BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022
TITOLO DEL PROGETTO: 20227Y5NZ2 - Reshaping the Role of Measurement in the 4.0 Era: towards a Cyber-Physical Measurement system for Advanced Monitoring Applications
CODICE CUP: D53D23001050006
Budget: € 84.960,00
Responsabile U.R. Poliba: Nicola Giaquinto
P.I. nazionale: Leopoldo Angrisani - Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"
Breve descrizione del progetto
Il progetto riguarda l’evoluzione dei sistemi di misura e monitoraggio nell’ambito dei sistemi cyber-fisici e delle tecnologie Industria 4.0. L’obiettivo è superare il ruolo tradizionale dei sistemi di misura come semplici strumenti di acquisizione dati, trasformandoli in componenti attive, capaci di integrare misura, modellazione, simulazione ed elaborazione avanzata.
Il progetto sviluppa il paradigma dei Cyber-Physical Measurement Systems (CPMS). Il caso studio riguarda sistemi di misura distribuita basati su riflettometria nel dominio del tempo (TDR), applicati alla rilevazione di acqua e di variazioni delle proprietà dielettriche del mezzo monitorato. L’unità di ricerca del Politecnico di Bari contribuisce soprattutto allo sviluppo del digital twin del sistema di misura, mediante modelli capaci di riprodurre il comportamento di sistemi TDR distribuiti in condizioni reali e non ideali, e di supportare inversione TDR, simulazione e valutazione dell’incertezza.
Finalità
Gli obiettivi principali dell’unità di ricerca del Politecnico di Bari riguardano
CODICE CUP: D53D23001050006
Budget: € 84.960,00
Responsabile U.R. Poliba: Nicola Giaquinto
P.I. nazionale: Leopoldo Angrisani - Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"
Breve descrizione del progetto
Il progetto riguarda l’evoluzione dei sistemi di misura e monitoraggio nell’ambito dei sistemi cyber-fisici e delle tecnologie Industria 4.0. L’obiettivo è superare il ruolo tradizionale dei sistemi di misura come semplici strumenti di acquisizione dati, trasformandoli in componenti attive, capaci di integrare misura, modellazione, simulazione ed elaborazione avanzata.
Il progetto sviluppa il paradigma dei Cyber-Physical Measurement Systems (CPMS). Il caso studio riguarda sistemi di misura distribuita basati su riflettometria nel dominio del tempo (TDR), applicati alla rilevazione di acqua e di variazioni delle proprietà dielettriche del mezzo monitorato. L’unità di ricerca del Politecnico di Bari contribuisce soprattutto allo sviluppo del digital twin del sistema di misura, mediante modelli capaci di riprodurre il comportamento di sistemi TDR distribuiti in condizioni reali e non ideali, e di supportare inversione TDR, simulazione e valutazione dell’incertezza.
Finalità
Gli obiettivi principali dell’unità di ricerca del Politecnico di Bari riguardano:
costruzione di digital twin di sistemi TDR distribuiti in condizioni reali;
modellazione elettromagnetica e computazionale del sistema di misura;
sviluppo di tecniche di inversione e interpretazione automatica dei riflettogrammi;
uso del CPMS per simulazione del sistema di misura e valutazione dell’incertezza;
applicazione al monitoraggio distribuito di acqua e umidità.
Risultati attesi
Il progetto prevede digital twin, modelli elettromagnetici e computazionali, tecniche di inversione TDR e algoritmi di elaborazione automatica dei riflettogrammi. Sono inoltre previste metodologie per la valutazione quantitativa dell’incertezza, validazione sperimentale in laboratorio e risultati metodologici utili per future applicazioni dei CPMS.
Risultati raggiunti
I risultati raggiunti possono essere così riassunti:
È stato sviluppato un digital twin di un sistema TDR basato su sensore bifilare per la stima quantitativa del profilo di umidità del terreno. Il modello integra la relazione tra umidità e costante dielettrica del terreno, il comportamento elettromagnetico trasversale del sensore e il comportamento longitudinale della linea di sensing.
È stata sviluppata una metodologia di inversione TDR basata su modelli gray-box, capace di riprodurre riflettogrammi misurati in condizioni operative non ideali, anche in presenza di segnali irregolari e conoscenza incompleta dei parametri elettromagnetici del sistema.
Il digital twin è stato utilizzato per la simulazione realistica del sistema di misura e per la valutazione quantitativa dell’incertezza mediante simulazioni Monte Carlo rappresentative delle variazioni del sistema fisico.
È stata introdotta una procedura di inversione TDR in due stadi per migliorare l’accuratezza nella localizzazione dell’acqua lungo il sensore distribuito, combinando una ricostruzione flessibile del profilo dielettrico con una stima parametrica della regione perturbata.
È stato sviluppato un approccio data-driven all’inversione TDR basato su reti neurali di tipo transformer, per la ricostruzione automatica di profili distribuiti di capacità a partire dai riflettogrammi, senza procedure iterative di ottimizzazione.
Le metodologie sviluppate sono state validate mediante simulazioni e campagne sperimentali di laboratorio. I risultati confermano l’efficacia dell’approccio per la localizzazione dell’acqua, la stima dell’umidità e la valutazione metrologica di sistemi TDR distribuiti.
Risultati attesi
Il progetto prevede digital twin, modelli elettromagnetici e computazionali, tecniche di inversione TDR e algoritmi di elaborazione automatica dei riflettogrammi. Sono inoltre previste metodologie per la valutazione quantitativa dell’incertezza, validazione sperimentale in laboratorio e risultati metodologici utili per future applicazioni dei CPMS.
Risultati raggiunti
I risultati raggiunti possono essere così riassunti:
È stato sviluppato un digital twin di un sistema TDR basato su sensore bifilare per la stima quantitativa del profilo di umidità del terreno. Il modello integra la relazione tra umidità e costante dielettrica del terreno, il comportamento elettromagnetico trasversale del sensore e il comportamento longitudinale della linea di sensing.
È stata sviluppata una metodologia di inversione TDR basata su modelli gray-box, capace di riprodurre riflettogrammi misurati in condizioni operative non ideali, anche in presenza di segnali irregolari e conoscenza incompleta dei parametri elettromagnetici del sistema.
Il digital twin è stato utilizzato per la simulazione realistica del sistema di misura e per la valutazione quantitativa dell’incertezza mediante simulazioni Monte Carlo rappresentative delle variazioni del sistema fisico.
È stata introdotta una procedura di inversione TDR in due stadi per migliorare l’accuratezza nella localizzazione dell’acqua lungo il sensore distribuito, combinando una ricostruzione flessibile del profilo dielettrico con una stima parametrica della regione perturbata.
È stato sviluppato un approccio data-driven all’inversione TDR basato su reti neurali di tipo transformer, per la ricostruzione automatica di profili distribuiti di capacità a partire dai riflettogrammi, senza procedure iterative di ottimizzazione.
Le metodologie sviluppate sono state validate mediante simulazioni e campagne sperimentali di laboratorio. I risultati confermano l’efficacia dell’approccio per la localizzazione dell’acqua, la stima dell’umidità e la valutazione metrologica di sistemi TDR distribuiti.