IT202100022184A1 - Dispositivo modulare per un utilizzo innovativo delle infrastrutture pubbliche - Google Patents
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Description
La domanda
Descrizione della domanda di brevetto dal titolo: DISPOSITIVO MODULARE PER UN UTILIZZO INNOVATIVO DELLE IFRASTRUTTURE PUBBLICHE,
Titolo e riassunto
Titolo
DISPOSITIVO MODULARE PER UN UTILIZZO INNOVATIVO DELLE INFRASTRUTTURE PUBBLICHE
Riassunto
Il presente trovato concerne in un innovativo dispositivo modulare pensato per rivoluzionare l?utilizzo delle infrastrutture pubbliche. L?idea parte dalle possibili soluzioni innovative che possono essere messe in campo su una particolare infrastruttura pubblica quale ad esempio quella dell?illuminazione pubblica. Nello specifico si pu? pensare ad un nuovo approccio nella gestione delle lampade dell?illuminazione pubblica, non pi? centralizzato, ma distribuito.
Controllare l?illuminazione da singola lampada consente di avere disponibilit? energetica 24 ore al giorno su ogni palo sul quale diventa quindi possibile inserire un nuovo dispositivo caratterizzato da diversi moduli funzionali integrabili, adattabili ed espandibili, gestibili da remoto, per soddisfare le esigenze di una molteplicit? di applicazioni. Si ottiene quindi un oggetto che pu? essere verticalizzato per soddisfare una specifica esigenza attraverso una opportuna configurazione hardware e software.
A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, si pu? pensare di avere il controllo fisico dell?infrastruttura con il monitoraggio di parametri quali l?inclinazione e le vibrazioni per il controllo dello stato fisico del palo da remoto.
Altri applicazioni potrebbero essere realizzati estendendo il dispositivo con moduli dedicati (2.6) a servizi come la videosorveglianza, e/o al monitoraggio dei parametri ambientali e la qualit? dell?aria (Temperatura, Umidit?, Traffico, PM10?), e/o a parametri utili per la gestione del traffico e dei parcheggi.
Descrizione
Il presente trovato concerne in un innovativo sistema pensato per rivoluzionare l?utilizzo dell?infrastruttura pubblica. L?idea parte dal settore della pubblica illuminazione con un nuovo approccio nella gestione delle lampade, non pi? centralizzato, ma distribuito. Il passaggio dal controllo (accensione, spegnimento, dimmeraggio,..) di un gruppo di pali a quello della singola lampada permette di avere disponibilit? energetica 24 ore al giorno su ogni palo aprendo nuovi scenari applicativi per l?infrastruttura della pubblica illuminazione. In particolare si pu? pensare di dotare ogni palo di un dispositivo multifunzione basato su moduli hardware integrabili, adattabili ed espandibili per rispondere ad una molteplicit? di esigenze applicative. Tale concetto pu? essere espanso a tutte le infrastrutture pubbliche utilizzando anche moduli autoalimentati.
In generale l?infrastruttura pubblica ? sempre pi? al centro di un processo di digitalizzazione che vedono le citt? accelerare nella realizzazione del concetto di smart city.
In questo scenario sono in crescita le soluzioni tecnologiche commercialmente disponibili che utilizzano ad esempio il palo della luce per applicazioni diverse rispetto a quella nativa. Diversi sono gli esempi che si potrebbero prendere come riferimento, tra quelli pi? rappresentativi vi ? Meridio un sistema di illuminazione a LED per applicazioni stradali dotato di tecnologie per conferire al lampione nuove funzioni per offrire servizi in ambito Smart City e Smart Metering. In particolare il sistema integra una tecnologia radio basata su radiofrequenza a 169 MHz, che consente la telegestione dell?illuminazione e permette di garantire altri servizi come il monitoraggio dell?inquinamento acustico o delle polveri sottili nell?aria.
Attraverso un portale web, o pi? semplicemente uno smartphone, ? possibile operare sul sistema di illuminazione e sui servizi connessi alla rete. Si possono cos? gestire criticit? in tempo reale, adattare o attivare le funzioni di base alla specificit? del territorio, favorire politiche di risparmio e pianificazione sostenibile. Meridio si predispone anche per rilevare i dati di consumo provenienti dai contatori intelligenti, ad esempio per gas e per acqua potabile. I contatori intelligenti sono in grado di trasmettere, via radio, i dati relativi ai consumi e Meridio si interfaccia perfettamente con essi in quanto operano nella stessa banda di frequenza 169 MHz.
Gli svantaggi della soluzione Meridio sono insiti nel fatto che ? stata pensata focalizzando l?attenzione al controllo da remoto dei dati energetici e delle grandezze elettriche del punto luce (consumi, tensione, corrente, potenza, cos phi) utilizzando una connessione a 169Mhz che pu? essere anche utilizzata per ricevere dati da altri dispositivi che lavorano sulla stessa frequenza, risultando cosi poco espandibile e integrabile con altre funzionalit?.
Un?altra soluzione commercialmente nota ? la Tvlight. Il punto di forza ? nella piattaforma software che consente di gestire in maniera intelligente l?illuminazione pubblica. I dispositivi che ne consentono la comunicazione si basano su una rete wireless a 2,4 GHz che si autoconfigura e autoripristina. Tra le particolarit? della soluzione vi ? l?integrazione con specifici sensori che consentono di variare l?intensit? della luce non solo specificando un profilo per un singolo lampione o un gruppo, ma anche in funzione della presenza umana, in base al calendario o su eventi ottimizzando la disponibilit? della luce quando e dove serve e minimizzando i consumi.
Un ulteriore sistema da annoverare ? lo SMART Lighting il quale esegue una gestione degli impianti di pubblica illuminazione combinato al controllo della viabilit? urbana attraverso un sistema che integra la videorveglianza. Nello specifico il sistema prevede l?impiego di dispositivi dedicati alla modulazione dell?intensit? luminosa della lampada stradale con comunicazione ZigBee che lo rende al tempo stesso un nodo di una rete. Come previsto da tale protocollo, vi ? un dispositivo, coordinatore della rete, per l?interfacciamento con il cloud sul quale ? disponibile una piattaforma di telegestione degli impianti e dei nodi della rete. Tale struttura base pu? essere combinata con telecamere per elaborazione video di analisi del traffico, modem 3G / 4G, Router Wi-Fi, Misuratore dei Consumi, stazione meteo e per la misura degli inquinanti.
Si potrebbero menzionare molte altre soluzioni tecnologiche volte a rendere il palo un elemento intelligente nella nuova visione delle nostre citt?. Ve ne sono anche molte brevettate, tra cui si ricordano i PCT/IB2016/000300, IN201721012213, US8445826B2.
Analizzando le caratteristiche della tecnica nota i principali svantaggi che vengono rilevati sono legati essenzialmente al fatto che gli attuali dispositivi sono soluzioni spesso dedicate, poco flessibili ed espandibili, generalmente ideati per risolvere problematiche molto specifiche, con particolare riferimento a tutto quanto riguarda il controllo della lampada e lo stabilire una comunicazione da remoto con essa ed eventualmente con altri dispositivi/sensori per ampliare l?offerta dei servizi.
Detti trovati non riescono a trattare tutti gli aspetti relativi alla richiesta importante del mercato di riferimento, che ha necessit? di soluzioni tecnologiche sempre pi? modulari, adattabili ed espandibili a costi adeguati capaci di risolvere a tutto tondo le varie problematiche legate al palo intelligente. Non risulta ancora disponibile una soluzione capace di controllare la lampada non solo dal punto di vista energetico, ma anche in termini meccanici e strutturali, di instaurare una comunicazione da remoto con tecniche diverse cosi come verso dispositivi di campo.
Scopo principale della presente innovazione ? quello di offrire un nuovo dispositivo dedicato alle infrastrutture in generale, in particolare pubbliche, ma non solo, caratterizzato da diversi moduli funzionali componibili fra di loro che consentono la costruzione di soluzioni configurabili ed adattabili.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un dispositivo che sia altamente affidabile nel controllo da remoto di attuatori, come pu? essere una lampada, e della sicurezza del sistema.
Inoltre la presente invenzione si pone l?obiettivo di realizzare un dispositivo costituito con componenti elettronici e meccanici di alta resistenza e qualit?, ma al contempo ad un costo adeguato per l?applicazione. Tali scopi possono essere conseguiti per una molteplicit? di infrastrutture pubbliche abilitando nuove applicazioni.
Per semplicit? di comprensione si pensi alla struttura della pubblica illuminazione nella quale si implementa un approccio distribuito e non centralizzato nella gestione della pubblica illuminazione. Si passa da un quadro centrale (1.1) che assolve al controllo (accensione, spegnimento, dimmeraggio,..) di un gruppo di pali (1.2) al controllo del singolo lampione grazie all?utilizzo di un opportuno apparato posto a bordo lampada (1.3a) o palo (1.3b). Questo permette di avere disponibilit? energetica 24 ore al giorno su ogni palo aprendo a nuovi scenari applicativi l?infrastruttura di pubblica illuminazione che possono essere concretizzati integrando su ogni palo un innovativo dispositivo multifunzione basato su moduli hardware integrabili, adattabili ed espandibili.
Per implementare l?approccio distribuito risulta necessario che il dispositivo da integrare sul palo/lampada dovr? avere al suo interno almeno due moduli funzionali indispensabili. Il primo modulo (2.1) sar? quello dedicato al controllo/gestione dell?alimentazione della lampada (possibilit? di eseguire l?ON/OFF, il dimmeraggio, valutare i consumi, temperatura, stato della lampada..), il secondo modulo (2.2) dovr? fornire la connettivit? verso il cloud (2.3), ossia un modulo di comunicazione che potr? essere su tecnologia GSM, LAN, NB-IoT, WiFi, Powerline, LoRa, ecc., per permettere la gestione dei singoli dispositivi, e quindi di tutto il sistema, da una piattaforma software in remoto.
Tali moduli funzionali saranno caratterizzati da predisposizione di periferiche con interfacce di comunicazione standard diverse (2.4) come possono essere la RS485, RS232, UART, I2C, .., in modo da poter combinare altri moduli funzionali (anch?essi dotati di interfacce standard) a secondo del contesto applicativo.
A titolo esemplificativo, ma non esaustivo, si pu? pensare di espandere il dispositivo base, costituito dal modulo di alimentazione e dal modulo di comunicazione verso il cloud, con moduli funzionali (2.5) per il controllo fisico della struttura del palo stesso inserendo un modulo dedicato alla protezione catodica e al monitoraggio di parametri quali l?inclinazione e le vibrazioni per il controllo dello stato fisico del palo da remoto.
Altri applicazioni potrebbero essere realizzati estendendo il dispositivo con moduli dedicati (2.6) a servizi come la videosorveglianza, e/o al monitoraggio dei parametri ambientali e la qualit? dell?aria (Temperatura, Umidit?, Traffico, PM10?), e/o a parametri utili per la gestione del traffico e dei parcheggi.
L?hardware che realizza i moduli funzionali del dispositivo ? strutturato in maniera tale da poter espandere il modulo base, - alimentazione (2.1) pi? comunicazione (2.2)-, con uno o pi? di uno di altri moduli funzionali dotando di un?elevata adattabilit? tutto il sistema. Ad esempio un altro modulo che potrebbe essere inserito ? quello dedicato alla ricarica dei veicoli elettrici che ragionevolmente dovr? essere posizionato solo su alcuni pali. Il modulo di ricarica potr? cosi essere facilmente gestito e controllato da remoto.
L?approccio di espandibilit? del sistema consentir? di utilizzare il palo di illuminazione anche come punto di accesso verso il cloud per altri sottosistemi. L?architettura ? pensata per poter estendere il dispositivo con un particolare modulo funzionale dedicato alla connettivit? verso il campo (2.7).
A titolo esemplificativo, si potrebbe pensare di integrare un modulo radio wireless (potr? essere su tecnologia BLE, WiFi, 5G, LoRa, ecc...) che consentir? al palo di diventare il concentratore di sottoreti dedicate a raccogliere dati da dispositivi di campo (2.8). Di fatto l?innovativo dispositivo a bordo palo, abbinando il modulo funzionale dedicato alla connettivit? verso il campo (2.7) con il suo modulo di comunicazione verso il cloud di base (2.2), potr? realizzare applicazioni specifiche rilevando parametri di interesse ed eseguendo attuazioni da sistemi presenti in una determinata area nei pressi del palo.
La copertura del servizio sar? in funzione della tecnologia di comunicazione utilizzata per interagire con i sistemi di campo; ad esempio se la comunicazione con i sistemi di campo avvenisse utilizzando la tecnologia LoRa, si potrebbero raggiungere raggi di Km, se fosse su WiFi si arriverebbe a centinaia di metri. Grazie all?integrazione di diversi tipologie di moduli di comunicazione il palo con l?innovativo dispositivo si presta per diventare elemento facilitatore per la realizzazione di applicazioni quali ad esempio tracciabilit? delle persone, animali, oggetti, gestione dei rifiuti, sistemi legati alla comunicazione tra veicoli ed infrastruttura, monitoraggio dei consumi (gas, acqua, energia,..), gestione del verde pubblico, rilevazione incendi, ecc?
Per meglio chiarire le peculiarit? del trovato si dettagliano le figure allegate:
? La Figura 1 evidenzia il cambio di approccio sul quale si base l?invenzione, ossia passare da una gestione concentrata della pubblica illuminazione in cui gruppi di pali sono controllati essenzialmente da un quadro(1.1), ad una gestione distribuita con dispositivi applicabili sulle lampade (1.3a) o sul palo (1.3b)che ne consentono un controllo puntuale della singola lampada.
? La Figura 2 mostra la caratteristica essenziale del trovato che ? quella di modularit? del dispositivo da inserire sul palo. Il dispositivo dovr? necessariamente avere a bordo i due moduli base, quello dedicato all?alimentazione (2.1) e quello per la comunicazione (2.2) con il cloud (2.3) potr? avvenire tramite tecnologia GSM, LAN, NB-IoT, WiFi, Powerline, ecc.. I due moduli base potranno comunicare fra loro e con altri moduli funzionali, attraverso interfacce standard (2.4)che possono essere RS232, RS485, Uart, I2C?. Il dispositivo potr? essere esteso con vari moduli (2.5 -2.6) per applicazioni diverse, tra i quali si potr? avere anche un particolare modulo di comunicazione (2.7) che permetter? la connessione con dispositivi di campo utilizzando le tecnologie pi? appropriate (BLE, WiFi, 5G, LoRa, )per coprire una determinata area che circonda il palo e facilitare la realizzazione di svariate applicazioni.
Il dispositivo, quindi, si caratterizza per una modularit? che non si limita agli aspetti funzionali, ma anche alle tecnologie utilizzabili per comunicare con il cloud, interfacciare i moduli, e comunicare con il campo.
I principali vantaggi rispetto alle soluzioni oggi esistenti sul mercato sono:
- la capacit? di adattarsi allo specifico contesto ottimizzando dimensioni, costi e prestazioni;
- possibilit? di monitorare da remoto, in modo continuo ed altamente versatile non solo i parametri di interesse legati all?illuminazione, ma anche quelli legati alla struttura del palo, quelli ambientali, in generale dei vari moduli funzionali (stazione di ricarica, ecc) unitamente alla possibilit? di poter intervenire in qualsiasi momento al fine di operare un?affidabile gestione da remoto sistema nel suo complesso;
- possibilit? di favorire lo sviluppo di nuove applicazioni di interesse pubblico grazie alla possibilit? di integrare moduli di comunicazione verso il campo basate su diverse tecnologie.
Tra i vantaggi del presente trovato ? quello di aver realizzato un dispositivo per l?infrastruttura della pubblica illuminazione di alta affidabilit? ad un costo in line con quello che ? il beneficio.
Un altro vantaggio, non meno importante del precedente, ? dato dalla semplicit? di realizzazione dei moduli funzionali che vanno a costituire lo stesso, realizzabili con hardware e componentistica facilmente reperibili a basso costo sull?attuale mercato.
E? anche evidente che all?esempio di realizzazione precedentemente descritto a titolo illustrativo e non limitativo potranno essere apportati numerosi ritocchi, adattamenti, integrazioni, varianti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza peraltro uscire dall?ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.
Claims (4)
1) Dispositivo caratterizzato da moduli hardware, con a bordo necessariamente due moduli di base: modulo di alimentazione (2.1), capace di controllare e rendere disponibile la giusta energia al sistema per garantirne la funzionalit?, e modulo di comunicazione (2.2), capace di creare una connessione con il cloud (2.3) realizzabile tramite la tecnologia pi? adeguata per la specifica applicazione (GSM, LAN, NB-IoT, WiFi, Powerline?). Su detti moduli vi sono predisposizioni per ospitare sensori specifici quali ad esempio temperatura, umidit?, che consentono di soddisfare determinate esigenze applicative, e interfacce standard (2.4), come RS232, RS485, Uart, I2C?, che permettono, a seconda dell?esigenza applicativa, di ampliare le funzionalit? collegandosi ad altri moduli hardware (2.5, 2.6 e 2.7).
2) Dispositivo caratterizzato da moduli hardware, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i moduli di base possono integrare sensori come l?accelerometro triassiale, e interfacciarsi ad altri moduli hardware con altra sensoristica per acquisire le informazioni necessarie per implementare algoritmi dedicati al monitoraggio e il controllo fisico della struttura (es. palo per la pubblica illuminazione) e realizzare protezioni specifiche (es. la protezione catodica per il palo della pubblica illuminazione).
3) Dispositivo caratterizzato da moduli hardware, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i moduli di base possono interfacciarsi ad altri moduli hardware con a bordo sensoristica dedicata quale, a titolo esemplificativo, ma non esaustivo, PM2,5, PM10 e NO2 per il monitoraggio della qualit? dell?aria, o temperatura, umidit?, pressione, sensori elettromagnetici per migliorare la sicurezza stradale?
4) Dispositivo caratterizzato da moduli hardware, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i moduli di base possono interfacciarsi ad altri moduli hardware con a bordo sistemi di comunicazione basati su tecnologie diverse, come ad esempio BLE, WiFi, 5G, LoRa, ecc..., al fine di realizzare una connessione stabile tra una molteplicit? di dispositivi di campo (2.8) che possono comunicare con tali tecnologie, e il cloud, sfruttando la tecnologia di comunicazione disponibile sul modulo di base (GSM, LAN, NB-IoT, WiFi, Powerline ?)realizzando un vero e proprio gateway di rete wireless.
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