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Paola Pierleoni [email protected] IoT per i Beni Culturali: il Sistema Realizzato per la Cappella degli Scrovegni

IoT per i Beni Culturali: il Sistema Realizzato per la ... · • Creazione di Scenari Illuminotecnici differenziati per esaltare i dettagli degli affreschi di Giotto Cappella degli

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Paola [email protected]

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

Paola [email protected]

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

Cappella degli ScrovegniNuovo Impianto di Illuminazione

Paola [email protected]

Mattina Pomeriggio

Cappella degli ScrovegniVariazione della Luce Naturale

Paola [email protected]

• Monitoraggio e controllo dell’Illuminamento e della Temperatura di Colore per regolare la luce artificiale sullabase 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

Cappella degli ScrovegniNuova Luce al Capolavoro di Giotto Attraverso una Innovativa Soluzione IoT

Paola [email protected]

Cappella degli ScrovegniWirelesss Sensor Network

• Acquisizione continua dati di illuminamento e di temperatura di colore in N punti all’interno dellaCappella, 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 lucenaturale

• Possibilità di attivazione di scenari illuminotecniciper 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. datiambientali quali umidità, CO2, temperatura, presenza, agenti patogeni, ecc.) a parità di numero di sensori installati, ma aumentandone le capacità di sensing/attuazione

Paola [email protected]

• 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

Cappella degli ScrovegniArchitettura di Rete

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IEEE 802.15.4

6LoWPAN

uIPv6 RPL

HTTP/CoAP

UDP,TCP

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)

Unità di Sensing• Illuminamento• Temperatura di colore• …• Temperatura ambiente• Umidità• Qualità dell’aria• Presenza• ecc.

Cappella degli ScrovegniSensori Wireless

Paola [email protected]

• Sensori auto-connessi al server centrale su CLOUD tramite Border Router (concentratore per iltrasferimento delle informazioni trasmesselocalmente dai sensori), a sua volta collegato a retigeografiche

• 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

Cappella degli ScrovegniBorder Router

Paola [email protected]

Funzioni di Gestione

• Software upgrade• Controllo dei Nodi• Setting del sistema

Piattaforma Cloud

• Raccolta dati e archiviazione sudatabase scalabili

• Aggregazione elaborazione dati• Analisi statistiche• Integrazione con sistemi

preesistenti• Fruizione dati attraverso GUI

semplice e personalizzabile• Accesso multipiattaforma

Cappella degli ScrovegniSistema di Gestione e Web Interface

Paola [email protected]

KNX Control Unit

Gateway KNX/DALI

Sensore 1

Radio Link Tx/Rx a 868 MHz (Standard IEEE 802.15.4)

Sensore 2

Sensore 3

Sensore 4

Sensore 5

Brightness and color temperature Sensors

BusKNX

Gateway KNXip

Local Servers and databaseBorder Node

UART interface

Remote Users

BusKNXInterfaccia

USB,RS232 oEthernet

EthernetInterface

Remot Web Server/DB and management system

LED

ControllerDALI

IP/DALIInterface

GSMInterface

Internet

LED

Cappella degli ScrovegniSoluzione IoT per il controllo del sistema di illuminazione

Paola [email protected]

Cappella degli ScrovegniMonitoraggio: Illuminamento

Paola [email protected]

Cappella degli ScrovegniMonitoraggio: Temperatura di Colore

Paola [email protected]

- Giotto's Arena (Scrovegni) Chapel, Padua, c. 1305, Part 1 Speakers: Dr. Steven Zucker & Dr. Beth Harris. Created by BethHarris, Steven Zucker -

Smart Lightning Scenari e Dettagli

Paola [email protected]

Smart LightningFocus sui Cicli Circadiani

Paola [email protected]

• 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

Espandibilità della Soluzione

• Sistema di Gestione✓ Visualizzazione grafica su un

modello 2D/3D navigabile✓ Visione complessiva di ciascuna

regione di sensing✓ Stato del singolo nodo✓ Allarmi

Paola [email protected]

Use CasesWireless 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✓ …

Smart Environment: Seismic&Struct. monitoring

VLC (Visual Light Communication):

Illuminate to Communicate

Border Router

Smart Farm and Food Management

Indoor Localization

Systems

Smart Energy: Efficiency

Paola [email protected]

Miglioramento della illuminazione diffusalungo tutte le pareti senza effetto controluceper il visitatore (Restauro Percettivo)

Possibilità di creare scenari illuminotecniciorientati alla visione differenziata di particolari degliaffreschi

Riduzione dei consumi elettrici perilluminazione della Cappella allo stessoregime di accensione prima e dopol'intervento (sempre acceso)

Riduzione dei consumi elettrici per illuminazione dellaCappella con attenuazione di potenza in presenza di illuminazione naturale, possibile grazie al sistemadi controllo mediante Wireless Sensor Network

Monitoraggio diffuso e continuo nel tempo dei livelli di illuminamento finalizzato alla conservazione

Possibilità di monitoraggio ambientale diffusoattraverso integrazione del sistema con sensoriambientali (temperatura ambiente, umidità, CO2, ecc.)

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Anno2016 Anno2017

kW

Cappella degli ScrovegniRisultati

Paola [email protected]

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 integratedirettamente 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

Cappella degli ScrovegniConclusioni finali

Paola [email protected]

Cappella degli ScrovegniNuovo Sistema di Illuminazione

Grazie per l’attenzione