IoT per i Beni Culturali: il Sistema Realizzato per la Cappella degli Scrovegni

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1 IoT per i Beni Culturali: il Sistema Realizzato per la Cappella degli Scrovegni

2 Nuovo Impianto di Illuminazione Impianto realizzato nel 2002 (Lampade fluorescenti a ioduri metallici) Impianto realizzato nel 2017 (Lampade LED a luce biodinamica) Potenza installata Impianto del 2002 = 2200 watt Impianto 2017 = 880 watt Riduzione consumi energetici 60% * * Senza considerare le riduzioni dei consumi conseguibili con la regolazione automatica degli apparecchi in funzione del contributo di luce naturale

3 Variazione della Luce Naturale Mattina Pomeriggio

4 Nuova Luce al Capolavoro di Giotto Attraverso una Innovativa Soluzione IoT Monitoraggio e controllo dell Illuminamento e della Temperatura di Colore per regolare la luce artificiale sulla base di quella naturale ed ottimizzare la resa cromatica (Restauro Percettivo) Storage dei dati ambientali sia localmente che su server remoto Creazione di Scenari Illuminotecnici differenziati per esaltare i dettagli degli affreschi di Giotto

5 Wirelesss Sensor Network Acquisizione continua dati di illuminamento e di temperatura di colore in N punti all interno della Cappella, mediante N sensori wireless Storage dei dati acquisiti su database locale Trasmissione delle informazioni acquisite in real time al sistema di controllo dell illuminazione con possibilità di regolazione dell intensità luminosa e della temperatura di colore in funzione della luce naturale Possibilità di attivazione di scenari illuminotecnici per la visione differenziata di dettagli e scene Storage dei dati su database remoto accessibile da Internet con storico delle misurazioni Espandibilità delle funzionalità del sistema (es. dati ambientali quali umidità, CO2, temperatura, presenza, agenti patogeni, ecc.) a parità di numero di sensori installati, ma aumentandone le capacità di sensing/attuazione

6 Architettura di Rete Mesh Network autoconfigurante ed autoinstallante IPv6 Compliant Data aggregation e data fusion Basso consumo energetico Gestione dei dispositivi nel Cloud Database e Web server locali e remoti Interfaccia di gestione Programmazione Over The Air Espandibilità del numero e delle funzioni di sensing/attuazione

7 Sensori Wireless HTTP/CoAP UDP,TCP uipv6 RPL 6LoWPAN Core Sensore Protocollo mipv6 Ultra low Power Over the Air Programming (OTA) Interfacciamento con protocolli Industriali (RS-232, RS-485, Modbus, KNX,...) Basso costo, dimensioni ridotte Transceiver sub-ghz (868 MHz) IEEE Unità di Sensing Illuminamento Temperatura di colore Temperatura ambiente Umidità Qualità dell aria Presenza ecc.

8 Border Router Sensori auto-connessi al server centrale su CLOUD tramite Border Router (concentratore per il trasferimento delle informazioni trasmesse localmente dai sensori), a sua volta collegato a reti geografiche Implementazione di una varietà di protocolli di comunicazione LAN/WAN (Ethernet, WiFi, GSM/3G/4G, ) Dispiegamento sul territorio a macchia di leopardo, per il consolidamento progressivo di un infrastruttura complessa

9 Sistema di Gestione e Web Interface Funzioni di Gestione Software upgrade Controllo dei Nodi Setting del sistema Piattaforma Cloud Raccolta dati e archiviazione su database scalabili Aggregazione elaborazione dati Analisi statistiche Integrazione con sistemi preesistenti Fruizione dati attraverso GUI semplice e personalizzabile Accesso multipiattaforma

10 Brightness and color temperature Sensors Cappella degli Scrovegni Soluzione IoT per il controllo del sistema di illuminazione LED Sensore 1 IP/DALI Interface Sensore 2 Border Node UART interface Local Servers and database Gateway KNXip KNX Control Unit Gateway KNX/DALI Interfaccia USB, RS232 o Ethernet Bus KNX Bus KNX Sensore 3 Controller DALI Radio Link Tx/Rx a 868 MHz (Standard IEEE ) Ethernet Interface GSM Interface Sensore 4 Internet Remote Users Sensore 5 LED Remot Web Server/DB and management system

11 Monitoraggio: Illuminamento

12 Monitoraggio: Temperatura di Colore

13 Smart Lightning Scenari e Dettagli - Giotto's Arena (Scrovegni) Chapel, Padua, c. 1305, Part 1 Speakers: Dr. Steven Zucker & Dr. Beth Harris. Created by Beth Harris, Steven Zucker -

14 Smart Lightning Focus sui Cicli Circadiani

15 Espandibilità della Soluzione Basso costo e facilità di installazione Monitoraggio e controllo di una molteplicità di siti anche distanti geograficamente Numerosità dei nodi variabile Requisiti di monitoraggio/controllo eterogenei Integrazione di funzioni di sensing e di attuazione Funzionalità integrate in un unico dispositivo Massima efficienza Costi di installazione e di esercizio ridotti Sistema di Gestione Visualizzazione grafica su un modello 2D/3D navigabile Visione complessiva di ciascuna regione di sensing Stato del singolo nodo Allarmi

16 Use Cases Wireless Sensor Network for the Internet of Things Applications Cultural Heritage Early Warning System Smart Cities Indoor positioning Lighting system Industry 4.0 Smart Energy Smart Farm Bord er Rout er Smart Farm and Food Management Smart Energy: Efficiency Smart Environment: Seismic&Struct. monitoring VLC (Visual Light Communication): Illuminate to Communicate Indoor Localization Systems

17 Risultati Miglioramento della illuminazione diffusa lungo tutte le pareti senza effetto controluce per il visitatore (Restauro Percettivo) Possibilità di creare scenari illuminotecnici orientati alla visione differenziata di particolari degli affreschi Riduzione dei consumi elettrici per illuminazione della Cappella allo stesso regime di accensione prima e dopo l'intervento (sempre acceso) Riduzione dei consumi elettrici per illuminazione della Cappella con attenuazione di potenza in presenza di illuminazione naturale, possibile grazie al sistema di controllo mediante Wireless Sensor Network Monitoraggio diffuso e continuo nel tempo dei livelli di illuminamento finalizzato alla conservazione Possibilità di monitoraggio ambientale diffuso attraverso integrazione del sistema con sensori ambientali (temperatura ambiente, umidità, CO2, ecc.) kw Anno 2016 Anno 2017

18 Conclusioni finali Il sistema di WSN installato per il monitoraggio illuminotecnico può essere semplicemente ampliato in numerosità e funzionalità aggiungendo le unità di sensing/attuazione più disparate, non da ultime, unità inerziali per il monitoraggio sismico e strutturale Ciò consente di fare un monitoraggio, continuo nel tempo e capillare nello spazio, e di implementare azioni correttive istantanee al variare delle condizioni ambientale con lo scopo di preservare e manutenere il Bene Culturale (es. stato di coesione e adesione degli affreschi, individuazione delle zone a rischio, prevenzione dei distacchi, agenti patogeni, ecc.) Le unità di sensing e di controllo possono essere integrate direttamente negli apparecchi di illuminazione (es. inclusi nei LED driver) rendendo più semplice ed economica la soluzione e garantendone contemporaneamente l interoperabilità con altri sistemi. La manutenzione è praticamente nulla poiché l adozione di standard e soluzioni all avanguardia riduce i disservizi e consente la loro risoluzione da remoto

19 Nuovo Sistema di Illuminazione Grazie per l attenzione