IOT E RETI IDRICHE – NUOVE TECNOLOGIE PER MIGLIORI SERVIZI

L’Internet of Things: alcune linee guida per orientarci

Articolo ad opera di: A2A Smart City

 

 

Per Internet of Things (IoT) (o Internet delle Cose) si intende l’insieme delle apparecchiature e dei dispositivi in grado di inviare e/o ricevere dati relativi al proprio stato o in merito allo stato dell’oggetto a cui sono collegati, connessi tra di loro e ad una rete di telecomunicazioni wired o wireless.

Tra i principali ambiti di applicazione per l’IoT si possono citare domotica, robotica, biomedicale, telemetria, monitoraggio in ambito industriale, sorveglianza, sistemi embedded, rilevazione e registrazione eventi, smart city e mobilità intelligente, agricoltura e zootecnia, smart grid & metering.

Lo smart grid & metering, in particolare, stanno contribuendo significativamente al recente sviluppo delle applicazioni IoT, grazie sia all’evoluzione degli oggetti in campo (meter in primis) che per la nuova generazione di tecnologie trasmissive disponibili che interagiscono con efficacia con sensori a bassissimo fabbisogno energetico, alimentabili quindi a batteria, e in grado di dialogare con la propria rete di riferimento in modalità wireless.

Le tecnologie trasmissive disponibili proliferano, offrendo a utenti, provider e system integrator la possibilità di scegliere (nel rispetto di eventuali indicazioni normative di settore) tra reti:

  • a cortooppure a lungoraggio di portata dei segnali
  • peer-to-peer/ meshoppure punto-a-puntooppure ancora punto-a-multipunto
  • standard su banda licenziataoppure flessibili su spettro non licenziato

Guardando alla curva di crescita della diffusione delle reti, un trend interessante è quello rappresentato dalla diffusione delle cosiddette LPWAN (Low Power Wide Area Network), in cui le reti di sensori si caratterizzano in media per un ampio raggio trasmissivo (nell’ordine di diversi chilometri) e per l’ottimizzazione dell’assorbimento energetico utile per la comunicazione, così da garantire una lunga vita ai device in campo, che diventano quindi “smart” anche e soprattutto perché l’intelligenza a bordo non ne preclude la compatibilità con la normale durata del ciclo di vita ordinario (tipicamente anni). L’offerta di applicazioni di tipo LPWAN sta accompagnando la crescente domanda di mercato e le alternative tecnologiche sono consolidate nel campo delle bande non licenziate (Sigfox, LoRaWAN, …) e in definizione nell’ambito dello spettro licenziato (NB-IoT, LTE-M, …). In base allo specifico caso d’uso, l’assorbimento energetico, la capacità di banda nonché la flessibilità delle configurazioni di rete rappresentano i driver chiave nella scelta della trasmissione IoT più adeguata.

 

 

Smart Land e gestione della risorsa idrica

Gli utilizzi dell’acqua nel mondo odierno sono svariati e sempre più cruciale diventa acquisirne consapevolezza per ottimizzarli a causa della naturale, e a tratti accelerata,  diminuzione di disponibilità della risorsa idrica. In questo contesto, A2A Smart City lavora per mettere in sinergia i propri asset e le proprie competenze in ambito IoT supportando lo sviluppo di quelle soluzioni strumentali a tutto ciò che afferisce al monitoraggio, alla misura e agli interventi di efficientamento sia nella disponibilità idrica (in natura e nelle reti idriche) che in tutti i servizi che utilizzano l’acqua come elemento principale.

In una visione olistica della risorsa idrica, il punto di partenza non può che essere la verifica della disponibilità della risorsa idrica da immettere in rete, tramite la misurazione dei parametri atmosferici (intensità di pioggia, in primis) nonché il monitoraggio dei livelli e della qualità dell’acqua presente nei corpi idrici superficiali.

Mentre il punto di arrivo tende ad interrogarsi (anzitutto con sistemi di misura dei consumi) sull’uso che ne viene fatto dagli utenti finali

I grandi utilizzatori di risorsa idrica possono essere rappresentati da tre macro-categorie: l’agricoltura, le industrie e i privati. Come può l’IoT non solo misurare ma anche per indirizzare un attento consumo? Un primo esempio può essere dato dalle soluzioni tecnologiche  a disposizione dell’Agricoltura in supporto ai sistemi di irrigazione. Applicando misuratori di umidità e temperatura del terreno, che automaticamente forniscono le indicazioni per il corretto quantitativo d’acqua necessario alla singola coltura anche in relazione alle previsioni del tempo e alla programmazione della disponibilità idrica, si ottiene non solo l’eliminazione degli sprechi e il contenimento dell’uso di acqua (uno studio dell’Osservatorio Agrifood del Politencico di Milano ha misurato un risparmio fino al 20% della risorsa idrica annuale nelle situazione di monitoraggio con sensoristica di campo)  ma anche l’incremento della capacità produttiva del terreno stesso e un beneficio anche in termini di minor utilizzo di fitofarmaci. In ambito industriale, invece, è possibile misurare, in tutti i punti dell’azienda in cui viene utilizzata l’acqua (ciclo produttivo, impianti di raffreddamento, mense, bagni, …), ed è l’immediata disponibilità del che rende possibili gli interventi di efficientamento di tutto l’impianto legandolo non solo all’energia (elettrica o di calore), ma anche alla risorsa idrica.

Ma anche i privati possono giovare delle soluzioni IoT, infatti attraverso i cosiddetti Smart Meters o Contatori/ripartitori Intelligenti, la fatturazione del Gestore del Sistema Idrico Integrato può avvenire sui consumi effettivi e non più su stime sommarie o, nel caso di contatori condominiali, di ripartizioni su parametri non teorici. Ma lo Smart Metering non rende solo consistente e veritiera la misura, ma ne abilita la disponibilità del dato in continuum, trasformando la comunicazione del consumo in una informazione utile per rendere il consumatore finale consapevole del proprio comportamento e quindi in grado di “autoregolarsi”.

Ovviamente anche le Amministrazioni Pubbliche possono migliorare, e quindi diminuire, gli utilizzi impropri della risorsa idrica grazie ad un puntuale monitoraggio dei consumi e a sistemi di irrigazione automatico delle proprie aree verdi (aiuole, parchi, giardini, ….).

 

 

 

L’IoT valore aggiunto per il servizio idrico

Queste innovative soluzioni IoT stanno fornendo risposte concrete a quelle che sono le esigenze di diversi settori, ma uno in particolare ne sta traendo il maggior beneficio, ed è quello delle  Utilities, interessate a questi percorsi di innovazione sia per necessità di carattere normativo che per un processo di riqualificazione complessiva delle infrastrutture di distribuzione e dei processi operativi.

Questo innesto tecnologico crea un doppio beneficio, infatti l’IoT non solo supporta l’innovazione dei processi operativi delle Utilities ma al contempo crea le condizioni per percorsi di Smart Land, facendo sì che le Utilities, nell’innovare i propri processi, creino una esternalità positiva per i propri territori dotandoli, ad esempio, di infrastrutture di raccolta dati e abilitando interi territori a percorsi Smart, attivando quindi quel perno necessario che è la sinergia tra i diversi stakeholder territoriali.

Tale approccio è peraltro intrinsecamente legato al ruolo delle Utilities, aziende partecipate dagli Enti Locali che, con il proprio lavoro quotidiano, restituiscono agli stessi Enti Locali non solo servizi e benefici economici, ma anche scelte di investimento di ampio respiro che possano portare benefici diretti, quale appunto una infrastruttura di telecomunicazioni sicura e scalabile, fruibile anche da parte degli altri servizi pubblici e di pubblica utilità.

In questo contesto, il servizio idrico integrato rappresenta uno dei casi più interessanti. Infatti il servizio ha in questo momento storico la necessità di riqualificare (efficientando) l’esistente e di offrire servizi a territori in cui questi ancora non sono capillari, all’interno di un contesto normativo dinamico in cui i parametri di qualità tecnica ed i desiderata di livello del servizio sono notevolmente aumentati.

Su scala nazionale le criticità e le problematiche che, sempre più frequentemente, devono affrontare i Gestori del Servizio Idrico sono spesso oggetto di soluzioni che possono sfruttare le nuove tecnologie di elaborazione del dato con comunicazione attraverso reti innovative, soluzioni fino a pochi anni fa non disponibili su larga scala.

La principale evoluzione riguarda proprio il concetto di rete di telecomunicazione. Una rete non più definita secondo lo schema di rete cablata con collegamenti fisici e apparati dedicati ma che si identifica in una rete corrispondente appunto al paradigma dell’IoT. Questa rete si propone non di sostituire quanto presente per il telecontrollo o per la gestione ordinaria ma di essere una importante evoluzione dell’esistente in termini di integrazione, con nuove possibilità e nuovi dati che possono essere raccolti da qualsiasi elemento della infrastruttura idrica ed idraulica.

Questa importante evoluzione nel campo delle telecomunicazioni è a disposizione anche del sistema idrico integrato, che con la sua complessità strutturale e di componenti necessita di molteplici dispositivi, spesso installati in ambienti difficili da raggiungere, sfruttando le potenzialità dei nuovi protocolli per arrivare fin dove ieri sembrava impossibile arrivare con un sistema di comunicazione.

IoT al servizio dell’innovazione del SII quindi, grazie a sensori di campo che si possono applicare in tutti i segmenti della gestione del servizio: fognatura, acquedotto e depurazione, che possono comunicare in radiofrequenza su un protocollo standard sicuro e senza necessità di essere alimentati o cablati.

Sensori che garantiscono la loro funzionalità per numerosi anni e che possono pertanto garantire il loro impiego in piani e contesti complessi, senza precludere il normale ciclo di vita industriale dei dispositivi anche una volta che questi vengono “smartizzati”.

Una rete idrica è infatti complessa, articolata e diversificata; condotte, tubazioni e valvole garantiscono la distribuzione dell’acqua dalla fonte all’utente e poi la riportano all’impianto di depurazione attraverso un processo idraulico la cui complessità spesso non è nota a tutti.

La complessità della rete idrica e la varietà dei parametri necessari per una gestione corretta trova una destinazione quasi scontata nell’utilizzo di una rete IoT, dove si può applicare il concetto di Big Data, alimentati da numerosi devices diversi tra loro da cui vengono raccolte stringhe di informazioni con precisione, efficacia e sicurezza.

Molti dati quindi, messi real time a disposizione dello strato applicativo che offrirà una dashboard precisa e funzionale all’operatore che quindi potrà garantire migliore gestione dell’intero ciclo idrico.

Alcuni dei principali parametri che attraverso una rete IoT possono essere messi a disposizione del gestore del servizio idrico sono, ad esempio:

 

  • Misura dei volumi di acqua, per lo smart metering
  • Monitoraggio della rete acquedottistica, temperatura, pressione portata, per la regolazione e la distrettualizzazione
  • Qualità dell’acqua in acquedotto, per la garanzia della salute degli utenti
  • Qualità dell’acqua a valle dell’impianto di depurazione per l’utilizzo in agricoltura
  • Regolazione dei dispositivi in campo per un efficientamento energetico generale delle infrastrutture
  • Controllo e monitoraggio dei parametri per una sicurezza idraulica anche in casi di emergenza

La Rete, in particolare quella LoRaWAN nativa per applicazioni IoT che con efficacia sta vedendo numerose applicazioni proprio in questo settore, si pone come una infrastruttura abilitante per molteplici servizi nel mondo idrico, con l’obiettivo importante e impegnativo di garantire ai Gestori ed a tutti gli Enti che operano la possibilità di offrire ad utenti privati ed industriali un servizio in linea con gli obiettivi comunitari ed internazionali in termini di salvaguardia del bene e di regolazione tariffaria.

Le tecnologie attraverso cui una rete IoT può essere implementata garantiscono basso consumo energetico e semplicità di installazione sia delle componenti di rete (concentratori) che dei devices di campo (sensori ed attuatori).

Capitolo a parte ed una particolare attenzione merita inoltre l’evoluzione, anche normativa, che sta attraversando lo specifico ambito relativo alla misura puntuale dei consumi. La maggior parte degli Uffici d’Ambito locali sta infatti prevedendo ambiziosi piani di sostituzione degli attuali contatori meccanici con moderni contatori evoluti che possano essere agevolmente e frequentemente tele-letti e che possano dare informazioni non solo commerciali ma anche operative.

Una rete IoT adeguatamente configurata e realizzata abilita già oggi e su reti idriche funzionanti comunicazioni da sensori con frequenza di trasmissione anche inferiore all’ora, che per il Gestore rappresenta un incremento di dati e valori oggi non disponibili, offrendogli una “fotografia in continuo” della rete di distribuzione dell’acqua nei territori in cui opera, con immediata evidenza dei problemi e delle situazioni anomale, un quadro completo per tutti gli aspetti gestionali ed operativi.

Il mondo dell’idrico si appresta a divenire, al pari dell’elettrico e del gas, un settore evoluto, monitorato in continuo e tecnologicamente interattivo.

Se le nuove tecnologie e le infrastrutture idriche saranno in grado di accoppiare domanda ed offerta si potrà offrire al territorio un graduale miglioramento nella gestione delle reti e dare risposta a criticità come la presenza diffusa delle perdite ed il bilancio idrico.

La distribuzione dell’acqua, la lettura dei contatori, la gestione dei depuratori e della fognatura possono trarre ampi benefici dall’integrazione tra una rete IoT e altre tecnologie innovative, perseguendo così quei margini importanti di miglioramento della qualità del servizio offrendo al contempo alle comunità locali quei benefici legati alla disponibilità di acqua quanto più garantita e controllata possibile.

 

A2A Smart City, come operatore di telecomunicazioni, si sta affermando in questo ambito per il proprio ruolo di supporto ai territori e alle Utilities locali apportando la propria expertise in ambito progettazione, realizzazione, esercizio e gestione di una infrastruttura di telecomunicazione abilitante in molteplici settori delle cosiddette “Smart City” e “Smart Land”: la rete LoRaWAN.

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