4.3 Sistemi di trasporto intelligenti
4.3.5 L’applicazione degli ITS nel servizio di raccolta dei RSU
L'integrazione di sistemi telematici, come l'identificazione a radiofrequenza (RFID), i sistemi di localizzazione satellitare (Global Position System, GPS), i servizi di telefonia cellulare (General Packet Radio Service, GPRS) e dei sistemi informativi territoriali (Geographic Information System, GIS), possono apportare dei sostanziali
92
miglioramenti al sistema tradizionale di gestione dei rifiuti. Molti studi sono stati effettuati con l’obiettivo di ottimizzare le modalità di raccolta all’interno dei centri abitati.
In uno studio condotto da Johansson (2005) in Svezia, circa 3300 contenitori adibiti alla raccolta sono stati dotati di sensori di livello e apparecchiature di comunicazione wireless, in modo da fornire agli operatori addetti alla raccolta dei rifiuti l'accesso ad informazioni in tempo reale sullo stato di ogni contenitore.
Lo scopo del lavoro è stato quello di valutare, sia per un modello ipotetico di città che per un sistema reale, la diversa programmazione dei percorsi (routing) e dei tempi (scheduling) di raccolta e come essi si integrano ad alcune caratteristiche di base del sistema di gestione dei rifiuti. Questo problema è caratterizzato dalla simultanea presenza di tre aspetti fondamentali:
• scheduling: per specificare un tempo o un insieme di momenti in cui un
determinato percorso deve essere scelto;
• routing: per la scelta del percorso tra diversi zone;
• dinamicità: i due aspetti di cui sopra inseriti in un quadro di costante cambiamento di informazioni, un orizzonte temporale, e in situazioni in cui le precedenti decisioni influenzano le decisioni successive.
Va sottolineato che lo studio è legato principalmente alla raccolta di rifiuti da un numero relativamente piccolo di punti discreti, e non si applica direttamente ad una raccolta porta a porta dei rifiuti residenziali.
In questo studio, la modellazione analitica e simulazione di eventi discreti sono stati utilizzati per valutare la diversa programmazione e politiche di routing che utilizzano i dati in tempo reale, in particolare sono stati valutati quattro diversi metodi di raccolta:
1. scheduling statico e routing statico;
2. scheduling dinamico e routing dinamico per contenitore “pieno”; 3. scheduling dinamico e routing dinamico per contenitore “quasi pieno”; 4. scheduling statico e routing dinamico per contenitore “quasi pieno”. Dallo studio, si può concludere che le politiche e la programmazione di routing e
scheduling dinamici hanno minori costi di gestione, brevi distanze di viaggio, ridotte ore di manodopera e con un minor numero di contenitori raccolti rispetto al criterio statico, caratterizzato da rotte fisse e predeterminate frequenze di pick- up utilizzati da molti operatori di raccolta dei rifiuti oggi.
Per sistemi grandi e ad elevata densità, il metodo di scheduling e routing 2 è la soluzione ottimale. Quando il numero dei contenitori viene diminuito e/o la distanza tra i contenitori aumenta, questa politica perde rapidamente i suoi vantaggi. Per i sistemi più piccoli, il metodo 3 è più adatto; un tale sistema può permettere riduzione dei costi tra il 10-20% per il tipo di sistemi valutati in questo studio .
Il costo di investimento per i sensori installati all’interno dei contenitori, tuttavia, non è stato considerato in questo studio.
93
Hannan M.A. et al. (2011) e Arebey M. et al. (2010) hanno sviluppato una nuova soluzione di RFID installati all’interno dei contenitori e sui mezzi adibiti alla raccolta, tecnologie di comunicazione come il GPS , GSM / GPRS , GIS e fotocamera a basso costo, al fine di migliorare la raccolta dei rifiuti e l'efficienza della gestione.
Figura 15: Architettura del sistema di gestione e monitoraggio dei mezzi e dei contenitori adibiti alla raccolta dei rifiuti solidi urbani.
I dispositivi di monitoraggio montati sui mezzi, raccolgono le informazioni di localizzazione in tempo reale tramite sistema GPS; queste informazioni sono trasferite continuamente, attraverso servizio GPRS, ad una centrale di raccolta dati.
La struttura del sistema è costituita principalmente da quattro parti: i. contenitore automatizzato dotato di tag RFID;
ii. autocarro dotato di lettore RFID, macchina fotografica, modulo GPS e GSM e trasmettitore GPRS;
iii. piattaforma di monitoraggio interfacciata con GSM e GPRS ricevitore e modulo GIS;
iv. rete di comunicazione.
Le informazioni relative al contenitore, quali data di raccolta dei rifiuti e ID camion, memorizzati nel tag RFID, vengono letti dal lettore RFID. Le immagini riprese dalla telecamera vengono elaborate sulla base della metodologia di Otsu (Rovetta et al., 2009) al fine di stimare lo stato di riempimento del contenitore (vuoto, pieno o troppo pieno).
La latitudine e longitudine del contenitore sono fornite dal modulo GPS, installato sul mezzo insieme con il lettore RFID, GSM e GPRS. Tutte queste informazioni, combinate insieme, giungono alla stazione di controllo attraverso il trasmettitore GSM e GPRS. La stazione di controllo, raccolte tutte le informazioni, le memorizza nel database del sistema.
94
Con le stesse modalità descritte per i contenitori, è stato effettuato il monitoraggio dei mezzi di raccolta. Tutte le informazioni, quali ID del mezzo, nome dell’autista, longitudine, latitudine, velocità del mezzo e data vengono acquisiti dalla stazione di controllo via GSM e GPRS e immagazzinate nel database del sistema. Così, l'operatore può monitorare i dati relativi ai bidoni e ai mezzi, al fine di operare una futura pianificazione. Tutto il processo di elaborazione dei dati è effettuato nel server di controllo tramite l'interfaccia grafica utente (GUI ) come mostrato nelle figure seguenti.
Figura 16: Interfaccia utente GUI per il sistema di monitoraggio dei contenitori
I pixel dell'immagine aumentano all’aumentare dei rifiuti presenti all’interno del contenitore. Si può concludere, quindi, che maggiore è il livello di intensità di istogramma e maggiori sono i rifiuti, e minore è l'intensità e minori sono i rifiuti. In questo modo l’analisi dell’immagine del sistema sviluppato fornisce lo stato del bidone per il monitoraggio e la gestione.
Il sistema ha inoltre contribuito a riorganizzare il posizionamento dei bidoni sulla base dei quantitativi di rifiuti solidi che sono stati gettati ogni giorno, così come è stato
95
possibile pianificare in modo ottimale i percorsi dei mezzi adibiti alla raccolta. Quindi, il sistema presentato, grazie all’integrazione di tecnologie di comunicazione, può essere utilizzato per una migliore pianificazione del servizio di raccolta dei rifiuti.
Uno studio condotto da Rovetta et al. (2009), nel distretto di Pudong (Shanghai, Cina) ha descritto un sistema di monitoraggio e l'organizzazione di raccolta dei rifiuti solidi urbani basato su sensori installati all’interno dei contenitori e sistemi GIS al fine di fornire dati quantitativi effettivi (come il peso e la densità del contenuto di ogni singolo contenitore) da utilizzare per migliorare l'affidabilità dei modelli e delle procedure di raccolta.
Nella zona oggetto dello studio, i rifiuti non differenziati vengono generalmente gettati in sacchi di plastica e inviati ad impianti di incenerimento e non viene effettuata nessuna attività di riciclaggio o riutilizzo. La mancanza di differenziazione dei rifiuti implica, pertanto, la necessità di raccogliere maggiori informazioni in merito alla natura dei rifiuti raccolti, per un uso successivo nella creazione di procedure di raccolta differenziata.
Gli obiettivi principali del lavoro presentato da Rovetta et al. è stato quello di: i. fornire dispositivi stand-alone per la raccolta di dati all'interno di ogni
singolo contenitore dei rifiuti;
ii. fare uso di tali informazioni per l'organizzazione e la pianificazione del servizio; le informazioni chiave raccolte sono rappresentate dai dati contenuti all’interno del contenitore per i rifiuti e disponibili in tempo reale.
Per le finalità di cui sopra, i contenitori sono stati dotati di una serie di sensori che sono stati validati in termini di precisione durante un certo numero di prove in condizioni reali. I sensori e l'architettura informativa relativa, presentano le caratteristiche necessarie per la stima della densità, il riconoscimento preliminare dell’oggetto e per l'applicazione di routing camion.
96
Figura 17: Prototipo di contenitore e interfaccia a LED indicante lo stato delle operazioni
I parametri campionati (peso, volume) sono disponibili non solo per il recupero di informazioni relative al monitoraggio della quantità complessiva di rifiuti prodotti, in tempo reale, ma anche per lo svolgimento delle attività di ottimizzazione dei percorsi di raccolta.
La progettazione dei dispositivi per i contenitori ha rappresentato il compito più critico del progetto in termini di requisiti hardware e prospettive di follow-up. I suddetti dispositivi devono funzionare in condizioni ambientali difficili ed essere particolarmente robusti e ben fissati per sopportare le frequenti operazioni di raccolta, come il caricamento del contenitore e il conseguente svuotamento sul mezzo, la manutenzione da parte degli operatori, ed essere allo stesso tempo conformi alla normativa vigente. Tuttavia, l'obiettivo principale nella progettazione del prototipo è stata focalizzata sull'ottimizzazione della qualità dei dati acquisiti. È stata avviata una fase successiva di progettazione con lo scopo di sviluppare dispositivi idonei all’installazione all'interno di contenitori standard (pacchetti a tenuta stagna, sistemi di protezione e rispetto dei requisiti normativi ambientali). Il costo complessivo di produzione del protoripo non è ancora stata valutata a causa del numero limitato di prototipi fabbricati.
Diversi aspetti chiave devono comunque essere sottolineati; in primo luogo, qualsiasi apparecchiatura aggiuntiva deve adattarsi ai contenitori esistenti utilizzati dalle società di raccolta dei rifiuti, senza necessità di sostituzione dello stesso. In secondo
97
luogo, il costo del dispositivo dovrebbe essere limitata ad una percentuale del costo contenitore, e stimata in un range tra il 20% e il 30% del costo del contenitore. In terzo luogo, si dovrebbe tenere in considerazione la riduzione dei costi ottenibili dall’applicazione di un tale sistema di raccolta. Infine, tutti i dispositivi assemblati dovrebbero essere in grado di fornire informazioni relative a guasti al fine di pianificare l’attività di manutenzione.
L'implementazione di un applicativo di monitoraggio centrale può anche contribuire a fornire dati storici in tempo reale, sullo stato della rete di contenitori monitorata. Inoltre, saranno anche disponibili i dati relativi alla posizione dei veicoli per la raccolta e la distribuzione geografica dei rifiuti in termini quantitativi per consentire l'attuazione delle attività di pianificazione delle risorse (numero di contenitori e veicoli necessari in ogni zona).
Figura 18: Percorso ottimizzato del mezzo su supporto GIS
L’approccio seguito dal suddetto studio presenta, pertanto, delle criticità legate alla fragilità intrinseca ai sensori posizionati all’interno dei contenitori.
98