1 Scheda tecnica di progetto - XOLOMON rel. 19.05.06 ISIS C. Facchinetti – Castellanza (VA)
XOLOMON
Xperimental Supervising Olona Monitoring
ISIS C. Facchinetti – Castellanza (VA)
Sommario 1. Obiettivi ......................................................................................................................................................... 2
2. Descrizione delle azioni, delle fasi e dei tempi di realizzazione .................................................................... 3
3. Ambito ........................................................................................................................................................... 4
4. Caratteristiche ............................................................................................................................................... 4
5. Efficacia comunicativa .................................................................................................................................. 5
6. Impatto sociale sul territorio ........................................................................................................................ 5
7. Gruppo di lavoro ........................................................................................................................................... 5
2 Scheda tecnica di progetto - XOLOMON rel. 19.05.06 ISIS C. Facchinetti – Castellanza (VA)
1. Obiettivi Il progetto nasce dalla necessità della Protezione Civile di Canegrate (MI) di monitorare il tratto del fiume Olona in località
“Cascinetta” di Canegrate (fig.1), già causa di gravi problemi ambientali nel recente passato. Le piene del fiume Olona rischiano di
isolare la zona rendendola, di fatto, un’isola (fig 1-a) e mettendo in serio pericolo persone, animali e cose.
fig 1 (a) - Mappa Canegrate “Cascinetta” - (b) la foto del tratto di Olona interessato con la fattoria e le case che si intravedono sullo sfondo. La
zona, che in caso di piena diventa, di fatto, un’isola senza possibilità di accesso, è molto a rischio perchè l’esondazione del fiume Olona, essendo a
carattere torrentizio, lascia poco tempo per eventuali interventi di messa in sicurezza per persone e animali
Il progetto è stato realizzato in collaborazione con il DIPARTIMENTO DICA-SIA (Department of Civil and Environmental
Engineering) del Politecnico di Milano guidato dal prof. Mancini, con l’obiettivo di supervisionare la portata del fiume in modo da
intervenire tempestivamente per mitigare situazioni critiche.
Il progetto pur partendo da una situazione circoscritta al caso in esame, intende fornire elementi comuni e generali che si possono
adottare in situazioni simili anche su altri fiumi lombardi (ad esempio Lambro e Seveso) che hanno carattere torrentizio e
attraversano luoghi densamente urbanizzati.
Scopo del progetto non è solo quello di rilevare e segnalare, in loco e on line, eventuali situazioni di criticità, ma anche quello di
trasmettere al server del DICA-SIA del Politecnico di Milano i dati raccolti per ulteriori analisi statistiche, di comparazione e
previsione. La mole di dati che possono essere inviati rappresenta infatti, nella logia di IoT e dei big data, il “carburante” per
ottenere informazioni utili e prevedere eventi potenzialmente negativi.
Il sistema consente il monitoraggio continuo del livello, della portata e di altri parametri fisici del fiume Olona in un punto
particolare del suo tragitto. La fig 2-a illustra il principio di funzionamento della rete di acquisizione e trasmissione dei dati.
fig 2 il prototipo del sistema rientra nella logica IoT. Il sistema machine-to-machine è basato su un sistema Raspberry-Pi che invia I dati in cloud. E’
possibile accedere da remoto al server dei dati via web e tramite app per dispositivi mobili
Il sistema locale di rilevazione è costituito da una o più centraline intelligenti (CI) basata su un sistema a microcontrollore
Raspberry PI, che rileva ed elabora le informazioni fisiche servendosi di sensori di genere diverso, a seconda dei parametri da
rilevare: sensore di pressione, livello, radar, videocamera, geolocalizzatore ecc.
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Il sistema prevede l’utilizzo contemporaneo di una o più CI in rete che, tramite un router-modem gestito da un ISP, raggiungano
(utlizzando 4G) un Web Service (WS) che espone I servizi per accettare i dati e li inserisce nel Database del server finale di
elaborazione (SE).
I dati rilevati, opportunamente condizionati, vngono inviati a Web Service esposti dal server del Politecnico di Milano dove vengono
opportunamete elaborati. Le informazioni vengono rese pubbliche e possono essere visualizzate dagli utenti (Protezione Civile o
semplici cittadini) tramite una pagine Web o app che segnalano parametri, livelli, anomalie e allarmi.
Inoltre, per motivi di controllo locale e di test, i dati della centralina locale possono essere visualizzati sul display presente in
ognuna di esse.
La scelta di sensori multipli possiede dei vantaggi tra cui:
la possibilità di rilevare dati diversi che competono ad ottenere una informazione completa
la ridondanza: in caso di guasto o malfunzionamento di un sensore, un’altro continua a inviare dati permettendo
un’affidabilità maggiore
la possibilità di rendere I sensori intercambiabili e scalabili, aggiungendo, ad esempio, il controllo dei parametri chimici
dell’acqua o l’odore del fiume per rilevare tracce di inquinamento in tempo reale.
2. Descrizione delle azioni, delle fasi e dei tempi di
realizzazione La conduzione del progetto si è basato su un approccio collaborativo tra i vari attori coinvolti e segue le procedure dettate dall’ingegneria del software seguendo un modello a spirale (fig. 3) e una metodologia di sviluppo top-down funzionale. In particolare la progettazione ha preso in considerazione alcuni punti chiave:
Identificazione degli scenari e definizione degli ambienti e contesti in cui si sviluppa il progetto con sopralluoghi e contatti diretti con gli attori coinvolti
Definizione degli obiettivi finali ed intermedi
individuazione delle procedure principali determinazione dei tempi, risorse e ruoli (primo/secondo quadrimestre, board e software, divisione in gruppi di lavoro) individuazione degli strumenti idonei per il conseguimento degli obiettivi procedure di test diagramma di Gantt
Il modello a spirale mostrato in fig 3, fornisce una rappresentazione dei tempi e dei modo di realizzazione del progetto con la generazione di prototipi incrementali. Questa modalità ha permesso di confrontrasi fin dalla fase di analisi con il cliente finale (la protezione civile).
La prima fase esplorativa è partita nell’anno scolastico 2017/18 con sopralluogo e analisi preliminare con Protezione Civile di Canegrate e painificazione dei tempi, analisi dei rischi e dei costi
Con l’inizio dell’anno scolastico 2018/19 è partita la fase di implementazione vera e propria dei prototipi che si sono succeduti con controlli e test, dando origine a nuove idee e riscritture del codice
A fine anno scolastico 2018-19 è stato installato presso Cascinetta, sotto la supervisione della protezione civile, la centralina con i sensori.
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Fig.3 il modello a spirale con le fasi e I tempi di realizzione
La gestione del tempo in relazione al progetto realizzato è stato uno degli elementi più critici dell’intero processo di sviluppo, per
alcuni motivi:
I requisiti non erano perfettamente chiari all’inizio e sono andati maturando con il tempo (ma almeno in questo, la
pianificazione fatta con il modello a spirale ci ha aiutati molto
L’inesperienza che ci ha portato a sottovalutare i problemi che avremmo incontrato
La decisione meditata di sviluppare il progetto all’interno delle ore curriculari
3. Ambito In linea con le aree di specializzazione regionale e e secondo gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (Sustainable Development Goals –
SDGs) fig .4: energia e ambiente, ambienti di vita, smart communities
Fig 4 Sustainable Development Goals
4. Caratteristiche Sono tre gli elementi caratterizzanti
Gli obiettivi
Xolomon, in linea con gli obiettivi di sviluppo sostenibile, si caratterizza per la particolare attenzione rivolta “a migliorare in modo
decisivo le condizioni di vita” e, in particolare agli aspetti di acqua pulita (6) , per gli aspetti di rilevamento potenziale delle sostanze inquinanti nelle acque comunità sostenibile (11), per un sistema di monitoraggio delle piene finalizzato alla riduzione del rischio di esondazione
senza incremento degli impatti sull’ambiente, oltre che per un utilizzo delle energie solari presenti nei pannelli energetici
e il basso impatto dei consumi delle centraline, per il riutilizzo del codice e delle modalità open source lotta contro I cambiamenti climatici (13), per l’adattamento della popolazione alle variazioni della portata dei fiumi e
incremento della resilienza delle comunità Il lavoro in team e la collaborazione Caratteristica fondamentale del progetto è stata la decisione meditata di sviluppare il progetto all’interno delle ore curriculari in
collaborazione stretta con il Politecnico di Milano, affinchè TUTTA la classe potesse partecipare e beneficiare degli stimoli offerti
dal progetto. Ciò ha ottenuto innumerevoli vantaggi: la classe si è sentita investita di un compito e di responsabilità sia in termini tecnici che temporalii
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La divisione dei compiti tra i gruppi ha permesso una collaborazioni intra e extra gruppo che ha richiamato le metodologie
dell’ingegneria del software (indipendenza modulare, information hiding) applicate a un caso reale e concreto
Le difficoltà di comunicazione e gli errori hanno fatto nascere la consapevolezza che la parte tecnica del lavoro è , sì,
preponderante ma, assolutamente, non bastante in un progetto. In particolare la gestione del tempo ha costituito un
elemento di riflessione
Gli sviluppi futuri Il progetto non si ferma qui perchè caratterizzato da:
Il basso costo dei componenti
la metodologia basata sulla collaborazione
la possibilità di espandere il progetto senza stravolgero
la scelta dell’open source il cloud per l’elaborazione remota con la condivisione dei dati
5. Efficacia comunicativa Incontri e condivisione dei risultati do protezione civile di Canegrate e il dipartimento DICA-SIA del Politecnico di Milano
Consultazione in tempo reale, tramite applicazione Web, disponibile per protezione civile (tramite inserimento di
credenziali) e utenza pubblica su sito web e app per dispositivi mobile
https://www.flickr.com/photos/181721747@N07/
6. Impatto sociale sul territorio A Livello sociale, il lavoro si prefigge un duplice scopo:
Educare la cittadinanza a riconoscere le situazioni in cui si verifica il rischio di esondazione, mediante la possibilità di
consultare una dashboard pubblica in cui visualizzare in tempo reale il livello del fiume Olona e installando in loco appositi
strumenti visivi che permettano l’immediato riconoscimento di una situazione di emergenza
Permettere alla cittadinanza di mettere in atto le procedure di auto-protezione nel caso in cui si concretizzi il rischio di
un’esondazione del fiume
7. Gruppo di lavoro BECCACECE ARON DAVIS Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
BRIGNOLI DAVIDE Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
CALDERONI MATTIA Protocollo OLODATA
CHEHOURI SAMAR istallazione open cv python e webcam per livello acqua (A)
CRESPI MATTEO istallazione open cv python e webcam per livello acqua (B)
DE CICCO DAVIDE I2c comunicazione arduino/Raspy e struttura rete del sistema
FERNANDES MORENA cloud Curl utilizzo Json (API)
FERRO ANDREA utlizzo del gps e mappa dei sensori con verifica
FREGAPANE FRANCESCO cloud Curl utilizzo Json (API)
MARTANI EMANUELE istallazione open cv python e webcam per livello acqua o(B)
NGUYEN MANUEL istallazione open cv python e webcam per livello acqua (A)
NORIS XAVIER utlizzo del gps e mappa dei sensori con verifica
PONTI ALESSIO Protocollo OLODATA
ROCCA DENIS istallazione open cv python e webcam per vedere un livello(A)
TOIA CAMILLA istallazione open cv python e webcam per vedere un livello(B)
VOLPICELLA MATTEO I2c comunicazione arduino/Raspy e struttura rete del sistema
ZAROLI CHRISTIAN Gcloud Curl utilizzo Json
5IA
AGOSTINI RONCOLATO LUCA circuito ad
BALLANZA MATTEO Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
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BOCCARDO DENIS istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
BOSSI NICCOLO' istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
CERUTTI PAOLO circuito ad
GRILLO ANTONIO istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
GUALOTUNA GUAYGUA ALEXIS GABRIEL circuito ad
ITALIANO ANGELO cloud Curl utilizzo Json (API)
MAGNI FEDERICO istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
MAGONZA ALESSIO I2c comunicazione arduino/Raspy e struttura rete del sistema
MARCORA MICHELE cloud Curl utilizzo Json (API)
MARTINO TURCO ALESSIO Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
MAZZOLENI FERRACINI MATTIA Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
MOTTA GIACOMO circuito ad
NAPOLITANO ANDREA istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
PIGNANELLI ALESSANDRO istallazione open cv python e webcam per vedere un livello
PUORRO MARCO Studio infrarossi Vs Ultrasuoni
RAJ DIGVIJAYSINH D. utlizzo del gps e mappa dei sensori con verifica
TRAPANOTTO RHITA I2c comunicazione arduino/Raspy e struttura rete del sistema
VERZERI CARLO GIACOMO utlizzo del gps e mappa dei sensori con verifica
5IB
Acknowledgments
Questo lavoro ha richiesto un alto livello di collaborazione tra enti esterni, docenti, studenti e personale ATA. Si ringrazia il team del dipartimento
DICA-SIA del Politecnico di Milano: prof. Marco Mancini, prof. Giovanni Ravazzani. L’ing. Marco Carrera di A.V.P.C di Canegrate. Il consiglio di classe
della Quinta Informatica A e Quinta Informatica B dell’Istituto C. Facchinetti di Castellanza e, in particolare, la prof. Jessica Olgiati, il prof. Loris
Pagani, la prof. Mariana Lonoce, la prof. Enrica Lomazzi e il sig. Nino Amadore
Authors' Addresses
[email protected] ISIS C. Facchinetti https://isisfacchinetti.edu.it/
[email protected] Politecnico di Milano DICA-SIA http://www.dica.polimi.it/en