Gestione di un monitoraggio geotecnico mediante database spaziale e webgis

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1 Gestione di un monitoraggio geotecnico Gestione di un monitoraggio geotecnico mediante database spaziale e webgis Claudio Floretta*, Lucia Simeoni** e Paolo Zatelli* * Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale Università di Trento ** Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Strutturale Università di Trento FOSS4G-it 2010 C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

2 Gestione di un monitoraggio geotecnico Outline 1 Motivazioni 2 Sito monitorato 3 Strumentazione 4 WebGIS 5 Conclusioni C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

3 Gestione di un monitoraggio geotecnico Motivazioni Scopo del lavoro La disponibilità di una grande mole di dati, caratteristica dei monitoraggi in cui un numero significativo di strumenti effettuano misure in continuo per prolungati periodi, pone diversi problemi di gestione ed effettiva fruibilità dei dati. La situazione é spesso ulteriormente complicata dalla necessità di: gestire un insieme eterogeneo di sensori in luoghi diversi e remoti rendere i dati disponibili in tempo reale ad un utenza ubicata in sedi diverse. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

4 Gestione di un monitoraggio geotecnico Motivazioni Scopo del lavoro L approccio moderno a questo problema consiste nel gestire tutte le informazioni (misure, caratteristiche dei sensori e degli strumenti di misura, curve di taratura, ecc.) in un database con estensione spaziale. L interazione tra database e sensori é realizzata tramite un Sensor Observation Service (SOS) che si appoggia ad un webgis per l interazione con gli utenti. Con questo approccio é stato messo a punto un sistema per la gestione di un sito di monitoraggio geotecnico. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

5 Gestione di un monitoraggio geotecnico Motivazioni Scopo del lavoro Allo stato attuale il sistema si occupa di: raccogliere i dati in un DBMS spaziale validare i dati verificare il funzionamento degli strumenti permettere una prima analisi dei dati in tempo reale. L uso di DBMS spaziale e WebGIS assicura la possibilità di: gestire in modo efficiente e centralizzato una grande mole di dati permettere l accesso concorrente di diversi sistemi e utenti costruire un sistema di analisi e visualizzazione dei dati sia in forma tabellare che grafica e cartografica C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

6 Gestione di un monitoraggio geotecnico Sito monitorato Descrizione del sito Viene monitorato l argine in destra idraulica del Fiume Adige, all altezza dell abitato di Egna (Neumarkt) in provincia di Bolzano. Il tratto monitorato corrisponde all intersezione tra l attuale alveo del fiume ed il suo paleoalveo (precedente alla rettifica). Questa geometria presenta un potenziale pericolo alla rottura dell argine. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

7 Gestione di un monitoraggio geotecnico Sito monitorato Descrizione del sito Sito monitorato: paleoalveo del fiume Adige e sezioni di controllo C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

8 Gestione di un monitoraggio geotecnico Sito monitorato Stratigrafia A: rilevato arginale, B: paleo-alveo, C: sedimento fluvio-lacustre, D: deposito fluviale, E: terreno agrario. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

9 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Strumenti C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

10 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Strumenti Grandezza valutata Strumentazione Tipo Ubicaz. Press. interstiziali/carico idr. Piezometri A/M A,B,C Spostamenti verticali Estensimetri A B Trivec M B Spostamenti orizzontali Trivec M B Contenuto d acqua Environsmart A B Temperatura del terreno GeoTermometri A B Press. atm., pioggia, umidità... Stazione meteorologica A B Livello del fiume Misuratore ad ultrasuoni A Ponte Nord Tipo: A=Automatico, M=Manuale. Acquisizione automatica con creazione file misure ogni 10 gg e scarico via ftp. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

11 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Taratura In generale le grandezze non sono misurate direttamente ma ricavate in base a: curva di taratura dei sensori utilizzati collocazione spaziale effetti ambientali conformità dello strumento Per ogni strumento sono stati implementati nel database: caratteristiche geometriche caratteristiche elettriche dei trasduttori dati riguardanti gli effetti ambientali come tabelle. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

12 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Calibrazione - esempio Curve di taratura dei trasduttori di pressione C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

13 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Calibrazione - esempio: piezometri Automatico Segn.elettrico [ma] Dati Manuale Freatimetro [m] D t 95 0 d h_filtro A t95 = ln 0.05[s] F k Pressione Intersiziale [kpa] k a, b, c Pressione Intersiziale [kpa] p_atmosf Carico idraulico [m.s.l.m.m.] γ Carico idraulico [m.s.l.m.m.] slmm] W zp z_p z_foro C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

14 Gestione di un monitoraggio geotecnico Strumentazione Validazione Usando queste tabelle sono ricavate in modo automatico le grandezze di interesse geotecnico (spostamenti, pressioni, ecc.). Nel database sono implementate anche tabelle e funzioni per la validazione dei dati, con segnalazione di anomalie o malfunzionamento degli strumenti. Metodi per la validazione del dato: verifica range di validità della misura elettrica (dove possibile) analisi di: ridondanza: misure di una stessa grandezza fisica coerenza: misure di grandezze diverse riconducibili ad uno stesso fenomeno C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

15 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Uso del WebGIS L interfaccia fra l operatore ed il database é costituita da un WebGIS. Il sistema permette: la visualizzazione della cartografia relativa al sito l upload dei dati nel database la validazione dei dati la verifica del corretto funzionamento degli strumenti la visualizzazione in tempo reale di grafici relativi a le grandezze monitorate il funzionamento degli strumenti C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

16 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Software Server Side PHP: linguaggio per applicazioni Web Apache: server Web PostgreSQL: database relazionale PostGIS: estensione spaziale per PostgreSQL GeoServer: map server Client Side HTML: descrizione della struttura delle pagine Web Javascript: scripting per applicazioni Web KML: creazione di PopUp per le mappe OpenLayer e MapFish: librerie Javascript per la manipolazione di oggetti geografici ExtJS e JQuery: descrizione della struttura delle pagine Web Open Flash Chart: libreria Flash per la creazione di grafici Interazione Client/Server Side AJAX: Asynchronous JavaScript And XML Tutto il software é FOSS. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

17 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Uso del WebGIS mappe generali ubicazione strumenti di misura informazioni sugli strumenti di misura funzionamento degli strumenti di misura C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

18 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Uso del WebGIS mappe generali ubicazione strumenti di misura informazioni sugli strumenti di misura funzionamento degli strumenti di misura C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

19 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Uso del WebGIS mappe generali ubicazione strumenti di misura informazioni sugli strumenti di misura funzionamento degli strumenti di misura C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

20 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Uso del WebGIS mappe generali ubicazione strumenti di misura informazioni sugli strumenti di misura funzionamento degli strumenti di misura C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

21 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Visualizzazione misure - carico idraulico Tabella Grafico strumento funzionante C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

22 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Visualizzazione misure - carico idraulico Tabella Grafico strumento funzionante C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

23 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Validazione dati - piezometri Segnale di corrente [ma] Tabella Grafico funzionamento strumento C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

24 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Validazione dati - piezometri Segnale di corrente [ma] Tabella Grafico funzionamento strumento C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

25 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico] Sezione B - Piezom. in paleo-alveo - terreno omogeneo a grana grossa C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

26 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico] Sezione B - Piezom. in deposito alluvionale - terreno stratificato a grana fine C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

27 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico] Sezione B - Piezom. in deposito alluvionale - terreno stratificato a grana fine C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

28 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico] C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

29 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico] C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

30 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Coerenza delle misure Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico] Probabile emungimento profondo lato campagna C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

31 Gestione di un monitoraggio geotecnico WebGIS Visualizzazione spostamenti e corrispondenza Sono evidenziati gli spostamenti sopra ad una soglia impostata dall utente. C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

32 Gestione di un monitoraggio geotecnico Conclusioni Sistema attuale Il WebGIS, e il database spaziale ad esso connesso, si sono dimostrati strumenti idonei per effettuare in modo rapido e standardizzato le operazioni di: archiviazione di dati riguardanti gli strumenti: geometria, caratteristiche elettriche... validazione delle misure sulla base del range di validità del segnale, coerenza e ridondanza elaborazione delle misure per ottenere le grandezze interessanti visualizzazione rapida, ordinata e flessibile dei dati C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

33 Gestione di un monitoraggio geotecnico Conclusioni Caso di studio Per il caso di Egna, ha permesso di individuare rapidamente: malfunzionamento di strumenti parziale non ridondanza delle misure di spostamento verticale fenomeni di emungimento influenze ambientali sulle misure di spostamento (temperatura, allagamento pozzetto lato fiume,...) coerenza delle misure di pressione interstiziale con i fenomeni di filtrazione attesi per effetto delle variazioni del livello del fiume coerenza delle misure di spostamento verticale con i fenomeni di consolidazione secondaria dovuti alla presenza di strati di terreni organici C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25

34 Gestione di un monitoraggio geotecnico Conclusioni Sviluppi futuri Possibili sviluppi futuri: inquadrare il sistema in un SOS (Sensor Observation Service) e SAS (Sensor Alert Service) sfruttare ulteriormente l aspetto spaziale dei dati per implementare modelli (es. pressioni) implementare nuove funzioni di gestione del database da parte dell utente, ad esempio scaricare od eliminare dati acquisizione dati in tempo reale c 2010 Claudio Floretta, Lucia Simeoni e Paolo Zatelli, disponibile come C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli Università di Trento FOSS4G-it / 25