3. CARATTERISTICHE E COMPONENTI PRINCIPALI DEI SISTEMI DI MONITORAGGIO
3.2. Componenti principali di un sistema di monitoraggio
3.2.1. Gli strumenti di misura
3.2.2. Il sistema di acquisizione dati
3.3. Requisiti principali di un sistema di monitoraggio
3.4. Rappresentazione di un sistema di monitoraggio
3.1. Generalità
Nell’accezione generale, il monitoraggio costituisce uno strumento conoscitivo, volto all’acquisizione di informazioni quantitative sull’andamento nel tempo di variabili, assunte come rappresentative per caratterizzare l’evoluzione di una data porzione di ambiente fisico.
Tale ambiente è soggetto a mutamenti di equilibrio a seguito di particolari eventi, che, a loro volta, sono in grado, di arrecare danni all’uomo ed alle sue attività (tra i risultati di esse va annoverato il patrimonio storico-artistico) comportando quindi un grado di rischio.
Il monitoraggio assume pertanto una funzione di previsione dell’evento, al fine di garantire un margine di tempo sufficiente ad intraprendere provvedimenti volti alla riduzione del livello di rischio.
Il livello d’esposizione al rischio associabile ad un evento, dipende da tre fattori: la pericolosità, la vulnerabilità ed il valore del danno. Il primo dipende dalla probabilità che l’evento accada, il secondo descrive le conseguenze dell’evento sull’ambiente fisico considerato, il terzo infine quantifica la perdita di valore associabile alla vulnerabilità dell’ambiente.
La conoscenza dell’ambiente fisico data dal monitoraggio non è sufficiente da sola a ridurre l’esposizione al rischio. L’insieme dei processi e delle tecniche per riportare il rischio a livelli accettabili costituisce il controllo dell’evento. Un sistema di controllo è preposto a scegliere il tipo di intervento ed a valutarne gli effetti sull’ambiente, con l’obiettivo della riduzione del rischio.
Il controllo può intervenire su:
la pericolosità: riducendo la
probabilità che l’evento possa accadere, intervenendo sulle cause prime;
la vulnerabilità: si accetta che l’evento possa accadere e si tenta di limitare il danno ad esso associato.
In relazione alle scarse possibilità di ridurre la pericolosità di un evento, il controllo esplica preferenzialmente le sue funzioni sulla vulnerabilità. Gli interventi per ridurre la vulnerabilità devono essere programmati ed organizzati in debito anticipo, ad esempio impostando delle soglie d’allarme ed associando al superamento delle stesse opportune iniziative che, in caso di rischio estremo, possono prevedere l’evacuazione totale del territorio.
3.2. Componenti principali di un sistema di monitoraggio
Un sistema di monitoraggio è sostanzialmente costituito da una serie di unità principali:
gli strumenti di misura con relativi
sensori;
il sistema di acquisizione dati;
il sistema di trasferimento dei dati
dal punto di acquisizione a quello di utilizzo;
il sistema di elaborazione ed archiviazione dei dati.
Alla base del corretto funzionamento di un sistema di monitoraggio è la scelta e l’utilizzo dei componenti hardware e software del sistema che devono rispondere ad alcuni requisiti fondamentali che verranno in seguito elencati.
3.2.1. Gli strumenti di misura
La scelta degli strumenti da utilizzare e delle relative procedure di installazione rappresenta un aspetto particolarmente importante ai fini della possibilità di successo del monitoraggio; da essi, infatti, dipende in maniera preponderante la qualità delle misure.
La fase della scelta dei sensori è preceduta dall’individuazione dei parametri da misurare. Principalmente le grandezze fisiche significative da controllare in un versante instabile sono riconducibili a due principali categorie:
parametri che dipendono dall’evoluzione del fenomeno (grandezze cinematiche);
parametri che influenzano l’evoluzione del fenomeno (idrogeologici, meteorologici).
Vengono di seguito elencati i parametri maggiormente significativi:
parametri cinematici:
posizione di un punto nello spazio;
distanza (tra un punto fisso ed uno mobile);
deformazione (dislocazione relativa tra due punti).
I parametri cinematici sono rilevati con la misura di spostamenti superficiali e profondi.
parametri idrogeologici:
variazione del livello della falda freatica (piezometria).
I parametri idrogeologici sono rilevati con la misura delle pressioni interstiziali.
parametri meteorologici:
piovosità;
altezza della neve;
temperatura (dell’aria, della neve);
I parametri meteorologici sono rilevati con la misura della quantità di precipitazioni liquide (pioggia) o solide (neve) e con la misura della temperatura dell’aria, importante per la valutazione dello zero termico. In alta montagna la misura della temperatura della neve a diverse profondità può fornire indicazioni per la previsione delle valanghe.
parametri geofisici:
emissioni acustiche.
I parametri geofisici sono rilevati sono controllati con la misura delle vibrazioni trasmesse al terreno.
Particolarmente rilevante è la scelta dei punti da monitorare, perché l’instabilità si manifesta, specialmente nella fase iniziale d’evoluzione, in zone limitate che possono sfuggire al monitoraggio. Per questo motivo è fondamentale il contributo che può venire da indagini e studi geologici, geomorfologici e geotecnici del versante.
Da valutare con cautela è anche la scelta della frequenza e ridondanza delle misure che dipendono, in particolare la prima, dalle caratteristiche cinematiche riconosciute o supposte del fenomeno.
La descrizione particolareggiata degli strumenti atti a misurare le grandezze da monitorare è trattata nel capitolo 4.
3.2.2. Il sistema di acquisizione dati
Il sistema di acquisizione dati assolve il compito di comunicare con il sensore (o i sensori) a cui è collegato, memorizzare il dato e trasformarlo da unità elettrica (per esempio volt) ad unità fisica (per esempio millimetri).
3.2.3. Il sistema di trasmissione dati
Consente trasferimento dei dati dal punto di acquisizione (remoto) al punto di utilizzo. Esistono diversi sistemi da adottare, la cui scelta dipende essenzialmente dalle condizioni operative. In particolare:
sistemi via cavo (elettrico o a fibre ottiche);
sistemi via radio;
sistemi via linea telefonica (modem).
3.2.4. Il sistema di archiviazione ed elaborazione dati
Consente la catalogazione e conservazione dei dati al fine del loro utilizzo interpretativo del fenomeno sotto osservazione. Sovrintende alla restituzione dei dati in forma grafica e/o di tabella ed all’eventuale attivazione di allertamento in caso di superamento di soglie prefissate. Può essere dotato di modelli numerici previsionali a sostegno della fase decisionale che precede l’attivazione dell’allertamento.
3.3. Requisiti principali di un sistema di monitoraggio
3.3.1. Requisiti hardware
I più importanti sono:
la flessibilità: i componenti
del sistema debbono potersi facilmente adattare alle molteplici necessità
delle situazioni ed alle condizioni ambientali in cui operare; nel sistema
debbono poter essere integrate eventuali strumentazioni e reti già esistenti e
comunque informazioni e dati provenienti da altre fonti;
l’espansibilità: il sistema
deve poter essere facilmente ampliato, ridotto e riposizionato in relazione
all’evoluzione dei fenomeni e dalle mutate necessità conoscitive;
l’affidabilità: deve essere
garantita la funzionalità dei componenti per lunghi periodi ed in condizioni
ambientali anche critiche, durante le quali spesso sono richieste le maggiori
prestazioni;
la disponibilità: il
sistema deve disporre di risorse interne (ridondanza dei componenti critici,
capacità di funzionamento indipendente, ecc.) per garantire adeguati livelli
di funzionamento anche a fronte di eventi imprevisti, situazioni di crisi,
ecc.;
la manutenibilità: gli interventi di manutenzione, essenziali ai fini della funzionalità del sistema, devono poter essere eseguiti in modo semplice grazie alla standardizzazione dei componenti e a una progettazione che tenga conto della necessità di intervenire sugli apparecchi.
3.3.2. Requisiti software
Le caratteristiche più importanti delle componenti strumentali software del sistema riguardano l’interfaccia uomo/macchina e le funzionalità di elaborazione. L’interfaccia generale del sistema deve consentire la massima semplicità e flessibilità di utilizzo dei diversi componenti funzionali, i cui requisiti principali sono:
la semplicità delle istruzioni;
la disponibilità di funzioni di aiuto (help) in linea per l’utente;
l’accessibilità agevole alle diverse possibilità offerte dal sistema;
il mantenimento di una traccia di tutto quanto avviene in una sessione di lavoro (storia dell’elaborazione).
Per quanto riguarda l’elaborazione sono necessarie diverse funzionalità:
gestione dei dati, con funzioni di inserimento, modifica, interrogazione e cancellazione;
comunicazione con sistemi esterni;
modelli interpretativi e previsionali;
grafica;
elaborazione in tempo reale (real-time).
3.4. Rappresentazione di un sistema di monitoraggio
Lo schema generale di un sistema, realmente operante, per il monitoraggio e controllo di un versante interessato da una frana estesa, è rappresentato in figura 6. Gli strumenti, sparsi sul territorio, sono raggruppati in blocchi ed asserviti a unità periferiche di acquisizione. Il collegamento tra i sensori e le unità avviene per mezzo di un cavo, mentre le stesse fungono anche da unità remote di trasmissione via radio. La scelta della trasmissione radio è stata dettata dalla vastità dell’area sotto controllo e della necessità, ai fini della sicurezza, di disporre dei dati in tempo quasi reale.
Il flusso d’informazioni tra le unità periferiche ed il sistema centrale avviene nei due sensi, in quanto quest’ultimo è in grado di dialogare con le unità di acquisizione, per richiedere l’invio di dati, modificare la frequenza di acquisizione, informarsi sullo stato di funzionamento delle unità periferiche.
I dati acquisiti sono inviati all’unità principale di elaborazione, che svolge in primo luogo il compito di smistare le informazioni nei sistemi di banca dati. Nel caso in esame ne sono previsti due. Il primo risiede presso la stessa unità centrale di elaborazione ed ha la funzione di banca dati locale, nella quale sono conservate le informazioni più recenti fornite dal sistema, in pratica gli ultimi tre mesi di acquisizioni. Per evitare di appesantire eccessivamente l’unità di elaborazione, che è costituita da un minicomputer e che serve anche per tutte le funzioni di elaborazione e restituzione dei dati, l’intera serie di dati acquisiti è conservata in un sistema di banca dati residente su un elaboratore centrale remoto, al quale il centro è collegato via modem attraverso una linea dedicata.
Presso l’unità centrale di elaborazione risiedono anche i modelli numerici di predizione ed i sistemi esperti che sono utilizzati per l’interpretazione e come supporto al processo decisionale, e l’unità di allertamento che provvede a segnalare automaticamente il superamento delle soglie di accertabilità delle misure ed a mettere in allarme il sistema.