Risultati conseguiti dal progetto “Barriera Attiva”Risultati conseguiti dal progetto “Barriera Attiva”

Luca De Vito, Dipartimento di Ingegneria, Università degli Studi del Sannio

Il sistema “Barriera Attiva”

Obiettivi: monitoraggio dell’infrastruttura stradale attraverso la rilevazione di

eventuali urti veicolo-barriera con relativa localizzazione dell’impatto; sistema di allerta per la prevenzione di urti veicolo-barriera; monitoraggio del traffico veicolare mediante conteggio dei veicoli e

valutazione della velocita media nel tratto di strada d’interesse; monitoraggio dei principali parametri ambientali, in modo tale da

correlarli allo stato del traffico veicolare.

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Architettura del sistema“Barriera Attiva”

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Il sistema e composto da tre tipi di nodi wireless: nodi sensore orientati alla sicurezza stradale e al monitoraggio del traffico

veicolare; nodi sensore per il monitoraggio dei parametri ambientali; nodi gateway per la raccolta dei dati provenienti dai nodi sensore.

I nodi orientati alla sicurezza stradale e al monitoraggio del traffico veicolare, includono le seguenti funzionalita: (i) rilevazione di urto veicolo-barriera, (ii) rilevazione della distanza veicolo-barriera con relativo sistema di allerta e (iii) conteggio dei veicoli e misura della velocita media per definiti tratti stradali.

I nodi sensore utilizzati per il monitoraggio ambientale permettono la misura di diverse sostanze inquinanti (CO, SO2, NO2, PM).

Architettura del sistema“Barriera Attiva”

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Sistema “Barriera Attiva” applicato ad una strada

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Architettura di rete del sistema “Barriera Attiva”

S1 e S2 sono posizionati ad una distanza prefissata D, compresa tra 0.5 m e1.5 m;

La velocità può essere calcolata mediante l’espressione: D/(Ts2,s1), dove Ts2,s1 è il tempo che intercorre tra le due interruzioni dei fasci nei punti S1 e S2.

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Sistema per la misura della velocità

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Principio fisico di rilevazione

Descrizione hardware

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Prototipo realizzato

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Il microcontrollore inizialmente si pone in uno stato di attesa, quando si verifica l’interruzione del primo fascio, esso da inizio al conteggio di un timer. All’occorrenza dell’interruzione del secondo fascio il conteggio viene fermato e la velocita del veicolo calcolata. Per verificare la validita della misura (se ci sono stati eventuali sorpassi tra veicoli), vengono calcolati i tempi che intercorrono tra l’interruzione e il rilascio dei due fasci a infrarosso. Se tali tempi forniscono velocita che differiscono di un valore maggiore a 5 km/h la misura viene scartata.

Descrizione software

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Sistema di riferimento basato su tecnologia GPS, utilizzato dal Laboratorio di Misure Industriali dell’Universita di Cassino

Scostamento massimo contenuto all’interno dei 5 km/h

Prove su strada

La distanza può essere calcolata mediante l’espressione:

Dove Vs e la velocita dell’onda ad ultrasuoni Td e il tempo di percorrenza dell’onda dal suo invio alla sua ricezione da parte del sensore.

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Sistema per la misura della distanza veicolo-barriera

Descrizione hardware

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Prototipo realizzato

Il microcontrollore misura l’ampiezza temporale dell’impulso fornito dal sensore ad ultrasuoni utilizzando un timer e una linea di interrupt. Poiché la velocita dell’onda ad ultrasuoni dipende dalla temperatura e dall’umidita ambientale, tali quantita vengono misurate e quindi la misura di distanza fornita compensando gli effetti dovuti alla temperatura e all’umidita. Se tale distanza e inferiore a una soglia prestabilita, sono attivati dei LED integrati sulla barriera.

Descrizione software

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Prove sperimentali

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I test fanno riferimento a diverse velocita del veicolo: 0—10 km/h, 10—20 km/h, 20—30 km/h, 30—40 km/h, 40—50 km/h e 50—60 km/h. I risultati mostrano uno scostamento massimo tra i valori di riferimento e quelli forniti dal nodo sensore di 20 cm.

Risultati

Il sistema si compone dell’accelerometro ADXL326, il quale fornisce uscite analogiche proporzionali al valore di accelerazione al quale e sottoposto. Tali uscite vengono acquisite dal microcontrollore integrato nella piattaforma IRIS mediante ADC (Analog to Digital Converter), se il modulo dell’accelerazione misurata supera un valore di soglia viene segnalato l’evento al gestore della rete e azionati LED ed eventuali pannelli per segnalare l’urto.

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Sistema per la rilevazione di urti veicolo-barriera

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Risultati sperimentali

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Sensori utilizzati:

1.Carbon Monoxide (CO)

(Alphasens CO-AX)

2. Nitrogen Dioxide (NO2)

(Alphasens NO2-A1)

3. Sulfur Dioxide (SO2)

(Alphasens SO2-AF)

4. Particulate Matter (PM10)

(Sharpsma GP2Y1010AU0F)

Sistema per il monitoraggio di sostanze inquinanti

Alphasense “Transmitter PCB”

CO NO2 SO2 PM

Output current

4÷20 mA 4÷20 mA 4÷20 mA max. 20 mA

Calibrated concentration range

0÷100 ppm

0÷2 ppm 0÷2 ppm 0÷0.5 (mg/m3)

Nominal sensitivity

160 µA/ppm

8 mA/ppm

8 mA/ppm

0.5V/(0.1 mg/m3)

Measurement range

2000 ppm 20 ppm 50 ppm 0÷0.8 (mg/m3)

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Specifiche dei sensori

J 5

P I N

1

0

R 1 11 0 0 k

0

R 8 1 0 0

R 61 0 0 k

0

J 2

A D C 1

1 0

R 2 23 0 0

R 1 73 0 0 k

V c cR 7

1 0 0

0

S 4

G P 2 Y 1 0 1 0 A U 0 F

123456

V -L E DL E D G N D

L E DG N DV o u tV c c

0

R 2 5

4 7 k

+5 V c c

C 21 u F

Q 1B C 2 3 7

0

R 1 1 0 0

0

R 1 4

1 0 0

C 11 u F

+

-

+R2

R1

R1U 3

I N A 1 2 6

V c c

R 1 81 0 0 k

0

S 2

S O 2 -A F

1

2

1

2

R 98 0 k

0

0

R 1 2 3 0 0 k

R 2 1

1 0 0

0

R 2 3

2 k

0

R 2 41 k

+

-

+R2

R1

R1U 2

I N A 1 2 6

R 2 01 0 0 k

R 28 0 k

V c c

C 31 u F

R 41 0 0 k

R 1 31 0 0 k

0

J 4

A D C 3

1

V c c

R 1 68 0 kR 1 5 1 0 0

0

+

-

+R2

R1

R1U 1

I N A 1 2 6

0

J 3

A D C 2

1

S 1

C O -A X

1

2

1

2

V c c

R 5 3 0 0 k

0

C 71 0 0 u F

R 1 03 0 0 k

0

R 33 0 0 k

V c c

R 1 9 3 0 0 k

0

J 1

A D C 0

1

0

S 3

N O 2 -A 1

1

2

1

2

Descrizione hardware

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Prototipo

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Sistema di calibrazione dei sensori di gas

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- Sottosistema per l’emissione di luce infrarossa (LED IR multipli) ed un sottosistema per la ricezione di luce infrarossa (un fotodiodo);

- Un sensore intelligente per la misura di temperatura ed umidita relativa dell’ambiente (SHT25);

- L’IRIS mote, per l’elaborazione delle grandezze misurate dai sensori citati e per la trasmissione wireless dei dati misurati;

- Un blocco di alimentazione, che e costituito da una batteria di 12 V e adeguati regolatori di tensione;

- Una struttura meccanica, contenuta in una scatola rigida e avente la possibilita di regolare l’angolo del sensore rispetto al piano della strada, nel campo di misurazione interessato.

Sistema per la valutazione delle condizioni del manto stradale

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Andamenti del segnale d'uscita del sistema al variare dell’angolo di

rilevamento

Andamenti del segnale d'uscita del sistema al variare delle condizioni del

manto stradale

Prove sperimentali

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I componenti principali utilizzati per la realizzazione del nodo sensore sono stati: un sensore di particolato, un sensore di umidita e temperatura e la piattaforma Waspmote.

Il sensore viene posizionato in una zona di nebbia e montato sul di un palo. Vengono misurate temperatura, umidita e valore di particolato ad una determinata frequenza di campionamento e per un periodo stabilito, durante il quale sono in funzione delle ventole per liberare il box, contenente il sensore, da eventuali polveri che andrebbero ad influenzare la misura di particolato

Sistema per la valutazione della visibilità stradale

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Risultati sperimentali

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Luca De Vito - L.E.S.I.M. - Universita del Sannio

Risultati per orario diurno Risultati per orario notturno

La prova e stata eseguita utilizzando come obiettivo del ghiaccio posto sul manto stradale. La potenza dell’onda riflessa cambia al variare delle condizioni del manto da ghiacciato a

completamente asciutto. La prova e stata effettuata in orario diurno e notturno. I risultati mostrano come in orario diurno e più facile discriminare le diverse condizioni

rispetto al caso notturno.

Risultati sperimentali: misura della visibilità

La prova e stata eseguita andando a confrontare le concentrazioni di particelle di vapore acqueo rispetto al valore di visibilita espresso in termini di distanza.

Sono stati considerati come riferimento di distanza tre pali del sistema di illuminazione urbano, posti a circa 20 m l’uno dall’altro.

Le tre figure riportano i valori di concentrazione e la differenza (linea verde) tra la temperatura ambiente (linea rossa) e il punto di rugiada (linea blu)

I risultati mostrano come e possibile discriminare tre condizioni di visibilita:

> 60 m, densita < 0.05 mg/m3 > 20 m e < 60 m, densita > 0.05 mg/m3 e <

0.25 mg/m3 < 20 m, densita > 0.25 mg/m3

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Conclusioni: Il sistema “Barriera Attiva” e stato progettato con lo scopo di ridurre i rischi riguardanti l’ambiente

stradale, inserendo all’interno dell’infrastruttura stradale un elevato numero di sensori che permettessero un fitto monitoraggio della stessa;

I sensori sviluppati sono a basso costo e hanno un elevato fattore di integrabilita all’interno dell’ambiente stradale; monitoraggio dell’infrastruttura stradale attraverso la rilevazione di eventuali urti veicolo-barriera con relativa localizzazione dell’impatto;

I sensori possono essere utilizzati singolarmente o all’interno di una architettura di rete più complessa;

La continua collaborazione della polizia stradale di Benevento con l’Universita del Sannio ha permesso lo sviluppo di tali sensori affinché essi possano essere utilizzati anche dalla stessa polizia per poterne facilitare il lavoro di soccorso e di prevenzione degli incidenti stradali.

Sviluppi futuri: Integrazione di nuovi sensori utili per il monitoraggio dell’infrastruttura stradale come sensori di

incendio e sensori per rilevare la presenza di persone o di animali sulla carreggiata.

Conclusioni e sviluppi futuri

Grazie per l’attenzione!