RAFAEL, il DDS per difendere dai disastri naturali gli asset strategici del Paese

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RAFAEL, il DDS per difendere dai disastri naturali gli asset strategici del Paese

Eventi climatici estremi e infrastrutture critiche sono un binomio che in Italia, e non solo, fa tremare a fronte dei potenziali danni generati, ma ENEA ha sviluppato una piattaforma per minimizzarli. Unendo i dati ambientali con le coordinate dei punti vulnerabili, prevede eventuali problemi e permette agli operatori di prepararsi al meglio anche agli impatti indiretti e funzionali che una alluvione o un terremoto possono provocare. L’obiettivo è estenderla a tutto il territorio nazionale, far aderire tutti gli operatori e renderla sempre più performante e accurata grazie al loro contributo e a quello dell’intelligenza artificiale e del machine learning.

01 Mar 2022

di Marta Abba'

Di fronte ai quasi 200 fenomeni meteorologici estremi riportati nell’Osservatorio Città Clima di Legambiente, che in Italia nel solo 2021 hanno provocato danni e morti, ci si può sentire impotenti oppure spronati a utilizzare strumenti e conoscenze a disposizione per arginare l’impatto di eventi inevitabili. Così ha fatto ENEA che, con un bando di ricerca dopo l’altro, ha realizzato uno strumento per proteggere le infrastrutture critiche del Paese.

“Si tratta di reti tecnologiche che erogano servizi vitali per i cittadini come elettricità, acqua e mobilità, dovrebbe essere compito di ogni Paese proteggerle da tutti i pericoli naturali e antropici rendendole resilienti” spiega Vittorio Rosato, Responsabile del Laboratorio di analisi e protezione delle infrastrutture critiche di ENEA. “Lo strumento che stiamo sviluppando può aiutare il nostro Paese a ridurre i danni su queste infrastrutture facendo in modo anche tornino operative nel più breve tempo possibile”.

Infrastrutture sempre più interconnesse, per proteggerle serve la tecnologia

Mentre il mondo prende impegni per il contrasto al cambiamento climatico sperando ciò basti a ridurre i disastri ambientali sempre più frequenti e impattanti, poco si può fare nell’immediato per far arrestare quelli minacciano le infrastrutture critiche italiane. C’è però un fattore che ne aumenta la vulnerabilità su cui si può intervenire: la loro interconnessione. “Pur mantenendo la propria specificità, oggi dipendono l’una dall’altra. La rete elettrica e quella stradale, per esempio, sono legate all’efficienza delle telecomunicazioni. E queste correlazioni aumentano man mano che avanza la digitalizzazione” spiega Rosato.

Da questa consapevolezza è nato già oltre dieci anni fa l’impegno di ENEA nello sviluppare strumenti per aiutare chi gestisce queste infrastrutture a capire cosa potrebbe accadere e come eventualmente prepararsi. “Siamo partiti dalle previsioni meteo, chiedendoci poi: ‘so what?’ – racconta Rosato – La nostra risposta è stata una piattaforma webGIS per permettere alla PA e al territorio di rispondere efficacemente a qualsiasi perturbazione. Si tratta di un Decision Support System (DSS) che, partendo dai dati in nostro possesso, è in grado di predire la probabilità di danneggiamento dei singoli elementi, generare scenari sintetici e valutare le perturbazioni indotte.”

La più recente ma non ultima tappa di questa avventura è RAFAEL, un progetto finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca con circa 9 milioni di euro, che hanno permesso a ENEA di migliorare ulteriormente il proprio strumento. Oltre a fornire alert puntuali e localizzati sugli impatti diretti di un evento estremo su ciascuna infrastruttura, ora si riesce a tener conto anche della loro interdipendenza, valutando quindi anche gli impatti indiretti. Grazie a una costante e approfondita attività di monitoraggio, tutti gli interessati ricevono il maggior numero di informazioni e indicazioni possibili per aumentare la propria resilienza.

Alert puntuali su danni diretti e indiretti per aumentare la resilienza del Paese

Identificata la migliore soluzione tecnologica per comprendere lo scenario complessivo degli eventi naturali predicibili e dedurre i rischi indotti, si è passati ad acquisire i dati. Nella stessa piattaforma ENEA devono convergere sia quelli ambientali, forniti da numerosi provider e terze parti, sia quelli relativi al posizionamento delle infrastrutture, condivisi dai loro gestori. “Abbiamo realizzato una mappa di geolocalizzazione di tutti gli elementi critici: piloni, cabine, pipeline del gas, strade e viadotti, gallerie – spiega Rosato, anche coordinatore scientifico del progetto – un passaggio essenziale per poi individuare con massima accuratezza quali possono di volta in volta essere in pericolo a causa di inondazioni o frane, ad esempio”.

Quando le previsioni “annunciano” un evento, quindi, la piattaforma di RAFAEL lo proietta in modo puntuale su questa mappa, individua la posizione dei possibili danneggiamenti e invia alert sia ai gestori direttamente interessati dal disastro, sia a quelli che potrebbero risentirne indirettamente.

“Se una strada è interrotta per frane o straripamenti, la rete elettrica ne risente perché l’operatore non può intervenire se non è previsto un telecontrollo” spiega Rosato “Similmente accade con le telecomunicazioni che, se momentaneamente compromesse, impediscono interventi a distanza su altre infrastrutture critiche”. Gli alert preventivi di RAFAEL preavvisano e permettono di organizzarsi per restare il più possibile operativi in modo alternativo, minimizzando così l’impatto sui cittadini. Per esempio, mandando in blackout meno quartieri di una città (sperabilmente nessuno) in caso di forti piogge”.

Figura 1: Mappatura delle infrastrutture critiche sovrapposta a dati di spostamento verticale del terreno che ne evidenziano la subsidenza

La sfida dell’interoperabilità per trasformare i dati in “saggi consigli”

Più è ricca e accurata la mappatura delle infrastrutture e più informazioni si hanno su potenziali disastri naturali in arrivo, più RAFAEL può minimizzare i danni grazie alla sua piattaforma e ai suoi modelli matematici. “Per ogni tipologia di eventi estremi abbiamo stabilito all’interno di un grande database, il grado di vulnerabilità specifica di tutte gli elementi infrastrutturali geolocalizzati” spiega Rosato, concentrando poi l’attenzione sulle criticità incontrate nella gestione dei dati. Poche, per quanto riguarda i dati ambientali, perché provenienti da terze parti già abituate a fornirli pronti all’uso. Questa categoria comprende previsioni meteo, nowcasting con risoluzione sotto il km e sensori IoT e da campo, ma anche dati ricavati dalle simulazioni del comportamento dei fiumi a rischio esondazione e quelli interferometrici sui rischi legati a frane e zone di sprofondamento.

Critici, per ENEA, sono stati invece i dati relativi alle infrastrutture, sia l’ottenerli, convincendo gli operatori a condividere le esatte localizzazioni, sia il poterli rendere interoperabili per inserirli all’interno di un unico database. “Ciascuno ha formati e sistemi di raccolta e gestione diversi, funzionali alla singola infrastruttura” spiega il responsabile di ENEA. “Arrivare a visualizzarli tutti su una interfaccia WebGIS è stato un processo lungo e complesso”.

Vinta la sfida dei dati, ENEA è passato alla generazione di scenari sia sismici che esondativi. In caso di terremoto, le informazioni arrivano dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia con cui è in atto da anni una stretta collaborazione, e convergono in modelli di propagazione sismica.

Figura 2: Rappresentazione delle faglie sismiche attive sul territorio nazionale per stimare il rischio sismico sulle aree dove sono presenti infrastrutture e per realizzare assessment di rischio ex ante

Tenendo conto delle caratteristiche specifiche di una certa area e di eventuali microzonazioni sismiche, RAFAEL è in grado di realizzare una “mappa di scuotimento” identificando le infrastrutture più vulnerabili nel giro di 3 o 4 minuti. “Non è più necessario attendere un’ora come in precedenza, essere più tempestivi è fondamentale in queste situazioni” fa notare Rosato, accennando alla possibilità di generare anche terremoti sintetici. Utilizzando dati storici si può infatti “replicare digitalmente un terremoto di decenni o secoli fa per capire cosa distruggerebbe oggi. È molto utile per cogliere nuove vulnerabilità e migliorare il livello generale di resilienza”.

Oltre alle shakemap, con RAFAEL si ottengono anche mappe di rischio esondativo: incrociando le informazioni della Protezione Civile con quelle della rete elettrica, per esempio, si può capire quali e quante cabine potrebbero finire sotto il livello dell’acqua nel caso un fiume straripi. “Come avvenuto a Roma, oltre a segnalare le cabine a rischio possiamo valutare anche gli impatti indiretti, indicando quali zone e per quanto tempo rimarrebbero senza servizio” spiega. “Inviamo specifici alert per segnalare eventuali blocchi stradali e permettere operazioni di messa in sicurezza preventiva. Così si minimizzano gli impatti funzionali lasciando senza luce un minor numero di cittadini”.

Figura 3: Esempio di shakemap per valutare l’impatto del terremoto dell’Aquila sulle autostrade A24 e A25. ENEA è in grado di realizzarla in pochi minuti

AI, machine learning e insights per un SDD nazionale più accurato e veloce

Se tutto ciò è possibile “solo” grazie a modelli matematici a stati e sistemi di simulazione numerica, molto di più si potrà fare appena ENEA adotterà algoritmi di intelligenza artificiale e machine learning. Non accadrà con RAFAEL, terminato a novembre 2021, ma all’interno di un futuro progetto di ricerca che ENEA inizierà per “continuare ad acquisire tasselli e migliorare sia l’osservazione del territorio che i modelli, le proiezioni e la generazione di scenari” racconta Rosato.

L’obiettivo principale è però quello di rendere questa WebGIS di supporto decisionale uno strumento da offrire a tutti gli operatori come strategico anche per la sicurezza del Paese. Rosato pensa “a uno spin off pubblico, una fondazione che lo presenti alle authorities delle varie infrastrutture, lasciando che ENEA svolga il ruolo di loro braccio tecnico. Serve però un forte commitment da parte di chi governa il Paese – sottolinea – per spingere gli operatori a condividere i propri dati in cambio di uno strumento prezioso”.

“Stiamo dialogando con la Presidenza del Consiglio, ma intanto continuiamo ad aggiungere pezzi al puzzle, portando la piattaforma su diverse aree italiane” puntualizza. “In Lazio e a Roma abbiamo collaborato con ACEA, abbiamo operato anche in Puglia mentre in Sicilia stiamo svolgendo un’attività di raccolta dati con ANAS per misurare la sismicità ed evincere la risposta delle infrastrutture a queste sollecitazioni, soprattutto strade e viadotti”.

Questo è un esempio di come ENEA sta investendo il suo tempo e le sue risorse umane per arricchire lo spettro di eventi considerati. “E’ molto importante collaborare con gli operatori perché spesso sono gli unici a conoscere alcuni fenomeni particolarmente critici per le loro infrastrutture” spiega Rosato, portando l’esempio dei manicotti di ghiaccio in montagna sulle reti ad alta tensione, oppure della concentrazione del sale nel vapor d’acqua nelle zone costiere. “Sono specificità che vogliamo inserire nella nostra piattaforma e monitorare perché, una volta coperto tutto il territorio italiano, come speriamo accada, possa davvero dimostrarsi un potente strumento per rendere l’Italia un Paese più resiliente e sicuro”.

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.

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