Le tecnologie 4.0 rappresentano una grande opportunità per garantire elevati standard di safety e security all’interno di porti e infrastrutture connesse alla navigazione. Una delle sfide principali è l’individuazione, la classificazione e il tracking di piccoli oggetti o imbarcazioni, al fine di distinguere possibili minacce alla sicurezza come azioni di terrorismo, sabotaggio, pirateria e traffici illeciti.

Le soluzioni per il monitoraggio delle infrastrutture critiche in ambito portuale e marittimo disponibili sul mercato presentano molteplici carenze, che influiscono sensibilmente sul loro livello di efficacia. Le più significative riguardano l’assenza di sistemi di allarme automatizzati, la difficoltà nel rilevamento di target di piccole dimensioni, la scarsa sorveglianza in mare aperto e la limitata integrabilità fra sistemi differenti.

L’automatizzazione dei processi di monitoraggio e controllo, unita alla riduzione dei tempi di rilevamento e di risposta in caso di criticità, rappresenta quindi l’elemento chiave di un sistema evoluto per la protezione di infrastrutture portuali.

Da questi presupposti e dall’integrazione fra tecnologie per l’acquisizione ed elaborazione di video multispettrali, tecniche di intelligenza artificiale e applicazioni per il tracking dei target in movimento è nato il progetto CATVISION, finanziato dal Competence Center START 4.0.

Di cosa si tratta?

Il progetto, a cura delle PMI genovesi Aitek e Circle Garage, prevede lo sviluppo di un sistema di monitoraggio tecnologicamente avanzato basato su intelligenza artificiale e machine learning. In particolare, il sistema verrà verticalizzato su uno specifico caso di studio per rilevare la presenza di natanti non autorizzati negli specchi d’acqua in prossimità di navi e di infrastrutture portuali critiche.

Per raggiungere questo obiettivo CATVISION, acronimo di Critical Asset Thread-detection using VISible and INfrared spectra, si basa su un duplice sistema video e sfrutta le competenze acquisite da Aitek nello sviluppo di tecnologie per l’acquisizione e la elaborazione delle immagini, applicate con successo in importanti progetti di video security per infrastrutture critiche.

CATVISION utilizzerà la telecamera termica a doppio sensore Bosch MIC IP fusion 9000i,  grazie alla quale è possibile il rilevamento di target a grandi distanze (anche alcuni chilometri), garantendo al contempo il funziona-mento del sistema anche in condizioni di scarsa visibilità e di notte, mentre una telecamera HD dotata di obiettivo multifocale acquisirà immagini ad alta qualità.

Il sistema di monitoraggio sarà automatizzato grazie ad un innovativo algoritmo di video processing per il rilevamento e la classificazione dei natanti, in grado di rilevare in tempo reale tutti gli eventi che possono costituire una minaccia per la sicurezza e di generare allarmi in caso di criticità.

Nello specifico, il rilevamento dei target avverrà mediante tecniche pixel-based quando, data la distanza, le dimensioni degli oggetti non consentono l’utilizzo di tecniche di intelligenza artificiale. Questo approccio si esegue sulle immagini acquisite dalla telecamera termica, che ha una maggiore portata ma produce immagini di qualità più bassa.

Successivamente, un algoritmo di brandeggio automatico della telecamera HD esegue uno zoom nella direzione nella quale la termica ha rilevato il target. In questo modo sono acquisite immagini ad alta definizione su cui eseguire un’analisi più accurata, basata su approcci AI e finalizzata al riconoscimento, classificazione e tracking dei natanti. In caso di ridotta visibilità si farà riferimento alle sole immagini termiche, garantendo comunque il corretto funzionamento.

Il risultato è la generazione di preallarmi in presenza di target ad una notevole distanza, integrati da una detection accurata grazie al puntamento e allo zoom della telecamera attivato proprio dal preallarme: una serie di azioni e procedure automatizzate che contribuiscono ad una più efficiente e tempestiva  protezione delle infrastrutture critiche.

Il sistema proposto sarà corredato da un componente software per la registrazione, codifica e trasmissione dei flussi video e da una interfaccia web a disposizione degli operatori di una control room remota.

L’interfaccia web, accessibile da PC, tablet e smartphone, permetterà la consultazione degli allarmi generati dal sistema e delle immagini ad essi associate.

Una soluzione innovativa e senza eguali

CATVISION rappresenta una vera e propria rivoluzione nel panorama delle tecnologie per la sicurezza portuale e marittima, una soluzione dalle elevate prestazioni ad oggi senza eguali sul mercato.

Gli avanzati algoritmi di video processing sviluppati da Aitek consentiranno il rilevamento automatico e in tempo reale di imbarcazioni all’interno degli specchi d’acqua monitorati dalle telecamere.

Grazie all’utilizzo integrato di telecamere termiche e HD, l’operatività del sistema è garantita in qualsiasi condizione di visibilità: l’elevato fattore di zoom della telecamera HD, unito all’automazione delle procedure di brandeggio della stessa, permette di rilevare i target anche a diversi chilometri di distanza ed effettuare il tracking di natanti rilevati. Tali fonti dati verranno centralizzate utilizzando gli strumenti messi a disposizione da Circle Garage al fine di costruire un unico sinottico di monitoraggio e controllo.

Un ulteriore punto di forza di CATVISION è l’elevato grado di personalizzazione, per favorire l’uso del sistema in contesti applicativi eterogenei, come attività di salvataggio o di soccorso di imbarcazioni in difficoltà.

Ampliando il contesto operativo, i benefici indotti dall’intelligenza artificiale sono ancora più evidenti: grazie ad una opportuna fase di training, sarà possibile addestrare gli algoritmi di video processing a svolgere una grande quantità di compiti, tra cui la rilevazione di oggetti in base alla tipologia o alla forma, la face detection and recognition, il riconoscimento dello stato di un oggetto (persone in piedi o a terra, ecc.), la rilevazione di fumi, incendi e molto altro.

Per questi motivi, CATVISION intende collocarsi nel segmento di mercato di riferimento con un vantaggio in termini di innovazione tecnologica, di competitività economica e di utilizzo in diversi scenari applicativi.

La partnership del progetto

Partito nel mese di giugno, CATVISION ha ottenuto da START 4.0 un finanziamento di 195 mila euro, un riconoscimento del carattere fortemente innovativo e funzionale dell’idea progettuale. Alla conclusione dei 12 mesi di attività, il sistema prototipale sarà utilizzato per mostrare a potenziali clienti la fattibilità tecnologica della soluzione attraverso demo e campagne di test in casi d’uso reali.

Capofila del progetto CATVISION è Aitek, da sempre specializzata nella progettazione e realizzazione di soluzioni tecnologiche innovative per i trasporti e la sicurezza, con un focus particolare nello sviluppo di applicazioni software di video sorveglianza e video analisi per il monitoraggio in ambito portuale, ferroviario e autostradale. Partner del progetto è Circle Garage S.r.l., spin-off dell’Istituto Italiano di Tecnologia che offre servizi di innovazione tecnologica e prodotti nei settori IoT, Cloud, Big Data e Data Analysis in ambito Industria 4.0.

Il progetto si avvarrà della consulenza del laboratorio di Digital Signal Processing (DSP) del Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni (DITEN) dell’Università di Genova: un’occasione per coniugare l’approccio industriale di Aitek e Circle Garage e l’approccio accademico. Le attività del laboratorio saranno finalizzate alla rilevazione dello stato dei canali di comunicazione e le conseguenti tecniche di adattamento dei segnali per l’ottimizzazione della trasmissione.

Prospettive: un progetto dalle grandi potenzialità

CATVISION punta ad inserirsi in un mercato in forte espansione, valutato globalmente pari a 19,8 miliardi di dollari nel 2019 ma che dovrebbe raggiungere i 30 miliardi entro il 2025. Se a ciò si aggiunge che il 90% del commercio globale avviene via mare, risulta evidente come il tema della sicurezza marittima rappresenti una grande opportunità per le aziende che si occupano di tecnologie 4.0.

Ma non solo: come detto, CATVISION può essere utilizzato in altri ambiti operativi, come la sicurezza di centrali elettriche, impianti industriali, infrastrutture di trasporto, aeroporti, acquedotti e molto altro.

In tutti questi casi, il monitoraggio di obiettivi sensibili con finalità antiterroristiche rappresenta un campo applicativo nel quale tecnologie come data analysis, big data, analisi video, cybersecurity e IoT porteranno enormi benefici.  In quest’ottica, si prevede che il mercato della sicurezza e protezione delle infrastrutture critiche subirà importanti cambiamenti tecnologici, che determineranno un volume di affari stimato in 106 miliardi di dollari nel 2025.