Modello della cella climatica dell'Arco di Augusto

Il sistema associa informazioni diverse e tra loro non-omogenee, attraverso un modello capace di dare una previsione oggettiva circa l'evoluzione nel tempo di un determinato parametro fisico. Il punto di partenza è la rete di sensori già esistenti sul territorio, in particolare delle centraline dell'Agenzia regionale per la protezione dell'ambiente in Valle d'aosta (ARPA) e della Protezione Civile, per il monitoraggio della qualità dell’aria e dell’ambiente. Ogni centralina, infatti, registra quotidianamente una mole di dati come temperatura, umidità, presenza di polveri nell’aria, ecc.; si tratta di dati intrinsecamente non-omogenei, con diversa localizzazione spaziale, diversa scansione temporale, diverso tipo di grandezze fisiche misurate.
Parallelamente a queste informazioni, è stato costruito un analogo e complementare database di dati e misure effettuate dal partner Laboratorio Analisi Scientifiche, dall'inverno 2006 all'estate 2011, sulle pareti dell’Arco d’Augusto in Aosta. La rete di sensori costruita si premuniva di misurare temperatura (T) e umidità (RH) per caratterizzare la cella climatica intorno al bene, accanto a due misure di temperatura di contatto - ovvero ottenute direttamente sulla superficie della parete per monitorare eventuali stress termici o climatici.

Lo schema in figura mostra come si costruisce il modello di sensore virtuale. A sinistra abbiamo le osservazioni e lemisure compiute dalle centraline dell’ARPA o della Protezione Civile poste nelle vicinanze dell'Arco di Augusto. Le centraline misurano, ad esempio, la temperatura al Teatro Romano, l'umidità e direzione e velocità del vento in piazza Plouves. A destra invece abbiamo le misure corrispondenti compiute direttamente sull’Arco di Augusto. Il modello utilizza i dati provienti da entrambi le fonti, trovando correlazioni e relazioni tra loro attraverso algoritmi di Information Fusion basati sul Machine Learning. Questi ultimi “imparano” confrontando i risultati forniti dai modelli predittivi sviluppati dai ricercatori dell'UdR con le misure reali in situ. Meta-dati così costruiti forniscono una previsione quantitativa del comportamento futuro della cella climatica/ambientale intorno e sull’Arco di Augusto.

La seconda figura mostra uno specchietto riassuntivo di come vari l'errore nella previsione del sistema “sensore virtuale” rispetto alla misura reale in situ. Le quattro pareti dell'Arco di Augusto sono monitorate da centraline diverse, indicate in figura con il punto cardinale corrispondente. Le barre degli istogrammi identificano gli errori in termini di unità fisiche assolute (gradi °C per la temperatura) e relative (punti percentuali % nel caso dell'umidità relativa). Tali valori mostrano come il sensore virtuale fornisca previsioni entro margini di incertezza paragonabili a quelle delle misure in situ, e quindi sia un ottimo sistema di monitoraggio remoto, in grado di replicare con buona accuratezza le condizioni della cella climatica intorno al bene. I pulsanti consentono di verificare diverse tipologie di correlazione, aggiungendo o meno al set di dati le misure effettuate da diverse centraline ARPA. Si noti ad esempio come combinando il maggior numero di dati si trovi l'errore minimo; in generale il dispositivo appare stabile nella previsione e coerente nell’uso dei dati, quindi adatto ad essere utilizzato come parte integrante del controllo climatico/ambientale di beni di pregio artistici o culturali.