Sistema per la prevenzione e il monitoraggio di incendi

Obiettivi e requisiti del Sistema

La soluzione proposta deriva dalla comprensione degli obiettivi di fondo del sistema,  e del contesto organizzativo e operativo in cui esso si colloca.
 Gli obiettivi, così, come percepiti da Tempestini, sono in sintesi:

• consentire un supporto quanto più precoce, efficace e documentabile delle attività di Prevenzione Incendi, attraverso un innovativo approccio che privilegia, attraverso l’uso di opportune tecnologie sofisticate, il controllo costante del territorio, in tutte le variabili e informazioni (immagini, variabili meteorologiche, dati specifici del territorio) che hanno un impatto sulla individuazione precoce, valutazione e reattività a fronte a situazioni di potenziale o effettivo pericolo. Il controllo del territorio implica anche la necessità di individuare la presenza di persone, oggetti o elementi attraverso immagini ottiche.
• migliorare l’efficacia degli interventi di emergenza, attraverso l’evidenza di situazioni allarme, e attraverso il coordinamento informativo con le unità operative di intervento, nel contesto degli strumenti e procedure già in uso presso la Protezione Civile.
• Consentire attività a posteriori di tipo forense, ricostruendo in maniera esaustiva situazioni critiche, ovvero utilizzare il patrimonio storico memorizzato al fine di meglio calibrare i criteri decisionali e operativi.

L’analisi dei requisiti generali e della “filosofia” operativa generale del sistema, di seguito riassunta, porta ad evidenziare le caratteristiche che maggiormente influenzano le scelte tecnologiche e architetturali.
Dato il contesto e la criticità in cui opera, il sistema deve presentare stringenti requisiti in termini di Robustezza e Affidabilità: esso deve essere intrinsecamente”robusto”, deve essere in grado di funzionare in condizioni estreme e deve eliminare, a livello di componentica, di architettura tecnologica e di presidio operativo, i rischi derivanti da malfunzionamenti o cadute di una o più componenti di sistema.
A partire dalla sperimentazione sulle aree territoriali identificate per il presente progetto, il sistema deve essere inoltre sicuro (in termini di sicurezza logica e fisica), facilmente scalabile, esportabile, espandibile ed utilizzabile senza necessità che non siano legate alla acquisizione delle caratteristiche e variabili ambientali del nuovo (o modificato) territorio da gestire. Esso deve consentire quindi una sostanziale indipendenza dalla tecnologia utilizzata (in particolare Telecamere) e non comportare nei casi in questione variazioni delle componenti software, mentre potranno al più essere necessari eventuali incrementi di potenza di elaborazione e di capacità di storage disponibile.
Esso deve consentire la massima ricchezza informativa a supporto degli Operatori, un uso efficace
nel definire e valutare i parametri e le situazioni critiche (per esempio configurabilità allarmi) ed una facile e veloce modifica di ambientazione.
Sulla base della sintesi degli obiettivi e dei requisiti di fondo sintetizzati, il concetto di riferimento
(“vision”) maturata porta a definire il sistema come

un sistema di Supporto alle Decisioni sostanzialmente distribuito, interfacciabile e configurabile ai fini del controllo costante del territorio in ambito e della evidenza precoce di situazioni di incendio a supporto degli interventi in emergenza.
Il supporto alle decisioni avviene attraverso una grande ricchezza informativa “atomica” e puntuale, ma anche e soprattutto grazie alla possibilità di agevole definizione di Quadri Sinottici efficaci configurabili in base all’esperienza storica del presidio sul territorio, all’apprendimento attraverso l’uso del Sistema stesso, alla integrazione e correlazione di fonti informative storiche, analitiche e di sintesi.
Condizione indispensabile per l’efficacia del sistema rispetto agli obiettivi è

La disponibilità della maggior quantità e “aggiornamento” dei dati e delle informazioni
cartografiche caratterizzanti il territorio

Questa dipende essenzialmente dal

Corretto ed efficace posizionamento dei sensori (telecamere termiche, ottiche e sensori di campo)
sul territorio in ambito rispetto alle esigenze informative e agli obiettivi del Sistema, rispettando
peraltro i vincoli specifici e ambientali posti.

Pertanto la logica di posizionamento ottimale delle stazioni, sulla base del miglior compromesso possibile in termini di:

• caratteristiche dei sensori (telecamere e sensori di campo)
• caratteristiche del territorio ai fini degli obiettivi del sistema
• disponibilità dei dati e delle mappe necessarie
• costi/benefici

Tuttavia, al fine di consentire la maggior ricchezza informativa possibile a livello operativo e decisionale, è opportuno prevedere l’utilizzo di apposite tecniche e strumentazione di rilevamento delle caratteristiche del territorio (in particolare per consentire il funzionamento dei Modelli Matematici previsti), mentre è auspicabile l’utilizzo di ulteriori fonti informative che, integrate nel sistema, possano arriccchire il supporto decisionale.
Questo approccio concettuale permette di disegnare un sistema:

• che risponde pienamente e che supera, sotto il profilo funzionale e tecnologico i requisiti generali e specifici
• arricchito, rispetto ai requisiti stessi, di strumentazione (infrastrutturale e software) che permette la miglior definizione del territorio e supporto decisionale
• efficace rispetto agli obiettivi, in quanto focalizzato non solo sulla pura acquisizione di dati e immagini, ma orientato alla integrazione (configurabile), esportazione e condivisione di tutti i dati analitici e di sintesi provenienti da diverse fonti informative.

Architettura Funzionale

Architettura, linee guida e criteri di progetto

Sulla base di quanto esposto in precedenza, Tempestini ha adottato per disegnare il Sistema, le seguenti linee guida e criteri di progetto:

• Aderenza ai criteri informatori, agli obiettivi e ai requisiti generali del Sistema, con importanti aggiunte di strumentazione che consentono di superare i requisiti e gli obiettivi rispetto a quanto richiesto
• Piena aderenza e superamento dei singoli requisiti tecnologici, in termini di strumentazione
• Piena aderenza e superamento dei requisiti della Piattaforma applicativa, grazie alla adozione di una Piattaforma standard, che a sua volta soddisfa e supera i requisiti previsti sotto tutti i profili funzionali e operativi
• Adozione delle opportune soluzioni di Reti di Trasmissioni, ottimizzate rispetto alla tecnologia e al contesto, che non comportano canoni e che garantiscono la continuità della trasmissione
• Adozione di tecnologie standard sia di rete che di sistemi operativi, che consentono una facile interoperabilità
• In particolare la Piattaforma applicativa si configura in modo nativo come una Piattaforma IP distribuita, consentendo quindi l’accesso, sotto opportuna configurazione, ad ulteriori Enti
• Adozione di prodotti e soluzioni “best of breed” e standard di mercato, con particolare riguardo alla strumentazione (telecamere, sensori) e alla piattaforma software. Questa scelta consente di avere un sistema allineato agli standard di fatto, di minimizzare i costi di manutenzione e di consentire una facile evoluzione tecnologica e funzionale del sistema, potendo usufruire agevolmente della evoluzione dei prodotti stessi e di una vasta platea di soluzioni applicative, anche di Terze Parti certificate
• Integrazione nativa; le telecamere prescelte sono gestite completamente nella Piattaforma Applicativa prescelta
• Arricchimento e integrazione nella piattaforma applicativa del patrimonio informativo, sia di caratterizzzazione del territorio che di ulteriori elementi di supporto decisionale provenienti da altre fonti e strumentazioni. Sotto questo profilo si prevede di usare:
• dati di sintesi di rischio incendio provenienti da satellite, a basso costo, di estrema utilità nel supporto decisionale e integrati nel Sistema
• elicottero UAV che permette di monitorare ulteriormente situazioni di pericolo (attuale o potenziale) localizzate, in modo agevole, senza intervento umano
• Apposito software di generazione cartografica, che consente di acquisire (qualora non disponibili) e mantenere aggiornati dati estremamente puntuali del territorio (per esempio accumulo di foglie..), e/o dati necessari per il Modello di Propagazione Incendio. Tali dati possono essere acquisiti utilizzando l’UAV, ovvero manualmente, tramite camere digitali anche commerciali.
• Adozione di Modellistica per Valutazione Rischio Incendio e Valutazione Propagazione Incendio consolidata, referenziata e certificata
• Minimizzazione degli strati di software “custom”, riducendo così i costi (sviluppo e manutenzione), limitando tali sviluppi sostanzialmente agli strati di integrazione fra la Piattaforma e i Modelli ed alle eventuali integrazioni derivanti dall’uso di software cartografico, • Apertura alla implementazione futura di sistemi software specifici di DSS (motore a regole), in grado di generare in maniera strutturata un sistema di regole basato sull’”appredimento” derivante dall’uso del sistema.
• Attenzione al supporto operativo: il sistema, e concettualmente, e tecnologicamente innovativo deve essere pienamente operativo; a tale fine viene proposta una modalità di assistenza adeguata in termini di quantità e qualità.

Strumentazioni e Infrastrutture

Telecamere Termiche

La telecamera selezionata è la Flir A320, Questa telecamera ha un uso provato e dimostrabile in situazioni di critiche, compreso la prevenzione incendi.
La telecamera è integrata in maniera nativa nella piattaforma applicativa Milestone. Essa presenta caratteristiche funzionali e tecniche che superano i requisiti richiesti; in particolare vanno in questa sede sottolineate funzionalità quali:

• funzioni integrate di analisi estesa
• funzioni di allarme integrate
• funzione messaggi: la telecamera invia automaticamente risultati di analisi, immagini IR e altro per mezzo di e-mail programmate in funzione degli allarmi
• mascheratura immagini
• filmati MPEG-4 su connessione Ethernet per visualizzare immagini dal vivo su PC a 640x480 con overlay a 60 Hz
• input/output digitali, per allarmi e controllo di dispositivi esterni
• controllo remoto della telecamera
• uscita video composito, compatibile PAL e NTSC
• ottiche intercambiabili, che permettono di implementare diverse strategie di copertura, a secondo delle caratteristiche del territorio e degli obiettivi del controllo
• elevata sensibilità, < 70mK
• estesa capacità di zoom
• design compatto e leggero
• brandeggio
• copertura stainless, a norma per situazioni ambientali critiche
• programmabilità, attraverso kit software di programmazione per la scrittura di un applicativo software personalizzato che consenta di integrare le termocamere FLIR in un sistema di controllo automatico più complesso (per esempio: videocamera, brandeggio motorizzato, centralina metereologica, GPS, ...)

La telecamera consente di avere un’alta risoluzione, per esempio di coprire un’area di 0,7x0, 7 m alla distanza di un Km; l’utilizzo delle ottiche appropriate consente di implementare strategie di copertura che privilegiano la larghezza di campo, per una copertura estesa con una risoluzione leggermente inferiore, ovvero di concentrare il campo con una risoluzione eccellente, a livello di centimetri. Si sottolinea infine come, in considerazione della costante e veloce evoluzione tecnologica e di prodotto nel settore, Tempestini si farà carico di selezionare modelli ancora più performanti. In particolare è prevista una evoluzione della termocamera Flir che nel breve renderà disponibile una lente telescopica per la termocamera IR FLIR A320, che avrà una lunghezza focale di 76 mm ed un FOV di 6°x4,5°. La risoluzione geometrica sarà quindi pari a 0,32 mrad.

Telecamere ottiche

Per controllo movimenti: la telecamera selezionata è la AXIS 233D Network Dome Camera, Telecamera PTZ ad alta velocità con sensore Progressive Scan e zoom 35x.
La AXIS 233D è una telecamera di rete a cupola progettata per installazioni di sicurezza complesse.
È dotata di una vasta gamma di funzionalità, tra cui zoom 35x, Progressive Scan, funzioni PTZ
veloci, e precise, WDR per prestazioni eccezionali e immagini di alta qualità.
Le telecamere di rete Axis consentono di accedere al video in qualunque momento nonché da qualunque computer e ubicazione. La telecamera AXIS 233D fornisce straordinarie funzioni per la gestione degli eventi, che comprendono il rilevamento e la visualizzazione delle immagini di oggetti in movimento in più finestre, ingressi/uscite per la connessione di periferiche esterne (ad esempio relè e sensori per l’attivazione di luci, lo sblocco di porte, ecc.) e buffer per le immagini precedenti e successive al rilevamento degli allarmi. La telecamera AXIS 233D è particolarmente indicata per applicazioni di sorveglianza delicate, quali aeroporti, stadi, porti, zone speciali dove risulta determinante seguire gli oggetti in movimento da grande distanza e visualizzarli con precisione nel dettaglio. Tutte le funzionalità della telecamera sono gestite in maniera nativa nella piattaforma applicativa Milestone.
Le principali caratteristiche sono:

• zoom ottico 35x: Il potente zoom ottico 35x e digitale 12x consentono alla telecamera di ingrandire oggetti piccoli e distanti e persone È possibile rimpicciolire o visualizzare le immagini a grandezza naturale nella posizione standard dello zoom 35x, ottenendo una visione nitida e chiara, ricca di colori e dettagli.
• zoom di area: la telecamera è in grado di utilizzare la funzione PTZ sulla zona desiderata di una scena monitorata. È sufficiente definire una zona per eseguire l’ingrandimento immediato e ottenere la relativa visione dettagliata.
• Qualità di immagine superiore: La funzione EIS (Electronic Image Stabilizer) consente di ridurre l’effetto delle vibrazioni causate dal traffico o dal vento fornendo immagini più nitide. Questa funzione risulta particolarmente utile quando la telecamera è installata in posizioni soggette a scuotimento o vibrazioni, come ad esempio su un palo o vicino a un’autostrada in caso di traffico intenso.
• Funzioni MPEG-4 e Motion JPEG utilizabili insieme La telecamera offre flussi in formato MPEG-4 e Motion JPEG. È possibile ottimizzare i flussi video in termini di qualità immagini ed efficienza di larghezza di banda configurando la velocità di trasmissione in fotogrammi, il livello di compressione e il formato, e ottenere così velocità di trasmissione massime di 30 fotogrammi al secondo con una risoluzione 4CIF in tutti i tipi di compressione.
• Ecezionali performance di PAN/TILT: L’applicazione della massima velocità di 450º/sec e l’elevata precisione del movimento a bassa velocità di 0,05º/sec consentono lla telecamera di seguire una persona che cammina a una distanza di 400 m e di eseguire la funzione PTZ con qualsiasi posizione preimpostata in meno di 1,5 secondi. La funzione Freeze mantiene l’immagine durante la modifica delle posizioni preimpostate per facilitarne l’utilizzo, mentre la funzionalità E-flip esegue l’inversione elettronica dell’immagine a 180º quando si segue un oggetto in movimento sotto la cupola.
• Wide Dynamic Range (WDR): La telecamera dispone della funzionalità WDR 128x per mantenere il contrasto e assicurare video di alta qualità e immagini dettagliate anche in condizioni di luce complesse, come in casi di sorgenti di luce molto potente come il sole, forte controluce o zone in ombra.
• interfaccia di programmazione aperta studiata per consentire l’uso di applicazioni personalizzate.

Stazioni Meteo

Tempestini ha selezionato per la sensoristica ambientale necessaria al progetto i prodotti della
SIAP+MICROS, società leader nel settore dela strumentazione di misura per il monitoraggio
ambientale e per i sistemi di telerilevamento di misure per il monitoraggio ambientale. La soluzione adottata è conforme ai requisiti e prevede una stazione meteo completa di:

• trasduttore di temperatura aria per esterni
• pluviometro con area bocca da 1.000 cmq
• trasduttore umidità relativa per esterni
• trasduttore barometrico range 700/1.100hPa
• trasduttore di direzione vento optoelettronico
• trasduttore di velocità vento optoelettronico
• trasduttore radiazione globale a termopila.

La stazione include:

• Pannello solare
• Centralina elettronica programmabile
• Batterie ricaribili

La stazione viene protetta da un contenitore coibentato, ed è protetta da scariche elettriche. I sensori rispondono pienamente alle prescrizioni della OMM (Organizzazazione Meteorologica Mondiale).

Supporti per apparecchiature

I supporti che verranno adottati, e distribuiti sulle zone da monitorare come descritto nei punti
successivi sono:

• Palo poligonale verniciato verde senza ballatoio H=18-24mt mt a quota variabile tra 700-1200 s.l.m
• Palo Tipo Pino Nero H=36 mt installazione quota 800 – 1.200 s.l.m.

I pali verranno forniti in opera completa di tutti gli accessori e le protezioni necessarie. Di seguito due immagini di riferimento per le tipologie adottate, calate nell’Area 1 (foto da sopralluogo).

PDA

Gli operatori sul territorio verranno dotati di un PDA per una comunicazione biderezionale don la Contro Room. La comunicazione sarà di tipo tradizionale, ma in particolare il PDA consentirà di trasmettere/ricevere immagini significative ai fini delle attività di prevenzione e monitoraggio
Si è ritenuto di selezionare un PDA “state of the Art”, con grande versatilità di comunicazione,
facilità d’uso, con possibilità di costruire applicazioni locali. Il terminale selezionato è HTC Magic, con il nuovo sistema operativo Google Android. Htc Magic Ha un display da 3.2 pollici. Il telefono integra Google maps e Youtube, per la navigazione su internet invece sarà usato il Google Webkit Browser.

Il processore dell'Htc Magic è un Qualcomm MSM7201 da 528 MHz, la memoria ram è da 128Mb e la rom da 512Mb. Ottimo dal punto di vista della connettività, infatti è un Quad-band GSM/GPRS/EDGE/HSDPA a 7.2 Mbps e HSUPA. Altre caratteristiche interessanti sono: fotocamera da 3.2 megapixel, connettività bluetooth e wi-fi, modulo gps integrato, batteria da 1340 mAh e la possibilità di espandere la memoria tramite le MicroSD. Verrano forniti 12 PDA.

Elicotteri UAV

Gli elicotteri UAV sono uno dei prodotti più innovativi attualmente sul mercato militare e della sicurezza; Forze dell’ordine, eserciti, guardie costiere e vigili del fuoco in diversi paesi li stanno già largamente utilizzando poiché questi veicoli rappresentano indubbiamente una soluzione economicamente vantaggiosa e professionalmente accurata. La caratteristica principale di questi elicotteri é il volo autonomo. É il computer di bordo, non un pilota, che esegue fisicamente i comandi per il volo attuando istruzioni pre-programmate ai fini dello svolgimento di tutte le funzioni di volo. L’ UAV può anche essere comandato remotamente da persone inesperte. Il computer di bordo interpreta poi i comandi correggendo eventuali sbagli e garantendo un’esecuzione accurata. Gli elicotteri UAV possono effettuare missioni di volo in modo completamente automatico a tempi prestabiliti e preprogrammati o eseguire missioni di volo con una semplice interfaccia intelligente. La velocitá massima in volo supera i 100 chilometri orari; ciononostante é sufficente una superficie limitata sia per il decollo che per l’atterraggio (in media meno di 4 metri quadrati). Gli elicotteri UAV sono facili da trasportare e sono utilizzabili anche in condizioni metereologiche estreme. Questi elicotteri permettono una notevole riduzione dei costi d’acquisto, manutenzione e trasporto essendo molto più piccoli di elicotteri normali. Una settimana operativa di un elicottero tradizionale equivale in termini di costo all’acquisto di un UAV. Inoltre, a differenza di un elicottero tradizionale, un UAV può raggiungere zone remote o ad alto rischio senza mettere in pericolo nessun pilota ed eliminando quindi il possibile rischio di inutile perdita di vite umane.Il carico utile dell’elicottero arriva fino a 25-30 kg il che permette di attrezzare il velivolo con differenti strumentazioni atte al rilevamento di dati e di immagini; in particolare Un UAV può rilevare immagini fotografiche ad alta risoluzione ed iperspettrali e può essere dotato di diversi tipi di telecamere: diurna, termica, a raggi infrarossi o a raggi ultravioletti.

L’autonomia dipende dalle condizioni ambientali, e può raggiungere le 4 ore. Grazie all’alta precisione ed alla stabilità delle riprese si possono realizzare mappature tridimensionali del suolo con precisione al centimetro. Il velivolo é in grado anche di trasportare eventuali oggetti per missioni specifiche (esempio robottini per analisi del suolo, salvagenti per naufraghi, boe di segnalazione o quant’altro consentito dal carico utile) e depositarlo delicatamente su un determinato luogo ed eventualmente recuperarlo. Gli UAV possono inoltre essere la soluzione ideale per intervenire rapidamente per localizzare il luogo esatto di una chiamata di emergenza, per facilitare l’intervento dei soccorritori e limitare al minimo rischi ed impiego per le risorse umane nonché per semplificare notevolmente le dinamiche operative di esercizio. Il ruolo del’UAV nel sistema in esame è duplice: da una parte esso consente, trasportato nelle opportuna zona di lancio, di fornire un supporto estremamente prezioso in situazioni di potenziale allarme, o incerta interpretazione dei dati provenieneti dalle telecamere, trasferendo immagini termiche od ottiche focalizzate su un punto preciso, immagini che verranno acquisite ed integrate nella piattaforma. Dall’altra esso può essere estremamente utile nel’acquisire ed elaborare (tramite apposito software integrato nella Piattaforma applicativa), dati georeferenziati anche in 3D del territorio, qualora necessario per la caratterizzazione del territorio stesso ai fini della migliore efficacia del Sistema.
In particolare, il funzionamento del Modello Matematico di propagazione Incendi richiede una serie di dati caratteristici e puntuali quali “Moisture”, “Crown”, che potrebbero non essere disponibili.

Analogamente, potrebbero essere non disponibili dati importanti per l’operatività quali altezze, assetto idrogeologico, sentieri/accessi, insediamenti e loro tipologia, siti di interesse particolare. La caratterizzazione può essere determinata e supportata dall’utilizzo dell’UAV di cui sopra, corredata da uno specifico software integrato nella piattaforma. Il software ADAM, attraverso l’uso di ogni tipo di camera digitale, dalle più sofisticate anche a bassa risoluzione alle più sofisticate, consente di generare una cartografia in 3D georeferenziata di estrema accuratezza, fino ad 1cm, il territorio target. Il ruolo di questo strumento software nel Sistema è quello di mappare e rappresentare con estrema precisione i punti critici del territorio, quali per esempio situazioni di accumulo di detriti, che difficilmente vengono evidenziati nelle mappe correnti. I rilievi possono essere fatti con la frequenza necessaria, tenendo conto delle possibili variazioni del terrenno, sia attraverso fotocamere montate sull’UAV, che utilizzando foto digitali esplorando le zone di interesse.