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Soluzioni IoT per il monitoraggio ambientale: quali sono e a cosa servono

Il monitoraggio ambientale, ovvero l'osservazione nel tempo dello stato di salute dell'ambiente, non può prescindere da soluzioni IoT, che raccolgono ed elaborano i dati necessari all'analisi. Quali sono le più usate e come funzionano

Il monitoraggio ambientale è definito dalla EEA – Environmental European Agency, l’Agenzia Europea dell’Ambiente, come la “misurazione periodica e/o continua, la valutazione e la determinazione dei parametri ambientali e/o dei livelli di inquinamento, al fine di prevenire effetti negativi e dannosi per l’ambiente. Include anche la previsione di possibili cambiamenti nell’ecosistema e/o nella biosfera nel suo complesso”.

Cos’è e a cosa serve il monitoraggio ambientale

Il monitoraggio ambientale è il processo che raccoglie, misura, confronta e valuta i dati che compongono i valori di riferimento da osservare per stabilire lo stato di salute dell’ambiente e della biosfera. Un processo che si protrae nel tempo, perché la quantità dei dati raccolti deve essere statisticamente rilevante così come l’analisi metodologicamente corretta.

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Il monitoraggio ambientale viene utilizzato sia per analizzare la qualità dell’aria, del suolo, dell’acqua e i livelli di inquinamento nei centri urbani o nei luoghi di lavoro sia come strumento di Valutazione dell’Impatto Ambientale (VIA), la procedura tecnico-amministrativa che accerta la compatibilità ambientale di alcune tipologie di opere che si intendono costruire (D.Lgs. 152/2006 e smi).

L’impatto ambientale è l’insieme degli effetti sia diretti che indiretti, a breve o lungo termine, permanenti o temporanei, positivi o negativi, dovuti ad una modifica dello status quo da parte dell’opera in esame e valutati in termini economici di costi-benefici.

Per le opere soggette a VIA, il monitoraggio ambientale serve prima a quantificare l’impatto previsto, poi a correggere tempestivamente la misura dell’impatto qualora si verifichino “risposte” impreviste da parte dell’ambiente durante la costruzione. Nei centri urbani o nei luoghi di lavoro, serve a calcolare il livello di inquinamento e, quando necessario, prendere opportuni provvedimenti.

monitoraggio ambientale

Quali sono i sistemi IoT più usati per il monitoraggio ambientale

Esistono diversi sistemi IoT che supportano il monitoraggio ambientale: l’Internet of Things consente infatti di raccogliere e scambiare dati provenienti da appositi sensori ed elaborarli con software personalizzati in relazione agli obiettivi di misurazione.

Sistemi integrati

Tra i sistemi integrati IoT più diffusi troviamo le centraline che monitorano la qualità dell’aria e/o la presenza di gas: dotate di processore embedded, collegate via wi-fi o ethernet, raccolgono i dati dei diversi sensori e li trasmettono in cloud, consentendo un accesso da remoto alla configurazione, diagnostica, calibrazione nonché all’esportazione automatica dei dati. Le interfacce intuitive garantiscono l’accesso a dashboard analitiche. Non mancano alert preimpostati al superamento dei valori soglia.

In generale, i sistemi integrati IoT per il monitoraggio ambientale prevedono la raccolta dai sensori specifici solo dei dati utili all’analisi, attraverso architetture computazionali distribuite. Architetture in cui l’elaborazione avviene sia ai margini della rete, ovvero all’interno dello stesso dispositivo IoT, sia a livello di rete LAN, sia in cloud per i calcoli più complessi.

Prima di essere elaborato, il dato viene pulito, filtrato, eventualmente integrato con altre fonti, arricchito. L’elaborazione avviene attraverso algoritmi di AI, generalmente di machine learning, cioè apprendimento automatico, che imparano a riconoscere schemi ricorrenti (pattern) in fase di addestramento. Dopo l’analisi, è il momento dell’archiviazione, centralizzata o distribuita. La visualizzazione dei risultati dell’elaborazione avviene in dashboard intuitive, di supporto alle decisioni anche in casi di emergenza.

Nei progetti più avanzati di quartieri smart city, i sistemi integrati comprendono centrali di monitoraggio meteo ambientale ed energetico, sistemi di irrigazione pubblica ottimizzati e cestini intelligenti con sensori di riempimento che ottimizzano il processo di raccolta dei rifiuti.

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Sensori

I sensori vengono comunemente utilizzati nel monitoraggio ambientale: sensori di temperatura, a contatto o senza, che rilevano e misurano le variazioni di temperatura dell’aria o della temperatura superficiale di liquidi e solidi; sensori di movimento PIR – Passive InfraRed, che rilevano la variazione repentina di temperatura causata da un nuovo ingresso nell’area monitorata; sensori di prossimità, che rilevano la presenza di oggetti, ottimizzano gli impianti di illuminazione e rilevano anomalie in condizioni difficili.

Non mancano i sensori capacitivi, che rilevano il livello di riempimento dei contenitori di liquidi o materiali sfusi; i sensori induttivi, che individuano oggetti ferromagnetici e ne calcolano gli spostamenti; i sensori ottici, che identificano i raggi luminosi e li trasformano in segnali elettronici.

Sensori diversi che si utilizzano per monitorare qualità dell’aria, dell’acqua, del suolo, inquinamento acustico e atmosferico, consumo energetico.

Nei sistemi IoT, i sensori possono essere connessi tra loro tramite fili o reti wireless, ad esempio con la tecnologia LoRaWAN, in cui diventano dei “dispositivi periferici” che dialogano con dei concentratori (gateway) posizionati nell’ambiente. La rete raccoglie i dati dei sensori e li invia in cloud al network server che a sua volta li passa all’application server per renderli disponibili via app o web.

Droni

Un drone, o Aeromobile a Pilotaggio Remoto (APR), è particolarmente adatto al monitoraggio ambientale, specialmente in zone impervie o difficilmente accessibili.

I droni consentono prolungate osservazioni da una prospettiva aerea e in totale sicurezza: dotati di telecamere ad alta definizione e connettività a bassa latenza, permettono l’acquisizione e la trasmissione di immagini in tempo reale.

pilota droni apr

Immagine fornita da Shutterstock

Una caratteristica fondamentale sia nella gestione delle anomalie e delle emergenze come calamità naturali, dissesti idrogeologici, incendi, sversamento di sostanze in acque adiacenti a industrie o abitazioni, sia nel monitoraggio dell’impatto della cementificazione sul suolo, sia nella ricerca di discariche abusive.

Le immagini dei droni possono essere anche a infrarossi grazie alla tecnologia LIDAR – Laser Imaging Detection and Ranging, che affianca al laser uno scanner ottico, un ricevitore e un GPS: i dati vengono prima georeferenziati, quindi trasmessi e archiviati.

Specifici droni contribuiscono a rilevare la presenza di determinati gas nell’aria, quindi, ad esempio, a individuare le perdite dai gasdotti proprio grazie alla spettroscopia di assorbimento laser.

Altri droni supportano il monitoraggio dello stato di salute delle piante: attraverso il Normalized Difference Vegetation Index – NDVI, che sulla base del colore della pianta correla l’attività di fotosintesi, il drone scatta immagini immediatamente utilizzabili per prendere decisioni.

Configurabili con specifici sensori, i droni possono realizzare rilievi tridimensionali del territorio sovrapponendo immagini diverse, che contengono i dati utili a quantificare le diverse tipologie di rischio (alluvionale, incendiario, idrogeologico).

 

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