Architetture del Software e dei Dati

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1 Architetture del Software e dei Dati A.A. 2014/2015 Sistema osservazione situazione idrogeologica del territorio e segnalazione emergenze Cerri Giacomo Ingoglia Cinzia Rossi Matteo

2 Testo del problema Il sistema deve supportare: l acquisizione in tempo reale di dati idrometrici DI (livello dei corsi d acqua) attraverso opportuni sensori. La struttura della rete idrica, la localizzazione dei sensori e le serie storiche dei livelli osservati sono archiviati in una Base Dati della Rete Idrica (BRI), che fa parte del progetto; l acquisizione di segnalazioni di emergenze gravi SEG (esondazione in atto o a forte rischio) da parte di operatori a campo; l acquisizione di previsioni meteo sul medio termine relative a una Regione accedendo a una Base Dati Meteo (BDM) esterna pre esistente. Si assuma che BDM fornisca previsioni per ogni ora delle prossime 36 ore, articolate per celle spaziali di dimensione 10X10 Km;

3 Testo del problema Il sistema deve supportare: l identificazione di situazioni di emergenza potenziali SEP a medio termine (alcune ore), attraverso l incrocio delle informazioni BDM e DI. Le situazioni di emergenza potenziali devono essere rese visibili agli operatori di un Centro di Supervisione, ai Responsabili Territoriali della Protezione Civile e, in forma sintetica, a tutta la popolazione interessata; la pianificazione degli spostamenti delle Squadre di Emergenza in base alle informazioni SEP. La pianificazione degli spostamenti delle squadre deve essere notificata ai Responsabili Territoriali della Protezione Civile e alle Squadre di Emergenza coinvolte. La allocazione sul territorio delle squadre di emergenza deve essere memorizzata in una Base Dati Segnalazioni di Emergenza (BSE), che fa parte del progetto; la notifica di emergenze gravi (SEG) alle Squadre di Emergenza più prossime.

4 Assunzioni Assumiamo che: il sistema è formato da un centro di supervisione che monitora una regione, divisa in n-zone idrografiche. Ogni zona è divisa in n-bacini fluviali per ognuno dei quali è stato definito un livello di criticità idrogeologica; la suddivisione in zone è basata su caratteristiche omogenee di natura idrografica e metereologica; il sistema monitora canali artificiali, falde acquifere sotterranee e fiumi di media portata in territorio italiano; ad ogni bacino fluviale sono collegati n-sensori di misurazione del livello dell acqua ad ultrasuoni; un generico sensore rileva ogni minuto il livello dell acqua per produrre ogni ora la media dei dati prelevati;

5 Assunzioni Assumiamo che: lo scostamento è un dato calcolato sulla base della differenza tra il livello d acqua medio e il livello di criticità idrogeologica. Se negativo o uguale a 0, esso implica un elevato fattore di rischio per livello di criticità idrogeologica si intende la soglia di guardia oltre la quale è necessario verificare lo stato di emergenza il livello di criticità idrogeologica è inversamente proporzionale al livello di gravità di una potenziale emergenza il centro di supervisione, attraverso i dati derivanti dalle osservazioni metereologiche e sulla base dei dati prelevati dai sensori, comunica stati di emergenza

6 Assunzioni Assumiamo che: ad ogni zona è associato uno o più operatori a campo che verificano l effettiva entità di un emergenza nel caso di emergenza grave, un operatore invia una notifica nelle squadre di emergenza prossime nel caso di emergenza potenziale viene generato, dagli operatori del centro di supervisione, un programma di intervento composto da una serie di attività assegnate alle squadre di emergenza ad ogni zona idrografica è associato un responsabile territoriale che si occupa di fornire alla popolazione un report sintetico dei dati relativi alle emergenze potenziali

7 Architettura del problema Use Case Diagram & Class Diagram

8

9

10 Architettura del problema Activity Diagrams

11 REGISTRA DATI IDROMETRICI

12 VERIFICA LIVELLO CRITICITÀ

13 VERIFICA EMERGENZA

14 PROGRAMMA INTERVENTI

15 OPEN DATA

16 Architettura logica Component Diagrams

17 GESTORE SENSORE & GESTORE CALCOLO DATI IDROMETRICI

18 GESTORE LIVELLO CRITICITÀ & GESTORE VERIFICA EMERGENZA

19 GESTORE VERIFICA EMERGENZA & NOTIFICHE

20 GESTORE PROGRAMMA INTERVENTI & NOTIFICHE

21 GESTORE OPEN DATA

22 Architettura concreta Sequence Diagrams

23 SEQUENZA RACCOLTA DATO IDROMETRICO

24 SEQUENZA VERIFICA DELLE CRITICITÀ

25 SEQUENZA VERIFICA EMERGENZA

26 SEQUENZA PROGRAMMA INTERVENTI

27 SEQUENZA GENERAZIONE OPEN DATA

28 Architettura concreta Deployment

29 PROPOSTA 1

30 PROPOSTA 2

31 LA NOSTRA SCELTA: PROPOSTA 2 Vantaggi Il carico di lavoro è ben distribuito a seconda del contesto delle operazioni Evita il singolo punto di guasto, distribuendo le operazioni tra i diversi componenti Riduce la potenza di calcolo richiesta per ogni componente di elaborazione Sgrava il nodo centrale dall inserimento e tenuta dello storico delle rilevazioni Svantaggi Maggiori costi di realizzazione

32 Architettura concreta Tecnologie Hardware e Software È stata presa in considerazione la scelta tecnologica in Cloud rispetto a dei server fisici proprietari, per garantire scalabilità senza interventi sull hardware

33 SERVER + STORAGE IN CLOUD Nome: DigitalOcean VPS Piano: $ 80 / mese Specifiche: 8 GB RAM 4 Core CPU 5 TB BW Nome: Amazon S3 Piano: (Fino a 1 TB) $ per GB / mese Supporto: Hard Disk meccanico

34 SERVER + STORAGE IN CLOUD COSTI Spesa iniziale di setup Nessun costo di installazione Nessun costo di configurazione (Installazione automatica del OS scelto) Minime conoscenza per il setup del Web Server e dei moduli applicativi Spesa mensile $ 80 per la droplet di DigitalOcean $ 32.4 per lo storage (Nel caso di saturazione del TB)

35 SENSORE IDROMETRICO VEGAPULS Nome: VEGAPULS Prezzo: $ 300 per unità (modello base) Specifiche Misurazione livello e altezza acqua ad ultrasuoni Funzionamento senza usura e manutenzione Impermeabile con protezione IP 66/68 2 bar

36 UNITÀ ARITMETICA VEGAMET Nome: VEGAMET 391 Prezzo: $ 99.8 per unità Specifiche Plug&Play con il sensore VEGAPULS Web Server integrato per invio di dati idrometrici Unità di calcolo integrata per elaborazione dei dati

37 Architettura concreta Tecnologie di comunicazione

38 UMTS PRO Ottima tecnologia in mobilità Costi contenuti Tecnologia ampiamente diffusa e apprezzata CONTRO Possibile caduta del segnale

39 Wi-Fi PRO Velocità di connessione (~ ADSL) Affidabilità del segnale di rete Semplicità di setup e connessione Assenza di cavi CONTRO Possibile congestione di rete

40 PROTOCOLLO DI COMUNICAZIONE TCP / IP PRO Standard di comunicazione in rete Massima interoperabilità Astrae dall architettura Hardware CONTRO Nessuno degno di nota nel nostro dominio applicativo

41 Architettura concreta Device mobile

42 iphone 4S Nome: iphone 4S Sistema Operativo: ios 8.3 Compatibilità: Wi-Fi e UMTS Prezzo: $ 230

43 Architettura dati Schemi locali logici

44 BRI - BASE DATI RETE IDRICA Zona_idrografica (id_zona, regione, zip_code, nome_zona) Bacino_fluviale (nome, id_zona, ordine_classificazione, livello_criticita_idrogeologica) Sensore (id_sensore, coordinatexy) Dato_idrometrico (id_dato, livello_acqua_medio, id_sensore) Rilevazione_idrogeologica (id_rilevazione, id_dato, nome, id_zona, ora_rilevazione) Storico_rilevazioni (id_storico, ora_rilevazione, livello_acqua_medio, id_dato)

45 BDM - BASE DATI METEO Regione (id_regione, nome) Zona (id_zona, zip_code, nome_zona, id_regione) Bollettino (id_zona, id_dato_meteo, data_rilascio, descrizione) Dato_meteo (id_dato_meteo, data_rilevazione, ora_rilevazione, temperatura, pioggia, umidità, vento, visibilità)

46 Architettura dati Schemi locali concettuali Gli schemi locali concettuali di BDM e BRI sono stati ricavati a seguito di un attività di reverse engeenering sui rispettivi schemi locali logici.

47 BRI BASE DATI RETE IDRICA

48 BDM - BASE DATI METEO

49 Architettura dati Eterogeneità e Corrispondenze Interschema

50 Si sceglie una integrazione di tipo EII (Enterprise Information Integration) utilizzando l approccio Virtual Integration E / CI S1 S2 Concetto 1 Concetto 2 Tipo Integrato E BRI BDM Bacino_fluviale (nome) Regione (nome) Omonimia Bacino_fluviale (nome_bacino) E BRI BDM Storico_rilevazioni (ora_rilevazione) Dato_meteo (ora_rilevazione) Diverso dominio di definizione Storico_rilevazioni (ora_aquisizione) E BRI BDM Rilevazione_idrogeologica (ora_rilevazione) Dato_meteo (ora_rilevazione) Diverso dominio di definizione Rilevazione_idrogeologica (ora_aquisizione) E BRI BDM Zona_idrografica (regione) Regione Attributo e Entità Zona_idrografica (regione) CI BRI BDM Zona_idrografica Zona Schema level Is-a Zona Zona_idrografica CI BRI BDM Zona_idrografica (id_zona) Regione (id_regione) Schema level Aggregation rel Zona_idrografica (id_zona, nome_zona, id_regione) La colonna Integrato riporta le soluzioni adotatte per risolvere i problemi di integrazione e rappresentare al meglio lo schema totale

51 Architettura dati Integrazione concettuale degli schemi

52

53 SCHEMA LOGICO INTEGRATO Zona_idrografica (nome_zona, id_regione, zip_code) Bacino_fluviale (nome_bacino, nome_zona, id_regione, ordine_classificazione, livello_criticita_idrogeologica) Sensore (id_sensore, coordinatexy) Dato_idrometrico (id_dato, livello_acqua_medio, id_sensore) Rilevazione_idrogeologica (id_rilevazione, id_dato, nome_bacino, nome_zona, id_regione, ora_acquisizione) Storico_rilevazioni (id_storico, ora_acquisizione, livello_acqua_medio, id_dato) Regione (id_regione, nome_regione) Bollettino (nome_zona, id_regione, id_dato_meteo, data_rilascio, descrizione) Dato_meteo (id_dato_meteo, data_rilevazione, ora_rilevazione, temperatura, pioggia, umidita, vento, visibilita)

54 MAPPING GAV CREATE VIEW Regione(id_regione, nome_regione) AS (SELECT id_regione, nome AS nome_regione FROM BDM.Regione) CREATE VIEW Bollettino(nome_zona, id_regione, id_dato_meteo, data_rilascio, descrizione) AS (SELECT nome_zona, id_regione, id_dato_meteo, data_rilascio, descrizione FROM BDM.Bollettino JOIN BDM.Zona ON Bollettino.id_zona = Zona.id_zona) CREATE VIEW Dato_meteo(id_dato_meteo, data_rilevazione, ora_rilevazione, temperatura, pioggia, umidita, vento, visibilita) AS (SELECT id_dato_meteo, data_rilevazione, ora_rilevazione, temperatura, pioggia, umidita, vento, visibilita FROM BDM.Dato_meteo)

55 MAPPING GAV CREATE VIEW Zona_idrografica(nome_zona, id_regione, zip_code) AS (SELECT nome_zona, id_regione, zip_code FROM BDM.Zona RIGHT OUTER JOIN BRI.Zona_idrografica ON Zona.id_zona = Zona_idrografica.id_zona) CREATE VIEW Bacino_fluviale(nome_bacino, nome_zona, id_regione, ordine_classificazione, livello_criticita_idrogeologica) AS (SELECT nome AS nome_bacino, nome_zona, id_regione, ordine_classificazione, livello_criticita_idrogeologica FROM BRI.Bacino_fluviale) CREATE VIEW Sensore(id_sensore, coordinatexy) AS (SELECT id_sensore, coordinatexy FROM BRI.Sensore)

56 MAPPING GAV CREATE VIEW Dato_idrometrico(id_dato, livello_acqua_medio, id_sensore) AS (SELECT id_dato, livello_acqua_medio, id_sensore FROM BRI.Dato_idrometrico) CREATE VIEW Rilevazione_idrogeologica(id_rilevazione, id_dato, nome_bacino, nome_zona, id_regione, ora_acquisizione) AS (SELECT id_rilevazione, id_dato, nome AS nome_bacino, nome_zona, id_regione, ora_rilevazione AS ora_acquisizione FROM BRI.Rilevazione_idrogeologica JOIN BDM.Zona ON Rilevazione_idrogeologica.id_zona = Zona.id_zona) CREATE VIEW Storico_rilevazioni(id_storico, ora_acquisizione, livello_acqua_medio, id_dato) AS (SELECT id_storico, ora_rilevazione AS ora_acquisizione, livello_acqua_medio, id_dato FROM BRI.Storico_rilevazioni)

57 QUERY Selezionare Bacino fluviale e rispettiva Zona idrografica per cui il livello medio dell acqua misurato sia superiore a 2,5 metri SELECT nome_zona, nome_bacino, livello_acqua_medio FROM Rilevazione_idrogeologica JOIN Dato_idrometrico ON Rilevazione_idrogeologica.id_dato = Dato_idrometrico.id_dato WHERE livello_acqua_medio > 2.5

58 UNFOLDING V1 SELECT nome_zona, nome_bacino, livello_acqua_medio FROM (SELECT id_rilevazione, id_dato, nome AS nome_bacino, nome_zona, id_regione, ora_rilevazione AS ora_acquisizione FROM BRI.Rilevazione_idrogeologica JOIN BDM.Zona ON Rilevazione_idrogeologica.id_zona = Zona.id_zona) JOIN (SELECT id_dato, livello_acqua_medio, id_sensore FROM BRI.Dato_idrometrico) ON Rilevazione_idrogeologica.id_dato = Dato_idrometrico.id_dato WHERE livello_acqua_medio > 2.5

59 UNFOLDING V2 SELECT nome_zona, nome AS nome_bacino, livello_acqua_medio FROM BRI.Rilevazione_idrogeologica JOIN BDM.Zona ON Rilevazione_idrogeologica.id_zona = Zona.id_zona JOIN BRI.Dato_idrometrico ON Rilevazione_idrogeologica.id_dato = Dato_idrometrico.id_dato WHERE livello_acqua_medio > 2.5

60 OPEN DATA Il formato scelto per la realizzazione di documenti open fruibili su larga scala è JSON un formato appositamente realizzato per lo scambio di informazioni in applicazioni Client / Server. Grazie alla sua semplicità è ampiamente utilizzato in applicazioni dinamiche che, tramite API accedono a tali dati. Il suo punto di forza risiede nella velocità con cui le informazioni vengono processate (parsate) dall applicazione che ne fa utilizzo. Una qualsiasi applicazione in grado di ricevere e processare file JSON può facilmente associarne i dati al relativo markup: Ad esempio un portale realizzato da terze parti per la visualizzazione di informazioni sulle situazioni di emergenza relative ad una zona geografica può prelevare i dati in formato open e renderli fruibili alla popolazione. Un altro esempio di utilizzo potrebbe riguardare l analisi statistica dei dati idrometrici correlati alle informazioni metereologiche.

61 OPEN DATA FORMATTAZIONE " report-sep ": [ { " ora_aquisizione " : " :14:07 " " nome_bacino " : " Naviglio della Martesana " " zip_code " : " " " nome_zona " : " Milano NE " " nome_regione " : " Lombardia " " livello_acqua_medio " : " 2.5 metri " } {... } ] Le informazioni fornite in formato open non includono dati personali o sensibili, onde evitare problemi con la Privacy

62 OPEN DATA LICENZA Italian Open Data License 2.0 È concesso Consultare, estrarre, scaricare, copiare, pubblicare, distribuire e trasmettere le informazioni; Creare un lavoro derivato, attraverso la combinazione con altre informazioni, includendole in un prodotto o sviluppando un applicazione informatica che le utilizzi come base dati. È obbligatorio Indicare la fonte delle informazioni e il nome del soggetto che fornisce il dato, includendo, se possibile, un link alla licenza.

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