La repulsione di fauna selvatica mediante ultrasuoni ...• Capacità di discriminare specie diverse...
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La repulsione di fauna selvatica mediante
ultrasuoni: aspetti tecnologici ed esperienze
nell'ambito del progetto ULTRAREP
Stefano Giordano
Dipartimento di Ingegneria dell’InformazioneUniversità di Pisa – Via Caruso n.16 Pisa
eCNIT: Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni
Firenze 30 Ottobre 2017
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31° Anniversario del primo collegamento ad Arpanet
https://www.youtube.com/watch?v=cjVGb197ocQ Internet Day 2017
Elio Catania – Presidente di Confindustria Digitale
"Perché la leadership del paese non ha capito che cosa Internet e le tecnologie di
rete stavano portando all'economia, pensavano fosse "un altro computer" e in realtà
era un ridisegno completo del modo di essere, di vivere e di competere.
Questo ritardo l'abbiamo pagato in termini di crescita e di occupazione."
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Industria 4.0 e la quarta rivoluzione industriale
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Industria 4.0: le tecnologie abilitanti
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Apocalittici e Integrati
• Le nuove tecnologie FRATTURANO in VINCITORI E VINTI
• Dati OCSE: nel 2014 l'Italia investe in Ricerca una cifra pari all'1.29% del PIL
in ricerca la media Europea è al 2.38
• L'investimento in Ricerca decresce dell' -1,8 % anno su anno contro il +2,3% di
investimento nelle valutazioni OCSE
• Germania 3% del PIL e crescita 4% anno su anno
• 70 miliardi di interessi di debito pubblico da pagare!!!
• Nel 2010 si contavano 3000 sole aziende in Italia con più di 200 dipendenti
• 160 Meuro tutto l'investimento in Start-up
• 300 Meuro in una sola azienda in Francia
• 150 Miliardi di Euro di macchinari esportati dall'Italia
• 5° Paese del mondo in termini di export
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6
• ubiquitous
• pervasive
• wireless
• mobile
• wearable
• distributed
• embedded
• dynamic
• energy aware
April-May 2007
“Smart Dust” 2001
Kristofer Pister UC Berkeley
“The Internet of things”
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Smart Dust (UC Berkeley 2001)
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Il primo passo verso l'IoT: gli RFID
A tag can be passive (not using a battery), semi-active (using a battery for sensing/processing,
but not for communication), or active (battery-powered tag with very low power consumption).
Passive
RFID
RFID
Semi-passive
Active
RFID
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La seconda fase: Wireless Sensor Networks
Building blocks of Wireless Sensor Networks (WSN)
A very low cost low power computer
Interfaced to one or more sensors
A Radio Link to the outside world
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Applicazioni dell'Internet of Things
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Sistemi "embedded" che scoprono le telecomunicazioni…
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…Solo tanti nuovi telecomandi
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IoT: un abilitatore di nuovi servizi
Rec. ITU-T Y.2060 (06/2012)
"Internet of things (IoT): A global
infrastructure for the information
society, enabling advanced
services by interconnecting
(physical and virtual) things based
on existing and evolving
interoperable information and
communication technologies"
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Smart farming
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Smart farming
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IoT in Agriculture
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IoT in Agriculture
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2015
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2016
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Mission critical applications
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21(PMC) Pest Management Centre:
Centro per la Gestione Specie Nocive
Molti nuovi dati…
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…troppi!
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La necessità di estrarre conoscenza
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Obiettivo dell'attività di Ricerca: Progettazione e sviluppo di un
componente modulare per la repulsioni di ungulati mediante ultrasuoni
Dispositivi ad ultrasuoni per
la repulsione di ungulati
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Amici, A., Serrani F.. Rossi, C., Primi, R., "Increase in crop damage caused by wild boar (Sus scrofa L.): the ‘‘refuge effect”". Agron.
Sustain. 2012 Dev. 32, 683–692
Awathi, B., Singh, N.B., 2015. "Status of human-wildlife conflict and assessment of crop damage by wild animals in Gaurishankar
conservation area", Nepal. J. Inst. Sci. Technol. 20 (1), 107–111.
Jayson, E.A., 1999. Studies on Crop Damage by Wild
Animals in Kerala and Evaluation of Control Measures,
KFRI research report 169, May.
Alcuni dati allarmanti dalla letteratura
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Contromisure tradizionalmente adottate
• Azioni dirette
Foraggiamento
• Azioni indirette
Repellenti chimici
Sistemi Acustici
Recinzioni elettriche
Recinzioni metalliche
Limiti: elevati costi di manutenzione, scarsa efficacia,
limitata affidabilità, elevato impatto ambientale
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Innovazioni del dispositivo Natech
Funzionalità di sensing
Rivelazione di presenza di fauna selvatica in condizioni diurne e
notturne mediante l'impiego di sensori PIR (passive infrared)
Predisposizione per estensioni a tecniche di detection anche basate su microcamere o PIR più
sofisticati
Funzionalità di azionamento (actuating)
Generazione di forme d'onda ad elevate intensità (120 dB ad 1 m)
totalmente riprogrammabili
Attivazione di telecamere per la ripresa delle condizioni operative e dell'efficacia del dispositivo
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Innovazioni
Funzionalità di energy harvesting
Alimentazione a batterie ricaricabili mediante pannello fotovoltaico (è
comunque possibile anche una alimentazione da rete)
Funzionalità di rete
Comunicazione PHY/MAC IEEE 802.15.4 e stack 6LowPAN
Telegestione del dispositivo (stato del livello della batteria ed attività del
dispositivo). CoAP a livello applicativo.
Localizzazione (opzionale) mediante GPS tracker (antifurto - ricezione
GPS; ricetrasmissione GSM/GPRS)
Funzionalità di data storage
Acquisizione dei dati su TSDB basato su Hbase/Hadoop
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Innovazioni
Funzionalità di visualizzazione
La gestione dei dispositivi sarà possibile tramite interfaccia web su PC,
Smartphone o Tablet
Funzionalità di ottimizzazione delle coperture
Natech offrirà un servizio di ottimizzazione della copertura a partire
dalla morfologia dei territori e del livello di campo acustico desiderato
Funzionalità di cooperazione tra i diversi dispositivi
I dispositivi potranno agire in modo cooperativo al fine di aumentare
l'efficacia della loro azione
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Componenti hardware
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Modulo MCU
MPU Cortex ARM M0+Flash 256 MBytes
SRAM 32 Kbytes
Integrated 2.4GHz RF transceiver
Integrated 128-bit AES crypto engine
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Modulo Alimentazione
Il pannello fotovoltaico carica due batterie a ioni di litio da 3.6V 4.5A da 4500mAh.
Il dispositivo può essere alimentato anche da rete senza apportare ulteriori modifiche al circuito (alimentatore esterno nel range da 17V a 34V).
Sotto 6.5V funziona ma non ricarica le batterie
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Modulo driver altoparlanti
• Il Circuito scelto per il pilotaggio degli altoparlanti è alta tensione di boost (40 Vpp) per poter generare 120 dB ad 1m
Modulo Driver Piezo
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Modulo Sensore
Lente di Fresnel impiegata per
ottenere una maggiore copertura
di sensing (coverage)
Lente di Fresnel
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Un dispositivo modulare ed espandibile
Una delle possibili configurazioni del dispositivo modulare
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Componenti prototipali e il prodotto Escape Plus
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Una analogia con lo Smart lighting
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Stack protocollare
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Soluzioni di networking: WSN Mesh IPv6
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Sistema operativo
•6LoWPAN, IPv6, RPL, and UDP
•CoAP and CBOR
•Static and dynamic memory allocation
•High resolution and long-term timers
•Tools and utilities (System shell, SHA-256, Bloom filters, ...)
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Comunicazione con il data center
Sensors and Actuators
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Prove in camera anecoica e spazio libero
Credits
Prof. Gianni Pavan (Univ. di Pavia)
CUBIT
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Validazione sul campo
Sperimentazione presso Parco Regionale Migliarino, S. Rossore, Massaciuccoli)
Impiego di dispositivi fissi e portatili
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Studi di coverage
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Prospettive future
• Capacità di discriminare specie diverse mediante dispositivi di sensing più
sofisticati (PIR a matrice e microcamere per "pattern recognition")
• Espansione a sensori e attuatori da impiegarsi nell'ambito di soluzioni per
l'agricoltura di precisione con particolare riferimento alla cooperazione con
swarm di droni e quad
• Data mining rivolta allo studio della presenza di fauna selvatica nei diversi
territori
• Stima del percorso degli animali a partire dalla loro osservazione
• Abilitazione di nuovi servizi di interesse in ambito vitivinicolo ed agricolo
a partire da smart-objects eterogenei interconnessi
• Impiego di nuove soluzioni di networking LPWAN (Lora, Sigfox, ecc)
caratterizzate da una elevate copertura, bassissima bit rate e basso consumo
energetico
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Artificial Neural Networks per la classificazione di immagini
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Deep Learning
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Deep Learning
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Knowledge extraction e visualizzazione
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Video and image acquisition
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Wildlife tracking
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"Where is the bear?" Project at UC S. Barbara
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LPWAN & LORA for IoT in Agriculture
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LORA and some of the many competitors
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LPWAN & LORA for IoT in Agriculture
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IEEE IoT Vertical & Topical Summit for Agriculture - Tuscany
May 8-9, 2018 | Borgo San Luigi | Monteriggioni (Siena)
Un invito per il Summit IoT for Agriculture 2018
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Gruppo di Ricerca in Reti di Telecomunicazioni
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
www.natechescape.comCredits