Sensori Zigbee per una strada più sicura

Traffico congestionato e code interminabili abbassano la qualità della vita e aumentano l'inquinamento delle nostre città. Le cose cambiano se le tecnologie wireless scendono in strada.

Le problematiche relative alla gestione delle infrastrutture di trasporto e della viabilità stradale hanno diversi sistemi di supporto automatizzati. Senza entrare nello specifico, esistono molti metodi di rilevamento automatico: tubi pneumatici, sensori con spire induttive, sensori piezoelettrici, sensori magneto-dinamici, sensori a raggi infrarossi/sensori acustici, immagini video.
Si tratta di sistemi che oltre a consentire una migliore regolazione del traffico, forniscono tutta una serie di parametri e di indicatori che servono a dare informazioni all'utenza e assistenza alla guida, gestire i pedaggi, definire le tariffazioni e le modalità di controllo della sosta, segnalano le infrazioni, presidiano la sorveglianza di passaggi a livello e gallerie, sono utili per la manutenzione stradale soprattutto ottimizzano la gestione delle fasi semaforiche alle intersezioni cittadine.

Tra i progetti più innovativi, è stata avviata un anno fa presso il consorzio di Castel Romano, nei pressi di Roma, una prima installazione basata su un nuovo sensore per il rilievo dei flussi veicolari denominato Sky Light Sensor. I creatori del sistema sono due ingegneri con esperienza decennale nell'ambito dello studio e del controllo delle ricadute ambientali dovute alla costruzione e all'esercizio delle infrastrutture di trasporto che, grazie al successo del loro brevetto, proprio l'anno scorso hanno avviato una società, chiamata Nabla Quadro.

“Lo sviluppo di questo nuovo sensore – spiega Ruggero Rosati, amministratore unico di Nabla Quadro – nasce dalla consapevolezza di una carenza, nell'attuale offerta di sensoristica, di dispositivi economici e affidabili per il rilievo dei transiti veicolari nelle condizioni tipiche del traffico cittadino. I sistemi più diffusi, come ad esempio le spire, sono tecnologie datate e, nel caso di traffico congestionato, non riescono ad effettuare un monitoraggio corretto e un rilevamento preciso. La nostra idea è stata quella di studiare un sistema basato sulla variazione di luce rilevata da un fotodiodo installato sulla superficie stradale. La prima versione si basava solo sullo sfruttamento della luce ambientale. Nella seconda versione abbiamo integrato al sistema un emettitore infrarosso che ci ha permesso di utilizzare la soluzione anche in notturna inizialmente possibile solo in presenza di illuminazione pubblica artificiale. Il vantaggio di questo sistema sono i costi bassi, un’elevata affidabilità in tutte le condizioni di traffico e un un monitoraggio accurato che viene poi elaborato attraverso una reportistica dettagliata che consente a chi gestisce la rete stradale o l'area interessata, come nel caso di un distretto industriale, di ottimizzare le infrastrutture e la viabilità”.

Il sensore, alloggiato in un apposito contenitore, viene installato all'interno della pavimentazione stradale, al centro della corsia di marcia. L'installazione richiede meno di un quarto d'ora di lavoro, mediante l'utilizzo di una carotatrice e di resine a presa rapida. La seconda innovazione apportata alla nuova release di Sky Light Sensor (SLS) è la trasmissione via radio a 2,4 Ghz dei dati del transito a un concentratore di informazioni installato su bordo strada. Il concentratore, che sfrutta il protocollo di comunicazione wireless 802.15.4, può a sua volta essere interrogato da postazioni remote per la gestione centralizzata dei dati. I vantaggi? L'installazione, essendo permanente, fornisce informazioni relative a qualsiasi tipologia di dato temporale: singolo transito, velocità di transito, classificazione dei veicoli per lunghezza, ora, giorno, settimana, mese. La qualità del rilevamento è affidabile in tutte le condizioni di traffico, anche fortemente congestionato e non c’è bisogno di costosi lavori di cablaggio.

“Il sistema ha un basso costo di produzione - ha sottolineato Rosati - per cui è possibile utilizzare un numero elevato di punti di rilevamento. Questo permette un accurato presidio dei volumi in ingresso all'intersezione. Nel caso di un incrocio, ad esempio, la dislocazione a diverse distanze, economicamente sostenibile grazie alla trasmissione wireless dei dati, permette il controllo della lunghezza della coda ai quattro rami dell'incrocio. Mediante l'installazione di due Sky Light Sensor per corsia di marcia, è possibile rilevare la velocità di transito e la lunghezza del veicolo. Il sistema, inoltre, ha ricadute positive anche in ambito ambientale riducendo i tempi di percorrenza dei veicoli con conseguente risparmio di carburante e diminuzione delle relative emissioni inquinanti nell’atmosfera”.

Nabla Quadro, per ingegnerizzare la soluzione, ha stretto una partneship con Raptech, società di ingegneria focalizzata sullo sviluppo di sistemi basati su tecnologia Rfid, Zigbee e su dispositivi embedded. La sinergia tra le due realtà ha portato a un'ottimizzazione di Sky Light Sensor in termini di qualità delle performance, di trasmissione wireless di durata e di riduzione dei costi di produzione. L’autonomia dei singoli sensori è stata, inoltre, portata a più di tre anni grazie ai bassi consumi ottenuti in fase di progettazione. SLS oggi utilizza chip Msp430 Texas Instruments con antenne integrate al sensore e transceiver CC2520. La svolta tecnologica? L'utilizzo del protocollo 802.15.4, su cui si basa lo standard ZigBee. ZigBee opera nelle frequenze radio assegnate per scopi industriali, scientifici e medici (ISM); 868 MHz in Europa, 915 MHz negli Stati Uniti e 2,4 GHz nella maggior parte del resto del mondo.

“Questa tecnologia - ha sottolineato Marco Berliocchi, amministratore di Raptech - ha il vantaggio di essere più semplice ed economica rispetto ad altre wireless personal area network (Wpan) come, ad esempio, il Bluetooth. Il protocollo ZigBee, infatti, è stato progettato per l'uso in applicazioni embedded che richiedano un basso transfer rate e bassi consumi. ZigBee consente di definire una wireless mesh network economica e autoconfigurante che possa essere utilizzata per scopi quali il controllo industriale, le reti di sensori, la domotica, le telecomunicazioni. Grazie a questa modalità, la rete ha un consumo energetico talmente basso da poter funzionare per quasi tre anni sfruttando la batteria incorporata nei singoli nodi. I nodi ZigBee, inoltre, possono essere connessi con dispositivi dotati di una porta Usb o Rs232 per controllare, gestire una rete ZigBee e monitorare e pilotare altri moduli o interruttori remoti”.

La nuova release wireless di Sky Light Sensor andrà ad aggiornare i sistemi Sls già attivi da più di un anno presso il Consorzio di Castel Romano (Pomezia) e la società è in trattativa con diverse Pa locali in quanto la soluzione può essere utilizzata sia per il monitoraggio di strade urbane ed extraurbane che in un'ottica di integrazione con i sistemi di infomobilità e sistemi di regolazione semaforica.