Hydrica 2011, Salone Internazionale Tecnologie Acqua e Ambiente

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1 Applicazioni GIS per il ciclo integrato delle acque: implementazione usando JGrassTools, udig, BeeGIS e EPANET Introduzione Andrea Bosoni, Silvia Franceschi, Davide Righetti andrea.bosoni@gmail.com, silvia.franceschi@hydrologis.eu, davide.righetti@ing.unitn.it Negli ultimi dieci anni, i GIS (Geographic Information System) hanno avuto una larga diffusione grazie alla loro fruibilità, alla crescente disponibilità di dati geospaziali ed a software Open Source. Dal primo GIS Open Source, Grass, la comunità ha fatto grandi sforzi per sviluppare applicazioni facili da usare, multipiattaforma e performanti con più strumenti in base ai diversi tipi di dati ed utenti. udig (User Friendly Internet Desktop GIS) è sviluppato in Java da una comunità di piccole aziende in tutto il mondo ed è ben conosciuto grazie ad un interfaccia semplice ed intuitiva. JGrassTools è un progetto scientifico relativamente nuovo ma con solide basi fornite dal progetto originale JGrass su cui è basato ( e dallo standard di sviluppo utilizzato, OMS (Open System Modelling) pubblicato ed usato dall'usda (US Department of Agriculture). I JGrassTools contengono una vasta gamma di strumenti per l analisi territoriale di dati raster e vettoriali e per l analisi idrologica e geomorfologica, il tutto realizzato secondo lo standard OMS. In particolare per il modulo di Epanet è stato sviluppato un meccanismo che chiama in modo nativo le librerie originali di EPANET e registra automaticamente eventuali messaggi di errore e risultati. Questo meccanismo permette di interfacciarsi direttamente al codice originale e quindi seguire il percorso di sviluppo di EPANET. In questa occasione, in particolare, il codice sorgente EPANET originale è stato migliorato, in modo da simulare correttamente l'oscillazione nei serbatoi (uno dei limiti di EPANET) e la possibilità di inserire una domanda distribuita lungo le condotte. Il plugin EPANET per udig utilizza JGrassTools e fornisce una GUI facile da usare con funzionalità GIS per la preparazione dei dati, l'esecuzione del modello e la visualizzazione ed interrogazione dei risultati della simulazione. La preparazione dei dati è facilitata utilizzando strumenti GIS. I risultati delle simulazioni, distribuiti nello spazio e nel tempo, sono memorizzati in un database in formato H2 collegato direttamente al GIS. Attraverso semplici query automatiche, è possibile ottenere mappe a colori con lo stato del sistema in un determinato intervallo temporale oppure grafici con l'evoluzione nel tempo di una specifica variabile per un definito elemento della rete. I prossimi sviluppi prevedono la possibilità di esportare in automatico file in formato dxf per la stesura delle tavole progettuali di un acquedotto, quali planimetrie e profili longitudinali (con l andamento della piezometrica). udig è un framework di sviluppo GIS che facilita l'accesso a librerie grafiche e di analisi di dati spaziali (geotools). Lo sviluppo di strumenti in udig garantisce quindi il risultato di un software professionale e permette di fare quindi più attenzione alla sostanza piuttosto che alla forma. In udig si sono sviluppati, oltre agli strumenti di EPANET, anche altri strumenti per la raccolta dati in campo. Questi strumenti sono direttamente integrabili tra loro e con altri software per dispositivi mobili, in particolare ArcTab e Geopaparazzi

2 Di seguito vengono presentate due diverse applicazioni. La prima è nata all'interno del progetto UE n. 9 ACP RPR 50-21, che prevede la riabilitazione dei sistemi di approvvigionamento idrico nel distretto di Byumba, nel nord del Rwanda. L'obiettivo è progettare una nuova rete di distribuzione ed eseguire una ricognizione delle strutture nella zona per programmare interventi futuri. La progettazione è stata eseguita utilizzando il plugin EPANET, mentre l'indagine è stata eseguita utilizzando Geopaparazzi caricato su uno smartphone con OS Android. Grazie all'interfaccia intuitiva, e la possibilità di inserire note testuali e multimediali, l'indagine è molto dettagliata e permette di ottenere anche una relazione sullo stato dei lavori, in vista di futuri interventi orientati alla manutenzione. La seconda applicazione prevede l'utilizzo del software nell'ambito di una collaborazione con Dolomiti Reti (società di gestione dei servizi a rete in Trentino) per l'analisi idraulica del distretto di Ravina - Romagnano

3 Epanet Tools Questi strumenti nascono con l obbiettivo di dotare Epanet di un interfaccia GIS Open Source. Il trattamento di dati georeferenziati nei modi e nei formati utilizzati dai Sistemi Informativi Geografici è un passo obbligato per un programma che si occupa di analisi idrauliche di strutture a rete. La scelta è stata quella di creare un modulo per udig, è così possibile sfruttarne l interfaccia e gestire la topologia della rete in modo simile a quanto avviene con Epanet, in modo da semplificare all utente il passaggio a questo nuovo strumento. Allo stesso tempo si può utilizzare una base dati classica GIS come ortofoto, carta tecnica, immagini satellitari e tematismi vettoriali. Inoltre si sono apportate alcune modifiche al codice originale, nate da problemi e richieste sorte durante l utilizzo del codice stesso: correzione del problema dell oscillazione dei serbatoi; introduzione della domanda distribuita lungo le condotte e non solo concentrata nei nodi Il modulo si compone dei seguenti strumenti che guidano l utente dalla creazione degli shape file (contenenti le informazioni idrauliche della rete e la domanda ai nodi o sulle condotte) fino alla visualizzazione dei risultati delle simulazioni: crea gli shape file di base per l'elaborazione con Epanet; sincronizza gli shape file di Epanet con gli altri dati geografici a disposizione e crea il file di input per la simulazione; esegue il codice Epanet e carica i risultati nel DataBase; visualizza i risultati della simulazione

4 In Figura 1 è rappresentato l output di una simulazione. La rete viene rappresentata con una grafica simile a quella utilizzata in Epanet, in particolare, è stato aggiunto un layer colorato sul quale sono visualizzati i risultati nel tempo e nello spazio delle variabili selezionate nella vista dedicata ad Epanet, in questo caso specifico sono state selezionate le portate emunte dai nodi e la portata nelle condotte. Figura 1 Visualizzazione risultati Epanet in udig. Geopaparazzi Geopaparazzi, è un applicazione per smartphone con SO Android (Figura 2) che, come suggerisce il nome stesso, permette di raccogliere foto e note georeferenziate. In realtà però Geopaparazzi fa molto di più e permette di eseguire rilievi professionali e speditivi, entro determinati limiti di precisione. Con Geopaparazzi è possibile raccogliere in modo semplice e veloce: note georefenziate, che possono contenere sia informazioni di tipo testuale che audio (riducendo i tempi del rilievo); foto georeferenziate, la qualità non è comparabile con quella delle migliori fotocamere professionali, risulta però sufficiente per relazioni e come base dati, inoltre le informazioni aggiuntive come l'azimut, possono essere di grande aiuto, specie per un rilievo di molte opere in territori sconosciuti; tracciato GPS, per esempio di una condotta, di una strada o di un percorso; posizione corrente sulla mappa

5 Figura 2: Schermata principale di Geopaparazzi. Si possono utilizzare mappe di sfondo e tematismi diversi come rappresentato in Figura 3. La base cartografica di riferimento è quella pubblicata da Open Street Map. Le mappe vengono scaricate attraverso un collegamento wireless e mantenute in memoria cache, qualora la mappa della zona richiesta non fosse disponibile in locale, il dispositivo si connette alla rete per scaricare la mappa al dettaglio richiesto. Nella vista mappa si possono aggiungere altri tematismi vettoriali, visualizzare il tracciato GPS, lo stato del GPS e prendere note georeferenziate. Figura 3: Visualizzazione della posizione corrente su mappa OpenStreet Map. Tutti i dati acquisiti con lo strumento possono poi essere importati all interno di udig ed utilizzati come base per elaborazioni successive

6 Applicazioni a casi reali Progetto UE n. 9 ACP RPR Il progetto prevede la progettazione e la costruzione di un acquedotto per alimentare circa persone nel distretto di Byumba in Rwanda in collaborazione con MLFN (ONG Italiana con sede a Lodi). All interno del progetto gli Epanet Tools sono serviti come strumento di progettazione, utilizzando come supporto una Carta Tecnica (CT) al realizzata negli anni 80 dal servizio geografico Belga ed un DTM ottenuto mediante interpolazione delle curve di livello. In Figura 4 è mostrata l interfaccia del programma con la CT e le opere di distribuzione, nella parte in basso dello schermo sono visualizzate le caratteristiche del tratto di rete selezionato. Figura 4: Schermata di lavoro di udig. Durante la fase costruttiva si è utilizzato Geopaparazzi per eseguire il rilievo delle opere effettivamente costruite realizzando allo stesso tempo un database fotografico. Lo strumento verrà inoltre utilizzato, dai cooperanti presenti in loco, per il rilievo ed il censimento di altre infrastrutture idriche presenti sul territorio

7 Collaborazione con Dolomiti Reti Scopo della collaborazione è importare all interno di un GIS le informazioni delle perdite relative al distretto di Ravina e Romagnano, ed ottenere una mappa del rischio di rottura della rete. In questo modo i tecnici hanno a disposizione uno strumento utile a pianificare gli interventi futuri in base allo stato della rete. Figura 5: A sinistra schema rete di Ravina, a destra schema rete di Romagnano. Figura 6: Report delle perdite presenti nel distretto analizzato

8 Conclusioni Hydrica 2011, Salone Internazionale Tecnologie Acqua e Ambiente Questi prodotti consentono di eseguire progettazione e gestione di infrastrutture sia di grandi che di piccole dimensioni, ed essendo udig (il motore GIS di supporto) sviluppato da una vasta comunità si ha a disposizione un prodotto in costante sviluppo con le tecnologie di gestione ed accesso ai dati. Essendo udig un GIS Open Source viene garantita la possibilità di accesso al codice e di modifica ed integrazione degli strumenti necessari per l'analisi delle reti e la gestione degli input e dei risultati. L interfaccia dei moduli e la gestione dei dati è personalizzabile in base alle esigenze del progetto e questo permette di risolvere eventuali problemi di incompatibilità con database già in uso o effettuare loro aggiornamenti. Sviluppi futuri prevedono la creazione di tools che consentano la gestione e la progettazione di reti di drenaggio urbano e una migliore implementazione di modelli di ottimizzazione delle attività di manutenzione delle reti acquedottistiche, con particolare attenzione alla ricerca perdite e all ottimizzazione energetica