IT202100023036A1 - Sistema per il monitoraggio dello stato della pavimentazione di strade carreggiabili - Google Patents

Description

TITOLO: SISTEMA PER IL MONITORAGGIO DELLO STATO DELLA

PAVIMENTAZIONE DI STRADE CARREGGIABILI

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell?Invenzione

L?ambito di applicazione generale della presente invenzione ? il settore della manutenzione stradale. In particolare, l?invenzione si concentra sui problemi legati al monitoraggio dello stato della pavimentazione in strade carreggiabili, allo scopo di pianificare interventi di manutenzione mirati e precoci.

Tecnica Nota

Le strade carreggiabili sono soggette a costante e continua usura determinata dal passaggio di veicoli, a volte anche pesanti, dagli sbalzi di temperatura che stressano i materiali dal punto di vista termico, e dalle sollecitazioni climatiche in genere (umidit?, vento, eccetera).

La progressiva usura determina, nel tempo, la formazione di crepe, buche, distacchi di parti del manto stradale, formazione di dislivelli, avvallamenti ed altre forme di irregolarit? che peggiorano il confort di viaggio e rendono, in ultima istanza, sempre meno sicura la circolazione dei veicoli.

Pertanto, la manutenzione delle strade carreggiabili prevede, di tanto in tanto, il rifacimento della pavimentazione stradale, almeno nei tratti pi? deteriorati.

La pavimentazione della grande maggioranza delle strade carreggiabili ? costituita da una stesa di asfalto. L?asfalto ? un tipo di pavimentazione con caratteristiche molto buone per realizzare strade che devono essere percorse da veicoli su gomma; infatti, offre un attrito adeguato a garantire ottima tenuta di strada, offre un ottimo compromesso tra qualit? e costi e pu? essere steso in modo da risultare abbastanza liscio cos? da assicurare un buon confort di viaggio ed una silenziosit? pi? che accettabile.

Rispetto ad altre pavimentazioni, l?asfalto ? anche abbastanza duraturo grazie alla sua buona resistenza meccanica e flessibilit?, tuttavia, ? comunque soggetto ad usura. Del resto le strade sono sollecitate in modo molto intenso da tutti i fattori sopracitati, e pertanto, anche le strade con pavimentazione in asfalto devono di tanto in tanto essere riasfaltate.

In alcuni casi, quando si formano crepe, buche e spaccature in genere del manto stradale, data la grande lavorabilit? dell?asfalto fuso, queste possono essere riparate semplicemente applicandovi sopra del nuovo asfalto fuso che funge da sigillante: si tratta comunque di riparazioni che rimangono visibili e che non ripristinano le prestazioni di una stesa d?asfalto omogenea. Tuttavia, tali riparazioni locali possono risultare tutto sommato soddisfacenti per ripristinare piccoli deterioramenti, cio? possono risultare efficaci e durature per saldare piccole crepe o spaccature dell?asfalto, ma se il deterioramento ? di dimensioni significative, si tratta di interventi che dovrebbero essere intesi come misure provvisorie di durata limitata nel tempo, soprattutto nelle strade in cui vi ? una circolazione di veicoli abbastanza intensa.

In sintesi si pu? affermare che, secondo la pratica corrente, la manutenzione dell?asfalto avviene secondo due principali modalit? operative.

Nel caso di strade importanti, nelle quali ? possibile allocare investimenti programmati per la manutenzione, come nelle autostrade che prevedono il pagamento di un pedaggio, l?asfalto viene rifatto regolarmente secondo una programmazione definita in anticipo, cos? da essere abbastanza certi che l?asfalto non si usuri oltre certi limiti.

Il secondo caso, invece, prevede manutenzioni locali da effettuare a seguito dell?evidenza di un deterioramento. Si noti che questa seconda modalit?, comporta certamente un ritardo tra il momento in cui il deterioramento viene rilevato e segnalato al soggetto gestore della strada, ed il momento in cui i lavori di manutenzione vengono effettivamente eseguiti.

Inoltre, i casi in cui si adotta una strategia di manutenzione che interviene su segnalazione, spesso sono casi in cui non c?? un accantonamento specifico per far fronte ai costi di queste manutenzioni, oppure sono casi in cui l?accantonamento disponibile, tipicamente, non consente lavori impegnativi come la riasfaltatura di un ampio tratto di strada; pertanto si interviene con riparazioni locali che sono evidentemente pi? economiche.

D?altro canto per?, le riparazioni locali, ossia le sigillature delle spaccature o delle crepe, o il riempimento delle buche che si possono formare, sarebbero pi? efficaci se fosse possibile intervenire al principio della formazione del deterioramento (cio? quando una crepa o una spaccatura sono ancora piccole). Invece, il fatto che gli interventi siano pianificati solo su segnalazione, comporta che il deterioramento sia evidente gi? in partenza. Inoltre, ogni lavoro di manutenzione necessita di una seppur minima pianificazione, seguente la segnalazione; ci? fa s? che non sia possibile intervenire subito, cosicch? il deterioramento si amplia nel frattempo e, al momento della riparazione, si finisce spesso per dover effettuare una riparazione troppo grande, e destinata ad avere risultati mediocri.

Una metodologia di manutenzione basata su riparazioni precoci, capace di interventi tempestivi ed efficaci per riparare i deterioramenti sul nascere, richiederebbe continue ispezioni, sistematiche ed accurate, che evidentemente non ? possibile effettuare (perch? sarebbe antieconomico ed inefficiente) impegnando operatori dedicati a questo genere di ispezioni.

L?ispezione continua e regolare delle strade che vengono manutenute con una strategia di riparazioni dove serve, sarebbe realisticamente possibile solo potendo disporre di strumenti che automatizzino le ispezioni.

Ma anche l?automatizzazione delle ispezioni, che in teoria pu? essere progettata mediante l?impiego di opportuni sistemi, in pratica non ? una strategia facilmente attuabile, perch? anche l?automatizzazione deve sottostare a certi requisiti di economicit? e semplicit? d?impiego: cosa non banale, dato che le reti stradali sono estremamente estese e ramificate, e non ? pensabile di infrastrutturarle con una rete di sensori fissi, o comunque con sistemi articolati e distribuiti, che risulterebbero troppo complessi da gestire.

Una prima osservazione che pu? essere evidenziata rispetto al problema della manutenzione del manto stradale, ? che le strade urbane sono normalmente manutenute mediante la strategia di interventi non pianificati e volti a riparare i casi di deterioramento man mano che si verificano: ? quindi esperienza comune quella di sperimentare, nei tragitti urbani, strade piene di rattoppature e sostanzialmente dissestate. Tipicamente, un rifacimento della pavimentazione delle strade urbane viene effettuato solo in particolari circostanze, spesso accorpando l?intervento con altri lavori (ad esempio installazione di sottoservizi); ma anche in tali casi, non sempre si provvede ad un rifacimento completo, ed ? pi? frequente che vengano riasfaltate solo alcune corsie della strada, quelle su cui si sono effettuati i lavori. Quindi, gi? solo l?ispezione continua delle strade urbane coprirebbe una parte significativa della quota di rete stradale che viene manutenuta con una metodologia che prevede riparazioni man mano che i deterioramenti si palesano.

Una seconda osservazione consiste nel fatto che le strade urbane sono normalmente percorse da un significativo numero di veicoli che sono in qualche modo collegabili con l?amministrazione comunale: mezzi pubblici, taxi, auto della polizia locale, mezzi della nettezza urbana, eccetera.

Tali veicoli percorrono con regolarit? gran parte delle strade urbane e, tipicamente, non fanno spostamenti extraurbani (o li fanno raramente): potrebbero pertanto essere sfruttati, eventualmente con accordi specifici, qualora non si tratti di mezzi direttamente gestiti dall?amministrazione urbana, come ad esempio i taxi, per montare su di essi un dispositivo idoneo ad acquisire i dati necessari per effettuare un?analisi automatica dello stato del manto stradale delle strade che stanno percorrendo.

L?idea di eseguire ispezioni automatiche della sede stradale attraverso un dispositivo montato su un veicolo che percorre tale strada ? un?idea gi? sfruttata con successo nel caso delle strade ferrate, o ferrovie.

Le ferrovie, infatti, richiedono anch?esse manutenzione, perch? eventuali danneggiamenti ad un binario o irregolarit? nel distanziamento tra binari potrebbero comportare incidenti ferroviari anche gravi; soprattutto nel caso di treni che percorressero il tratto danneggiato ad alta velocit?: ispezioni di questo tipo, ad esempio, permettono di fissare i limiti di velocit? che consentono ai treni di viaggiare in assoluta sicurezza.

Il monitoraggio dello stato di una ferrovia ? tuttavia molto diverso dal monitoraggio dello stato di un manto stradale. Infatti, le ferrovie sono un sistema estremamente normato, hanno misure predeterminate e fisse, e requisiti meccanici altrettanto precisi. In altre parole, l?ispezione deve semplicemente verificare che certi parametri siano rispettati.

Le strade per la circolazione di veicoli su gomma, invece, e quelle urbane in modo particolare, sono estremamente varie, spesso presentano tipologie di asfalto diverse, o alternano differenti tipologie di pavimentazione. A volte, sulle strade sono posizionati volutamente dei dislivelli che fungono da dissuasori ad aumentare la velocit?; per non parlare delle diverse larghezze delle strade, della presenza di tombini di ogni tipo e della di segnalazione orizzontale, pi? o meno standardizzata, che si trova dipinta sulle strade stesse, e che contribuisce a rendere estremamente vario l?aspetto visivo della superficie di una strada urbana.

Anche le tipologie di difetto che possono presentarsi sulle strade sono molto diverse tra loro, cosicch? il problema di riconoscere un principio di deterioramento ?, effettivamente, un problema di notevole complessit?, soprattutto se si punta ad eseguire ispezioni automatiche con buone prestazioni sia in termini di riconoscimenti corretti, e sia nella capacit? di identificazione di tutti i deterioramenti, anche quelli meno evidenti, ma che sono destinati ad ingrandirsi velocemente. Infatti, il vantaggio pi? significativo di disporre di un riconoscimento automatico consiste proprio nella possibilit? di intervenire precocemente, ossia su deterioramenti che possono essere riparati con efficacia ed in modo duraturo, a differenza di quanto avviene quando le riparazioni sono tardive, e finiscono per risultare una sorta di toppa, esteticamente poco gradevole, e destinata a durare di meno.

L?arte nota, in effetti, non sembra offrire dispositivi da installare su veicoli che possano svolgere efficacemente un?accurata ispezione sullo stato di una pavimentazione stradale per veicoli su gomma, e che rilevino l?informazione velocemente mentre il veicolo su cui sono installati percorre la strada.

Alcuni dispositivi similari, che possono essere considerati l?arte nota pi? vicina ad affrontare un problema di questo tipo, sono dei sensori concepiti per essere montati sui mezzi operatori che eseguono le asfaltature. In genere, lo scopo di tali sensori ? quello di verificare se la posa del manto di asfalto ? stata eseguita correttamente, con gli spessori corretti e con la giusta compattezza.

Ad esempio, in US 20220256976 A1 [?Method for assessing the amount of rolling required at achieve optimal compaction of pre-rolled asphalt pavement? ?

viene proposto un dispositivo basato su tecnologia LIDAR (?Laser Imaging Detection And Ranging? o anche ?LIght Detection And Ranging?) che misura la compattezza di una stesa di asfalto immediatamente prima e dopo il passaggio di un macchinario a rulli per la pressatura dell?asfalto appena posato. In US 5952561 A [?Real time asphalt pavement quality sensor using a differential approach? ? viene proposto un dispositivo analogo al precedente, solo che il sensore di compattezza si basa su tecnologie pi? semplici (che non vengono nemmeno specificate, essendo possibile realizzare il sensore con un?ampia variet? di trasmettitori di onde elettromagnetiche o acustiche). L?obiettivo ? sempre quello di comunicare all?operatore che guida la macchina a rulli per pressare l?asfalto, se la compattazione ? sufficiente, o se ? necessario apportare delle correzioni al processo di rullatura.

In WO 2021146581 A1 [?Foamed glass aggregate layer compaction? ?

viene proposta l?applicazione della tecnologia dei sensori LIDAR sempre per misurare la compattezza di un materiale aggregato a base di vetro espanso (quindi un materiale diverso dall?asfalto, ma anch?esso usato per effettuare pavimentazioni).

In US 10938099 B1 [?Surface dielectric measurement method and apparatus? ? viene indicato un dispositivo per calcolare il dielettrico di una superficie (il caso d?uso tipico ? una superficie asfaltata) in un contesto che non sia di laboratorio, quindi idoneo ad effettuare misure sul campo. Il dispositivo si basa sull?analisi di riflessione di opportune onde elettromagnetiche e si propone come sensore alternativo per valutare alcune propriet? di una superficie asfaltata. Tuttavia, bench? possa essere impiegato per arricchire l?analisi di un manto stradale, non ? certo un sensore idoneo a restituire informazioni esaustive sullo stato di deterioramento di una stesa d?asfalto, semmai potrebbe essere utile per rilevare la composizione dell?asfalto, e per effettuare eventuali verifiche sui materiali usati.

In definitiva, si pu? concludere che le analisi condotte con tecniche note sullo stato di una pavimentazione stradale, e che possono essere effettuate pi? o meno automaticamente servendosi di sensori montati su mezzi che percorrono la strada stessa, sono analisi ancora troppo specifiche. O trovano applicazione limitatamente al contesto del processo di asfaltatura, o sono idonee a rilevare solo alcune specifiche caratteristiche di un manto stradale.

Per riuscire invece ad individuare automaticamente principi di deterioramento per usura di un manto stradale, che, come argomentato in precedenza, possono presentarsi in modi molto vari, serve invece disporre di un dispositivo di nuova concezione che si avvalga di una pluralit? di tecnologie di sensori, e che sfrutti in modo sostanziale anche tecniche di intelligenza artificiale per poter riconoscere deterioramenti molto diversi tra loro per forma, dimensione e tipologia.

Non sfugge infatti che, allo stato dell?arte, il compito di analizzare un principio di deterioramento di un manto stradale ? ancora un compito percepito per essere svolto da un operatore esperto, capace di fare valutazioni su casistiche sempre diverse. Il ricorso all?intelligenza artificiale, nella sua accezione classica, ovvero una tecnologia capace di eseguire compiti che allo stato dell?arte sono affidati all?uomo, ? pertanto la strada che apparentemente deve essere obbligatoriamente seguita in questo contesto.

Dunque, se si sposa la convinzione che l?ispezione automatica dello stato di una pavimentazione stradale ? un compito da affrontare con strumenti di intelligenza artificiale, il vero problema da affrontare ? quello di acquisire una conoscenza informatica adeguata, di una casistica ampia dei possibili deterioramenti che possono generarsi nelle varie tipologie di pavimentazioni stradali.

Scopo e sintesi dell?invenzione

Lo scopo generale della presente invenzione ? quello di indicare un dispositivo di rilevazione da montare su un veicolo idoneo a percorrere una strada per il transito di veicoli su gomma, e che sia predisposto per acquisire in tempo reale dati di varia natura sul manto stradale, al fine di valutarne lo stato di degrado.

Il requisito di tempo reale, in realt?, ? da intendersi come un requisito di velocit? di acquisizione. Infatti, se l?obiettivo ? quello di montare il dispositivo secondo l?invenzione su veicoli adibiti anche ad altre funzioni, la velocit? di acquisizione deve tener conto che la velocit? di marcia del veicolo ? quella che il veicolo tiene durante la sua tipica operativit?: infatti, il conducente del veicolo non deve essere costretto a regolare la velocit? per adeguarsi alle esigenze di acquisizione del sensore. In sostanza, per offrire un parametro quantitativo, si pu? affermare che la velocit? di acquisizione deve essere tale che i dati possano essere raccolti (risultando sufficientemente dettagliati) anche da un veicolo che marcia alla velocit? di 50 Km/h.

Tra i dati che devono essere raccolti devono essere compresi anche dati esplicitamente espressivi di quelle caratteristiche che in genere sono considerate da un esperto umano che analizza lo stato di un manto stradale. In particolare deve poter essere acquisita almeno la forma della superficie del manto stradale, nonch? altri dati rappresentativi del materiale a prescindere dalla sua forma, ma anche un?immagine della superficie stradale che sia consultabile visivamente, dato che l?ispezione visiva ? la principale fonte di analisi per un operatore umano.

Infine, il dispositivo deve essere associato a mezzi di memoria e di calcolo, in modo che i dati acquisiti in tempo reale possano essere analizzati in un secondo tempo, o elaborati per riconoscervi la presenza di un deterioramento che necessita di un intervento di ripristino.

Si osserva che l?elaborazione dei dati acquisiti non deve necessariamente essere in tempo reale e, in linea di principio, pu? essere condotta anche fuori-linea.

Gli scopi prefissati per questa invenzione sono raggiunti mediante un dispositivo di rilevazione adatto ad essere installato su un veicolo di servizio, e dotato di una pluralit? sensori rivolti verso la pavimentazione della strada dove detto veicolo di servizio circola;

essendo detto dispositivo di rilevazione caratterizzato dal fatto che comprende almeno:

? un sensore scannerizzatore di forma, predisposto per acquisire una rappresentazione informatica della forma della superficie della pavimentazione stradale sopra cui circola detto veicolo di servizio,

? un sensore ottico, predisposto per acquisire immagini digitali della superficie stradale, relative ad una zona della pavimentazione stradale di cui ? disponibile detta rappresentazione informatica della forma della superficie, acquisita per mezzo del sensore scannerizzatore indicato al punto precedente,

? mezzi di memoria idonei a memorizzare tutti i dati acquisiti mediante i sensori compresi in detto dispositivo di rilevazione.

Inoltre, detto dispositivo di rilevazione ? associato a mezzi di localizzazione, idonei a fornire una georeferenziazione dei dati memorizzati su detti mezzi di memoria, ed acquisiti mediante i sensori compresi in detto dispositivo di rilevazione.

Il principale vantaggio della presente invenzione consiste nel fatto che i suoi insegnamenti sono essenziali per realizzare un dispositivo che permette di acquisire i dati che sono fondamentali per poter effettuare un?analisi di una pavimentazione stradale, e per riscontrare la presenza di deterioramenti su cui sarebbe opportuno intervenire con delle riparazioni tempestive.

Inoltre, tali dati sono analizzabili fuori-linea sia da un operatore esperto e sia da strumenti automatici basati su tecniche di intelligenza artificiale, addestrati o programmati sulla base di insiemi campione, costituiti da analisi condotte da operatori esperti.

Questa invenzione presenta anche ulteriori vantaggi, che risulteranno pi? evidenti dalla descrizione seguente, da un esempio di realizzazione pratica che illustra ulteriori dettagli, dalle rivendicazioni allegate che formano parte integrante della presente descrizione, e dalla Figura 1 allegata in cui ? raffigurato uno schizzo di un?auto di servizio sulla quale ? stato montato un dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione.

Descrizione dettagliata e varianti

Alla base dell?invenzione vi ? l?intuizione di sfruttare alcune tecnologie di recente sviluppo che mettono a disposizione sensori per applicazioni su larga scala, e che permettono di acquisire una rappresentazione informatica della conformazione tridimensionale di una superficie.

Si tratta di tecnologie integrabili in dispositivi di piccole dimensioni, abbastanza leggeri, robusti meccanicamente, e a basso consumo; e, grazie a queste caratteristiche meccaniche, ? possibile effettuare una sorta di scannerizzazione tridimensionale di una superficie stradale semplicemente facendo scorrere tali sensori sopra la strada di cui si intende acquisire la conformazione superficiale. La presente invenzione ? stata sperimentata con successo integrando almeno due tipologie di tali sensori, che sfruttano due principi diversi.

Un primo sensore, che pu? essere impiegato con buoni risultati, sfrutta la tecnologia dei sensori LIDAR (?Laser Imaging Detection And Ranging? o anche ?LIght Detection And Ranging?). La rappresentazione informatica acquisita con sensori LIDAR vettoriali ? notevolmente precisa e con ottima definizione, essendo la definizione evidentemente regolabile in funzione della numerosit? di sorgenti laser di cui si compone il sensore vettoriale impiegato. Oltre alla pura conformazione tridimensionale della superficie sottostante, nel caso in cui si analizzino anche le variazioni di intensit? del raggio laser riflesso, i sensori a tecnologia LIDAR sono impiegabili anche per acquisire ulteriori misure, espressive di alcune altre propriet? del materiale superficiale; ad esempio sfruttando tali ulteriori misure si pu? inferire la rigidit? / elasticit? del manto stradale.

Un secondo sensore sperimentato con risultati molto promettenti utilizza la cos? detta tecnologia ToF (Time of Flight) [cfr. anche https://www.terabee.com/time-offlight-principle/], in cui non si sfrutta la riflessione di raggi laser come nei sensori laser, ma di una combinazione di altre onde con ampiezza di diffusione maggiore, cosicch? e possibile scannerizzare superfici abbastanza ampie senza dover ricorrere a matrici, o vettori, con un numero troppo elevato di sorgenti emettitrici. Questa tecnologia consente di realizzare sensori molto compatti ed economici, anche se la definizione di scannerizzazione ? inferiore a quella che pu? essere ottenuta con sensori vettoriali a tecnologia LIDAR. Si ? potuto in ogni caso appurare che i dati acquisiti con sensori a tecnologia TOF sono comunque, anch?essi, utilizzabili proficuamente per l?applicazione considerata.

In definitiva, a prescindere dalla tecnologia usata, si pu? affermare che esistono e sono utilizzabili nel contesto applicativo della presente invenzione vari sensori di conformazione superficiale che, montati su un veicolo in corsa, e rivolti verso il basso, acquisiscono velocemente moltissimi dati di distanza tra il sensore e la superficie verso cui sono puntati. La velocit? di acquisizione di questi sensori ? tale che possono essere raccolti dati in quantit? sufficiente per ricostruire una rappresentazione matematica della conformazione tridimensionale della superficie stradale sottostante.

Naturalmente la ricostruzione di detta conformazione tridimensionale della superficie stradale richiede la conoscenza della velocit? di traslazione del sensore sopra la superficie, nonch? la georeferenziazione precisa del dispositivo di rilevazione. Questi dati sono facilmente reperibili, e possono essere ricavati per mezzo di specifici componenti integrati nel dispositivo di rilevazione stesso (ad esempio accelerometri e ricevitori GPS), oppure possono essere acquisite dal veicolo (dato che l?informazione di velocit? e posizione pu? essere disponibile anche a bordo del veicolo su cui il dispositivo di rilevazione ? montato).

Si precisa che gli esempi di sensore sopra citati, sono stati menzionati solo perch? si sono rivelati adatti all?applicazione alla prova dei fatti. Non si esclude, evidentemente, che per? l?invenzione possa essere implementata anche con sensori basati su altre tecnologie.

Assieme all?acquisizione della rappresentazione informatica della conformazione tridimensionale della superficie, il dispositivo di rilevazione insegnato nella presente invenzione raccoglie anche altre informazioni sul tratto di strada scannerizzato, tra cui anche un?immagine nel campo del visibile.

L?acquisizione di un?immagine nel campo nel visibile ? naturalmente possibile grazie all?ampia disponibilit? di sensori ottici, che sono oggetti di larghissimo consumo in quanto sono il componente essenziale delle telecamere e delle fotocamere digitali oramai integrate in qualsiasi terminale radiomobile personale, nonch? in ogni computer portatile, ed in numerosi altri oggetti di uso comune.

Il dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione integra quindi anche una telecamera nel campo del visibile, montata in modo che il suo puntamento sia rigido rispetto al puntamento del sensore di scannerizzazione, in modo da poter allineare la scannerizzazione tridimensionale all?immagine ottica.

Altri accorgimenti utili nell?integrazione di detta telecamera ottica possono prevedere delle lampade che provvedono ad illuminare omogeneamente la superfice da riprendere, adattandosi alle varie e diverse condizioni di illuminazione naturale.

La disponibilit? di immagini nel visibile ? essenziale per consentire un?analisi dei dati fuori-linea, anche da parte di un operatore umano. Tale analisi condotta dall?operatore umano, oltre ad essere utile e vantaggiosa in s?, perch? consente l?ispezione senza la necessit? che l?operatore si rechi sul posto, ? importante anche perch? permette di costruire un campione di addestramento per un sistema di analisi basato su strumenti di intelligenza artificiale, ad esempio su reti neurali. L?importanza delle ispezioni condotte da un operatore esperto ? fondamentale se si intende pervenire ad un sistema automatico che impiega strumenti di intelligenza artificiale. Pertanto, il dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione ? importante per due motivi distinti:

- sia in quanto strumento essenziale per eseguire le ispezioni automaticamente, - ma anche in quanto permette di costruire una base dati di addestramento, per implementare strumenti di intelligenza artificiale che, oltre alle ispezioni, automatizzino anche le analisi, e le conclusioni che da tali analisi si devono trarre.

Infatti, l?ispezione visiva eseguita dall?operatore associa ai dati rilevati da detto dispositivo di rilevazione un esito di valutazione, grazie al quale ? poi possibile costruire un insieme di coppie ingresso/uscita, in cui:

A. l?ingresso ?, a sua volta, un insieme di dati costituito da

- un?immagine nel campo del visibile relativa ad un tratto di superficie stradale, - associata ad altri dati relativi al medesimo tratto di superficie stradale, opportunamente georeferenziato, ed acquisiti tramite altri sensori integrati in detto dispositivo di acquisizione, tra cui ? compreso un sensore idoneo ad acquisire una rappresentazione tridimensionale della conformazione superficiale di detto tratto di superficie stradale,

B. l?uscita ? un esito valutativo, espresso da detto operatore esperto, che attesta la presenza o meno di un deterioramento del tratto di superficie stradale considerata.

In forme di implementazione particolarmente accurate l?esito valutativo non si limita all?informazione essenziale relativa alla presenza o meno di deterioramento, ma propone anche ulteriori informazioni circa il tipo di deterioramento ed il tipo di intervento raccomandato.

In ogni caso, ai fini dell?addestramento di uno strumento di intelligenza artificiale, giova sottolineare come anche la semplice individuazione della presenza di un difetto, possa costituire un risultato di grandissimo valore se questo pu? essere conseguito automaticamente e con buona affidabilit?.

Infatti, ? assolutamente soddisfacente, nel contesto di un processo di manutenzione delle strade, gi? molto virtuoso, fornire ad un operatore le segnalazioni di tutti i principi di deterioramenti, corredate di immagini (oltre che delle altre informazioni raccolte dagli altri sensori integrati nel dispositivo di rilevazione), affinch? quest?ultimo possa provvedere di conseguenza. Si noti che all?operatore viene risparmiata la parte pi? onerosa del lavoro, che consiste nella ricerca, sul campo, delle situazioni che necessitano di intervento; questa parte del suo lavoro ispettivo pu? essere svolta automaticamente, e l?operatore ? chiamato solo ad esaminare casi gi? individuati, lavorando comodamente nel suo ufficio, e disponendo di tutte le informazioni necessarie.

? interessante osservare che detto sistema di analisi basato su strumenti di intelligenza artificiale, opera su una maggiore variet? di dati rispetto all?operatore umano, che valuta essenzialmente sulla base di ci? che vede (cio? sulla base di immagini).

Questo spiega anche il perch? il dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione, in casi di applicazione reale, e nel caso di implementazioni basate sull?impiego di reti neurali, si sia dimostrato addestrabile con relativa facilit?. Infatti, la rete neurale poteva avvalersi anche di altre informazioni, estremamente rappresentative della presenza di deterioramenti, e, tra queste, particolarmente significative sono le ricostruzioni tridimensionali della conformazione della superficie stradale. Si osserva infatti che il riconoscimento di immagini ? uno dei numerosi compiti che possono essere affidati ad una rete neurale, ma si tratta di un compito assai difficile in contesti poco controllati (cio? nel caso di immagini molto varie), e quindi la possibilit? di sfruttare altre informazioni risulta davvero decisiva per ottenere prestazioni di ottimo livello nell?esecuzione delle ispezioni considerate nel contesto della presente invenzione.

Estendendo questo concetto, il dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione pu? trarre sicuro beneficio dall?integrare una grande variet? di sensori idonei ad effettuare anche altre rilevazioni aggiuntive rispetto alla rilevazione della forma, ad esempio rilevando la composizione del materiale superficiale.

Ad esempio se un pezzo di asfalto si ? staccato dal manto, non solo si forma un dislivello in corrispondenza dell?asfalto mancante (rilevabile con il sensore scannerizzatore), ma anche il materiale che si presenta in superficie, nella zona del distacco, ? diverso dall?asfalto di cui ? costituito il manto stradale integro: dato, quest?ultimo, rilevabile impiegando anche altri eventuali sensori.

Un altro esempio di sensori, che forniscono certamente indicazioni correlabili con le condizioni della pavimentazione stradale, e anche questi di facile reperibilit?, sono sensori di vibrazione

Pertanto, diverse composizioni di sensori compresi nel dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione possono dar luogo a molte diverse forme di implementazione della presente invenzione. Si nota, in ogni caso, che la sensoristica essenziale basata su un sensore scannerizzatore (preferibilmente in tecnologia LIDAR o in tecnologia ToF) ed un sensore ottico costituisce una dotazione gi? oggi matura, disponibile a costi contenuti, e sufficiente ad implementare l?invenzione.

Esistono tuttavia anche altre tecnologie, in particolare si segnalano tecnologie che consentono di realizzare sensori capaci di rilevare dati sulla struttura interna dei materiali. Tali ulteriori sensori, che sono in parte gi? disponibili, ed in parte oggetto di sviluppi o di messa a punto, potrebbero essere integrati nel dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione, non appena si verifichino condizioni di convenienza, portando certamente un significativo beneficio alle analisi che possono essere fatte avvalendosi del dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione.

Come detto, tale dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione ? associato ad un sistema di analisi computerizzato che usa strumenti di intelligenza artificiale. Di conseguenza detto dispositivo ? predisposto per produrre dati ed informazioni in un formato adatto ad essere elaborato mediante opportuni strumenti software che effettuano l?analisi automatica delle strade ispezionate, e tali strumenti software che si avvalgono di tecniche di intelligenza artificiale, producono veri e propri esiti di analisi in cui si attesta la necessit? o meno di eseguire un intervento di ripristino in un punto della pavimentazione stradale di una rete stradale urbana.

Si osserva che il ricorso a reti neurali, come strumento centrale di riferimento per implementare il motore decisionale di intelligenza artificiale, ? una delle opzioni possibili, infatti, possono essere programmati anche altri motori decisionali, soprattutto nel caso in cui il dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione disponga di una molteplicit? di sensori particolarmente ricca. Ad esempio, disponendo di una classificazione accurata di tutti i possibili degradi che possono occorrere su di una pavimentazione stradale, e individuando pattern di caratteristiche fisiche, di forma o di materiale, tipiche (ed esclusive) di ciascuna tipologia di degrado, lo strumento di rilevazione potrebbe basarsi su un motore decisionale che esegue semplicemente una ricerca di tali pattern, la cui programmazione appare relativamente semplice.

In Figura 1 ? raffigurata, in forma di schizzo, una possibile modalit? di montaggio di un dispositivo di rilevazione secondo gli insegnamenti della presente invenzione. Con il numero 200 ? indicato un generico veicolo di servizio (del quale ? mostrata solo la parte posteriore) e con il numero 100 ? indicato detto dispositivo di rilevazione.

Da Figura 1 si pu? apprezzare come, in realt?, il montaggio possa essere effettuato in modo abbastanza semplice utilizzando, ad esempio, la parte posteriore del veicolo 200, applicandovi una struttura di sostegno, indicata con il numero 110, simile a quelle che a volte vengono utilizzate per agganciare alla parte posteriore dei veicoli dei portapacchi. Tale struttura di sostegno 110 permette di agganciarvi il dispositivo di rilevazione 100 vero e proprio, il quale ha la forma di una barra orizzontale posizionata sopra la pavimentazione stradale, in modo che sensori, telecamere e lampade possano essere orientati appropriatamente sopra il tratto di pavimentazione stradale che compare dietro l?auto di servizio 200 dopo che quest?ultima vi ? passata sopra; ossia proprio il tratto di pavimentazione dove effettivamente passano i veicoli

Come si pu? vedere dal disegno di Figura 1, il montaggio di un dispositivo di rilevazione 100 di questo tipo ? assai semplice e non pone particolari vincoli di spazio per integrarvi tutti i componenti di cui necessita, dato che sulla struttura di sostegno 110 e, in particolare, sull?elemento a forma di barra che costituisce il dispositivo di rilevazione 100, possono essere evidentemente montati molti componenti e diversi tipi di sensore.

Modalit? di aggancio simili a quella mostrata in Figura 1 sono chiaramente possibili, utilizzando eventualmente anche la parte anteriore del veicolo, o montando il dispositivo di rilevazione 100 pi? in basso, cos? da renderlo meno appariscente.

Considerazioni conclusive

In conclusione, il dispositivo di rilevazione oggetto dell?invenzione ? un elemento chiave, apparentemente indispensabile, per avviare un processo che conduca verso l?automatizzazione delle ispezioni, condotte in maniera sistematica e continua, sullo stato di una pavimentazione stradale.

Un certo numero di tali dispositivi, infatti, possono essere installati su una moltitudine di veicoli di servizio e, come primo risultato, quantomeno sgravano gli operatori dall?onere di recarsi fisicamente sulle strade da controllare, consentendo di eseguire le varie ispezioni dall?ufficio sulla base di informazioni decisamente esaustive. I dati rilevati, inoltre, si prestano a sviluppare ulteriori strumenti di analisi basati su strumenti di intelligenza artificiale per approdare a processi di ispezione sempre pi? automatizzati, almeno fino al rilevamento dei punti precisi in cui ? necessario, o opportuno, intervenire per manutenere la pavimentazione stradale.

Nella descrizione del dispositivo di rilevamento proposto, si ? ampiamente argomentato di come si tratti di un?invenzione che per sua natura si presta ad affinamenti continui, ed al rilascio di versioni con prestazioni sempre migliori, aggiungendo sensori per rilevare dati sempre pi? esaustivi sullo stato delle pavimentazioni ispezionate, e proponendo strumenti decisionali (basati su tecniche di intelligenza artificiale), sempre pi? affidabili e completi. Fino ad arrivare a strumenti in grado di individuare precisamente la tipologia di manutenzione da eseguire e, a questo punto, in grado anche di pianificare l?intervento fisico effettivo. Oltre alle varianti implementative di cui si ? detto, deve essere segnalata anche la possibilit? di realizzare il dispositivo in forme esteriori e dimensioni diverse; inoltre sono possibili diverse soluzioni per implementare anche il sistema di accoppiamento predisposto per il montaggio del dispositivo stesso sul veicolo di servizio. Queste ultime varianti possono avere una certa importanza sotto il profilo estetico, evitando di rendere troppo appariscente la dotazione che deve essere applicata al veicolo. Accortezze in questo senso potrebbero risultare di un qualche interesse, ad esempio, per montare il dispositivo sui taxi, i quali, essendo veicoli privati, ? bene che non vengano troppo appesantiti, anche dal punto di vista esteriore.

Inoltre, importanti varianti per la presente invenzione possono risultare legate anche a come evolver? il concetto di ?smart city?.

? ormai ampiamente condivisa la visione secondo cui le citt? del futuro, anche prossimo, saranno infrastrutturate in modo da incorporare una moltitudine di dispositivi di comunicazione e di rilevazione e di monitoraggio.

Nel contesto di tali scenari ? certamente possibile prevedere l?integrazione del dispositivo di rilevazione secondo l?invenzione nei sistemi pi? ampi che caratterizzeranno le cos? dette ?smart city?, quindi, soprattutto nel contesto di scenari evolutivi, al momento imprevedibili, l?invenzione si presta ad incorporare e supportare ulteriori sforzi di sviluppo e perfezionamento, capaci di migliorare, o aumentare, le prestazioni del sistema descritto. Oppure tali perfezionamenti potrebbero essere funzionali ad aumentare le prestazioni di altri sistemi attivi nel contesto delle ?Smart city?.

Quindi, sviluppi ulteriori potrebbero 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 (5)

TITOLO: SISTEMA PER IL MONITORAGGIO DELLO STATO DELLA PAVIMENTAZIONE DI STRADE CARREGGIABILI RIVENDICAZIONI

1. Un dispositivo di rilevazione (100) adatto ad essere installato su un veicolo di servizio (200), e dotato di una pluralit? sensori rivolti verso la pavimentazione della strada dove circola detto veicolo di servizio (200);

essendo detto dispositivo di rilevazione (100) caratterizzato dal fatto che comprende almeno:

a. un sensore scannerizzatore di forma, predisposto per acquisire una rappresentazione informatica della forma della superficie della pavimentazione stradale sopra cui circola detto veicolo di servizio (200), b. un sensore ottico, predisposto per acquisire immagini digitali della superficie stradale, relative ad una zona della pavimentazione stradale di cui ? disponibile detta rappresentazione informatica della forma della superficie, acquisita per mezzo del sensore scannerizzatore indicato al punto precedente,

c. mezzi di memoria idonei a memorizzare tutti i dati acquisiti mediante i sensori compresi in detto dispositivo di rilevazione;

inoltre, detto dispositivo di rilevazione (100) ? associato a mezzi di localizzazione, idonei a fornire una georeferenziazione dei dati memorizzati su detti mezzi di memoria, ed acquisiti mediante i sensori compresi in detto dispositivo di rilevazione (100).

2. Dispositivo di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto sensore scannerizzatore di forma comprende un sensore vettoriale a tecnologia LIDAR (Laser Imaging Detection And Ranging).

3. Dispositivo di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 in cui detto sensore scannerizzatore di forma comprende un sensore vettoriale a tecnologia ToF (Time of Flight).

4. Dispositivo di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 in cui sono integrate delle lampade predisposte per illuminare omogeneamente la superficie della pavimentazione della strada verso la quale sono rivolti i sensori di cui ? dotato detto dispositivo di rilevazione (100).

5. Dispositivo di rilevazione (100) secondo la rivendicazione 1 configurato per operare in associazione ad un sistema di analisi computerizzato, che usa strumenti di intelligenza artificiale, e a sua volta configurato per generare esiti di analisi in cui si attesta la necessit? o meno di eseguire un intervento di ripristino in un punto della pavimentazione stradale strada dove circola detto veicolo di servizio (200).