Open Fiber: con il progetto MEGLIO rilevazione dei terremoti tramite i cavi in fibra ottica

L’operatore wholesale only Open Fiber ha avviato di recente, in collaborazione con alcune società, il progetto MEGLIO, che ha l’obiettivo di sfruttare la sua rete di cavi in fibra ottica per la rilevazione dei terremoti tramite un sistema che utilizza la tecnologia di fiber sensing.

Il progetto MEGLIO di Open Fiber, acronimo di Measuring Earthquakes signals Gathered with Laser Interferometry on Optic Fibers, è frutto di una collaborazione con Pangea Formazione, INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia), INRIM (Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica) e Metallurgica Bresciana SpA.

La finalità di questa sperimentazione è quindi quella di realizzare quello che viene definito un “sistema innovativo” di fiber sensing per la rilevazione dei sismi sul territorio nazionale utilizzando l’infrastruttura in fibra ottica che Open Fiber sta costruendo in tutta Italia.

Il Fiber Sensing, conosciuto come sensoristica distribuita, è una tecnologia che consente misurazioni continue in tempo reale su tutta la lunghezza di un cavo in fibra ottica.

Con questa tecnologia un comune cavo in fibra ottica diventa una serie continua di migliaia di “microfoni” virtuali che ascoltano in tempo reale le vibrazioni e i suoni prodotti nell’ambiente in cui si trova il collegamento in fibra.

La fibra diventa il sensore mentre un interrogatore laser inietta un segnale ottico nella fibra e rileva eventi lungo il collegamento, con una risoluzione in frequenza, spazio e tempo altissima, non raggiungibile con i metodi di sensoristica convenzionali.

Attraverso l’uso di algoritmi software è possibile ascoltare, monitorare e rilevare diverse attività ed eventi che accadono nell’ambiente, non solo sismi ma anche il traffico dei veicoli e umano, scavi, perdite nelle condotte energetiche, difetti sulle linee di trasporto ferroviarie, e così via.

Tra i mercati verticali in cui si può applicare il fiber sensing ci sono quelli di Power & Utility (rilevazione guasto, rilevazione dei danni di terzi, monitoraggio delle condizioni del cavo elettrico, monitoraggio sismico, turbine elettriche, impianti termoelettrici), Trasporto (monitoraggio della rete ferroviaria, monitoraggio della rete stradale, conteggio veicoli, rilevamento delle condizioni stradali, ponti, dighe), Oil & Gas (rilevazione di perdite nelle condotte, monitoraggio del movimento tellurico, monitoraggio del surriscaldamento o congelamento dei cavi), Sicurezza e Militare (controllo delle frontiere, controllo intrusioni, edifici, aeroporti, dissesto idrogeologico, prevenzione valanghe).

In dettaglio, lo scopo del progetto pilota MEGLIO è quello di quantificare e monitorare i movimenti sismici, grazie a una coppia di laser ultrastabili installati su una porzione di fibra ottica interrata dell’infrastruttura di rete Open Fiber.

I dati raccolti confluiranno poi in un sistema di elaborazione che si interfaccerà con la web application, al fine di sintetizzare i dati e renderli fruibili. L’applicazione permetterebbe, quindi, di tenere sotto controllo le attività sismiche del territorio limitrofo alla porzione di fibra ottica individuata.

Rispetto alle tecniche tradizionali, per sua natura, si presta anche ad applicazioni sottomarine, attualmente però non previste dalla sperimentazione MEGLIO.

Come spiega Open Fiber, nel caso di un terremoto, la fibra ottica subisce un allungamento, anche minimo, dovuto al movimento del terreno su cui poggia il cavo, che provoca un cambiamento di fase nel segnale luminoso, che grazie a questo progetto si può misurare con la “massima precisione”. Questa differenza di fase, “trasportata” lungo la fibra ottica, può essere misurata anche a migliaia chilometri di distanza e indicare che è avvenuto un terremoto.

L’obiettivo è quindi la messa in esercizio del sistema di monitoraggio delle grandezze fisiche per la rilevazione di movimenti tellurici attraverso il design e l’installazione di una coppia di sensori laser ultrastabile in corrispondenza di un tratto di fibra ottica, in grado di misurare i parametri fisici di interesse per l’analisi della sismicità del territorio.

Ogni sensore è composto da una sorgente laser controllata in remoto e da una cavità ultrastabile a cui la sorgente è agganciata per garantire la purezza spettrale della radiazione laser da inserire sulla fibra ottica.

In questa sperimentazione le informazioni raccolte dal sistema dei sensori applicati sulla fibra di Open Fiber vengono analizzate e visualizzate attraverso “moderne tecniche di analisi matematico-statistiche basate su intelligenza artificiale”, garantendo monitoraggio e trasmissione in tempo reale dell’attività sismica.

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La tecnologia di fiber sensing utilizzata dal progetto MEGLIO di Open Fiber sfrutta le diverse proprietà che caratterizzano la luce, ossia intensità, colore (lunghezza d’onda), coerenza, fase e polarizzazione.

Ciascuno di questi parametri può essere utilizzato per misurare grandezze quali temperatura, pressione, portata, concentrazione, peso, deformazione, vibrazione, accelerazione. Queste misure possono essere riconosciute, classificate e visualizzate in tempo reale grazie ai progressi ottenuti nel campo dell’Intelligenza Artificiale.

A differenza di sensori tradizionali, le fibre ottiche sono al contrario immuni da disturbi elettromagnetici, possono resistere in un ampio spettro di temperature (da -100C a 300C), elevate pressioni (10.000 psi), e allo stress meccanico.

I dati e vengono raccolti e processati nel solo punto di interrogazione, ai bordi del collegamento e non in modo distribuito, potendo essere poi velocemente instradati sulle reti ottiche ad elevata capacità trasmissiva per successive elaborazioni e decisioni in cloud.

Finora la misurazione tradizionale dei terremoti è stata affidata a sistemi di misura puntiformi, costosi sismografi posizionati in zone considerate più a rischio o più interessanti da studiare dai geologi. Si tratta di sensori attivi che devono essere connessi alla rete con una soluzione radio.

Ciò comporta dei costi maggiori, non solo per questi dispositivi attivi e le stazioni radio, ma anche per la gestione (batterie, manutenzione, obsolescenza tecnologica, consumi energetici, emissioni, frequenze) e prestazioni (interferenze radio, immunità da altri disturbi climatici e ambientali, densità di punti, grado di precisione e affidabilità delle misure, continuità del servizio).

Invece, l’utilizzo della fibra ottica in questo campo viene definita anche come una “alternativa green”, poiché prevede una moltitudine continua di sensori passivi, a zero impatto ambientale, zero consumi energetici. In questo modo si aumenterebbero i punti di misurazione, consentendo di trasferire i segnali su grandi distanze.

Facendo un esempio pratico, per rilevare eventi, ad esempio quelli relativi ad azioni dell’uomo, su una distanza di 10 Km, grazie alla fibra ottica si riescono a raggiungere anche risoluzioni al di sotto del metro, mentre con per realizzare la stessa rete con sensori tradizionali ci sarebbe bisogno di almeno 10mila sensori, i quali a loro volta dovrebbero essere interconnessi tramite una rete di telecomunicazioni dedicata, ad esempio wireless.

Altro vantaggio della comunicazione in fibra è quello della sicurezza: si eviterebbe infatti il rischio di hacking, corruzione o furto di informazioni.

Un esempio di questo tipo di tecnologia è stato sperimentato con successo dall’operatore americano Verizon presso la città di Richardson in Texas, mettendo a punto un sistema DAS (Distributed Acoustic Sensing) con software di Intelligenza Artificiale, in questo caso per il monitoraggio del traffico cittadino e la classificazione dei veicoli, utilizzando la fibra ottica postata sotto il manto stradale.

Secondo Open Fiber questo tipo di soluzioni renderebbero “anacronistica l’adozione massiva dell’internet delle Cose, la proliferazione di oggetti fisici attivi connessi alla Rete, che il 5G prevede di gestire quando lo standard sarà definito”.

Con la fibra ottica e il suo progetto MEGLIO, invece, Open Fiber vuole accelerare il percorso della virtualizzazione della sensoristica e softwerizzazione della rete.

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