BARRIERA ATTIVA: RETE DI SENSORI WIRELESS PER IL MONITORAGGIOAMBIENTALE E LA SICUREZZA STRADALE

V. Cocca(1), P. Daponte(1), L. De Vito(1), F.P. Di Candia(1), F. Picariello(1), S. Rapuano(1), I. Tudosa(1)

(1)Dip. di Ingegneria, Lab. di Elaborazione dei Segnali e delle Informazioni di Misura (L.E.S.I.M.)Università degli Studi del Sannio, Corso Garibaldi, 107 - 82100 Benevento

{vincocca, daponte, devito, dicandia, fpicariello, rapuano, ioan.tudosa}@unisannio

1. INTRODUZIONEIl numero di veicoli coinvolti in incidenti stradali è in continuo aumento, tra questi hanno non pocarilevanza gli incidenti che coinvolgono la barriera di sicurezza stradale. Un altro aspetto direttamentelegato al trasporto su strada e che dunque occorre considerare e analizzare, è l’inquinamento da trafficoveicolare. Da questa analisi si evidenzia la necessità di sviluppare sistemi per migliorare la sicurezzastradale e per monitorare i parametri ambientali. Le barriere di sicurezza stradale hanno come obiettivoquello di contenere i veicoli all’interno della careggiata, evitando così eventuali urti degli stessi con al-beri, pali e altri elementi di pericolo per i passeggeri. L’unità di ricerca di Benevento è impegnata nellosviluppo e nella realizzazione di un’innovativa barriera di sicurezza stradale, denominata “Barriera At-tiva” [1]. Tale sistema combina alla tradizionale funzionalità strutturale o passiva della barriera, diversefunzionalità che la rendono attiva, quali: (i) monitoraggio dell’infrastruttura stradale attraverso la rile-vazione di eventuali urti veicolo-barriera con relativa localizzazione dell’impatto, (ii) sistema di allertaper la prevenzione di urti veicolo-barriera, (iii) monitoraggio del traffico veicolare mediante conteggiodei veicoli e valutazione della velocità media nel tratto di strada d’interesse e (iv) monitoraggio deiprincipali parametri ambientali, in modo tale da correlarli allo stato del traffico veicolare. L’attività diricerca si colloca nell’ambito del progetto nazionale PON dal titolo “Studio e sviluppo di un’innovativabarriera stradale basata su un nuovo concetto di sicurezza con funzione strutturale (funzione passiva) efunzione attiva”.

2. DESCRIZIONE DEL SISTEMA BARRIERA ATTIVAL’architettura del sistema Barriera Attiva si basa su di una rete di sensori wireless integrati sulla barrieradi sicurezza stradale, come mostrato in Fig.1. Il sistema è composto da tre tipi di nodi wireless [1]: (i)nodi sensore orientati alla sicurezza stradale e al monitoraggio del traffico veicolare, (ii) nodi sensoreper il monitoraggio dei parametri ambientali e (iii) nodi gateway per la raccolta dei dati provenienti dainodi sensore. I nodi sensore comunicano con i nodi gateway formando una topologia di rete a maglia(mesh). I ruoli del singolo nodo gataway sono: di raccogliere i dati provenienti dai nodi sensore e digestire l’area geografica di competenza, attraverso invio di comandi di attuazione o di richiesta ai nodi.Inoltre, il gateway, invia al concentratore i dati utili al sistema per il monitoraggio dell’infrastruttura. Ta-

Figura 1: Architettura del sistema Barriera Attiva

le sistema viene gestito da un server che riceve le informazioni dai concentratori e le smista ad un centroservizi, attraverso l’utilizzo di Internet. Ogni nodo sensore è stato sviluppato su piattaforma IRIS. I nodiorientati alla sicurezza stradale e al monitoraggio del traffico veicolare, includono le seguenti funziona-lità: (i) rilevazione di urto veicolo-barriera, (ii) rilevazione della distanza veicolo-barriera con relativosistema di allerta e (iii) conteggio dei veicoli e misura della velocità media per definiti tratti stradali. Perincludere tali funzionalità sono state sviluppate due diverse tipologie di nodi sensore. La prima tipolo-gia si compone: (i) dell’accelerometro tri-assiale ADXL326 per rilevare l’urto veicolo-barriera, (ii) delsensore ad ultrasuoni Parallax PING))) per misurare la distanza veicolo-barriera e (iii) del sistema diallerta. L’accelerometro ADXL326 fornisce uscite analogiche proporzionali al valore di accelerazioneal quale è sottoposto. Il sensore Parallax PING))) fornisce misure di distanza all’interno del range dimisura 2-300 cm e si interfaccia con il microcontrollore mediante i pin di I/O. Il sistema di allerta èformato dal LED RGB programmabile BlinkM e dal buzzer KPEG122. Il firmware implementato sulnodo sensore prevede l’esecuzione di due diverse misure [1]: (i) misura dell’urto veicolo-barriera, me-diante misure di accelerazione e (ii) misura della distanza veicolo-barriera. In entrambi i casi è previstoun valore di soglia sia per l’accelerazione sia per la distanza, in modo tale da attivare il sistema di allertadei nodi sensore limitrofi. La seconda tipologia di nodo sensore è orientata alla misura della velocitàmedia dei veicoli e al conteggio del numero di veicoli che attraversano il tratto stradale d’interesse.Esso si compone di due sensori a infrarossi posti a una distanza nota di 1 m [2]. Sia per le misure didistanza che di velocità sono stati sviluppati modelli matematici per l’identificazione delle diverse com-ponenti di incertezza [2]. In Fig.2 sono presentati alcuni risultati sperimentali relativi alla validazionehardware e software del sensore di prossimità e del sensore di velocità, utilizzando in entrambi i casi uncontatore numerico come sistema di riferimento [3]. Infine, i nodi sensore utilizzati per il monitoraggioambientale permettono la misura di diverse sostanze inquinanti [4] (CO, SO2, NO2 e PM). Tali sensoriforniscono uscite analogiche proporzionali alla concentrazione del gas di interesse. I singoli nodi sen-sore sono stati progettati, realizzati e caratterizzati dal punto di vista metrologico [2, 3]. Tuttora sono incorso ricerche per esplorare diverse tecnologie a basso costo e consumo di potenza per la realizzazionedell’intero sistema Barriera Attiva.

Figura 2: Risultati ottenuti dalla validazione hardware e software dei nodi sensore di prossimità e di velocità

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI[1] P.Daponte, L.De Vito, F.Picariello, S.Rapuano, “Wireless sensor network for traffic safety”. Proc. of IEEE

Workshop on Environmental, Energy, and Structural Monitoring Systems, Perugia, Italy, 28 September 2012,pp. 42-49.

[2] P.Daponte, L.De Vito, S.Rapuano, M.Riccio, I.Tudosa, “Wireless sensor network for traffic safety: analysis ofmeasurement uncertainties”. Proc. of IEEE Conference on Electrical and Power Engineering (EPE 2012), Iasi,Romania, 25-27 October 2012, pp. 882-887.

[3] P.Daponte, L.De Vito, S.Rapuano, I.Tudosa, “Wireless Active Guardrail for Traffic Safety: Preliminary Tests ofSpeed and Proximity Measurement”. Proc. of IEEE International Instrumentation and Measurement TechnologyConference (I2MTC), Minneapolis, MN, 6-9 May 2013, pp. 737-742.

[4] L.De Vito, V.Cocca, M.Riccio and I.Tudosa, “Wireless active guardrail system for environmental measuremen-ts”. Proc. of IEEE Workshop on Environmental, Energy, and Structural Monitoring Systems, Perugia, Italy, 28September 2012, pp. 50-57.