Progetto “Smart Watertech”: Nexsoft per l’ambiente

Nexsoft Ricerca Smart Watertech
Le attività relative al progetto SMART WATERTECH sono giunte a metà percorso. Nell’ambito di tale progetto Nexsoft è impegnata in attività di ricerca e sviluppo che hanno come obiettivo monitorare e mitigare il fenomeno delle perdite nella rete idrica.

Perdite della rete idrica: un fenomeno preoccupante.

“L’Italia emerge come il paese dell’Unione Europea che preleva più acqua potabile; tuttavia, molta di quest’acqua viene dispersa prima di arrivare nelle nostre abitazioni.”

Le perdite avvengono tra il prelievo, l’immissione e la distribuzione nelle reti idriche comunali. Il fenomeno è preoccupante perché è in aumento continuo. La perdita finale, ossia la percentuale di acqua potabile dispersa sul totale del volume immesso nelle reti di distribuzione, in Italia , ammonta intorno al 40% del totale. Tale dato è critico perché rappresenta quanta acqua in meno arriva nelle abitazioni dei cittadini.

Wireless Sensor Network per l’individuazione delle perdite idriche

Per risolvere le problematiche delle perdite di acqua, una partnership di 10 aziende di cui fa parte Nexsoft ha avviato il progetto di ricerca  “SMART WATERTECH”  per lo sviluppo di piattaforme tecnologiche per la gestione integrata del ciclo idrico.

Il progetto ha come obiettivo l’identificazione di strumenti e strategie che consentano:

  1. da un lato di mantenere nel tempo un adeguato livello di sicurezza nell’approvvigionamento e nel servizio idrico potabile, irriguo ed industriale
  2. dall’altro un efficiente ed economico monitoraggio dei sistemi idrici, con specifico riferimento anche al trattamento delle acque e dei reflui.

Le attività di ricerca

Poiché il problema è complesso sono state avviate attività di ricerca su diversi aspetti. Alcune di esse hanno un focus sull’identificazione e il miglioramento di varie tipologie di sensori:

  • sensori radar adatti al monitoraggio delle perdite nella rete idrica, in fibra ottica per il monitoraggio tempo-continuo su larga scala;
  • sensori ottici e a microonde allo scopo di rilevare agenti inquinanti;
  • reti di sensori per l’individuazione dei guasti.

Altre attività hanno l’obiettivo di integrare questi sistemi, affinché i dati siano integrati, aggregati e presentati.

Nexsoft ha focalizzato il suo intervento sulla trasmissione delle informazioni, sulla localizzazione delle perdite e nello specifico sull’utilizzo di WSN (Wireless Sensor Network).

Per individuare un guasto devono essere posizionati dei sensori, come quelli di portata, in alcuni punti della rete idrica e in base alla variazione della grandezza misurata è possibile capire se un tratto di condotta è interessata da una perdita.

L’accesso a questi sensori e la raccolta dati in tempo reale è cruciale per velocizzare l’individuazione del guasto e fanno di una rete di sensori wireless (WSN) la soluzione ideale.

Rispetto alle soluzioni tradizionali, il monitoraggio delle perdite avviene costantemente e in modo adattivo in base alle variazioni rilevate nei flussi idrici e non solo sulla base di un set di misure effettuate ad hoc in un numero limitato di punti.

Tale approccio ha ricadute sui costi di gestione e manutenzione della rete idrica che può essere gestita in modo più efficiente e limitando gli interventi ai soli eventi anomali rilevati dal sistema di monitoraggio pervasivo.

Il Focus dell’attività Nexsoft

Il   focus di Nexsoft nella la progettazione e sviluppo della rete WSN è incentrato sui seguenti aspetti:

  • Identificazione delle caratteristiche hardware e software, per il monitoraggio distribuito e in tempo reale delle perdite.
  • Identificazione delle soluzioni off-the-shelf a basso costo e facilmente integrabili per il sottosistema di sensing.
  • Studio delle tecniche di planning della rete wireless nello specifico contesto applicativo del rilevamento delle perdite.

La Wireless Sensor Network (WSN) in breve

Una tipica WSN consiste in un certo numero di nodi, collegati tra loro tramite canali wireless.

Un nodo sensore è composto tipicamente da una processore, uno stadio di alimentazione, un quantitativo limitato di memoria (RAM/ROM) e una o più schede sensori. I nodi possono rilevare le caratteristiche fisiche dell’ambiente che li circonda (temperatura, umidità, radiazioni, vibrazioni) utilizzando l’hardware senziente di cui sono dotati.

Sono in grado di elaborare autonomamente le informazioni che rilevano, e comunicano con gli altri nodi attraverso il modulo wireless di cui sono dotati. Il nodo della rete WSN è un backbone che ospita funzionalità eterogenee di controllo remoto della sensoristica attraverso le linee analogiche e digitali di ingresso/uscita dell’unità di elaborazione del nodo. A tal fine, le caratteristiche elettriche del sensore devono essere compatibili con quelle del nodo WSN a garanzia del corretto funzionamento.

Una volta disponibile il dato grezzo proveniente dalla sensoristica integrata, il sottosistema di processing, di alimentazione, di trasmissione costituiscono la piattaforma utile al pre-processing locale, e alla trasmissione sulla rete wireless dei dati relativi alle perdite e alla diagnostica della rete idrica nei punti di misura.

La progettazione del firmware/software di controllo dei nodi della rete abilita una comunicazione bidirezionale tra singoli o gruppi di nodi con la centrale di controllo.

Wireless Sensor Network (WSN)
Architettura tipica di una WSN

La rete WSN progettata da Nexsoft rispetterà i seguenti requisiti dello specifico contesto applicativo di monitoraggio delle perdite:

  • elevata reattività, ovvero essere in grado di rilevare gli eventi di perdita e fornire feedback in tempo reale;
  • affidabilità, garantendo la trasmissione dei dati, la qualità dei link wireless, la robustezza della misura e in generale dell’intero dispositivo anche in condizioni operative ostili;
  • un tempo di vita della rete compatibile con la normale manutenzione del sistema monitorato.

Conclusioni

Allo stato, Nexsoft ha studiato le configurazioni di rete ottimali della WSN, progettato e creato un PoC utilizzando quale tecnologia di trasmissione LoraWAN. Tra tutte le tecnologie studiate, LoraWAN si è rilevata essere la tecnologia più idonea in termini di costo dei device, basso consumo , distanza di trasmissione, flessibilità della rete, Deep Indoor, semplicità , sicurezza e standard aperto.

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