Felice Tatangelo (1) Ezio Crestaz (1), Michele Pellegrini (1) e Peter Schätzl (2) (1) Torino, 9 Ottobre Saipem S.p.A.

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1 FEFLOW - ArcGIS: Sistema Spaziale di Supporto alle Decisioni per la valutazione delle politiche ottimali di gestione delle acque sotterranee Una nuova prospettiva per i Decision Makers Felice Tatangelo (1) Ezio Crestaz (1), Michele Pellegrini (1) e Peter Schätzl (2) (1) Saipem S.p.A. (2) DHI-WASY GmbH Torino, 9 Ottobre 2013

2 Introduzione Normale prassi operativa nello sviluppo di modelli numerici delle acque sotterranee Diverse componenti distinte e fortemente specializzate (database, GIS ed ambienti di simulazione) Accoppiamento di tipo loose-coupling (accoppiamento leggero) con interscambio dati via file PROBLEMI Inefficienze e complessità del processo di sviluppo, rischi di violazione dell integrità referenziale dei dati, duplicazione, proliferazione di formati, necessità di competenze specialistiche in ciascun dominio SOLUZIONE PROPOSTA Sistema Feflow-ArcGIS di gestione dati e modellazione numerica su piattaforma ESRI ArcGIS e DHI-WASY Feflow 6.1 sviluppato secondo una logica di tight-coupling (accoppiamento stretto) Modelli numerici salvati nel database spazio-temporale Esecuzione ed analisi degli scenari di simulazione direttamente nell ambiente ArcMap VANTAGGI Altri esperti (idrogeologi ed idrochimici) possono condurre simulazioni senza accedere ad ambienti specializzati di modellistica numerica Piena integrazione tra dati osservati, calcolati e scenari di simulazione DHI 2

3 Strategie di accoppiamento tra modelli e GIS Modificato da Fisher (1994) DHI 3

4 Feflow-ArcGIS: schema concettuale Progettazione e sviluppo di geodatabase ESRI dedicato per ospitare dati osservati e calcolati Accoppiamento stretto (tight coupling) del motore di calcolo di Feflow 6.1 all interno di ESRI ArcGIS Applicazioni ArcGIS di front-end per la gestione di scenari di simulazione, geodatabase e Feflow Viewer Tight - coupling Loose - coupling DHI 4

5 Feflow-ArcGIS: database spazio-temporale I Gestione modelli, nodi della mesh di discretizzazione, serie temporali associate e scenari di simulazione. Modelli e scenari sono immagazzinati in campi BLOB (Binary Long Object) e possono essere protetti da password per prevenire accessi non autorizzati DHI 5

6 Feflow-ArcGIS: database spazio-temporale II Vista della struttura del database in ArcCatalog Tabella delle serie temporali: dettaglio sui contenuti DHI 6

7 Feflow-ArcGIS: strumenti di amministrazione I Inizializzazione dell estensione: creazione struttura database (1) Gestione dei datasets creati dal SDSS (Spatial Decision Support System) (2) Gestione dei modelli numerici: dal file system al database (3) (1) Inizializzazione del DB (2) Salvataggio (3) Gestione del Modello DHI 7

8 Feflow-ArcGIS: strumenti di amministrazione II Gestione dei datasets creati dal SDSS: nodi della mesh (1), serie temporali (2), linee di flusso (3), bilancio idrogeologico (4) (1) (2) (3) (4) DHI 8

9 Feflow-ArcGIS: strumenti di amministrazione III Gestione dei modelli numerici ( Add model ): importazione nel database, eventuale protezione ed individuazione delle coperture di output DHI 9

10 Feflow-ArcGIS: definizione scenari di simulazione I Selezione del modello, impostazione delle condizioni al contorno e/o interne, definizione dei risultati da salvare sul database Scelta del modello dai modelli del DB Metadata: spiegazione e descrizione Impostazione condizioni interne ed al contorno che il sistema gestisce dinamicamente dal database a runtime DHI 10

11 Feflow-ArcGIS: definizione scenari di simulazione II Definizione delle condizioni al contorno, attraverso link ai contenuti del database Le condizioni sono trasferite dinamicamente a run time Condizione al contorno Sorgente del dato Serie temporale Schermata riferita al pulsante «Add Link» DHI 11

12 Feflow-ArcGIS: simulazioni e geovisualizzazione (1) Creazione nuovi scenari (2) Selezione scenari (3) Esecuzione simulazione numerica (4) Visualizzazione ed analisi in Feflow Viewer (5) Salvataggio su database (6) Accesso ai risultati in ArcGIS (2) (1) (4) (3) DHI 12

13 Conclusioni La soluzione proposta Feflow-ArcGIS consente: Integrazione ottimale di dati osservati e calcolati, modelli e scenari di simulazione, in un unico geodatabase di riferimento accessibile attraverso una unica applicazione in ambiente ArcMap. All utente del sistema non è richiesta una conoscenza dell ambiente di modellazione dedicato di Feflow 6.1 (al limite del solo Feflow Viewer per la geovisualizzazione avanzata 3D tempo-dipendente) Accesso, alle funzionalità di modellistica numerica di flusso e trasporto basate su Feflow 6.1, aperto alla più ampia comunità di esperti e decision makers nel settore delle acque sotterranee Maggiore responsabilizzazione di tutti gli attori che partecipano, anche indirettamente, al processo di implementazione ed utilizzo di modelli numerici. Fra l altro, le stesse condizioni al contorno del modello vengono costruite dinamicamente a run time sulla base dei dati osservati e gestiti nel database spazio-temporale DHI 13

14 Riferimenti selezionati Brandmeyer, J.E. and Karimi, H.A., Coupling methodologies for environmental models. Environmental Modelling & Software 15, Elsevier, pp Cascelli E., Crestaz E. and Tatangelo F., Cartography and Geovisualization in Groundwater Modelling. In Geographic Information Analysis for Sustainable Development and Economic Planning: New Technologies, Eds Borruso G., Bertazzon S., Favretto A., Murgante B. and Torre C., IGI Global, USA Crestaz E., Design and development of a prototype addressing spatio-temporal environmental vector data management, analysis and delivery using Open Source technology General framework and case study focused on groundwater management in a coastal area. Unpublished MSc dissertation in Computer Science, Hertfordshire Un., Hatfield, UK Available online from: Crestaz E., Pellegrini M. e Schätzl P., Accoppiamento stretto (tight-coupling) di motori di simulazione numerica di flusso e trasporto delle acque sotterranee con database spaziali e tecnologia GIS: un nuovo approccio per l integrazione di Feflow ed ArcGIS. Italian Journal of Groundwater, Associazione Acque Sotterranee DHI-WASY, Company web site: Last visit: 23/09/2013 Diersch H.J.G., FEFLOW, Finite Element Subsurface Flow & Transport Simulation System, White Papers Vol. I. Wasy, Institute for Water Resources Planning and Systems Research Ltd., Berlin, Germany ESRI, Company web site: Last visit: 20/09/2013 Fisher, M.M., From conventional to Knowledge-based geographical information systems, Computing Environment and Urban Systems, Vol. 18, pp Langran G., Time in Geographic Information Systems. Taylor & Francis, London, UK MacDonald A., Building a geodatabase. ESRI Press, Redlands, CA, USA Maidment, D.R., Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI Press, Redlands, CA, USA Strassberg, G., Jones, N.L., Maidment, D.R., Arc Hydro Groundwater: GIS for Hydrogeology. ESRI Press, Redlands, CA, USA DHI 14

15 Thank you Felice Tatangelo Torino, 9 Ottobre 2013 DHI