nel tratto di strada 300.

In aggiunta a quanto mostrato in Figura 2, Figura 3 mostra anche un sistema di ripresa video, indicato con il numero 150. Detto sistema di ripresa video 150 assolve alla funzione di determinare la posizione del veicolo 200 nel tempo. Si osserva che la funzione di determinare la posizione di un veicolo in una strada, pu? essere assolta servendosi numerosi sistemi, anche basati su tecnologie diverse dalla tecnologia di ripresa video; infatti, la seguente invenzione necessita di un generico sistema atto a rilevare la posizione, nel tempo, dei veicoli che transitano su un tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto. Tuttavia, la soluzione che, per determinare la posizione di un veicolo su una strada, si basa sull?analisi di un?immagine video, appare, allo stato dell?arte, come una delle soluzioni preferite, tantopi? che le immagini video di una strada possono essere usate anche per altri scopi, come ad esempio la sorveglianza ed il monitoraggio del traffico. Alcuni miglioramenti, per velocizzare e per rendere pi? preciso il calcolo dell?informazione di posizione, possono far ricorso all?installazione su detto tratto di strada 300, nel campo visivo della telecamera di ripresa video, di riferimenti facilmente riconoscibili e posti in posizioni note, come ad esempio dei paletti analoghi a quello indicato con il numero 151 in Figura 3, posti lungo il bordo del tratto di strada 300, oppure possono essere segnati sulla strada altri tipi di riferimento.

In definitiva, si pu? affermare che la posizione nel tempo di un veicolo che transita su un tratto di strada 300 ? facilmente rilevabile servendosi di vari sistemi, tra cui dei sistemi di ripresa video adatti a riprendere immagini del tratto di strada 300. Di conseguenza, dato un istante di tempo <t*>, ? possibile, per ogni ?bearing? scrivere un?equazione in cui compaiono come incognite solo i pesi dei veicoli, ed eventualmente le loro velocit?. La velocit? dei veicoli compare nel caso in cui il modello di propagazione del peso dei veicoli sui ?bearings? dipenda in modo significativo dalla velocit? degli stessi, e nel caso in cui, tali velocit? non vengano calcolate dall?analisi video, in tal caso comparirebbero come valori noti e non come variabili. Si osserva che modellizzazioni precise ed accurate della dinamica a cui sono soggette le reazioni vincolari esercitate dai ?bearings? devono tener conto della velocit? dei veicoli, ? altres? vero che la velocit? dei veicoli, al pari della posizione, ? un dato facilmente calcolabile tramite l?analisi video. Pertanto, nelle implementazioni preferite della presente invenzione sar? fatto ricorso ad equazioni in cui solo il peso del veicolo appare come incognita, essendo possibile misurare posizione e velocit? dei veicoli.

Figura 4, mostra una vista dall?alto del tratto di strada in cui sono presenti due veicoli, ed il tratto di strada mostrato ? pi? lungo del tratto compreso in una campata di un viadotto. Figura 4 permette di precisare alcuni ulteriori dettagli riguardanti la costruzione delle equazioni associate al calcolo della reazione vincolare su ciascun ?bearing?.

In primo luogo, anche se ovvio, va detto che su un determinato tratto di strada possono transitare una pluralit? di veicoli, e pertanto la reazione vincolare esercitata da ciascun ?bearing? deve compensare il contributo di peso di una pluralit? di veicoli.

In secondo luogo, i veicoli che sollecitano ciascun ?bearing? sono tutti quelli che si trovano nelle due campate contigue da entrambi i lati della sezione determinata dai piloni 310. Nell?esempio presentato in Figura 4, ? mostrato lo stesso caso mostrato in Figura 2, ma il tratto di strada rappresentato ? pi? lungo, pertanto, oltre al veicolo 200, che grava sui ?bearing? sottostanti ai punti 101, 102, 103 e 104, si vede anche un secondo veicolo, indicato con il numero 210, che grava, in parte, sui ?bearing? sottostanti i punti 103 e 104, mentre non grava (almeno non in prima approssimazione) sui ?bearing? sottostanti i punti 101 e 102.

Pertanto in definitiva, dato un istante di tempo <t*>, per ogni ?bearing? l?equazione che descrive il carico di reazione vincolare su tale ?bearing? deve essere scritta sommando tutti i contributi determinati da tutti i veicoli che vanno a gravare su tale ?bearing?.

In definitiva, dato un tratto di strada su un viadotto (o su un ponte) ? possibile scrivere un numero considerevole di equazioni basate sul calcolo, effettuato tramite l?applicazione di un modello matematico, della reazione vincolare (di appoggio) su di un ?bearing?. Il numero di equazioni che ? possibile scrivere, come detto, ? considerevole, in quanto pu? essere scritta un?equazione per ogni ?bearing? e per ogni istante di tempo. Infatti le equazioni sono diverse in ogni istante in quanto i veicoli si muovono, gravando diversamente sui vari ?bearings?, inoltre entrano ed escono continuamente veicoli nuovi dal tratto di strada sotto osservazione.

Realisticamente, quindi, ? possibile scrivere un numero di equazioni maggiore del numero di veicoli che transitano, nell?intervallo di tempo di osservazione, su detto tratto di strada sotto osservazione: pertanto ? possibile scrivere un sistema le cui le incognite sono i pesi dei veicoli. Tale sistema potr? essere risolto con metodi numerici noti, e la soluzione fornir? una stima accurata dei pesi dei veicoli che sono transitati, nell?intervallo di tempo di osservazione, su un tratto di strada equipaggiato con il sistema indicato nella presente invenzione. La precisione della stima dipender? ovviamente dalla qualit? dei sensori applicati sui ?bearing? (ovviamente, pi? sono precise le misure, tanto pi? accurato sar? il risultato del sistema), tuttavia la precisione della stima potr? essere affinata anche aumentando il numero e la frequenza di misurazioni nel tempo, infatti aumentando il numero di misure si otterr? l?effetto di ridurre l?errore statistico. Ovviamente, aumentare la frequenza delle misure corrisponde ad aumentare il numero di equazioni, e quindi la complessit? del sistema.

In questa sede non si intende fornire dettagli sulla soluzione dei sistemi che possono essere scritti avvalendosi del modello matematico della infrastruttura (ponte o viadotto) e della disponibilit? delle misure prodotte dai ?bearing? sensorizzati. Tuttavia, per la risoluzione di tali sistemi sono suggeriti i metodi iterativi dell'analisi numerica, anche se questa famiglia di metodi non ? l?unica a cui si pu? ricorrere.

In particolare, i metodi iterativi permettono di convergere verso la soluzione del sistema, attraverso correzioni successive, a ogni iterazione, di una soluzione approssimata precedente. Inoltre, la soluzione di tale sistema con metodi iterativi di calcolo numerico pu? essere velocizzata, anche notevolmente, ricorrendo a particolari metodi di calcolo iterativo, noti anche come ?warm start methods?, potendo partire da soluzioni di partenza vicine alla soluzione di convergenza del sistema. Infatti, l?analisi video, oltre a fornire la posizione, ed eventualmente la velocit?, dei veicoli, pu? riconoscere alcune tipologie di veicoli, e pu? quindi fornire un ipotetico peso approssimato degli stessi; quindi, attraverso l?analisi video, delle immagini prodotte dal sistema di copertura video 150 si pu? facilmente determinare una prima soluzione di partenza approssimata del sistema. In questo modo le iterazioni di calcolo del sistema potranno certamente convergere direttamente e velocemente verso la soluzione ottima del sistema.

La potenza di calcolo che ? resa disponibile dalla tecnologia dei calcolatori elettronici ?, gi? oggi, ampiamente adeguata a supportare i calcoli necessari per l?implementazione della presente invenzione, ed ? anche in continua e crescita: pertanto, tenendo anche conto dell?efficienza computazionale degli ?warm start methods?, per l?esecuzione dei calcoli, la dimensione dei sistemi di equazioni che risultano dall?applicazione della presente invenzione non ? da considerare un fattore di criticit? per l?implementazione dell?invenzione stessa.

Pertanto, nelle varie forme di implementazione della presente invenzione, la costruzione del sistema pu? essere effettuata considerando, anche tratti di strada particolarmente lunghi, con molti ?bearing? e molti veicoli, producendo misure ripetute con frequenza sostenuta, e per intervalli di tempo relativamente lunghi: in definitiva possono essere costruiti sistemi molto grandi e con molte equazioni. La scelta di sistemi grandi, ed il ricorso ad un numero elevato di misure, nello spazio e nel tempo, permette di ridurre gli errori di misura, e pertanto ? una scelta che migliora la precisione di misura, a spese della complessit? di calcolo che, tuttavia, per le considerazioni sopra esposte, non deve essere considerata un problema.

Per quanto detto sinora, emerge quindi chiaramente come mediante un sistema installato su un ponte o viadotto che comprende ?appoggi? sensorizzati idonei a restituire una serie di misure nel tempo del carico verticale esercitato sull?appoggio stesso, ed un sistema di copertura video idoneo ad identificare, nel tempo, il numero di veicoli e la loro posizione nel tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto, sia anche possibile definire un metodo di stima dei pesi dei veicoli che transitano su un tratto di strada posto su un ponte o su un viadotto.

In particolare, detto metodo di pesatura dei veicoli comprende almeno le seguenti fasi: ? Costruzione del modello matematico che descrive il comportamento statico e dinamico di un ponte o un viadotto che comprende, tra i suoi elementi strutturali, una pluralit? di ?appoggi? (o ?bearings?).

? Scrittura delle equazioni che esprimono le reazioni vincolari su detta pluralit? di ?appoggi? (o ?bearings?) nel generico istante <t>. Dette equazioni essendo caratterizzate da varie tipologie di parametri:

i. Parametri strutturali del ponte (o viadotto), noti da progetto;

ii. Parametri legati al numero dei veicoli in transito nell?istante <t> ed alla loro posizione nel tempo, ossia la posizione di ciascun veicolo e le sue derivate nel tempo fino ad un certo ordine, in funzione dell?approssimazione scelta per il modello matematico;

iii. Parametri corrispondenti al peso dei veicoli in transito , che nell?istante <t> gravano su detta pluralit? di ?appoggi?, essendo questi ultimi parametri i valori incogniti nelle equazioni.

? Sostituzione dei parametri indicati al precedente punto ?ii?, con valori stimati dall?analisi delle immagini ricavate con detto sistema di copertura video.

? Soluzione del sistema di equazioni , scritte come indicato nei passi precedenti, nelle incognite costituite dal peso dei veicoli in transito considerati in dette equazioni.

Si ribadisce infine che tale metodologia di stima dei pesi dei veicoli che transitano su un tratto di strada posto su un ponte o su un viadotto si basa su elementi di misura e di monitoraggio che possono essere usati anche per altri scopi; e la precisione della stima pu? essere affinata puramente attraverso processi di calcolo, che possono avvalersi di misure ripetute, in modo da ridurre considerevolmente gli errori statistici.

Varianti ed Osservazioni Conclusive

Si osserva che il peso dei veicoli che transitano sulle strade ? un?informazione molto interessante per vari motivi:

? ? un fattore determinante per l?usura delle strade stesse,

? ha un impatto significativo sulla gravit? degli eventuali incidenti,

? ed ? un dato che dovrebbe essere controllato ai fini sanzionatori, in quanto esistono dei limiti massimi di peso che spesso non sono rispettati, proprio perch? il peso dei veicoli non ? di immediata rilevabilit? da parte delle autorit? di controllo.

I sistemi di pesatura dinamica oggi proposti (sistemi WIM ? Weigh In Motion) si basano sulla predisposizione di una sezione stradale in modo che venga rilevato il peso degli assi al passaggio dei veicoli, ricostruendo poi la pesata dell?intero veicolo con opportuni algoritmi di calcolo. Il sistema proposto dalla presente invenzione rappresenta un?evoluzione degli attuali sistemi di pesatura dinamica: invece di avere un?unica sezione stradale che pesa gli assi al passaggio dei veicoli, in questo caso vengono effettuate ?m? misure nel tempo composte da ?n? valori di peso puntuale corrispondenti alle ?n? reazioni vincolari sugli ?n? appoggi sensorizzati compresi nel sistema complessivo. Con le moderne potenze di calcolo, il numero ?m? pu? essere molto elevato e comunque aumentato finch? le ?m? pesate con ?n? reazioni vincolari non convergano univocamente a definire con grande precisione i singoli ?p? carichi viaggianti.

La videocamera (o le videocamere) comprese nel sistema di copertura video, sono tipicamente posizionate in corrispondenza all?estradosso del ponte o viadotto e, oltre a rilevare le posizioni nel tempo dei diversi ?p? veicoli viaggianti, possono facilmente rilevare anche le loro targhe, e di conseguenza permettono di intercettare eventuali veicoli in sovrappeso.

In generale, il sistema di pesatura secondo l?invenzione pu? essere utilizzato in tutte le situazioni ove sia necessario, o utile, pesare con precisione veicoli in movimento. Ad esempio in approccio alle stazioni di pedaggio, ad esempio, per abbinare con grande precisione la tariffa al peso reale dei veicoli.

Si osserva che uno dei grandi vantaggi del sistema ? dato dal fatto che esso necessita di due sottosistemi la cui utilit? ? evidente anche per altre applicazioni:

? gli ?appoggi sensorizzati? sono particolarmente utili per il monitoraggio dello stato e della integrit? dell?infrastruttura,

? il sistema di copertura video ? utile per il monitoraggio del traffico (gi? oggi molte strade sono dotate di sistemi di copertura video).

L?invenzione appena descritta pu? essere implementata ricorrendo a diversi metodi numerici per la soluzione dei sistemi di equazioni prodotti, e la dimensione del sistema stesso pu? variare essendo il metodo di calcolo applicabile considerando tratti di strada di diversa lunghezza e con un diverso numero di ?appoggi? sensorizzati.

In definitiva, il sistema di ?appoggi intelligenti? secondo gli insegnamenti della presente invenzione, appare molto efficiente a supportare le necessit? di controllo dei carichi che transitano sulle strade, in nome della crescente sensibilit? rispetto ai temi di controllo strutturale delle infrastrutture, del loro utilizzo e, in definitiva, della loro gestione e manutenzione.

In generale poi, la presente invenzione si presta a numerose varianti pur mantenendo le prerogative rivendicate. Infatti, pu? essere sviluppata avvalendosi di diverse tecnologie per la realizzazione dei ?bearings? e per la loro sensorizzazione, cos? come i sistemi per la determinazione della posizione nel tempo dei veicoli possono basarsi su varie tecnologie, e possono ricorrere a svariati accorgimenti per realizzare dei riferimenti visibili che facilitino la stima della rilevazione delle posizioni dei veicoli. L?invenzione stessa pu? poi essere realizzata in modo parziale cos? come tutti i dettagli descritti sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

In sostanza, e come gi? precedentemente accennato, l?impiego di specifiche tecnologie e materiali non costituisce parte essenziale della presente invenzione. Pertanto, se nel futuro il settore dei materiali per la realizzazione dei ?bearings? e delle tecnologie impiegate nel sistema complessivo dovesse rendere disponibili nuove tecnologie, pi? vantaggiose di quelle oggi disponibili, in modo da implementare in modo pi? efficiente la presente invenzione, potrebbero essere apportati ulteriori miglioramenti senza per questo modificare la natura inventiva ed i principi che hanno ispirato l?invenzione stessa.

Altre possibili varianti per la presente invenzione possono risultare legate, oltre che all?evoluzione delle tecnologie che la costituiscono, anche a come evolver? il settore cos? detto ITS (Intelligent Transport System) che prevede la progressiva informatizzazione delle strade e l?introduzione di veicoli sempre pi? connessi al modo esterno, con cui scambieranno informazioni di ogni tipo.

Pertanto, soprattutto nel contesto di tali scenari evolutivi, l?invenzione si presta ad incorporare e supportare ulteriori sforzi di sviluppo e perfezionamento, capaci di migliorare le prestazioni del sistema descritto. Pertanto, molti sviluppi ulteriori possono essere apportati dall?uomo esperto del ramo senza per questo fuoriuscire dall?ambito dell?invenzione quale essa risulta dalla presente descrizione e dalle rivendicazioni qui allegate che costituiscono parte integrante della presente descrizione; oppure, qualora detti sviluppi non risultino compresi nella presente descrizione, possono essere oggetto di ulteriori domande di brevetto associate alla presente invenzione, o dipendenti da essa.

Claims (6)

RIVENDICAZIONI

1. Un sistema di ?appoggi intelligenti? per strutture di ponti o viadotti, e tale sistema comprende almeno:

i. una pluralit? di ?appoggi? sensorizzati, installati su detto ponte o viadotto, idonei ad eseguire una serie di misure, nel tempo, del carico verticale esercitato su ciascuno di detti ?appoggi? sensorizzati,

ii. un sottosistema atto a rilevare la posizione, nel tempo, dei veicoli che transitano su un tratto di strada (300) corrispondente a detto ponte o viadotto, e iii. opportuni mezzi di calcolo configurati per elaborare le informazioni prodotte da detti ?appoggi? sensorizzati e da detto sottosistema atto a rilevare la posizione di detti veicoli;

e detti mezzi di calcolo sono:

a. configurati per implementare un modello matematico strutturale di tale ponte o viadotto preventivamente programmato su detti mezzi di calcolo, e b. programmati per produrre una pluralit? di equazioni in cui ciascun valore di detta serie di misure, nel tempo, del carico verticale esercitato su ciascuno di detti ?appoggi? sensorizzati, ? espresso in funzione di detta posizione, nel tempo, dei veicoli che transitano su tale tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto, e del loro peso, essendo i pesi di detti veicoli non noti ed espressi come incognite in tali equazioni,

c. inoltre, detti mezzi di calcolo sono programmati per risolvere sistemi di equazioni composti da dette equazioni prodotte al precedente punto ?b.? allo scopo di stimare il peso di detti veicoli che transitano su detto tratto di strada corrispondente a detto ponte o viadotto.

2. Sistema di ?appoggi intelligenti? per strutture di ponti o viadotti, secondo la rivendicazione 1, in cui detto sottosistema atto a rilevare la posizione dei veicoli ? un sistema di copertura video (150) idoneo ad identificare, nel tempo, il numero di veicoli e la loro posizione in detto tratto di strada (300) corrispondente a detto ponte o viadotto.

3. Sistema di ?appoggi intelligenti? per strutture di ponti o viadotti, secondo la rivendicazione 2, in cui detto sistema di copertura video (150) comprende anche riferimenti (151) facilmente riconoscibili e posti in posizioni note su detto tratto di strada (300).

4. Un metodo di stima dei pesi dei veicoli che transitano su detto tratto di strada (300) corrispondente a detto ponte o viadotto sul quale sia implementato un sistema come quello indicato in una delle rivendicazioni precedenti, che comprende almeno le seguenti fasi:

a. costruzione del modello matematico che descrive il comportamento statico e dinamico di un ponte o un viadotto che comprende, tra i suoi elementi strutturali, una pluralit? di ?appoggi?;

b. scrittura delle equazioni che esprimono le reazioni vincolari su detta pluralit? di ?appoggi? nel generico istante <t>; dette equazioni essendo caratterizzate anche dalle seguenti tipologie di parametri:

i. parametri strutturali del ponte o viadotto,

ii. parametri associati al numero dei veicoli in transito nell?istante <t> ed alla loro posizione nel tempo, ossia la posizione di ciascun veicolo e le sue derivate nel tempo fino all?ordine previsto in detto modello matematico; iii. parametri corrispondenti al peso dei veicoli in transito, che nell?istante <t> gravano su detta pluralit? di ?appoggi?, essendo questi ultimi parametri i valori incogniti nelle equazioni;

c. sostituzione dei parametri indicati al precedente punto ?ii?, con valori ricavati con detto sottosistema atto a rilevare la posizione, nel tempo, dei veicoli che transitano su detto tratto di strada (300);

d. soluzione del sistema di equazioni, scritte come indicato nei passi precedenti, nelle incognite costituite dal peso dei veicoli in transito considerati in dette equazioni.

5. Metodo di stima dei pesi dei veicoli che transitano su detto tratto di strada (300) secondo la rivendicazione 4, in cui la soluzione del sistema di equazioni, nelle incognite costituite dal peso dei veicoli in transito, ? condotta con metodi di calcolo iterativo.

6. Metodo di stima, secondo la rivendicazione 5, dei pesi dei veicoli che transitano su detto tratto di strada (300) corrispondente a detto ponte o viadotto sul quale sia implementato un sistema come quello indicato nella rivendicazione 2, in cui la soluzione di partenza adottata in detti metodi di calcolo iterativo ? costituita da un insieme di pesi ipotetici di detti veicoli, e detti pesi ipotetici sono determinati in funzione della tipologia di veicolo, essendo detta tipologia di veicolo riconosciuta per mezzo di un?analisi delle immagini video prodotte da detto sistema di copertura video (150).