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“Per vincere una sfida è necessario innovare”
ASE S.r.l. è nata nel 2013 come Start Up innovativa dell’Università di Parma, proprio con questo obiettivo. Oggi è una PMI che si è evoluta senza perdere il legame con il mondo accademico, mantenendo il patrocinio dell’Università e collaborando attivamente attraverso numerosi progetti di ricerca. La sfida attuale è l’implementazione di algoritmi avanzati basati sull’intelligenza artificiale per la gestione e l’elaborazione dei Big Data in tempo reale.
ASE adotta un approccio multidisciplinare, elemento fondamentale nel settore del monitoraggio geotecnico e strutturale. Nel team lavorano professionisti con competenze diverse: ingegneri civili, elettronici, informatici ed esperti di machine learning.
Tutti insieme gestiscono attualmente più di 10000 sensori installati in 13 stati.
I principali campi di applicazione della società sono:
- La progettazione e lo sviluppo di strumenti innovativi basati su filosofia MUMS.
- Lo sviluppo di soluzioni hardware e software per la gestione dei Big Data, che, se correttamente gestiti, consentono di prendere decisioni rapide e consapevoli.
Inoltre, grazie a collaborazioni attive con diversi partner commerciali, ASE fornisce sensori di monitoraggio tradizionali e sistemi di acquisizione, offrendo consulenza nella scelta e nell’implementazione di tali soluzioni.
I sistemi automatici di monitoraggio di ASE si basano su un’architettura ben definita. Alla base del sistema vi è uno o più sensori, collegati via cavo o per mezzo di reti wireless, che vengono letti e gestiti da una centralina. Grazie alle tecnologie radio moderne, è possibile collegare dispositivi di misura alimentati da semplici batterie, situati a chilometri di distanza dal Datalogger.
La centralina interroga i sensori con una frequenza definibile e, successivamente, invia i dati raccolti al centro di calcolo in cloud tramite rete GPRS o, in alternativa, rete satellitare. I dati vengono poi smistati su server situati in diverse aree geografiche del mondo, garantendo così la loro sicurezza.
Successivamente, i dati vengono elaborati e validati attraverso vari algoritmi, che possono essere di tipo analitico, basati su self-learning o sull’intelligenza artificiale. I risultati delle elaborazioni vengono poi rappresentati su una piattaforma web-GIS dinamica ad accesso controllato denominata Geo-Atlas.
Nel software è integrato un sistema di allertamento che consente l’invio automatico di SMS, e-mail o l’attivazione di dispositivi semaforici o pannelli a messaggio variabile, nel caso in cui venga individuata una criticità da un algoritmo di controllo o venga superata una determinata soglia.
Che cos’è la filosofia MUMS
MUMS è l’acronimo di Modular Underground Monitoring System. Gli strumenti basati su questa filosofia consistono in catene di sensori, chiamate Array, collegati tra loro in serie tramite un unico cavo di segnale e una connessione meccanica, che può variare in base all’applicazione.
I sensori sono protetti all’interno di nodi in resina stagni, che consentono l’installazione nel sottosuolo, anche sottofalda, e in ambienti con pressioni fino a 13 bar. I sensori utilizzati nelle applicazioni MUMS includono MEMS, magnetometri e termometri. La connessione meccanica tra i nodi avviene tramite aste in fibra di vetro, cavo in kevlar o supporti in acciaio.
A seconda della struttura del sistema (tipo di connessione, orientazione e tipologia dei sensori) e degli algoritmi di calcolo impiegati, ASE sviluppa strumenti di monitoraggio appositi per diversi settori della geotecnica, tra cui gli scavi sotterranei, le opere geotecniche e i fenomeni franosi, sia superficiali che profondi.
Gli strumenti
PreConv Array
I principali strumenti di ASE dedicati al monitoraggio degli scavi sotterranei sono il PreConv Array e il Cir Array. Dal punto di vista strutturale, gli strumenti sono molto simili e consistono in una serie di nodi in resina epossidica, ciascuno contenente un sensore MEMS e un termometro. I nodi sono collegati tra loro tramite aste in fibra di vetro, che ne assicurano l’allineamento durante la fase di posa. Le principali differenze tra i due strumenti risiedono negli algoritmi utilizzati e nell’orientazione dei sensori.
Il PreConv Array è progettato per monitorare la pre-convergenza e i fenomeni deformativi nel nucleo di avanzamento in modo diretto. L’installazione prevede che lo strumento venga inserito all’interno di perforazioni realizzate nel nucleo di avanzamento, oppure all’interno di tubi di infilaggio nel caso in cui lo scavo venga consolidato con tale tecnica. Successivamente, lo strumento viene cementato.
Per evitare che il cavo di segnale interferisca con le operazioni di scavo, è possibile utilizzare un ripetitore radio compatto posizionato all’imbocco del foro per la trasmissione dei dati al Datalogger.
Quali sono i risultati dello strumento?
PreConv Array
I risultati forniti dallo strumento vengono rappresentati attraverso grafici dedicati sulla piattaforma Geo-Atlas. Come evidenziato nella slide sottostante, il PreConv Array consente di ottenere una panoramica degli spostamenti verticali a diverse distanze dal fronte di scavo, in prossimità dei punti di calcolo dello strumento (posizionati nella mezzeria tra due nodi). Questi dati permettono di ricostruire la curva di pre-convergenza all’interno del nucleo di avanzamento.
Per ciascun punto di calcolo, è inoltre possibile rappresentare graficamente le serie temporali dei seguenti parametri: spostamenti, velocità e accelerazioni medie giornaliere, temperatura e rotazioni (angoli di inclinazione).
La piattaforma integra diversi strumenti specificamente sviluppati per facilitare l’analisi, come un tool che permette di inserire la progressiva del fronte di scavo per escludere automaticamente dal calcolo i nodi che non si trovano più all’interno del nucleo di avanzamento (e che quindi appartengono a una sezione già scavata della galleria). Inoltre, consente di annotare la progressiva direttamente nei grafici a serie temporale, migliorando il processo di interpretazione dei dati.
Cir Array
Lo strumento Cir Array è stato sviluppato per la misura in continuo della convergenza e dei fenomeni deformativi localizzati in una determinata sezione.
L’installazione avviene in prossimità della sezione della galleria da esaminare fissando lo strumento lungo il perimetro della stessa. Il sistema può essere impiegato sia per il monitoraggio delle deformazioni del mezzo attraversato sia per studiare la risposta deformativa dei sistemi di supporto, sia preliminari che definitivi. Le modalità di installazione dipendono dall’elemento monitorato e possono variare in base alle esigenze:
- Ammasso roccioso: Lo strumento viene fissato direttamente sull’ammasso tramite appositi collari o connettori.
- Rivestimento preliminare: Lo strumento viene installato direttamente sulla centina.
In entrambi i casi lo strumento può successivamente essere inglobato all’interno dello strato di spritz beton.
- Rivestimento definitivo: Lo strumento può essere annegato all’interno del getto durante la realizzazione del rivestimento definitivo oppure vincolato sulla superficie dello stesso, in particolare nelle gallerie in esercizio.
È possibile monitorare l’intera sezione della galleria, incluso l’arco rovescio, oppure limitare il monitoraggio a una porzione specifica, come ad esempio la calotta e i piedritti.
Lo strumento fornisce dati in prossimità dei punti di calcolo, che si trovano nella mezzeria tra due nodi. Ad esempio, se il perimetro della sezione della galleria misura trenta metri e lo strumento dispone di nodi distanziati rispettivamente un metro l’uno dall’altro, sarà possibile raccogliere dati in trenta punti lungo la sezione.
Sulla piattaforma Geo-Atlas viene rappresentata la deformata della sezione, costruita sugli spostamenti rilevati nei punti di calcolo. Inoltre, per ciascun punto di calcolo è possibile rappresentare graficamente le serie temporali di diversi parametri, come gli spostamenti cumulati e locali lungo le tre direzioni (X, Y, Z), l’accelerazione o la velocità media giornaliera degli spostamenti e la temperatura.
All’interno della piattaforma sono inoltre disponibili diverse funzioni avanzate per ottenere informazioni immediate e confrontare i dati con quelli di altri strumenti. Ad esempio, è possibile visualizzare la lunghezza complessiva e la variazione delle corde di convergenza definite dagli estremi dei punti di calcolo dello strumento. Questa funzione consente di valutare rapidamente l’entità della convergenza e di localizzare le zone con maggiori spostamenti, oltre a permettere un confronto diretto con i dati acquisiti tramite rilievi topografici.
Vertical Array
Dopo aver analizzato gli strumenti dedicati al monitoraggio degli scavi sotterranei, passiamo ora a descrivere le soluzioni sviluppate per il controllo dei movimenti gravitativi di versante e delle opere strutturali, come pali e paratie.
Il primo strumento realizzato secondo la filosofia MUMS è stato il Vertical Array, un inclinometro tridimensionale progettato per monitorare i movimenti gravitativi di versante, sia superficiali che profondi. Ogni nodo dello strumento è dotato di un magnetometro, che fornisce dati fondamentali per individuare l’orientamento degli spostamenti a diverse profondità. La verticale inclinometrica può integrare uno o più piezometri, permettendo la misurazione simultanea degli spostamenti e del livello di falda. Progettato per monitoraggi in continuo a lungo termine, il sistema viene installato all’interno di perforazioni e solidarizzato mediante cementazione con miscela bentonitica. L’applicazione consente di ottenere una panoramica completa dell’entità e della direzione degli spostamenti lungo tutta la verticale monitorata.
Successivamente, sono state sviluppate due ulteriori varianti dello strumento, ciascuna pensata per rispondere a specifiche esigenze:
- Vertical Array Structure, progettato per il monitoraggio di pali e paratie, viene cementato direttamente all’interno dell’opera durante la fase di costruzione.
- Vertical Array R, una versione recuperabile del sistema, pensata per utilizzi temporanei o in contesti in cui sia necessario riutilizzare il dispositivo. In questa configurazione, i nodi sono inseriti all’interno di moduli in acciaio dotati di carrelli, che ne facilitano l’installazione in tubi lisci o inclinometrici già predisposti.
La gestione dei dati
I dati provenienti dalle attività di monitoraggio vengono elaborati da un software progettato per validare le informazioni attraverso algoritmi specifici. Grazie a controlli mirati, che cambiano in funzione del tipo di sensore e applicazione, ogni dato viene verificato per garantirne l’affidabilità. Eventuali errori, come spike o valori anomali, vengono individuati ed esclusi dal calcolo.
I risultati delle elaborazioni vengono successivamente visualizzati su Geo-Atlas, una piattaforma accessibile da qualsiasi dispositivo (PC, tablet, smartphone). Grazie ai grafici dinamici, gli utenti possono interagire con i dati in tempo reale, modificando date e analizzando l’andamento dei parametri monitorati.
Tutti i sensori sono rappresentati su cartografie GIS in modalità 2D e 3D, con la possibilità di sovrapporre disegni progettuali o modelli BIM. Questo consente di localizzare con precisione i sensori rispetto agli elementi strutturali presenti nel progetto, offrendo una visione chiara e dettagliata del sito monitorato.
Gli strumenti avanzati integrati, come le medie mobili interattive, i grafici multiparametrici e le analisi personalizzate, permettono una lettura approfondita e veloce dei dati.
Geo-Atlas è una piattaforma bidirezionale, che non solo permette la visualizzazione, ma funge anche da sistema di gestione del monitoraggio. Consente di settare da remoto la frequenza di acquisizione e di invio dei dati delle centraline e permette la configurazione di soglie personalizzate su più livelli e parametri. Al superamento di tali soglie, il sistema attiva azioni automatiche predefinite come ad esempio l’invio di una e-mail o di un SMS o l’attivazione di dispositivi remoti come telecamere e semafori.
Geo-Atlas è compatibile con la maggior parte delle centraline e dei sensori sul mercato, sia statici che dinamici, inclusi dati topografici, stazioni totali, e strumenti a lettura manuale. Questo rende la piattaforma un centro di gestione integrato e scalabile per ogni tipo di progetto di monitoraggio.
