Architetture del software e dei dati - Appello 25/02/2015 Simone Stella - matr

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1 Architetture del software e dei dati - Appello 25/02/2015 Simone Stella - matr Si deve realizzare un sistema per l osservazione della situazione idrogeologica del territorio e per la segnalazione di emergenze. Il sistema deve supportare: 1. 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; 2. l acquisizione di segnalazioni di emergenze gravi SEG (esondazione in atto o a forte rischio) da parte di operatori a campo; 3. l acquisizione di previsioni meteo sul medio termine relative a una Regione accedendo a una Base Dati Meteo (BDM) esterna preesistente. Si assuma che BDM fornisca previsioni per ogni ora delle prossime 36 ore, articolate per celle spaziali di dimensione 10X10 Km; 4. 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; 5. 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; 6. la notifica di emergenze gravi (SEG) alle Squadre di Emergenza più prossime.

2 0. Assunzioni di Dominio e Glossario Si suppone qui che il sistema copra la gestione del rischio idrogeologico relativo ad una regione dell estensione di km 2. L area presenta queste suddivisioni: - circa 250 comuni, di varia estensione territoriale e presenza demografica. Per ciascun comune è presente un Presidio Territoriale di personale legato al servizio di Protezione Civile Nazionale. Il presidio monitora sul campo le situazioni di emergenza gravi e le riporta all Ufficio Territoriale della Protezione Civile, presente nei comuni di media estensione o gruppi di comuni più piccoli, in cui è presente un Responsabile territoriale della Protezione Civile; - Circa 30 bacini idrografici di tipo regionale, interregionale o nazionale. Confine del bacino è assunto il crinale delle alture (montagne, colline) che delimitano l area di scolo delle acque che confluiscono ai corsi d acqua di quel bacino. Ogni bacino, a seconda della presenza di corsi d acqua di grande portata, della conformazione geologica, e della densità di popolazione, appartiene ad una scala di rischio che va da 0 a 2 (normale, media, alta). In ciascun bacino idrografico di categoria 1 o 2 (circa 20-25) viene istituito almeno un Centro Operativo Territoriale dotato di una Squadra di Emergenza per il pronto intervento nel proprio territorio o, in risposta alle emergenze gravi, in ciascun bacino della regione; celle di estensione 10km x 10km cui vengono riferite le previsioni meteo della BDM; si assumerà che ciascuna ricada almeno per il 90% dell area in uno dei bacini idrografici individuati; E istituito nel capoluogo un Centro di Monitoring Regionale o Centro di Supervisione che coordina le situazioni di emergenza (in atto o potenziali) e ospita le due basi di dati BDM e BRI per la gestione del sistema. I corsi d acqua sono classificati secondo la portata; le categorie individuabili sono rivo, ruscello, torrente e fiume. Lungo i corsi d acqua della regione sono installati in luoghi significativi dei sensori idrometrici, di varia tecnologia (meccanico, laser, a ultrasuoni) che rilevano il livello corrente del corso d acqua ogni 15 minuti. Gli strumenti sono tarati all atto dell installazione ad uno zero idrometrico, corrispondente allo storico del livello del corso d acqua in quel punto. Viene anche assunta una soglia di attenzione idrometrica e una soglia di criticità idrometrica cui si riferiscono le segnalazioni di emergenza presunta (SEP). I sensori sono installati solo nei bacini di categoria di rischio 1 o 2, ed in genere, solo lungo i corsi d acqua di una portata medio alta. Per ogni bacino si possono individuare individuano un massimo di 5 corsi d acqua di portata medio-alta. Alle SEP si legano anche le previsioni meteo di una o più celle; i bacini più grandi sono costituiti da 10 celle; a seconda della criticità del bacino, vengono individuate delle soglie di attenzione e di criticità pluviometrica e niveometrica, riportate nelle previsioni orarie fornite dalla BDM, per l individuazione delle situazioni di rischio potenziale.

3 Le Situazioni di Emergenza Potenziali si traducono in allerte meteo cui viene associata un livello di allarme, la durata di allerta e un tipo di rischio (Rischio Idrogeologico e Rischio Idraulico nell ambito dei rischi gestiti dalla protezione civile, essi sono legati alle precipitazioni e alla portata dei fiumi).

4 1. l architettura del problema in termini di informazioni e flussi informativi; USE CASE DIAGRAM: WHO & WHERE Si individuano i seguenti use-cases: 1) Acquisisci DATO IDROMETRICO (DI): i sensori disposti nel territorio lungo i corsi d acqua forniscono i dati (rilevazione idrometrica) da memorizzare nella base dati Rete Idrica (BRI);

5 2) Acquisisci SEGNALAZIONE EMERGENZA GRAVE (SEG): gli operatori su campo, nel proprio presidio territoriale di competenza, rilevano all occorrenza delle segnalazioni gravi di emergenza e le inviano al sistema, che le inoltra alle Squadre di Emergenza più prossime, localizzate nei Centri Operativi Territoriali; 3) Pianifica Spostamenti: in base alle informazioni SEP, pianifica gli spostamenti delle squadre di emergenza; una notifica è inviata ai Responsabili Territoriali della Protezione Civile, localizzati presso l Ufficio Territoriale della Protezione Civile, e alla/e Squadre di Emergenza interessate. I dati di spostamento vengono opportunamente memorizzati nella base dati di Segnalazione Emergenza, localizzata nel Centro Monitoring Regionale 4) Identifica SITUAZIONI DI EMERGENZA POTENZIALI (SEP): il sistema analizza i dati Idrometrici e le previsioni meteo per identificare le potenziali situazioni di rischio nei diversi territori. I risultati dell analisi sono resi disponibili ai Responsabili Territoriali della Protezione Civile del territorio interessato e al Centro di Supervisione; sono memorizzati nella BSE perché sia possibile collegarli agli spostamenti delle squadre e fornirli in forma sintetica alla popolazione; 5) Acquisizione Previsioni Meteo: rilevate dalla base dati Meteo (BDM esterna), l attività è sempre invocata nello use-case di Identifica SEP. 6) Fornisci Sintesi SEP: le informazioni dello use-case di Identifica SEP vengono recuperati dalla base dati BSE e resi in forma sintetica alla popolazione interessata;

6 CLASS DIAGRAM: WHAT

7 Le previsioni Meteo sono fornite attraverso l aggregazione di previsioni emesse per ogni ora dalla BDM meteo (RilevazioneOrariaMeteo), pubblicate in data e ora indicate in timestamp. I risultati sono aggregati dal sistema in PrevisioniMeteo che riporta l afflusso meteorico cumulato previsto. Le previsioni sono suddivise per cella, in ultima istanza collegabile ad un solo bacino; i bacini più grandi sono composti da circa 10 celle, per un estensione di circa 900km e contano un massimo di 20 presidi/uffici territoriali. Al minimo sono garantit due presidi per un bacino, anche se di categoria di rischio nulla. La criticità in cui versa un bacino al momento della previsione è elemento di analisi da parte del centro operativo nell emissione delle SEP (da qui la relazione SEP-BACINO). D altra parte la SEP è emessa in relazione ad un bacino. Le previsioni sono ottenute/valutate con una precisione del 20% sull afflusso meteorico. Il sistema individua una SEP in base alle rilevazioni idrometriche e alle previsioni, a cadenza di alcune ore (da cui la cardinalità massima di 6 con PrevisioniMeteo). Una SEP di livello critico è emessa anche in caso di segnalazione da parte di operatore sul campo (da cui la cardinalità minima 0 con DI e PrevisioniMeteo), e induce lo spostamento di 1 o più squadre di emergenza, che si spostano tra due presidi territoriali per offrire supporto. Alcuni presidi sono direttamente responsabili della manutenzione dei sensori installati lungo i corsi d acqua

8 ACTIVITY DIAGRAM: WHEN, HOW & WHY

9 Nell activity diagram si rilevano le condizioni necessarie allo svolgimento delle varie attività. I dati idrometrici e le previsioni meteo, vengono rese disponibili da altrettante attività di bassa complessità ed alta frequenza: per 320 rilevamenti idrometrici l ora (80 sensori, una rilevazione ogni 15 minuti) e 3600 recuperi previsioni l ora (è disponibile una nuova previsione ogni ora; per 100 celle, volendo avere la situazione completa delle ultime 36 ore). L attività di identificazione SEP è una attività complessa, che richiede l incrocio di tutti i dati disponibili. Come suggerito dalla costraint C2, viene effettuata ogni 6 ore, si avvale di algoritmi esterni, ed è di criticità medio alta, poiché da essa dipendono le pianificazioni degli spostamenti. E stata stimata una frequenza di picco di 100 elaborazioni l ora, ammettendo che l attività possa essere effettuata a richiesta, in situazioni di particolare emergenza. Quando una SEP è rilevata, si devono produrre le notifiche ed aver completato la pianificazione degli spostamenti in un tempo massimo di 30 minuti (vedi delay); le notifiche sono di complessità bassa, ma possono essere critiche in situazioni di emergenza. In condizioni di emergenza, è stimata la movimentazione di tutte le squadre operative, fino ad un massimo di tre spostamenti per giorno, per un totale di circa 75 movimentazioni al giorno. La segnalazione di eventi gravi è auspicabilmente molto bassa; con eccesso di zelo da parte degli operatori si potrebbero stimare in 100 al mese, molte delle quali di livello di allerta non critico (esondazione non in atto, rischio idraulico minimo). E pero indispensabile (Constraint C1) che all emissione di una SEG la notifica venga inviata immediatamente alle squadre più prossime, ammettendo un ritardo di comunicazione massimo di 3 minuti.

10 2. l architettura logica in termini di componenti di elaborazione;

11 3. l architettura concreta in termini di modalità di interazione fra componenti;

12 RILEVATORE

13 Identificazione SEP

14 4. l architettura di deployment;

15 5. le scelte tecnologiche (componenti hw, reti di comunicazione, piattaforme sw);

16 6. gli schemi logici relazionali delle basi di dati BRI e BDM; La base dati BRI modella la struttura della rete idrica. Il sistema di rilevazione è formato da circa 80 sensori installati lungo i corsi d acqua. I tipi di sensori installati sono memorizzati nella relazione Sensore, identificati da un Modello; la tecnologia rientra nel dominio {meccanico, a ultrasuoni, laser}. La relazione Location indica il luogo dove è stato installato un sensore, tramite le sue coordinate ed è riferito a un corso d acqua. In base all Installazione il sensore viene tarato su uno zeroidrometrico. Lo zero idrometrico è di riferimento per la generica rilevazione memorizzata nella relazione Dato Idrometrico, ed è effettuata al tempo indicato da timestamp. Al corso d acqua è associato un tipo, che rientra nel dominio {Rivo, Ruscello, Torrente, Fiume}, ed è legato ad un unico Bacino Idrografico In Bacini Idrografici è diviso il territorio regionale: ad esso si associa una estensione e una categoria di rischio (che rientra nel dominio {Basso, Medio, Alto}), oltre alle soglie di attenzione e di emergenza pluviometrica e niveometrica, di riferimento. Quale chiave del bacino si è utilizzata la nomenclatura fissata dal regolamento regionale, in uso alla protezione civile.

17 La base dati BDM contiene lo storico delle previsioni meteo. La relazione Previsione memorizza le previsioni orarie, caratterizzate da un orario di emissione, inizio e fine validità della previsione, e le precipitazioni piovose e nevose previste, oltre ad una descrizione, per annotare fenomeni particolari. La previsione è riferita ad una cella in cui è diviso il territorio regionale, che ha un riferimento al codice regionale del bacino, secondo la nomenclatura fissata dal regolamento regionale, in uso alla protezione civile.

18 7. gli schemi concettuali delle basi di dati BRI e BSE, ottenuti attraverso una attività di reverse engineering dagli schemi relazionali, avendo cura di prevedere in tali schemi concettuali almeno due eterogeneita e almeno una corrispondenza interschema. Poiché la relazione Installazione ha una chiave primaria costituita dalle chiavi primarie di Sensore e di Location, nel modello ER è costituito da una relazione n a 1. I Dati Idrometrici sono legati ad una Location, pertanto si ha una relazione n a 1 tra le due entità. I sensori sono installati lungo i corsi d acqua; per i corsi d acqua più lunghi sono installati fino ad un massimo di 4 sensori; pertanto la relazione Location Corso d acqua è 1 a molti. Nei Bacini Idrografici cui è diviso il territorio sono contenuti fino a 5 Corsi d acqua, da cui le molteplicità definite nella relativa relazione.

19 Poiché il sistema storicizza tutte le Previsioni, la relazione con la Cella cui tale previsione si riferisce è di molteplicità 1 a n. Si individuano le seguenti e 1) Eterogeneità: TIPO DIVERSO DI CONCETTO (SCHEMA LEVEL): Bacino Idrografico è entità in BDM, attributo in BRI; 2) Eterogeneità: CONFLITTO DI ISTANZE (INSTANCE LEVEL): l entità Bacino Idrografico in BDM potrebbe contenere solo parte dei bacini rappresentati nell attributo bacino Idrografico di Location in BRI (quelli di categoria 1 e 2); 1) Corrispondenza Interschema: AGGREGAZIONE TRA CONCETTI (SCHEMA LEVEL): i Bacini Idrografici di BDM sono aggregazione delle Celle di BRI

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21 8. le modalità e i problemi di integrazione concettuale fra BRI e BDM;

22 Riconciliazione eterogeneità: Eterogeneità 1 Nello schema globale sostituiamo il valore dell attributo bacino idrografico in Cella con un riferimento all entità Bacino Idrografico; si instaura una relazione tra le due entità dello schema integrato di molteplicità 1 a molti, poiché i bacini più grandi sono costituiti da 10 celle. Eterogeneità 2 Nello schema globale si rappresentano anche le entità di Bacino Idrografico non rappresentate in BDM, con l ID del bacino contenuto nell attributo di Cella. Nella relazione Bacino Idrografico-Corso d acqua, cardinalità minima di Bacino è ora 0, poiché potrebbero non essere presenti corsi d acqua. Riconciliazione corrispondenze interschema: Corrispondenza Interschema 1 Identifichiamo la relazione Cella-Bacino Idrografico come una aggregazione, per legare correttamente le due entità nello schema globale

23 9. lo schema concettuale globale risultato della integrazione delle Basi Dati BRI e BDM;

24 10. Assumendo di utilizzare una architettura di integrazione dati (virtual data integration), e assumendo di scegliere i mapping secondo la modalita Global as View, i mapping tra schema logico globale relazionale e schemi locali relazionali di BRI e BDM; Lo schema globale è costituito dalle seguenti relazioni, di cui si fornisce il relativo mapping Global As View RELAZIONE Sensore (Modello, tecnologia) Installazione(Sensore, location, zeroidrometrico) Location (Cod.Lo, corsoacqua, latitudine, longitudine) DatoIdrometrico (Cod.DI, location, rilevazioneidrometrica, timestamp) CorsoAcqua (Cod. CA, tipo, bacinoappartenenza) CREATE VIEW Sensore AS SELECT * FROM SLBRI.Sensore; CREATE VIEW Installazione AS SELECT * FROM SLBRI.Installazione; CREATE VIEW Location AS SELECT * FROM SLBRI.Location; MAPPING (GAV) CREATE VIEW DatoIdrometrico AS SELECT * FROM SLBRI.DatoIdrometrico; CREATE VIEW CorsoAcqua AS SELECT * FROM SLBRI.Corso d acqua;

25 Bacino Idrografico (CodBI, estensione, categoriarischio, sogliaattenzionepluviometrica,sogliaemergenzapluviometrica, sogliaattenzioneniveometrica, sogliaemergenzaniveometrica) Cella (IDCella, bacinoidrografico) Previsione (IDPrev, location, timestamp, iniziovalidita, finevalidita, previsionepluviometrica,previsioneniveometrica, descrizione) CREATE VIEW BacinoIdrografico AS SELECT * FROM SLBRI.BacinoIdrografico UNION SELECT bacinoidrografico AS Cod.BI, NULL AS estensione, NULL AS categoriarischio, NULL AS sogliaattenzionepluviometrica, NULL AS sogliaemergenzapluviometrica, NULL AS sogliaattenzioneniveometrica, NULL AS sogliaemergenzaniveometrica FROM SLBDM.Cella CREATE VIEW Cella AS SELECT * FROM SLBDM.Cella CREATE VIEW Previsione AS SELECT * FROM SLBDM.Previsione

26 11. una interrogazione sullo schema globale che visiti ciascuno dei due schemi locali, con il suo unfolding sugli schemi locali; Selezionare i fiumi su cui sono previste piogge nelle prossime ore SELECT CodCO FROM Previsione JOIN CorsoAcqua WHERE tipo= fiume AND iniziovalidità > CURDATE(); Unfolding SELECT CodCO FROM CREATE VIEW Previsione AS SELECT * FROM SLBDM.Previsione JOIN CREATE VIEW CorsoAcqua AS SELECT * FROM SLBRI.Corso d acqua; WHERE tipo= fiume AND iniziovalidità > CURDATE();

27 12. Il sistema deve anche essere in grado di pubblicare parte dei dati contenuti nella architettura di integrazione (a scelta dello studente e tenuto conto di eventuali problemi di privacy) in formato aperto (indicando un insieme di metadati, tra cui il tipo di licenza con cui vengono rilasciati), indicando almeno una applicazione che potrebbe avvantaggiarsi dall utilizzo di questi dati.