STRADA – SisTema di pRevenzione degli Ammaloramenti del manto straDale e pianificazione delle Attività di rifacimento

Risultato della ricerca:

La proposta progettuale mira a sviluppare un innovativo sistema di monitoraggio dello stato di degrado del manto stradale così da predisporre una soluzione software in grado di svolgere analisi predittive dell’ammaloramento delle pavimentazioni stradali in maniera tale da ottimizzare le risorse economiche dedicate ad interventi manutentivi di ripristino.
Il più delle volte gli interventi di ripristino del manto stradale avvengono a valle di situazioni già evidentemente compromesse e necessitano di attività molto impegnative e costose che incidono pesantemente sul budget degli Enti interessati. Questo tipo di gestione impatta pesantemente sulle casse degli Enti pubblici perché della corretta manutenzione della rete viaria ne vale la sicurezza delle persone e delle merci in circolazione.
A tal riguardo, risulta necessario per qualsiasi Ente gestore di infrastrutture viarie, avere un sistema in grado di monitorare lo stato di ammaloramento del manto stradale ed analizzare il degrado, individuando così una programmazione di interventi manutentivi in maniera puntuale ed in funzione dello stato dell’arte. Questo approccio standard è però di tipo reattivo, cioè interpreta lo stato esistente della rete stradale e, in funzione di ciò, reagisce pianificando le attività di manutenzione. L’obiettivo del progetto STRADA è quello di implementare il modello standard in maniera da renderlo anche predittivo, con il vantaggio di identificare situazioni che possono essere sanate quando l’entità del danno è ancora contenuta e pertanto con un dispendio minore sia di risorse operative che economiche.
Il progetto STRADA è stato pensato per adottare questo nuovo modello così da stimare il tempo entro il quale un tratto di strada può avere la necessità di essere ripristinato e sulla base dell’analisi, impiegare il budget a disposizione dell’Ente.
Il modello predittivo che si intende applicare nel progetto STRADA prevede in primo luogo la mappatura geografica della rete viaria in gestione all’Ente e successivamente, sulla base di diverse tecnologie (tra cui quelle satellitari e di campo), il sistema procederà ad una prima classificazione dello stato di degrado del manto stradale suddividendolo in zone omogenee. La fase di analisi del grado di ammaloramento verrà coadiuvata dall’utilizzo di sensori satellitari di ultima generazione e/o di Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR).
Il progetto STRADA renderà possibile la mappatura georeferenziata della classificazione di strade con pavimentazione ammalorata e definirà i criteri di base per l’individuazione di un modello predittivo di gestione degli interventi manutentivi in funzione del budget e dello stato di ammaloramento stradale per il contesto che verrà preso a riferimento. La ricerca mira, pertanto, a progettare un sistema complesso basato su un processo analitico robusto su un’area test e che possa essere replicabile, scalabile e automatizzabile fino a prevederne l’industrializzazione.
Il livello di sviluppo tecnologico attuale afferisce al TRL 4 – Validazione delle componenti o del sistema nel contesto di laboratorio, ovvero ad un livello dove le componenti di base dell’idea progettuale sono integrate in un sistema per accertarsi che funzionino adeguatamente insieme, anche se ad una scala di laboratorio per quanto riguarda le quantità trattate.
In tale contesto, su una rete viaria di testing, sono state applicate tecniche di monitoraggio riguardanti metodiche ufficiali relative ai Pavement Manegement Systems (PMS), dati satellitari e costrutti ICT e relativi alla geomatica in generale. Benché allo stato attuale il modello analitico sviluppato è di tipo prototipale e necessita di una fase di sviluppo ben strutturata, i risultati mostrati sono stati molto incoraggianti ed allo stato attuale vanno sempre più a costituire temi di interesse per collaborazioni per Università ed imprese.

Il Progetto proposto si inserisce all’interno di tre settori di riferimento della S3-Calabria:
1) Smart Manifacturing: La strategia europea fa leva sull’integrazione e l’utilizzo di sistemi avanzati di ICT puntando in maniera decisa sull’introduzione di tecnologie e soluzioni digitali nei processi produttivi a definire nuovi modelli industriali, sia in termini di prodotti che di metodologie.
2) ICT e Terziario innovativo: la proposta rientra all’interno di trend tecnologici quali il BigData. Dai diversi ambiti applicativi nascono opportunità analytics approfondite, il miglioramento di processi interni e nuove fonti per R&S. Inoltre, si vengono a generare sfide legate alla trasformazione di grandi quantità di dati in informazioni/azioni direttamente rivendibili sul mercato.
3) Ambiente e Rischi Naturali: il progetto si inserisce nell’industria dei sistemi e servizi di informazione ambientale guidati dalla diffusione di strumenti in grado di acquisire dati ambientali in near-real time e, in particolare, l’evoluzione di software cloud based e tecnologia mobile che fungono da volano all’innovazione legata soprattutto alla sempre maggiore necessità di catalogazione, gestione e visualizzazione di dati ambientali.
Pertanto, il progetto rientra nelle traiettorie di sviluppo di soluzioni smart per il monitoraggio di strutture complesse attraverso la gestione ed integrazione intelligente di grandi quantità di dati, concentrandosi sull’utilizzo di un sistema di monitoraggio/previsionale innovativo delle attività di manutenzione della pavimentazione stradale.
Considerando il TRL 4 di avvio del progetto, le maggiori problematiche sono quelle riconducibili al passaggio dalla scala di laboratorio ad una più vicina a quella industriale. Si tratta quindi di progettare un sistema smart che posa accelerare il recupero delle informazioni dal territorio e metterle a sistema nella forma più automatizzata possibile. La problematica più evidente riscontrata infatti, è la lunghezza e la complessità delle attività di recupero informazioni dal territorio tramite veicoli dotati di videocamere ad alto rendimento.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Lo sviluppo dell’idea progettuale si basa sulle competenze acquisite in ambito scientifico nel settore stradale del CNR-IIA e sui risultati ottenuti dallo sviluppo di alcuni progetti tra cui:
– Progetto AMPA – Analisi Multi Parametrica per l’Ambiente e l’Agricoltura. POR Calabria FESR-FSE 2014-2020: utilizzo di tecniche di telerilevamento, SAPR, GIS, ecc. e sviluppo di applicativi web-based in gradi di facilitare i processi decisionali e gestionali.
– “Programma Operativo Nazionale Sicurezza per lo sviluppo del Mezzogiorno d’Italia” (PON 2000-2012): classificazione delle pavimentazioni stradali e dei conglomerati bituminosi per CAL/VAL di dati aviotrasportati.
Infine, nel POR Calabria 2007/2013, sono stati integrati diversi sistemi di telerilevamento e campagne di monitoraggio multi-sensore:
– Progetto NO-GAS – Valutazione su scala regionale delle emissioni di gas serra da discariche;
– Progetto SIMONA – Sistemi e Tecnologie per il Monitoraggio di Aree Culturali in ambiente subacqueo e terrestre.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Il carattere innovativo risiede nel modello di gestione della pianificazione delle attività manutentive di ripristino del manto stradale. In particolare, si prevede di implementare un sistema che, in maniera predittiva e non reattiva, ottimizzi sia le disposizioni economiche che operative degli interventi pianificati dall’Ente responsabile. Tale sistema integra in un’unica soluzione sia la componente geografica degli asset distribuiti sul territorio, sia la componente di classificazione dell’ammaloramento del manto stradale mediante l’integrazione di tecniche assodate ed innovative.
Una tale soluzione offre diversi vantaggi tra i quali:

– Organizzazione della rete stradale in più reti con caratteristiche diverse, per importanza e traffico;
– Classificazione dell’ammaloramento delle strade anche mediante tecniche smart ed innovative;
– Calcolo dell’indicatore di distress o PCI sulla base delle varie patologie di ammaloramento e relativa severità;
– Rappresentazione anche son supporto GIS e/o WEB-APP delle sezioni stradali tematizzate per criticità;
– Rappresentazione delle curve di decadimento per ciascuno delle sezioni omogenee create;
– Indicazione sulla base dell’elenco degli interventi inseriti dall’utente della strategia più efficace per ogni sezione omogenea, con o senza un vincolo di budget;
– Organizzazione di un piano di manutenzione a livello di rete con stima per 5/10 anni;
– Report con l’elenco degli interventi per annualità.
Pertanto, partendo dall’esperienza maturata, il progetto STRADA si pone l’obiettivo di definire il flusso operativo necessario per identificare un modello previsionale dedicato all’ottimizzazione delle attività manutentive e a rendere virtuoso tale processo sia dal punto di vista economico che della sicurezza delle infrastrutture.

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati ottenuti attraverso lo sviluppo delle attività di progetto rientreranno in un accordo di progetto tra il CNR-IIA e le specifiche aziende di settore che saranno coinvolte. L’accordo avrà la finalità di regolamentare il tema della “proprietà” e dell’utilizzo e diffusione dei risultati del progetto di ricerca e sviluppo seguendo cioè le disposizioni previste dal Codice della proprietà industriale (D.Lgs. 10.02.2005 n. 30) in materia di titolarità dei diritti brevettuali da parte di ricercatori pubblici e delle imprese che partecipano alle attività comuni e da eventuali condizioni poste da altri soggetti finanziatori del progetto. In particolare, ognuno dei soggetti interessati rimane titolare dei diritti di proprietà intellettuale su quanto in precedenza da ciascuno di essi realizzato individualmente mentre i risultati raggiunti congiuntamente saranno di proprietà congiunta dei soggetti interessati.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

La principale applicazione del progetto è ottimizzare, sia dal punto di vista economico che tecnico-operativo, le attività di manutenzione del manto stradale relativo alla infrastruttura viaria passando dall’approccio classico di manutenzione ordinaria e straordinaria a quello di mettere a punto una procedura sia per ottenere una più rapida analisi dello stato delle pavimentazioni stradali che per una “manutenzione predittiva”. In questo contesto il sistema proposto, per come è stato concettualizzato il processo di elaborazione delle informazioni, contribuirebbe all’avvio del processo di digitalizzazione/aggiornamento delle strade, che sarebbero georeferenziate e catalogate, offrendo un patrimonio informativo nuovo ed aggiornato all’Ente, Il sistema quindi, aggregando e digitalizzando una serie di informazioni eterogenee come classificazione dell’indice del danno (stato di ammaloramento) e interventi di manutenzione (attività mitigatrici del rischio), risulta essere anche un cruscotto utile per avere un quadro dello stato dell’arte su cui procedere ad analisi del rischio. Tutto questo nell’ottica di offrire agli Enti gestori un valore aggiunto nell’analisi dello stato delle infrastrutture critiche come sono le strade al fine di efficientare e semplificare i diversi iter legati alla manutenzione stradale con conseguente beneficio economico.
Il progetto proposto è di rilievo per il mercato della Pubblica Amministrazione e per le aziende private che hanno in gestione tratti di strada a loro concessi. Un approccio alla gestione della manutenzione stradale che offra un sicuro ritorno economico e un maggior controllo sullo stato dell’arte è di sicuro interesse sia a livello comunale ma è scalabile a livello sia Provinciale che Regionale. Un marcato ritorno sia in termini di recupero di risorse economiche pubbliche ma anche in termini di evoluzione e gestione di dati digitali, può derivare dalla messa a sistema delle informazioni e contribuire così alla gestione della sicurezza delle infrastrutture stradali (nonché alle persone). Attraverso la digitalizzazione delle strade, sia in termini di catasto strade che di zono omogenee di ammaloramento, si possono introdurre sistemi di gestione digitale per il transito dei mezzi eccezionali, effettuare politiche di riorganizzazione della mobilità analizzando flussi di traffico, gestire eventi eccezionali individuando arterie principali in cui incanalare il traffico nonché utilizzare i dati digitalizzati come contributo a scenari di Risk Assesssment su base territoriale.
Infine, nell’ambito dell’industria dei sistemi e servizi di informazione ambientale, la diffusione di strumenti in grado di acquisire dati ambientali in near/real-time ed in particolare dell’evoluzione di software cloud-based, portano ovviamente ad un miglioramento della capacità di gestione e visualizzazione di dati territoriali e inerenti la rete stradale. Il settore di sviluppo software e di applicazioni, in particolare, è in netta crescita ed è dedicato soprattutto alla gestione delle risorse e all’integrazione dei dati (negli USA il fatturato si attesta a 1,75 miliardi di dollari nel 2015). Infine, di particolare rilievo per gli obiettivi di progetto ricade il mercato dei droni (SAPR) con valore di circa 5.5 miliardi di dollari nel 2020 (CAGR del 32,22% nel 2015/2020).

 

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Le esigenze dello sviluppo sono legate al passaggio da TRL 4 a TRL 7 – System prototypo demostration in operational enviroment. L’obiettivo di questo progetto è di raggiungere un TRL pari a 7, dove quindi le parti del sistema siano assemblate in moda da far sì che il sistema corrisponda ai diversi livelli dell’applicazione come progettata per il funzionamento reale. Si programmano perciò test di laboratorio in condizioni uguali o molto vicine a quelle reali nonché attività in campo reale. È necessario quindi effettuare un intenso studio che riguardi i punti sottoelencati:
– Automazione del rilievo in campo della pavimentazione stradale attraverso strumentazione sensoristica assemblata ad hoc;
– Identificazione di un flusso di scambio dati performante e veloce (ipotesi utilizzo rete 5G);
– Aggiornamento del Geoportale per l’ottimizzazione e la gestione delle informazioni recuperate;
– Implementazione della dashboard dinamica per la visualizzazione della pianificazione delle attività di manutenzione;
– Individuazione di una area di test-case e accesso si dati di PMS;
– Predisposizione ed implementazione di un sistema software, eventualmente estendibile (anche in parte) in versione di Web-app, in grado di gestire, analizzare e visualizzare in maniera interattiva le grandi moli di dati generate dalle analisi test effettuate durante il progetto.