Le molte definizioni oggi diffuse di smart city sottintendono un insieme coordinato di interventi che mirano a rendere la città più sostenibile da vari punti di vista: energetico, ambientale, funzionale, sociale

La piattaforma comune di riferimento delle diverse aree tematiche che afferiscono al nuovo concept di “sostenibilità urbana” fanno un ampio utilizzo di tecnologie ICT (informazione e telecomunicazione), “intelligenza” e capacità di progettazione sistemica, da cui il suffisso “smart”.

Questa forma di  integrazione poggia sulla capacità di costruire “modelli di business” che possono auto-sostenersi economicamente combinando risparmi energetici, offrendo nuovi servizi e condividendo infrastrutture ICT fra molte applicazioni.

La smart city va pertanto immaginata come una roadmap con obiettivi e progetti realizzabili in tempi diversi, caratterizzati da soluzioni tecnologiche che dovranno  essere sviluppate, dimostrate su piccola scala ed infine estese all’intera scala urbana quando (e se) avranno raggiunto la maturità tecnica, sociale ed economica verificata dal dimostrativo.

Nuovi servizi possibili per l’utente della città

Una delle piattaforme tecnologiche oggi più interessanti per la sostenibilità economica nell’immediato futuro ma anche per la prospettiva di sviluppo è quella che prevede di strutturare buona parte dei servizi smart urbani verso il cittadino, sulla rete di illuminazione pubblica.

L’integrazione di informazioni provenienti da sensori di varia natura in una unica piattaforma informativa permette di creare una base dati condivisa in tempo reale cui possono agganciarsi sistemi intelligenti dotati di modelli adattivi per l’ottimizzazione della fornitura energetica commisurata dinamicamente alla richiesta (energy on demand: fornire energia solo quando, nel luogo e nella misura in cui serve) (figura 1).

E’ evidente che in questa visione la rete IP assumerebbe una valenza per la città molto più strategica di quella attuale.

Le funzionalità che possono essere integrate sono molte e tra queste si collocano l’illuminazione pubblica, la mobilità (infomobilità, la mobilità verde e pubblica), la sicurezza ed il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, la comunicazione con cittadini e turisti.

Lo schema tecnologico di riferimento prevede lo sviluppo di una rete di sensori, diffusi nella città, che si appoggiano ai lampioni intelligenti capaci di trasportare dati (tecnologie power line su cavo reti zigBee wireless).

I dati raccolti vengono inviati in tempo reale verso il server dati della città dove risiede una piattaforma ICT multifunzionale integrata che provvede ad archiviare i dati, a verificarli e diagnosticare eventuali malfunzionamenti, ad effettuare un primo livello di elaborazione (data fusion) ed infine a renderli disponibili verso applicazioni “verticali” il cui compito è quello di realizzare uno specifico servizio urbano (es: illuminazione, mobilità, …).

Questo tipo di applicazioni generalmente include un sistema di diagnostica, un sistema predittivo, un sistema di ricostruzione spaziale delle informazioni, un sistema di regolazione adattiva ed ottimizzata; spesso sono in grado di interagire con gli “utenti” che possono essere sistemi di attuazione del servizio, gestori del servizio o semplicemente cittadini che accedono a servizi di informazione o supporto.

I progetti sviluppati

ENEA ha sviluppato una architettura di riferimento ed una serie di componenti tecnologiche che mirano a realizzare una metodologia di illuminazione adattiva (ovvero che si adatta in continuazione alla domanda di illuminazione) che va sotto il nome di “smart lighting”.

La metodologia integra l’uso di sistemi di visione (da cui si estraggono le informazioni per i servizi smart) e lampioni intelligenti.

Il metodo è stato utilizzato dapprima presso il Centro Ricerche Casaccia (ENEA, Roma) dove è in corso di realizzazione uno “smart village” (figura 2 ) e successivamente – attraverso la cooperazione con diverse aziende per l’ingegnerizzazione delle tecnologie (UMPI, Telecom, Enel Sole, iGuzzini Illuminazione, Cross Point, Neri, A3R, I-Smart) è in corso di installazione su diversi contesti urbani tra cui Bracciano e L’Aquila. Oltre ai sistemi intelligenti (analisi di immagini, predittori neurali, ottimizzatori) ENEA sta sviluppando diversi progetti con Il Politecnico di Milano e l’Università di Pisa per l’arredo urbano multifunzionale ed i lampioni intelligenti.

Oltre ai sistemi intelligenti (analisi di immagini, predittori neurali, ottimizzatori) ENEA sta sviluppando diversi progetti con Il Politecnico di Milano e l’Università di Pisa per l’arredo urbano multifunzionale ed i lamponi intelligenti.

Per l’arredo urbano multifunzionale/Un nuovo sistema ottico a LED

Per quanto riguarda quest’ultimo argomento, è stato realizzato un primo prototipo, chiamato PLUS. PLUS è un apparecchio modulare a LED per illuminazione urbana, progettato e realizzato in collaborazione con il Dip. InDACO del Politecnico di Milano.

PLUS si fonda sui principi di contestualizzazione, modulo, dematerializzazione, superficie planare, multilayer, flessibilità, parassitismo.

In altre parole, oltre all’illuminotecnica classica, al fine di rispondere alle esigenze della contemporaneità, bisogna tener conto della qualità della luce, bellezza percepita dello spazio in cui stare, sostenibilità, salvaguardia dell’ambiente, informazione e servizi forniti all’utente: è stata quindi studiata l’integrazione di sistemi Smart, a partire da alcuni scenari.

La ricerca si è concentrata su una situazione urbana notturna, dove un pedone che percorre una strada ha bisogno di sicurezza e orientamento nella strada: una videocamera IP può dimmerare opportunamente uno o più apparecchi, essere collegata in rete senza offrire servizi aggiuntivi.

Sono quindi stati identificati i componenti, dopo test sperimentali, è stato eseguito il design dimensionale e funzionale del modulo e del sistema di aggancio.

E’ stato quindi realizzato il prototipo di PLUS SENSE (figura 3, figura 4).

Proseguendo il percorso iniziato con PLUS, si è voluto progettare un sistema ottico a LED adatto ad illuminare una strada a traffico motorizzato per applicazione in strade urbane: requisiti illuminotecnici delle categorie illuminotecniche ME (UNI EN 13201-2: 2004), per il caso più frequente nell’illuminazione urbana, ossia le strade urbane di tipo F (ME3a – ME6).

Si è pensato a un apparecchio modulare con un basso numero di sorgenti luminose, con ingombri e materiali ridotti e design innovativo. Efficienza energetica e modularità significano applicabilità scalare dell’apparecchio in diverse situazioni impiantistiche

La progettazione di PLUS SENSE ME (figura 5) ha considerato in parallelo 3 elementi principali: l’apparato ottico, l’apparato termico e la funzionalità meccanica del prodotto.

Diversi moduli sono combinati in maniera tale da ottenere apparecchi di illuminazione di diversa taglia.

Il progetto Lumiere

Accanto agli sviluppi di tecnologie innovative ENEA sta sviluppando da alcuni anni un progetto per rendere realistica, competitiva e congruente con le normative ed i vincoli di mercato, l’implementazione dell’approccio smart lighting per l’illuminazione pubblica.

Il nome del progetto è Lumiere e punta alla massima penetrazione dell’ innovazione nella IP. Lumiere è promosso e coordinato da ENEA ma sviluppato da un Network di soggetti pubblici e privati con l’obiettivo di promuovere l’efficienza energetica nel settore della pubblica illuminazione.

Il progetto Lumiere è dedicato principalmente ai Comuni italiani, nelle figure dei loro sindaci e pubblici amministratori, ai quali viene proposto un invito ed un supporto ad intraprendere un percorso formativo ed operativo volto al miglioramento dell’efficienza energetica, della sostenibilità ambientale e delle prestazioni funzionali ed illuminotecniche degli impianti da loro formalmente gestiti, spesso inadeguati ed obsolescenti.

L’attività progettuale, partita dall’analisi del settore e dal coinvolgimento di tutti gli operatori direttamente ed indirettamente coinvolti nei processi di gestione degli impianti si è concentrata sia nell’impostazione di un percorso di riferimento per l’efficientamento energetico e miglioramento funzionale del servizio di pubblica illuminazione sia nello sviluppo degli appositi strumenti di supporto per conseguirlo.

Il Progetto, che ad oggi ha coinvolto più di 4000 Comuni, realizzato 18 workshop di formazione, redatto le Linee Guida per una corretta gestione degli impianti e creato un Network operativo nel quale confluiscono la maggior parte degli operatori del settore, propone oggi la sua evoluzione nella struttura dell’”Osservatorio Lumière” (figura 6).

L’Osservatorio costituisce una proposta volta a dare un continuità ed una visibilità istituzionalmente riconosciuta ad un Network che è oggi pronto ad assumere un ruolo di struttura di riferimento per le pubbliche amministrazioni ed istituzioni ai fini della riorganizzazione di un settore che al momento spreca l’energia e non sfrutta le sue potenzialità di sviluppo economico, tecnologico e sociale.

La creazione di un Sistema Italia Pubblica Illuminazione (figura 7), in grado di trasformare il servizio in un eccellenza progettuale nazionale, potrebbe trovare nell’Osservatorio l’embrione ideale nel quale prendere vita.

Lo sviluppo parallelo ed intrecciato di attività di sviluppo tecnologico (smart lighting) e di “pushing” dell’ innovazione nel mercato (progetto ed osservatorio Lumière) riteniamo sia la soluzione vincente per affrontare una nuova fase di innovazione nella pubblica illuminazione, che non va più vista solo come un problema legato al risparmio energetico, contenimento della spesa pubblica e sicurezza ma anche nella prospettiva di trasformazioni profonde delle strutture urbane e dei nuovi mercati ed indotti economici ad esse connesse.

L’ampliamento di orizzonti proposto dalle smart cities sembra il paradigma che più probabilmente troverà – nella valorizzazione economica dei servizi aggiunti – quei modelli di business che ne permetteranno una replica su vasta scala.

(Mauro Annunziato, Simonetta Fumagalli, Nicoletta Gozo – ENEA)