AI, SSD e sensori mobile per dare respiro alle smart city del futuro

pittogramma Zerouno

Attualità

AI, SSD e sensori mobile per dare respiro alle smart city del futuro

Un sistema intelligente di sensori low cost piccoli e intelligenti che permette un monitoraggio dell’aria capillare e comunitario. Un sistema di supporto decisionale che indica ai cittadini le strade in cui si respira meglio e all’amministrazione le azioni di remediation più efficaci. Con i 4 milioni di euro vinti in un bando europeo, il progetto Air Heritage li ha sviluppati, integrati e messi in campo a Portici, innescando nella città una transizione sia ambientale che sociale. Servirebbe anche alle aspiranti smart city italiane, ma possono replicarlo solo quelle che hanno già un loro digital twin, la “base” fondamentale per implementare questa e molte altre innovazioni. 

10 Ott 2022

di Marta Abba'

Il problema è unico, la qualità dell’aria, ma le soluzioni possibili sono innumerevoli e ogni volta vanno personalizzate perché calzino sull’area interessata. Entrano infatti in gioco fattori geografici e sociali, infrastrutturali e tecnologici, ma anche climatici e architettonici. Per sviluppare strumenti antismog adeguati a uno specifico territorio è quindi necessario combinare saggiamente le nuove tecnologie per conoscerne problematiche ed esigenze. Con Air Heritage ENEA e i suoi partner ci sono riusciti: hanno ottenuto un finanziamento da 4 milioni di euro con cui regalare al Comune di Portici, capofila del progetto, un futuro potenzialmente meno inquinato.

Dalla mappa della qualità dell’aria consigli per cittadini e PA

Questi fondi arrivano dall’Unione Europea che, nell’ambito della terza edizione del bando “Azioni Urbane Innovative”, ha selezionato solo questo tra i 60 progetti italiani presentati nella call dedicata alla qualità dell’aria.

WHITEPAPER
Smart building: una guida per semplificare la progettazione della rete

Particolarmente apprezzato l’approccio integrato che rende protagoniste sia le tecnologie già sviluppate da ENEA, sia le persone che vivono a Portici, che oggi conta 33mila auto immatricolate per 53mila abitanti totali. A conquistare la giuria anche gli output concreti ed “esportabili”. Oggi, infatti, questo comune è in grado di usufruire di un sistema di sensori low cost per il monitoraggio capillare comunitario e proporre la realizzazione di un archivio dati. È stata anche creata una “mappa dell’aria” interattiva ad alta risoluzione, “a livello di numero civico”.

Figura 1: App per utilizzo pubblico realizzata durante il progetto Air Heritage

Alcuni cittadini hanno potuto contribuire direttamente, grazie a una flotta di sensori “annusa-smog” portatili fornita da ENEA. Tutti hanno invece accesso ad un’app dedicata che indica il percorso meno inquinato per raggiungere qualsiasi punto della città sfruttando un linguaggio colorimetrico immediato e accessibile. Un sistema di supporto decisionale (SSD) molto apprezzato infatti da anziani, asmatici, runner, ciclisti e neogenitori ma anche dal Comune. I suoi esperti, infatti, accedendo a un’area speciale, possono simulare misure di remediation relative a viabilità o urbanistica e studiarne l’impatto “a video” grazie a un modello predittivo basato sulle misure delle centraline ARPAC, sui dati meteo e su quelli di Copernicus.

Figura 2: Livelli di inquinamento della città di Portici monitorati grazie ai rilevamenti effettuati dai sensori low cost ENEA integrati con quelli convenzionali

Monica, un sistema di sensori intelligenti in continua evoluzione

Oltre ad ARPAC, al progetto hanno contribuito anche Legambiente Campania, l’Università “Federico II” di Napoli e l’azienda TerrAria, con il coordinamento scientifico di ENEA a cui si deve il cuore tecnologico del progetto: Monica. È l’acronimo di MONItoraggio Cooperativo della qualità dell’Aria e indica il suo sistema di sensoristica low cost intelligente che garantisce una stima accurata degli inquinanti pur essendo facilmente integrabile con dispositivi IoT a basso costo.

“Si passa dalle centinaia di migliaia di euro delle centraline di rilevazione convenzionali a cifre inferiori ai mille euro. Siamo partiti da semplici sensori chimici e negli anni abbiamo introdotto intelligenza artificiale e tecniche di calibrazione multivariata che in Air Heritage ci permettono di dialogare con le centraline ARPAC. Monica non fornisce dati validi per le regolamentazioni, ma aumenta l’accuratezza spaziale della mappatura e permette di coinvolgere i cittadini generando conoscenza e consapevolezza. Con Legambiente abbiamo infatti organizzato 4 campagne di rilevamento comunitario e chi ha partecipato ha avuto poi accesso ai propri dati e a quelli del data lake a cui ha contribuito” spiega Saverio De Vito, Ricercatore e Principal Investigator del Laboratorio Applicazioni fotovoltaiche e Sensoristiche di ENEA e Presidente della Società Scientifica Internazionale per l’olfatto artificiale.

Figura 3: La città di Portici dal punto di vista della qualità dell’aria. Cittadini e turisti possono facilmente individuare i percorsi con quella meno dannosa per la propria salute.

Una delle sfide più complesse, è stata la calibrazione dei dispositivi, secondo De Vito. “Inizialmente avveniva in modo collettivo e simultaneo attraverso l’utilizzo di mezzo mobile ARPAC installato apposta sul territorio. Era necessario ritirare e co-locare tutti i dispositivi e poi disegnare un sistema AI per permetterne ai cittadini l’utilizzo. Era molto costoso, sia a livello di tempo che di effort, abbiamo quindi sviluppato una nuova tecnica. Con la calibrazione adattativa dei dati da centralina fissa, siamo ora in grado di eliminare la necessità di spostamenti e interruzioni di servizio, conservando una sufficiente accuratezza. Per ora è utilizzabile con i device fissi, lo sarà anche per quelli mobili installabili sulle auto dei vigili urbani o utilizzabili dai cittadini stessi”.

No digital twin, no smart city: l’innovazione ha bisogno di dati

Air Heritage ha già suscitato l’interesse di alcune aziende che, integrando i nodi multisensoriali di ENEA nella propria offerta, permetteranno di creare mappe ad alta risoluzione spazio/temporale a chi opera nei settori smar city o smart mobility o alla PA. Ci sono già due accordi di trasferimento tecnologico firmati mentre, a Lione, Monica è già impegnata in un progetto franco-tedesco sull’alta propensione di alcune donne a sviluppare certi tipi di tumore. Facendo loro indossare i sensori smart di ENEA, si vuole comprendere se esiste una correlazione con i mezzi di trasporto utilizzati per andare al lavoro.

Il successo internazionale non ferma i lavori di questo gruppo, il laboratorio ha in mente di migliorare lo sfruttamento dei dati ambientali integrandoli in applicazioni in campo energetico e, in particolar modo, nella produzione da fotovoltaico. Nel frattempo, il progetto è giunto nella fase di “dissemination” in cui condividere l’ampia esperienza acquisita fornendo dettagli sia sulle singole tecnologie, sia sui costi di ogni step con altri territori interessati a un monitoraggio dell’aria avanzato, intelligente e collaborativo.

Secondo De Vito, dovrebbero esserlo in primis le grandi aree metropolitane: “Le nostre centraline fisse low cost sono facilmente posizionabili nei centri storici o in altri punti spesso non serviti dalla rete di monitoraggio convenzionale per motivi di spazio e costi. I dispositivi occupano uno spazio pari a un cubo con lato di 30 cm invece che di metri e costano meno di 1000 euro invece che 300mila come le centraline convenzionali. Si otterrebbe in questo modo un sistema di monitoraggio pervasivo, che migliorerebbe notevolmente la risoluzione spaziale delle misure e delle stime”.

Per arrivare facilmente a riprodurre quanto realizzato alle smart city del futuro, servirebbe però che prima esse si mostrassero “già un po’ smart city” creando il proprio digital twin. De Vito spiega: “A Portici è stato infatti necessario procurarsi e inserire manualmente le altezze di tutti gli edifici per costruire un modello 3D della città a partire da dati pubblici e considerare flussi di aria ed effetti canyon. In una grande città ciò potrebbe rivelarsi molto dispendioso. Un suo gemello digitale minimizzerebbe invece le attività di sviluppo per questa come per tante altre applicazioni innovative, come quelle energetiche. È da considerare un investimento prioritario per le amministrazioni che puntano sulla tecnologia per migliorare la sicurezza ma anche la qualità di vita dei cittadini e l’attrattività della propria città dal punto di vista turistico e di business”.

Marta Abba'

Giornalista

Laureata in Fisica e giornalista, per scrivere di tecnologia, ambiente e innovazione, applica il metodo scientifico. Dopo una gavetta realizzata spaziando tra cronaca politica e nera, si è appassionata alle startup realizzando uno speciale mensile per una agenzia di stampa. Da questa esperienza è passata a occuparsi di tematiche legate a innovazione, sostenibilità, nuove tecnologie e fintech con la stessa appassionata e genuina curiosità con cui, nei laboratori universitari, ha affrontato gli esperimenti scientifici.

Argomenti trattati

Approfondimenti

Sostenibilità

Articolo 1 di 5