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Si è svolta il 21 novembre, presso la Sala Polifunzionale della Presidenza del Consiglio dei Ministri, alla presenza del Sottosegretario alla Presidenza del Consiglio Antonio Catricalà, del Presidente dell’Associazione ItaliaCamp Pier Luigi Celli, del Presidente Onorario Gianni Letta, del Comitato Strategico e del Comitato Scientifico, la Cerimonia di premiazione del Concorso “La tua idea per il Paese”, promosso dall’Associazione ItaliaCamp. Tra i 10 vincitori, selezionati tra 700 idee presentate, c’è Remocean, (Remote sensing of ocean waves) il sistema per il monitoraggio dello stato del mare tramite l'analisi di immagini acquisite da radar nautici in banda X messo a punto da Francesco Serafino e Francesco Soldovieri, Ricercatori dell'Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell'Ambiente (IREA) del CNR di Napoli.

L’innovativa metodologia, che sfrutta i vantaggi della tecnologia radar in banda X quali costo contenuto, mobilità e semplicità di installazione, è in grado di stimare in tempo reale e con elevata precisione lunghezza, periodo, direzione ed altezza delle onde dominanti, permettendo quindi di sviluppare una serie di applicazioni e di servizi. Può rappresentare, ad esempio, un utile supporto per la sicurezza a bordo su navi di grandi dimensioni, mega-yacht, pescherecci, ed anche per imbarcazioni da diporto di medie dimensioni; può essere impiegata per incrementare i livelli di sicurezza delle piattaforme di estrazione al fine di affrontare con l’adeguata tempestività condizioni meteorologiche estreme e fenomeni ondosi anomali. Il sistema poi, installato su postazioni fisse di terra, in prossimità di porti o in altri punti strategici, rende possibile attivare i sistemi di evacuazione e di sicurezza in caso di rischi di onde anomale o mareggiate. Infine, Remocean può essere anche utilizzato per individuare la posizione di uomini o imbarcazioni disperse in mare.

“La tua idea per il Paese” è un concorso nato per raccogliere e selezionare le idee più innovative e realizzarle concretamente per sostenere la crescita del nostro Paese e offrire alla collettività benefici tangibili e concreti.

L’Associazione ItaliaCamp, che vede come partner di progetto 52 università italiane e 9 università straniere, è stata insignita del Premio di Alta Rappresentanza della Presidenza della Repubblica ed opera con il patrocinio della Presidenza del Consiglio dei Ministri.

Remocean si è già aggiudicato il primo premio relativo all'area sud-Italia del concorso ‘Il talento delle idee', indetto dal Gruppo Unicredit e dai Giovani Imprenditori di Confindustria per la valorizzazione delle migliori idee imprenditoriali innovative in Italia e ha dato avvio a  uno Spin-off del CNR.

Le applicazioni di sorveglianza radar si fondano essenzialmente sulle tecniche di rivelazione (target detection) e tracciamento (target tracking) dei bersagli. Le strategie di target detection consentono di definire in maniera sistematica un test di rivelazione attraverso cui è possibile distinguere l'eco radar di un bersaglio dal ritorno elettromagnetico proveniente dalla superficie marina (clutter). In uno scenario multitarget, però, tale procedura non è sufficiente per stabilire a quale bersaglio sia attribuibile una particolare rivelazione (misura). In aggiunta a questo, l'uscita di un algoritmo di detection è caratterizzata dalla presenza di falsi allarmi e/o mancate rivelazioni, che possono essere interpretate come rumore di misura e complicano ulteriormente la stima dello stato dei target. Per ovviare a tali problematiche si ricorre alle procedura di target tracking che, a partire da misure radar consecutive ed utilizzando algoritmi ricorsivi e logiche di associazione, consentono di definire univocamente le tracce contenenti lo stato dei bersagli.

Attualmente i ricercatori dell’IREA sono impegnati nello sviluppo di una tecnica innovativa per la detection di piccoli bersagli che si muovono ad elevate velocità ed in condizioni di mare agitato (small target). Tale attività rappresenta una sfida stimolante ed impegnativa, in quanto in tali condizioni i bersagli sono completamente immersi nel clutter e, quindi, invisibili al radar con tecniche di analisi convenzionali.

Nel loro funzionamento tradizionale, i radar nautici in banda X trasmettono un’onda elettromagnetica e ne analizzano l’eco per individuare gli ostacoli o le navi (target). A tal fine, i segnali riflessi dalla superficie del mare sono generalmente soppressi poiché considerati un disturbo (“clutter”) per l’individuazione dei bersagli. Un’analisi opportuna del segnale di clutter consente di ottenere informazioni sui principali parametri caratteristici dello stato del mare come: lunghezza d'onda, direzione e periodo delle onde dominanti, altezza d'onda significativa oltre che di ricostruire la mappa delle correnti superficiali e della batimetria del fondale e determinare, direzione ed intensità del vento.

La conoscenza di tali informazioni risulta essere utile per molti scopi, come lo sviluppo di una serie di applicazioni e di servizi per uso militare e civile come ad esempio, protezione della costa, sicurezza navi sia in fase di navigazione che durante le manovre in aree portuali, sicurezza delle piattaforme off-shore, e supporto alle operazioni di ricerca e salvataggio naufraghi.

Le immagini radar non forniscono una rappresentazione diretta dello stato del mare, a causa di fenomeni noti col nome di modulazione, quindi la stima di tali parametri richiede l’uso di specifiche procedure di ricostruzione. In questo ambito, i ricercatori dell’IREA hanno messo a punto innovative tecniche per l’elaborazione dei dati radar che, partendo da una serie temporale di immagini radar spaziali acquisite, consentono di stimare, in tempo reale e con elevata accuratezza, tutte le informazioni che caratterizzano lo stato del mare le correnti e, in certe condizioni la batimetria, in un’area avente raggio di qualche Km. La Figura  riporta lo schema a blocchi della procedura di analisi dei dati radar.

L’accuratezza e l’affidabilità di tali procedure è stata validata sia attraverso l’uso di dati simulati sia su dati reali acquisiti da piattaforme mobili (navi) sia da postazioni costiere fisse.

Secondo uno studio della Agenzia Spaziale Europea (ESA) negli ultimi venti anni oltre 200 superpetroliere e navi container sono affondate in seguito a condizioni di mare estremo ed onde anomale, con conseguente perdita di vite umane e disastri ambientali. A fronte di tale problematica, l'attività di ricerca scientifica e l'innovazione tecnologica stanno aprendo nuovi orizzonti alla possibilità di monitorare lo stato del mare tramite l'ausilio di radar nautici in banda X comunemente installati su navi di grandi dimensioni e presso le Capitanerie di Porto.

Ciò è reso possibile grazie al fatto che il segnale misurato da un comune radar per il supporto alla navigazione dipende non solo dalla riflessione dell’onda elettromagnetica generata dai target (ostacoli, navi) presenti sullo specchio di mare ma anche da quella dovuta alla superficie del mare stesso. Pertanto, elaborando quella parte di segnale comunemente considerata come aliquota di rumore (clutter) e quindi scartata, è possibile ottenere informazioni sull’andamento spaziale e temporale del moto ondoso. Tale potenzialità offre una valida alternativa agli attuali sistemi di rilevamento dello stato del mare, come le boe ondametriche ed i radar HF, con il vantaggio di essere estremamente più semplice da installare, gestire, mantenere e, cosa non meno importante, di abbattere drasticamente sia i costi di acquisto che di gestione.

L’idea di considerare come segnale utile l’onda elettromagnetica riflessa dalla superficie del mare, ha consentito ai ricercatori dell’IREA di mettere a punto una innovativa metodologia per la stima accurata delle correnti superficiali e della batimetria del fondale che trova applicazione sia in ambito terrestre (monitoraggio delle coste, meteorologia, supporto alle operazioni alle operazioni di ricerca e salvataggio) che marittimo (supporto alla navigazione, sicurezza delle piattaforme offshore).

Nell’ambito di tali attività è stata avviata una iniziativa di trasferimento tecnologico che ha portato alla nascita della società Remocean S.r.l., Spin-off del CNR.

L'algoritmo di inversione, così come descritto in Figura, non consente di stimare i parametri del mare e le correnti superficiali se applicato a dati radar in banda X acquisiti durante la navigazione. In tal caso, infatti, il moto relativo tra la superficie del mare e l'imbarcazione comporta delle variazioni nello spettro del segnale da analizzare, determinando così il fallimento delle procedure standard di ricostruzione. A tal proposito, i ricercatori dell'IREA hanno sviluppato una tecnica innovativa ed efficace attraverso cui è possibile stimare in modo affidabile i parametri di interesse a valle della compensazione degli effetti indesiderati introdotti dal moto nave. 

Quando il vento incide sulla superficie del mare trasmette parte della sua energia alle particelle d’acqua. Tale fenomeno dà luogo alla nascita di increspature sulla superficie marina, le cosiddette onde capillari, caratterizzate da una lunghezza d’onda dell’ordine dei centimetri. Inoltre, se l’azione del vento è persistente e con un’intensità superiore ai due/tre metri al secondo, l’ulteriore energia che viene trasmessa comporta la formazione di onde più grandi, le cosiddette onde di gravità. La capacità di osservare le onde di gravità sulle immagini radar in banda X è resa possibile dalla presenza delle onde capillari, le quali interagiscono in maniera costruttiva con le onde elettromagnetiche emesse dal radar. Di conseguenza, i parametri che caratterizzano i campi di vento (intensità e direzione) sono intrinsecamente contenuti nelle immagini radar di una superficie marina. Attraverso l'impiego di opportuni algoritmi, come quelli sviluppati all’IREA-CNR, è quindi possibile stimare tali quantità a partire da dati radar in banda X. In Figura  è mostrato un esempio di stima della direzione del vento da immagini radar in banda X.

Il radar in banda X, utilizzato dai ricercatori dell’IREA per la stima dei parametri del mare e delle correnti superficiali, nasce principalmente per attività relative alla sorveglianza marittima.

Difatti, un'opportuna elaborazione dei dati in uscita da tali sistemi consente di stimare in tempo reale ed in modo accurato lo stato (posizione e velocità) dei bersagli fino ad una distanza di diverse decine di chilometri dal radar. Le elevate risoluzioni spaziali che caratterizzano i wave-radar consentono inoltre di ottenere informazioni anche riguardo la forma e la dimensione dei bersagli.

Il sistema di monitoraggio dello stato del mare istallato in aree costiere consente di stimare i parametri fisici coinvolti nei fenomeni osservabili sotto costa, come l’erosione e i dissesti causati sia da fattori naturali (azioni delle correnti costiere e del moto ondoso) che antropici (opere marittime progettate senza un’adeguata valutazione dell’impatto ambientale).

La ricostruzione ad alta risoluzione delle mappe di batimetria e dei campi di corrente superficiale in zona costiera avviene attraverso l’utilizzo dell’algoritmo NSP, una tecnica sviluppata dai ricercatori dell’IREA CNR. La figura riporta il confronto tra la mappa di batimetria ricostruita da un echo-saunder multi-beam e quella stimata dalle immagini radar in banda X.

Oltre al monitoraggio dei fenomeni costieri, il sistema di stima dello stato del mare è stato utilizzo per supportare le attività di rimozione del relitto della Costa Concordia, naufragata il 13/01/2013 sulle coste dell’Isola del Giglio. Le informazioni restituite da tale sistema hanno infatti consentito di valutare l’impatto delle onde sul relitto ed i campi di corrente superficiali in prossimità di esso.