Sicurezza on the road

Con i due programmi SHM (structural health monitoring) e STIG (sistema telecontrollo impianti in galleria), Anas ha messo in opera una rete tecnologica per il monitoraggio di ponti, viadotti, strade e gallerie, con l’obiettivo di implementare la sicurezza dei trasporti e prevenire il rischio legato a degrado e movimenti tellurici.

Viaggiare in sicurezza è un aspetto fondamentale per Anas (società del Polo Infrastrutture del Gruppo FS Italiane): in particolare, i sensori giocano un ruolo chiave nell’assicurare che gli spostamenti siano sicuri. In un mondo di competizione e difficoltà crescenti, i sistemi di sensori intelligenti (anche integrati con altre tecnologie di rilevamento satellitare) sono la nuova efficace risorsa per garantire altresì la sicurezza di ponti e infrastrutture, perché permettono di rilevare, misurare e raccogliere, in maniera tempestiva, numerosi parametri che, correlati ed elaborati con moderne tecniche, possono alimentare processi per l’analisi del rischio e la prevenzione dei danni, ma soprattutto supportare la gestione delle criticità e razionalizzare i costi di manutenzione.

I dati come supporto decisionale

Negli ultimi anni, si è assistito a un forte progresso tecnologico nel campo della sensoristica dedicata a tematiche ambientali, territoriali e di viabilità. La maggiore varietà di dispositivi presenti sul mercato ha determinato una diminuzione dei loro costi, che a sua volta ha favorito una più consistente diffusione di tali strumenti. A oggi, vengono sempre più spesso utilizzati i sensori dinamici di pressione e forza e gli accelerometri standard e impermeabili, poiché permettono da remoto non solo di misurare ma anche di raccogliere dati, strutturandoli e analizzandoli in modalità continua al fine di tradurli in conoscenza che possa guidare verso decisioni sempre più efficaci.

L’osservazione da satellite può, a sua volta, generare dati di rilevamento come i movimenti del suolo (un esempio è il programma europeo di osservazione della Terra Copernicus) e rilevare e monitorare il terreno instabile, contribuendo a migliorare la sicurezza delle infrastrutture stradali a livello nazionale. Tutto ciò ha permesso di poter accedere a numerosi dati dinamici, potenzialmente interrogabili in tempo reale e quindi in grado di fornire diversi quadri conoscitivi.

Proteggere la sicurezza delle infrastrutture attraverso queste soluzioni avanzate significa aiutare a prevenire i danni e ridurre i rischi, ma anche ottimizzare la pianificazione delle vie stradali in modo efficiente e sostenibile, con attenzione al monitoraggio. L’Italia, infatti, è particolarmente soggetta a movimenti imprevisti del suolo, tra cui frane, terremoti e smottamenti.

Evitare o attenuare le conseguenze di tali eventi pone sfide significative per la progettazione, la costruzione e la manutenzione delle infrastrutture stradali: progettare e costruire strade infatti significa prendere in considerazione che i movimenti in atto nel terreno possono influenzare l’opera. L’aumento del traffico in determinati orari o periodi dell’anno, a sua volta, può compromettere la sicurezza della circolazione e la tenuta di certe infrastrutture (per esempio, ponti, viadotti e gallerie) costruite in tempi in cui l’impatto del traffico era diverso.

In questo specifico settore, i dati che provengono dai sistemi di monitoraggio offrono un eccellente sistema di supporto alle decisioni, permettendo di migliorare la sicurezza globale delle infrastrutture, ma anche della circolazione in determinati territori.

Abbiamo raggiunto Mauro Giancaspro, direttore Technology, Innovation & Digital Spoke di Anas, per comprendere gli obiettivi e gli impegni della società per garantire la sicurezza delle infrastrutture - e quindi dei viaggiatori.

Infrastrutture sotto monitoraggio

«Il primario obiettivo di Anas - spiega Giancaspro - è quello di garantire l’esercizio in sicurezza della rete stradale a fronte di una continua variazione della domanda di traffico. Per questo Anas ha attivato una piattaforma sperimentale per il monitoraggio strutturale di alcune opere, utilizzando il paradigma SHM (Structural Health Monitoring).

Si tratta, nel dettaglio, di una metodologia di monitoraggio e analisi continua e a lungo termine di un’opera, volta a fornire, in ogni momento di vita della struttura, una diagnosi del suo stato di salute e una stima del rischio associato all’eventuale processo di degrado individuato».

Nei ponti da monitorare, sono stati installati alcuni sistemi per rilevare la risposta dinamica delle strutture, a seconda della specificità dell’opera, tramite la stima dei parametri modali; sono stati anche previsti sistemi di monitoraggio delle grandezze statiche come deformazioni e inclinazioni.

I sistemi di monitoraggio infrastrutturale installati sono basati su un’architettura modulare, scalare e interoperabile, al fine di adattarsi alle diverse tipologie di dimensione delle opere e ai diversi sistemi di campo installati.

Un sistema tipo è costituito da:

• unità di alimentazione;
• centralina di controllo o gateway, all’interno della quale risiedono le principali componenti hardware e software per la gestione e il controllo del sistema di monitoraggio;
• modulo in grado di monitorare, acquisire, aggregare, storicizzare ed elaborare le informazioni del campo mediante l'impiego di algoritmi di analisi modale;
• sensori di temperatura e sensori statici (come, per esempio, inclinometri ed estensimetri).

Funzionamento della piattaforma

La piattaforma SHM di Anas, che consente di integrare fonti di dati esterne, è una delle componenti principali del sistema di monitoraggio e si presta a un approccio data driven e model based, mentre il suo front end costituisce un unico punto di accesso per:

• governare gli eventi in tempo reale;
• monitorare servizi, processi e asset;
• raccogliere documentazione;
• effettuare analisi;
• gestire eventuali malfunzionamenti, interruzioni e allarmi.

Sulla piattaforma, le attività di monitoraggio, controllo e gestione possono essere distribuite su diversi ambienti, con diverse finalità operative a seconda dei vari territori e delle diverse giurisdizioni territoriali. Le informazioni sono poi rielaborate e riportate su mappe programmate per offrire rappresentazioni bi o tridimensionali.

Attraverso le funzionalità della piattaforma e grazie all’implementazione dello standard di interoperabilità, è possibile:

• selezionare i sensori;
• cambiare la loro configurazione ed eventualmente spegnerli;
• aggiornare il firmware e visualizzare i dati raccolti.

La piattaforma permette, inoltre, di integrarsi con sistemi terzi di videosorveglianza e impianti di pesatura dinamica, associandoli a eventuali allarmi e sollecitazioni rilevati dai sensori in una correlazione tra causa ed effetto. La piattaforma consente anche di rappresentare i risultati delle elaborazioni degli algoritmi di analisi modale e di generare allarmi qualora vengano rilevate delle anomalie nel comportamento della struttura.

I dati raccolti dai sensori di monitoraggio infrastrutturale, oltre a fornire informazioni aggiornate sullo stato di salute delle opere e aumentare i livelli di sicurezza, consentono di definire modelli predittivi di manutenzione e rappresentano una risorsa chiave per guidare le decisioni anche nel caso di rischi ambientali, incidenti e congestione del traffico.

«Per la realizzazione del programma SHM, Anas ha avuto accesso a 275 milioni di euro nell’ambito del fondo complementare connesso al PNRR - racconta Giancaspro - Nel 2022 abbiamo poi dato il via a diverse gare d’appalto, finalizzate a dotare ponti e viadotti della rete Anas di sensori finalizzati al monitoraggio delle strutture». Le attività si svolgono su due piani, quello che riguarda la manutenzione e quello relativo al monitoraggio delle infrastrutture (ponti e viadotti), in merito a cui si è fatta la scelta di installare sensori sulle opere e di avviare programmi di ispezioni standard visive, effettuate da personale specializzato e remotizzate tramite l’utilizzo dei droni.

«Il programma SHM - specifica Giancastro - consente un controllo molto più ampio su tutto il processo di monitoraggio dello stato di salute delle infrastrutture, permettendo la piena integrazione con i protocolli manutentivi attraverso l’utilizzo di una banca dati centralizzata».

Criteri adottati nella selezione delle opere

Nell’ambito del programma SHM, sono state selezionate opere appartenenti alla rete SNIT (Sistema Nazionale Integrato dei Trasporti), che costituiscono la struttura portante del sistema italiano di offerta di mobilità di persone e merci. Tra queste, sono state prese in considerazione in particolare le opere di livello 1 - ovvero le ferrovie e assi di collegamento per le merci, le autostrade, le strade extraurbane principali e alcune strade extraurbane secondarie con le seguenti caratteristiche:

• opere dedicate al transito di veicoli pesanti fino a 44 t;
• opere in esercizio da più di 50 anni;
• opere in calcestruzzo armato precompresso;
• opere con campata maggiore superiore a 20 m;
• opere selezionate sulla base del loro stato secondo modelli ispettivi Anas che prevedono varie tipologie di anomalie (di livello medio, medio-alto, alto);

«Attraverso l’impiego di sistemi e infrastrutture ICT di ultima generazione - ricorda Giancaspro - abbiamo reso più efficiente il processo di ispezione sulle opere. L’utilizzo di quest’innovativa soluzione tecnologica, infatti, ci permette di organizzare, gestire e ottimizzare la mole enorme di dati relativi ai 18.720 ponti e viadotti da ispezionare sul territorio nazionale».

Il piano prevede:

• la messa a punto di un sistema integrato di censimento;
• la classificazione e gestione dei rischi e del monitoraggio dinamico delle infrastrutture;
• la digitalizzazione delle opere;
• la gestione e ottimizzazione di una mole di dati rilevante.

Il piano per le gallerie

«Per quello che riguarda la sicurezza delle gallerie, abbiamo definito e avviato già dal 2018 il programma STIG (Sistema Telecontrollo Impianti in Galleria), che si chiuderà nel 2027, per un investimento di circa 30 milioni di euro - dichiara Giancaspro - Il programma si basa su un sistema di telecontrollo degli impianti per la supervisione delle condizioni di viabilità e la gestione automatizzata degli scenari di rischio.

In quest’ambito, le soluzioni utilizzate a livello nazionale - in dotazione alle SOT (Sale Operative Territoriali) - sono riconducibili principalmente al sistema centralizzato RMT (Road Management Tool) e in particolare al modulo applicativo Smart SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), che consente agli utenti utilizzatori di monitorare, telecontrollare e supervisionare real-time gli impianti e i dispositivi di campo, nonché di attivare scenari per la gestione delle emergenze e della viabilità che possono presentarsi in galleria».

Nel dettaglio, il monitoraggio delle gallerie nel modulo Smart SCADA prevede l’integrazione degli impianti con le seguenti tecnologie:

• PLC (Programmatore a Logica Programmabile) che permette la gestione dell’intera automazione della galleria attraverso la sensoristica installata al suo interno;
• PMV (Pannelli a Messaggio Variabile) e FC (Freccia Croce), ossia dispositivi di canalizzazione per la gestione del traffico e degli eventi che hanno un impatto sulla viabilità;
• sensori di rilevazione delle condizioni della qualità dell’aria, in grado di fornire dei parametri indicatori del grado di inquinamento presente in galleria;
• telecamere AID (Automatic Incident Detection) in grado di rilevare attraverso l’analisi del flusso video possibili situazioni di rischio (per esempio, un pedone in galleria);
• colonnine SOS per il pronto soccorso agli utenti della strada, in grado di gestire le emergenze e contattare tempestivamente i numeri di soccorso (vigili del fuoco, polizia);
• tecnologie di rilevazione incendio in grado di rilevare preventivamente incendi in galleria e attivare le relative procedure di emergenza.

Cosa prevede ANAS per le strade

«Per quanto riguarda le strade, gli investimenti del programma - sottolinea Mauro Giancaspro - sono finalizzati ad accelerare il percorso di innovazione tecnologica e di trasformazione digitale della rete Anas, al fine di accrescere i livelli di sicurezza, resilienza e sostenibilità delle infrastrutture al servizio delle persone e del Paese. La Digital Road Anas, nello specifico, genera, coordina e bilancia un ecosistema di flussi di informazioni il cui valore aggiunto per utenti, road operator e Paese si traduce in una riduzione del tasso di incidentalità e dei tempi di percorrenza, in una riduzione delle emissioni di CO2 e nell’ottimizzazione della manutenzione, grazie anche all’implementazione di processi di data governance e cybersecurity volti a garantire la qualità, la disponibilità, l’integrità e l’affidabilità dei dati».

L’intero programma ha lo scopo di realizzare la trasformazione digitale di 6.700 chilometri di strade entro il 2032, con un impegno economico di 864,1 milioni di euro, di cui attualmente risultano finanziati 275,1 milioni di euro. A oggi sono stati dotati delle tecnologie di cui sopra 314 chilometri di strade, mentre sono in corso di realizzazione cinque Green Island per un investimento totale già prodotto pari a 177 milioni di euro.

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Da tenere sott'occhio

I principali strumenti utilizzati da Anas per il raggiungimento degli obiettivi prefissati in materia di infrastrutture possono offrire spunti alle aziende nazionali che intendono qualificarsi e seguire Anas per conoscere eventuali opportunità e gare.

Ecco alcune aree chiave che possono risultare interessanti:

• Tecnologie innovative: con l’adozione di soluzioni tecnologiche avanzate, come il monitoraggio strutturale, l’intelligenza artificiale e l’IoT, i big data e gli advanced analytics, potrebbero emergere cluster di imprese specializzate in queste tecnologie, che potrebbero offrire servizi di consulenza, sviluppo di software e hardware e integrazione di sistemi per supportare le esigenze di monitoraggio e gestione delle infrastrutture stradali;
• Sostenibilità e mobilità verde: le competenze richieste riguardano la progettazione e l’implementazione di soluzioni di trasporto sostenibile, come veicoli elettrici, infrastrutture di ricarica e servizi di mobilità condivisa. È necessaria la conoscenza delle tecnologie e delle pratiche per la promozione di una mobilità più sostenibile e la capacità di sviluppare soluzioni innovative in quest’ambito;
• Analisi dei dati e intelligenza artificiale: le competenze richieste includono la capacità di analizzare grandi quantità di dati e di applicare tecniche di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per estrarre informazioni significative.

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