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

6 Scheda tecnica di progetto - XOLOMON rel. 19.05.06 ISIS C. Facchinetti – Castellanza (VA)

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

paolo.macchi@libero.it ISIS C. Facchinetti https://isisfacchinetti.edu.it/

luca.cerri@polimi.it Politecnico di Milano DICA-SIA http://www.dica.polimi.it/en