Una soluzione avanzata per l’osservazione e la gestione della fauna e della vegetazione in contesti rurali isolati, grazie alla tecnologia AI e all’Edge Networking

Sfida

Nel cuore delle zone rurali, lontano dalla connessione alla rete e alle infrastrutture tecnologiche moderne, la gestione e la protezione dell’ambiente naturale rappresentano una sfida fondamentale.

Il parco faunistico di San Rossore, situato tra la città di Pisa e il mare, si è rivelato l’ambiente perfetto per testare le soluzioni innovative per il monitoraggio della fauna e della vegetazione sviluppate nell’ambito del progetto WatchEDGE.

Questo parco ospita una biodiversità unica, ma le difficoltà pratiche legate alla connessione e alla gestione efficiente dei dati in un’area così isolata sono notevoli.

I problemi principali includono la necessità di monitorare gli spostamenti degli animali, in particolare i cinghiali, noti per il danno alle coltivazioni e il pericolo per la sicurezza stradale. Inoltre, c’è l’urgenza di intervenire tempestivamente contro malattie o attacchi di parassiti sulle piante, che minacciano l’intero ecosistema.

In un ambiente dove le risorse sono limitate, le sfide tecnologiche e logistiche sono enormi. Come poter raccogliere, elaborare e interpretare dati in tempo reale, senza compromettere la biodiversità e minimizzando l’impatto umano?

Soluzione

WatchEDGE ha risposto a questa domanda con una soluzione tecnologica avanzata che unisce l’Intelligenza Artificiale (AI), il machine learning decentralizzato e l’Edge Networking, consentendo di affrontare le sfide del monitoraggio ambientale in contesti rurali.

Il cuore della soluzione è il riconoscimento attraverso le immagini, consentendo il tracciamento degli spostamenti degli animali e il monitoraraggio delle piante. Utilizzando droni e smart-camere, si è riusciti a raccogliere immagini da diverse angolazioni e prospettive, garantendo un monitoraggio completo e preciso, anche in ambienti difficili da raggiungere. Il modello AI è stato addestrato per riconoscere i cinghiali, riuscendo a distinguere individui diversi e a fornire dati dettagliati sugli spostamenti e quindi informazioni importanti riguardo il comportamento della popolazione.

Durante i test condotti nella Pineta Torre Riccardi del Parco di San Rossore, sono stati impiegati anche metodi innovativi per il monitoraggio, in parallelo ai tradizionali censimenti faunistici basati sull’osservazione manuale.

Per garantire l’elaborazione dei dati in tempo reale sul campo, sono stati testati due prototipi di Edge Computing nomadico: uno sviluppato da Italtel e uno integrato all’interno del sistema 5G Nomad. Questo ha permesso la raccolta e l’elaborazione locale di immagini e video, ottimizzando il flusso di dati anche in assenza di connettività fissa.

Il 5G Nomad è stato utilizzato come infrastruttura di rete wireless mobile per supportare le comunicazioni tra sensori e nodi di calcolo distribuiti. In parallelo, sono state valutate soluzioni alternative come il Wi-Fi, data la necessità di operare in ambienti privi di copertura 5G privata.

Un ulteriore elemento tecnologico chiave è la sperimentazione della tecnologia SD-WAN, che consente di integrare diversi tipi di rete (Wi-Fi, 4G, 5G, satellitare) per garantire una connessione stabile ed efficiente anche nelle zone più remote.

Una delle caratteristiche distintive della soluzione è l’uso del Distributed Federated Learning, che permette di addestrare il modello in modo collaborativo tra diverse isole di monitoraggio. Questo approccio decentralizzato circoscrive l’utilizzo dei dati al contesto in cui essi vengono generati, richiedondo al contempo adeguata efficienza e capacità elaborativa a livello locale. Inoltre contribuisce a ridurre l’impatto sulla connettività e a evitare la concentrazione delle informazioni in un unico punto geografico della soluzione complessiva.

Benefici

I benefici della soluzione sviluppata nel progetto WatchEDGE sono molteplici e si estendono oltre il semplice monitoraggio ambientale. Ecco alcuni dei principali vantaggi:

Monitoraggio in tempo reale: consente di osservare costantemente il comportamento degli animali e lo stato di salute delle piante, permettendo agli operatori del settore interventi tempestivi per ridurre i danni e prevenire situazioni critiche

Gestione integrata: la piattaforma permette di connettere soluzioni tecnologiche preesistenti, spesso frammentate ed eterogenee, creando un ecosistema interoperabile per una gestione più coordinata ed efficiente del territorio

Tecnologia a bassa manutenzione: l’utilizzo di dispositivi autonomi, a basso consumo energetico e connessi tramite reti flessibili (Wi-Fi, mobile, satellitare), garantisce operatività anche in assenza di energia elettrica o connettività fissa

Flessibilità ed espandibilità: sebbene inizialmente progettato per il monitoraggio dei cinghiali, il sistema può essere facilmente adattato ad altre specie presenti in aree rurali, come daini, volpi e lupi

Dashboard unificata: la dashboard in cloud fornisce una visione centralizzata, chiara e aggiornata della situazione sul campo, semplificando le attività di monitoraggio per operatori e gestori ambientali

Sostenibilità ambientale: la soluzione è progettata per ridurre al minimo l’impatto sull’ambiente, combinando efficienza tecnologica e attenzione alla conservazione della biodiversità.

Il ruolo di Italtel

Italtel ha giocato un ruolo cruciale nel successo del progetto WatchEDGE, apportando competenze chiave in due aree fondamentali: l’infrastruttura di rete e la gestione dei dati.

Infrastruttura di rete

Italtel ha progettato una rete Edge innovativa, ottimizzata per l’ambiente rurale e isolato, con l’uso di un server trasportabile e di diverse metodologie di connettività. Questa soluzione ha reso possibile l’elaborazione dei dati vicino al punto di raccolta, riducendo la necessità di trasferire grandi quantità di dati attraverso reti con scarsa capacità.

Dashboard in cloud

Italtel ha creato una dashboard in cloud che permette il monitoraggio remoto e la gestione dei dati raccolti in tempo reale. Questo strumento centralizzato aiuta gli operatori a visualizzare e analizzare rapidamente i dati, migliorando l’efficacia delle operazioni sul campo e garantendo un alto livello di controllo e affidabilità.

Un ecosistema di competenze al servizio dell’innovazione

Il progetto WatchEDGE nasce all’interno del programma PNRR RESTART, sotto il coordinamento del Politecnico di Milano, e si fonda su una solida rete di collaborazione tra mondo accademico, imprese tecnologiche e istituzioni pubbliche.

Il consorzio di partner è composto da:

• Tre università: Università di Pisa, Università di Catania, Università di Milano-Bicocca
• Tre aziende tecnologiche: Italtel, Nextworks, Sensor ID
• Un centro di ricerca: CNIT – Laboratorio Nazionale RaSS (Radar and Surveillance Systems) di Pisa

A testimonianza del forte legame con il territorio e della volontà di generare un impatto concreto sul campo, il progetto collabora attivamente con l’Ente Parco Regionale Migliarino, San Rossore, Massaciuccoli della Regione Toscana, che ha messo a disposizione un ecosistema unico per la sperimentazione di soluzioni avanzate di monitoraggio ambientale.

Questa sinergia multidisciplinare rappresenta un modello virtuoso di cooperazione tra ricerca, impresa e pubblica amministrazione, orientato allo sviluppo sostenibile e all’innovazione nei territori rurali.

Dall’ambiente rurale a nuovi scenari di innovazione

Il progetto WatchEDGE ha realizzato una soluzione innovativa e scalabile per il monitoraggio ambientale in contesti rurali. Con l’integrazione di AI, Edge Computing e tecnologie di rete avanzate, è stato possibile affrontare sfide complesse come il monitoraggio della fauna e la protezione della vegetazione, ottimizzando l’uso delle risorse e garantendo la sostenibilità dell’ecosistema.

Grazie alla collaborazione con esperti accademici e l’apporto fondamentale di Italtel, WatchEDGE ha dimostrato la sua capacità di adattarsi a scenari eterogenei, aprendo la strada a future applicazioni nei settori dell’emergenza, della sicurezza e della tutela ambientale. Una soluzione pronta a fare la differenza in aree rurali e isolate, con un impatto positivo su tutta la gestione del nostro patrimonio naturale.

La soluzione sperimentata per l’ambito rurale è infatti estendibile a contesti diversi, come smart city, agricoltura e industria. Le applicazioni possono includere il monitoraggio di situazioni di emergenza come incidenti, frane, alluvioni, sicurezza delle persone, il rilevamento di situazioni di panico in contesti affollati e l’individuazione di intrusioni in aree protette.