Oslo Sotto Ascolto: Le Fibre Ottiche Rivelano i Segreti della Parata Nazionale

Ciao a tutti! Oggi voglio raccontarvi una storia pazzesca, quasi da film di spionaggio, ma che invece è pura scienza applicata nel cuore pulsante di una città. Immaginate di poter “ascoltare” una città intera, non con le orecchie, ma usando qualcosa che già si trova sotto i nostri piedi: i cavi della fibra ottica! Sembra incredibile, vero? Eppure, è esattamente quello che abbiamo fatto a Oslo, in Norvegia, durante un evento davvero speciale: la parata del Giorno Nazionale.

La Magia del DAS: Trasformare Cavi in Sensori

Prima di tuffarci nella festa norvegese, lasciatemi spiegare brevemente la tecnologia che ha reso possibile tutto questo. Si chiama Distributed Acoustic Sensing (DAS), che potremmo tradurre come “Rilevamento Acustico Distribuito”. In pratica, prendiamo una “fibra spenta” (dark fiber) – cioè un cavo in fibra ottica della rete di telecomunicazioni esistente ma non utilizzato per il traffico dati – e ci colleghiamo uno strumento laser speciale, chiamato Interrogator Unit (IU). Questo strumento invia impulsi di luce laser lungo la fibra.

Ora, la cosa affascinante è che anche le fibre ottiche più perfette hanno minuscole imperfezioni interne, delle fluttuazioni di densità. Queste imperfezioni agiscono come minuscoli specchietti che riflettono una piccola parte della luce laser indietro verso lo strumento (backscattering). Quando una vibrazione esterna – come il passo di una persona, il rombo di un tram o, appunto, il suono di una banda musicale – comprime o allunga anche minimamente la fibra in un punto, la luce riflessa da quel punto cambia leggermente la sua fase. Misurando queste variazioni di fase, possiamo capire cosa sta succedendo acusticamente lungo l’intera lunghezza del cavo, trasformandolo di fatto in una lunghissima serie di microfoni virtuali, distanziati anche solo di un metro!

Il bello è che possiamo riutilizzare le milioni di chilometri di fibre ottiche già posate per le telecomunicazioni in tutto il mondo. È un modo geniale per creare reti di sensori enormi senza dover scavare o installare nulla di nuovo (o quasi, perché si possono anche installare fibre dedicate se serve).

L’Esperimento di Oslo: Orecchie Sotto l’Asfalto per il 17 Maggio

Motivati dalle potenzialità del DAS nel monitoraggio urbano (pensate al traffico, alla sicurezza), abbiamo deciso di metterlo alla prova in un contesto unico: Oslo durante la festa nazionale del 17 maggio 2023. Perché proprio quel giorno? Perché è il giorno della famosa parata delle scuole e delle bande musicali, un evento che riempie le strade del centro. E, cosa cruciale per noi, gran parte del traffico pesante (tram, autobus) viene fermato per qualche ora. Questo ci dava l’opportunità perfetta per isolare il “suono” della folla e delle bande, che diventavano così i generatori di segnale dominanti.

Abbiamo “acceso” un tratto di fibra spenta lungo circa 3.88 km nel centro di Oslo, proprio lungo parti del percorso della parata. Abbiamo registrato continuamente per 11 giorni, includendo i 5 giorni prima e i 5 giorni dopo il 17 maggio, per avere un’idea del rumore di fondo “normale” della città. Lo strumento DAS ci forniva dati ogni metro (1.02 m per la precisione) con una risoluzione temporale altissima (2500 Hz, poi ridotta a 62.5 Hz per le nostre analisi).

Cosa Abbiamo “Sentito”? Il Ritmo della Parata

I risultati sono stati elettrizzanti! Analizzando i dati, siamo riusciti a fare cose incredibili:

• Distinguere il giorno dalla notte: Sembra banale, ma vedere chiaramente la differenza di “rumore” tra l’ora di punta e la notte fonda (meno treni, meno auto, ma ancora presenti rumori fissi da locali tecnici o garage sotterranei) è stata la prima conferma che il sistema funzionava.
• “Vedere” la parata: Il segnale durante la parata era nettamente diverso. Potevamo letteralmente seguire il movimento della folla lungo i tratti di fibra paralleli al percorso.
• Identificare le bande: Qui viene il bello! Le bande musicali, marciando a passo cadenzato, generano un segnale acustico molto caratteristico. Analizzando le frequenze (usando tecniche come gli spettrogrammi), abbiamo notato non solo la frequenza fondamentale del passo (attorno a 1.8 Hz, che corrisponde a circa 110 passi al minuto), ma anche delle armoniche superiori molto pronunciate. Queste armoniche sono come le “impronte digitali” delle bande che marciano in sincrono. Le classi scolastiche, che camminano in modo meno coordinato, avevano armoniche molto più deboli.
• Contare le bande: Sfruttando queste caratteristiche armoniche, abbiamo sviluppato un metodo per rilevare automaticamente i picchi di segnale corrispondenti alle bande lungo un tratto specifico della fibra. Secondo il Comune di Oslo, alla parata del 2023 hanno partecipato 88 bande. Noi ne abbiamo rilevate… 87! Un risultato impressionante, mancando l’appello solo per una.

Analisi Approfondita: Velocità, Passo e Tracking

Non ci siamo fermati qui. Volevamo capire di più su come si muovevano queste bande.

• Velocità di marcia: Analizzando come il “fronte” del segnale della parata si spostava lungo la fibra, abbiamo stimato la velocità media. Era circa 0.99 m/s lungo la via Karl Johan (Sector 2 nel nostro studio) e leggermente più alta, 1.15 m/s, lungo la via Haakon VII (Sector 5), probabilmente perché lì la parata iniziava a disperdersi dopo essere passata davanti al Palazzo Reale.
• Lunghezza del passo: Conoscendo la velocità (v) e la frequenza del passo (f), potevamo calcolare la lunghezza media del passo (l = v/f) per i diversi gruppi. Abbiamo trovato valori che variavano tra 0.44 m e 0.62 m, con oscillazioni che probabilmente riflettevano le diverse bande (magari con musicisti di età e altezze diverse) che passavano sopra la fibra.
• Tracking delle bande: La sfida più grande è stata provare a seguire una singola banda lungo il suo percorso, anche quando la fibra non copriva tutto il tragitto. Usando tecniche di cross-correlazione basate sulle caratteristiche di frequenza, siamo riusciti a tracciare con successo una banda “fuori programma” che marciava da sola prima dell’inizio ufficiale. Seguirla è stato facile perché non c’erano altre bande a confondere il segnale. Tracciare le bande *dentro* la parata è stato più complesso: molte bande avevano frequenze di passo simili e marciavano vicine, rendendo difficile distinguerle dopo un tratto “cieco” di 1.5 km tra i due settori monitorati.

Oltre la Parata: Il Potenziale del DAS Urbano

Questo esperimento, sebbene focalizzato su un evento specifico, ci ha mostrato l’enorme potenziale del DAS per il monitoraggio urbano. Pensateci:

• Monitoraggio del traffico: Possiamo rilevare e potenzialmente classificare veicoli, treni, tram.
• Gestione della folla: Capire dove si stanno muovendo grandi gruppi di persone, stimarne la densità, può essere vitale per la sicurezza pubblica, la gestione di eventi o persino le evacuazioni.
• Complementare ad altre tecnologie: Il DAS funziona indipendentemente dalle condizioni meteo (nebbia, pioggia forte che accecano le telecamere) o di luce, e solleva meno preoccupazioni sulla privacy rispetto ad altri metodi.
• Sicurezza delle infrastrutture: Si può usare per monitorare ponti, tunnel, ferrovie, rilevando attività insolite.

Certo, ci sono ancora sfide. La qualità del segnale dipende da come è posato il cavo (accoppiamento con il terreno, profondità), informazioni non sempre note per le reti esistenti. Rilevare singoli individui in un ambiente urbano rumoroso con fibre esistenti è difficile (noi non ci siamo riusciti, vedevamo solo l’effetto aggregato della folla e delle bande). Ma la tecnologia sta evolvendo rapidamente, sia nell’hardware (gli interrogatori) che nel software (analisi dei dati, machine learning).

Conclusioni: Una Città che Ascolta Se Stessa

La nostra avventura a Oslo ci ha insegnato che sotto le nostre città si nasconde una rete di “orecchie” potenziali, pronte ad essere attivate. Usare le fibre ottiche esistenti con il DAS apre scenari affascinanti per capire e gestire meglio gli ambienti urbani. È stato incredibile “ascoltare” il ritmo della parata nazionale norvegese attraverso questi sensori nascosti e riuscire a estrarre così tanti dettagli. Chissà quali altri segreti le nostre città ci sussurrano attraverso le fibre ottiche, aspettando solo che qualcuno si metta in ascolto!

Fonte: Springer