A seconda dei casi concreti, il monitoraggio degli edifici e, in generale, di strutture e infrastrutture può avere diversi scopi: la sicurezza, essendo tutte le opere soggette a un naturale percorso di deterioramento e obsolescenza; l’efficienza dei processi manutentivi, che possono essere eseguiti in modo efficace e con razionalizzazione dei costi; il miglioramento dell’esperienza degli utenti, in funzione della costruzione monitorata (edificio residenziale, ponte, autostrada…); la valutazione dell’impatto di nuove opere sull’ambiente circostante, e molto altro.
Monitoraggio edifici nell’era dell’IoT
Il monitoraggio di edifici, ponti e altre infrastrutture è un elemento cruciale per garantirne la sicurezza, la conformità con il dettato normativo e la manutenzione costante. In questo momento, l’Italia non occupa soltanto la terzultima posizione in Europa per percentuale di spesa in infrastrutture rispetto al Pil (1,8%), ma ne registra una riduzione costante tra il 2008 e il 2021 (-30%). Inoltre, in Italia il 53,7% di tutti gli edifici ha più di 50 anni.
In passato, le tecniche di monitoraggio strutturale e infrastrutturale richiedevano l'installazione di dispositivi nella struttura e, soprattutto, l'ispezione in loco per acquisire letture periodiche che poi venivano analizzate in separata sede.
Le tecniche di monitoraggio moderne, basate su sensori, dispositivi, reti IoT e, in taluni casi, anche droni, hanno apportato significativi miglioramenti. Oggi, infatti, è possibile ottenere rilevazioni precise e affidabili in tempo reale, con un livello di invasività estremamente ridotto rispetto al passato e senza bisogno di personale in loco. Il costo del monitoraggio di edifici e infrastrutture è notevolmente calato, e sono aumentati i volumi di dati gestibili, le tipologie di informazioni che si possono ottenere (temperature, vibrazioni, pressione, tensioni, deformazioni…) e la varietà di dati, che oggi non si limitano a informazioni numeriche come quelle riportate, ma possono coinvolgere anche dati non strutturati come immagini e video.
Acquisizione, ma soprattutto correlazione di dati
Nell’era della trasformazione digitale, il successo di un progetto di monitoraggio strutturale dipende dalla quantità e dalla qualità dei dati disponibili, ma soprattutto dalla capacità di correlazione di dati eterogenei che descrivono il fenomeno oggetto di monitoraggio.
A titolo d’esempio, per monitorare gli spostamenti degli edifici può essere utile catturare immagini della struttura a intervalli regolari, analizzarle con tecniche avanzate e metterle in relazione con le rilevazioni dei sensori di campo. Ciò consente di intervenire tempestivamente di fronte ad evidenti anomalie, ma soprattutto contribuisce a creare un patrimonio informativo della struttura che le tecniche di Machine Learning possono sfruttare a fini predittivi. Questo fenomeno è particolarmente efficace in tutta l’area delle manutenzioni (predittive, appunto).
Il passo successivo, in linea con l'approccio data-driven, consiste nell’utilizzare il patrimonio informativo raccolto per creare e alimentare un gemello digitale dell'opera (Digital Twin). Questo rappresenta, a seconda dei casi, una copia virtuale di un ponte, una strada o di un’altra infrastruttura, e consente agli ingegneri di monitorare le interazioni tra i suoi elementi costitutivi e di effettuare simulazioni realistiche di interventi come ampliamenti e nuove costruzioni.
Il ruolo centrale dell’immagine satellitare
Nello scenario appena descritto, l’immagine satellitare è un’importante fonte di informazioni. La cosiddetta space economy consta di un’offerta sempre più ricca e di qualità, che consta di fonti dati differenti e tecniche di elaborazione avanzate come l’Interferometria Differenziale SAR e le immagini multispettrali.
Grazie alle potenzialità delle tecniche di acquisizione e di analisi delle immagini satellitari, diviene possibile monitorare l’evoluzione di un fenomeno nel tempo, come una deformazione strutturale, un movimento o un difetto specifico dell’edificio, ma anche valutare l’efficacia nel tempo di un intervento di manutenzione del manto stradale e per adottare valutazioni di tipo predittivo.
A seconda dello specifico caso d’uso, l’imaging satellitare è quindi in grado di fornire informazioni estremamente utili agli operatori. Si pensi, per citare un esempio esterno al mondo dell’ingegneria e delle costruzioni, alla capacità di identificare lo stato di salute delle colture agricole attraverso l’analisi della clorofilla presente sulle foglie.
In alcuni casi, l’imaging satellitare è l’unica sorgente informativa. L’esempio d’elezione, in questo caso, è il monitoraggio della conformità delle infrastrutture, ovvero il raffronto (automatizzato) tra le mappe terrestri catastali e i dati ricostruiti dalle immagini satellitari. Ciò consente di identificare immediatamente potenziali abusi edilizi e allertare, anche in forma automatica, gli organi preposti.
In altri casi, invece, le informazioni “estratte” dalle immagini satellitari rappresentano una parte del patrimonio informativo e, come anticipato, vanno correlate ai dati sensoristici per costruire un quadro realmente completo del fenomeno, sul quale prendere decisioni adeguate e tempestive.
