Progetto ReSeMM – Sviluppo di una rete sensoristica multimodale finalizzata al monitoraggio strutturale e ambientale. Spoke 6, Sito di intervento Villa Romana di Realmonte, Agrigento
Il progetto si è svolto nell’ambito del bando pubblico PNRR Spoke 6, Missione 4 “Istruzione e Ricerca” – componente 2 “dalla ricerca all’impresa” – linea di investimento 1.3 “Partenariati estesi alle università, ai centri di ricerca, alle aziende per il finanziamento di progetti di ricerca di base” – programma di ricerca e innovazione “Changes – Creativity and Intangible Cultural Heritage”, finanziato dall’Unione Europea – NextGenerationEU.
L’iniziativa ha previsto, per i siti indicati dal bando e nel rispetto delle indicazioni del committente e degli enti territoriali preposti per la tutela, la progettazione e la fornitura di una rete sensoristica multimodale e la realizzazione di una piattaforma software in cloud, integrata con una banca dati geospaziale, in grado di gestire da remoto la rete, acquisire, conservare, processare e visualizzare in real-time i dati raccolti ed impostare soglie di allarme.
Al progetto, coordinato daI Dipartimento di Ingegneria Civile (DICIV) dell’Università degli Studi di Salerno, avente come Responsabile Scientifico il Prof. Luigi Petti, hanno partecipato anche i Dipartimenti di Ingegneria Industriale (DIIN) e Scienze dei Beni Culturali (DISPAC), unitamente alla Start-up innovativa Modula S.r.l..
Obiettivi
I patrimoni architettonico e archeologico sono esposti a pericoli e rischi, non solo naturali e antropici, ma anche al cambiamento climatico; a ciò si aggiungono i processi naturali di degrado generati dall’invecchiamento dei materiali ed alla variabilità delle condizioni ambientali. In un’ottica di uso sostenibile delle risorse e di tutela del patrimonio, lo sviluppo di approcci metodologici che promuovano il minimo intervento e la manutenzione proattiva assumono un ruolo cardine in un processo gestionale. La proposta mira ad implementare un modello ed una rete integrata di monitoraggio multi-scala e multi-livello, attraverso lo sviluppo di sistemi robusti ed espandibili che garantiscono un controllo costante dello stato di salute dei beni, consentendo di caratterizzare il comportamento dei manufatti, anche implementando modelli BIM al fine di documentare il ciclo di vita delle strutture e lo sviluppo di modelli previsionali.
Il monitoraggio della Villa Romana di Realmonte ha come finalità principale il controllo e l’analisi dell’evoluzione dei fenomeni di degrado che interessano l’area archeologica, al fine di prevenire danni irreversibili e pianificare in modo mirato gli interventi di conservazione e restauro. Le criticità individuate includono cedimenti strutturali delle murature, distacchi dei rivestimenti parietali, oltre al deterioramento dei materiali lapidei e delle decorazioni che caratterizzano gli ambienti più significativi della villa. Il sistema di monitoraggio permetterà di raccogliere dati nel tempo, offrendo una base conoscitiva utile per comprendere l’evoluzione di tali fenomeni e per programmare azioni preventive e correttive.
La Villa Romana di Realmonte, affacciata sulla baia di Punta Grande e immersa in un tratto delicatissimo della costa agrigentina, è un sito archeologico di grande valore storico e paesaggistico. La sua articolazione tra ambienti termali, pavimenti mosaicati e spazi residenziali evidenzia l’importanza della dimora e il prestigio del proprietario in epoca imperiale. L’esposizione diretta agli agenti atmosferici e la fragilità dei materiali antichi rendono necessario un controllo costante delle condizioni ambientali e strutturali, così da prevenire l’avanzare dei processi di degrado che possono interessare mosaici, murature, superfici decorate e soprattutto l’area del fronte roccioso che separa la villa dalla spiaggia. In questo contesto nasce il progetto di monitoraggio, pensato per creare un sistema tecnologico capace di osservare nel tempo i fenomeni fisici, chimici e biologici che agiscono sul sito, raccolto in un impianto integrato che permette sia l’acquisizione dei dati sia la loro elaborazione in remoto attraverso una piattaforma centralizzata. Alla base del progetto vi è la volontà di costruire una rete stabile, continua e affidabile, che possa accompagnare la tutela della villa negli anni fornendo agli operatori e agli specialisti informazioni precise, aggiornate e utili per impostare interventi preventivi o correttivi.
Rete sensoristica
La rete sensoristica è il cuore operativo dell’intero sistema. La scelta degli strumenti nasce dall’analisi delle criticità osservate durante il sopralluogo e dalla necessità di monitorare due aree principali: da un lato il mosaico delle terme, un elemento di straordinario valore artistico ma estremamente sensibile alle variazioni microclimatiche e all’umidità, e dall’altro il fronte roccioso esposto direttamente al mare, dove erosione, piogge intense e agenti atmosferici possono provocare cedimenti o smottamenti. Per comprendere in modo completo i processi che interessano queste zone, la rete dei sensori è stata progettata per raccogliere quattro grandi categorie di dati: quelli fisici, relativi alle condizioni meteorologiche come temperatura, umidità, radiazione solare, intensità e direzione del vento, quantità di pioggia e qualità dell’aria con parametri come CO, SO₂, NO₂, ozono e particelle fini; quelli chimici, utili a misurare la presenza di inquinanti e sali che possono accentuare fenomeni di degrado dei materiali lapidei; quelli biologici, legati alla comparsa di vegetazione o colonie naturali che possono alterare le superfici; e infine i dati dimensionali, rilevabili attraverso le telecamere per osservare eventuali spostamenti, modifiche, alterazioni cromatiche o anomalie strutturali. Per raccogliere in modo efficace queste informazioni è stata selezionata una strumentazione specifica: una weather station con sensori climatici avanzati e moduli per la qualità dell’aria; due telecamere multispettrali pensate per analizzare superfici e individuare precocemente cambiamenti non visibili a occhio nudo, come infiltrazioni, presenza di umidità, sali o degradazioni nascoste; e una termocamera portatile, utile per eseguire controlli mirati su murature, rivestimenti e parti sensibili della villa. Questi dispositivi sono accompagnati da tutta la componentistica necessaria — cavetteria, antenne, convertitori e sistemi di alimentazione — e soprattutto da un PC industriale fanless che svolge il ruolo di centro di raccolta locale dei dati. La disposizione fisica degli strumenti è stata studiata per minimizzare l’impatto sul sito e allo stesso tempo garantire prestazioni ottimali: la stazione meteo viene collocata su un supporto al di sopra della tettoia, le telecamere multispettrali vengono montate su supporti orientabili per sorvegliare rispettivamente il mosaico termale e il fronte roccioso, mentre la termocamera viene fornita come strumento mobile, utilizzabile secondo necessità. Una particolare attenzione è stata dedicata alla corretta orientazione della stazione meteo verso nord, operazione essenziale per misurare con precisione la direzione del vento. All’interno della tettoia trovano posto PC industriale, convertitori e antenne, protetti da strutture che ne garantiscono la durata e l’efficienza nel tempo.
Tabella dei sensori selezionati per il monitoraggio della Villa Romana di Realmonte (AG), con indicazione dei dati rilevati, delle quantità necessarie e dei riferimenti dei dispositivi
Architettura del sistema
L’architettura del sistema completa il quadro tecnologico, assicurando che tutti i dispositivi possano comunicare tra loro e con la piattaforma IoT centrale. Il PC industriale fanless, posizionato sotto la tettoia e protetto all’interno di una cassetta dedicata, rappresenta il nodo principale dell’intera infrastruttura: raccoglie i dati della stazione meteo tramite comunicazione wireless o tramite connessione seriale RS-232, alimenta e gestisce le telecamere multispettrali tramite cavi USB e funge da hotspot Wi-Fi locale per avviare automaticamente, ogni sei ore, le acquisizioni delle immagini provenienti dalle telecamere. La termocamera, invece, resta un apparato stand-alone con batterie ricaricabili, utilizzabile in modo flessibile e indipendente dall’alimentazione centrale. Tutte le informazioni raccolte vengono elaborate direttamente dal PC industriale e inviate in tempo reale alla piattaforma IoT remota attraverso la connessione LTE/4G garantita da una chiavetta dedicata con antenna esterna, installata per assicurare stabilità anche in presenza della tettoia metallica che potrebbe ostacolare il segnale. Dal punto di vista energetico, l’intera infrastruttura è alimentata da una linea a 48 V ottenuta dal quadro elettrico presente all’ingresso della villa: questa tensione, scelta per ridurre le cadute di potenziale lungo il percorso e per garantire sicurezza a visitatori e operatori, viene distribuita lungo la passerella e poi convertita localmente in 12 V per alimentare stazione meteo e PC industriale.
Percorso della traccia elettrica a 48 V DC dall’abitazione all’ingresso della Villa Romana di Realmonte fino all’area di monitoraggio, posata lungo la passerella
Tutti i dispositivi sono montati sotto la tettoia senza cassette di derivazione aggiuntive, così da semplificare l’impianto, ridurre i punti di vulnerabilità e rendere più agevoli gli interventi di manutenzione. L’insieme dei collegamenti, delle alimentazioni e dei canali di comunicazione crea una rete solida, pensata per funzionare anche in condizioni difficili e per assicurare una supervisione costante del sito archeologico. La piattaforma centrale, ricevendo i dati in tempo reale, permette di analizzare nel lungo periodo l’evoluzione dei fenomeni di degrado, di individuare eventuali rischi imminenti e di programmare interventi mirati, garantendo una tutela più consapevole ed efficace della Villa Romana di Realmonte.
Schema di posizionamento dei sensori destinati al monitoraggio dello stato di conservazione del mosaico nell’area termale della Villa Romana di Realmonte (AG)
Schema del sistema di monitoraggio della Villa Romana di Realmonte con rappresentazione dei dispositivi, delle alimentazioni richieste e dei protocolli di comunicazione impiegati