Ricerca

I ricercatori INFN Cagliari che lavorano alla realizzazione delle stazioni e alla loro calibrazione nei laboratori del Dipartimento di Fisica dell’Università di Cagliari. Da sinistra verso destra: Mauro Aresti, Filippo Argiolas, Luigi La Delfa

Se da una parte la missione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è lo studio delle interazioni fondamentali e dei costituenti della materia, dall’altra la grande attenzione verso la tecnologia è da anni al centro delle ricerche dell’ente. Per questo motivo, la sinergia tra lo sviluppo tecnologico e la ricerca nel campo della fisica fondamentale si traduce, all’interno del progetto Cagliari2020, nel trasferimento tecnologico delle competenze sviluppate e acquisite dai ricercatori nei grandi esperimenti di fisica delle particelle, in particolare nelle ricerche condotte al CERN di Ginevra.

La ricerca dell’INFN all’interno del progetto Cagliari2020 si concentra su due obbiettivi specifici:
– creazione di un sistema di acquisizione dati per il rilevamento e il monitoraggio di parametri fisici e chimico-fisici dell’aria;
– sviluppo di specifici strumenti per l’integrazione su piattaforme cloud dell’acquisizione dei dati ambientali.

La stazione fissa Cagliari2020 realizzata da INFN Cagliari

Per poter misurare e monitorare i parametri ambientali quali la concentrazione di particolari molecole inquinanti nell’aria o caratteristiche fisiche quali temperatura e pressione, è necessario realizzare dei sistemi di acquisizione dati funzionali e pratici.
Lo strumento tipicamente utilizzato per queste misure è quello delle stazioni. Le stazioni sono delle scatole contenenti dei sensori in grado di monitorare e misurare specifici parametri fisici. I sensori effettuano la misura dei parametri desiderati e questi vengono letti e immagazzinati da un’unità informatica installata nella stazione. I dati vengono poi prelevati dalle stazioni attraverso supporti fisici o vengono inviati (generalmente attraverso wi-fi) a un’unità esterna che processa e trasforma i segnali elettrici in informazioni utili per la lettura e lo studio dei parametri desiderati.

La difficoltà maggiore consiste nell’equipaggiare le stazioni con sensori di alta qualità e nella gestione della grande mole di dati ottenuta durante le misure. Maggiore è la qualità dei sensori e delle tecnologie usate per implementare la stazione e maggiore è il costo della stessa.
Una delle sfide più grandi del progetto Cagliari2020 è quello di costruire delle stazioni dotate di sensori a basso costo ma di buona qualità che si interfaccino con un’infrastruttura tecnologica di alta qualità. Per questo motivo, le competenze informatiche messe a disposizione dall’ente diventano di fondamentale importanza: la scelta dei sensori con un’alta sensibilità deve andare di pari passo con l’implementazione di modelli matematici per l’estrazione delle informazioni necessarie al raggiungimento degli obiettivi del progetto. Non solo, la grande mole di dati che viene registrata dalle stazioni deve poter essere immagazzinata e messa a disposizione dei ricercatori. Questa operazione viene svolta dal cloud, l’interfaccia informatica che permette di immagazzinare, elaborare e analizzare i dati inviati dalle stazioni.

I componenti delle stazioni fisse Cagliari2020 realizzate da INFN Cagliari

Il sistema pensato per il progetto permetterà di avere dei costi di realizzazione bassi ma al contempo di avere delle prestazioni confrontabili con le stazioni dotate di strumentazione più avanzata e costosa.
Visto i costi realizzativi contenuti, il vantaggio sarà inoltre quello di dotarsi di un grande numero di stazioni per differenziare la tipologia e la quantità di misure nella città di Cagliari.

Per restare aggiornati sullo stato dell’arte della ricerca INFN Cagliari sulle stazioni fisse e le stazioni mobili, puoi cliccare sulla parola link. I ricercatori coinvolti nel progetto ci portano alla scoperta delle stazioni, della loro componentistica e di come sono state realizzate.

 

Il sistema di acquisizione dati

Il sistema di acquisizione dati del progetto Cagliari2020 consiste nella realizzazione di tre diversi tipi di stazioni per il rilevamento dei parametri ambientali: stazioni fisse, stazione mobili terrestri e stazioni mobili aeree.
Le stazioni fisse sono installate in punti specifici della città e consentono la misura e il monitoraggio di tutti i parametri ambientali in maniera costante esclusivamente nei luoghi in cui vengono posizionate.
Le stazioni mobili, vera innovazione del progetto, consentono di misurare e monitorare i parametri ambientali in tempo reale in tutta la città. Vengono poste sui bus del servizio di trasporto cittadino, ma possono essere poste anche sui taxi o su apposite macchine che percorrano le strade della città. Forniscono dati in maniera precisa da diversi punti della città, consentendo di costruire una mappa ambientale completa dell’intero suolo cittadino.
Le stazioni mobili aeree svolgono un ruolo simile a quello delle stazioni mobili terrestri, ma vengono montate sui droni che sorvolano la città.

La descrizione delle stazioni è consultabile in questa sezione.

Il cloud

Le risorse informatiche e il trasferimento tecnologico dell’INFN diventano fondamentali in progetti come quello di Cagliari2020. Infatti, da un punto di vista informatico Cagliari2020 si presenta come una social application, con una notevole produzione di dati grezzi da immagazzinare e elaborare nel tempo. Questo comporta la necessità di realizzare una continua analisi e aggregazione dei dati per produrre nuove informazioni.
Gli sforzi maggiori sono concentrati nello sviluppo di specifici strumenti per l’integrazione e la gestione dei dati immagazzinati e inviati dalle stazioni. Per poter compiere tutte queste azioni è necessario dotarsi di  un’infrastruttura informatica avanzata, il cloud.

Il “cloud”, che letteralmente significa nuvola, rappresenta una serie di dati e servizi sempre accessibile da qualsiasi dispositivo ed in qualsiasi luogo. Requisito fondamentale per il buon funzionamento del servizio e essere dotati costantemente di una connessione. I dati grezzi registrati dalle stazioni vengono mandati costantemente a uno o più server esterni dove vengono immagazzinati e processati. Tipicamente questo è un servizio che viene offerto da specifiche compagnie e comporta dei costi precisi. Su queste unità esterne, vengono installati dei software che permettono la pulizia dei dati, escludendo il cosiddetto “fondo”, cioè l’insieme delle informazioni non rilevanti ai fini degli studi da effettuare. I dati così ripuliti vengono messi a disposizione dei ricercatori che possono attingere liberamente alla cloud da qualsiasi luogo e in qualsiasi momento per effettuare gli studi di analisi e monitoraggio dei parametri ambientali o per scrivere modelli predittivi sulle previsioni di traffico e qualità dell’aria.
La sezione di Cagliari dell’INFN è coinvolta nello sviluppo informatico e gestione dei software che implementino e controllino tutte le operazioni da effettuare per mezzo dei cloud.

Si possono trovare maggiori dettagli sull’infrastruttura cloud in questa sezione.