La previsione del vento per la gestione e la sicurezza delle aree portuali

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1 La previsione del vento per la gestione e la sicurezza delle aree portuali Patrizia De Gaetano, Marina Pizzo, Marco Tizzi, Maria Pia Repetto, Giovanni Solari DICAT Università degli Studi di Genova Programma di cooperazione transfrontaliera Italia /Francia Marittimo Programma cofinanziato con il Fondo Europeo di Sviluppo Regionale

2 Obiettivi 1. Analisi statistica del vento per la pianificazione di lungo periodo 2. Previsione del vento a medio termine per l organizzazione dell attività portuale Sistema informatico portuale 3. Previsione del vento a breve termine per l allertamento e la messa in sicurezza delle aree portuali

3 Rete di monitoraggio anemometrico Analisi statistica Previsione a medio termine Previsione a breve termine Sistema informatico portuale

4 Genova Rete di monitoraggio

5 Livorno Rete di monitoraggio

6 Rete di monitoraggio Savona Vado Ligure

7 La Spezia Rete di monitoraggio

8 Rete di monitoraggio Bastia

9 Rete di monitoraggio Genova, La Spezia: Anemometri sonici biassiali Frequenza di campionamento 10 Hz Acquisizioni in continuo in tempo reale nei porti e presso DICAT

10 Rete di monitoraggio Savona, Livorno e Bastia: Anemometri sonici triassiali Frequenza di campionamento 10 Hz Acquisizioni in continuo in tempo reale nei porti e presso DICAT

11 Genova Savona Livorno La Spezia Bastia

12 Rete di monitoraggio Ogni 10 minuti Autorità Portuali Server DICAT Controllo e archiviazione dei dati statistici e grezzi File dati grezzi: 6000 dati per ogni componente File di statistica: velocità media direzione media velocità massima affidabilità Calcolo del coefficiente di raffica e dell intensit intensità di turbolenza Report giornalieri dei dati inviati Medie sul minuto

13 Rete di monitoraggio

14 Rete di monitoraggio intensità comp. U comp. V media massimo * minuti

15 Livorno Velocità media Rete di monitoraggio anem. 1 anem. 2 anem. 3 anem. 4 anem. 5 Velocità massima gennaio - febbraio 2011

16 La Spezia Velocità media Rete di monitoraggio anem. 1 anem. 2 anem. 3 Velocità massima gennaio - febbraio 2011

17 Rete di monitoraggio

18 Rete di monitoraggio

19 Velocità medie Rete di monitoraggio Wind Speed -La Spezia anemometer 2 1h 0.5h 10min 1min 0.5min 30 sec min. wind speed (m/s) min. 30 min. 8 1 ora minuti 1 ora

20 Rete di monitoraggio Percentuale di dati inviati al server DICAT 100 GENOVA % dati inviati /09/10 11/09/10 21/09/10 01/10/10 11/10/10 21/10/10 31/10/10 10/11/10 20/11/10 30/11/10 10/12/10 20/12/10 30/12/10 09/01/11 19/01/11 29/01/11 anem 1 anem LIVORNO % dati inviati /09/10 11/09/10 21/09/10 01/10/10 11/10/10 21/10/10 31/10/10 10/11/10 20/11/10 30/11/10 10/12/10 20/12/10 30/12/10 09/01/11 19/01/11 29/01/11 anem 1 anem 2 anem 3 anem 4 anem 5 % dati inviati SAVONA 0 01/09/10 11/09/10 21/09/10 01/10/10 11/10/10 21/10/10 31/10/10 10/11/10 20/11/10 30/11/10 10/12/10 20/12/10 30/12/10 09/01/11 19/01/11 29/01/11 anem 0 anem 1 anem 2 anem 3 anem 4 anem LA SPEZIA % dati inviati /09/10 11/09/10 21/09/10 01/10/10 11/10/10 21/10/10 31/10/10 10/11/10 20/11/10 30/11/10 10/12/10 20/12/10 30/12/10 09/01/11 19/01/11 29/01/11 data settembre febbraio 2011 anem 1 anem 2

21 Obiettivi 1. Analisi statistica del vento per la pianificazione di lungo periodo 2. Previsione del vento a medio termine per l organizzazione dell attività portuale Sistema informatico portuale 3. Previsione del vento a breve termine per l allertamento e la messa in sicurezza delle aree portuali

22 Esempio: Porto di La Spezia Analisi statistica nel porto: trasferimento Sarzana Palmaria Monte Rocchetta

23 Sarzana Palmaria Monte Rocchetta

24 Sarzana Palmaria Monte Rocchetta

25 Trasferimento velocità Anemometer positions Latitude Longitude

26 Trasferimento velocità Anemometer positions Latitude Longitude

27 Trasferimento velocità Anemometer positions Latitude Longitude

28 Trasferimento velocità Anemometer positions Latitude Longitude

29 Trasferimento velocità start read input file read anemometer measures read WINDS model outputs (3D wind simulations) Nome porto Codice porto Numero Computation totale transmission di anemometri Parametri coefficients per il calcolo delle funzioni peso Livello a cui rappresentare gli output Computation weight functions Schema di flusso del modello computation reliability computation transferred wind velocity write report and result file end

30 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Per ogni punto del porto Computation weight per ogni livello scelto functions per ogni direzione del vento geostrofico simulato in funzione di ogni anemometro simulato: k u = u u computation reliability harbour_ simulated computation transferred anemometer wind _ simulated velocity k v = v v write report and harbour_ simulated result file anemometer_ simulated end

31 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability Latitude Latitude computation transferred wind velocity write report and result file Longitude end Longitude

32 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability computation transferred wind velocity write report and result file end

33 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions γ = 1+ 1 ( p ) q d p _ a β = 1 computation reliability computation transferred wind velocity 1 affmis write report and result file + 1 ( ) k r d p _ a ϕ = γ β i i j i j end

34 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability computation transferred wind velocity write report and result file end

35 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability computation transferred Affidabilità del trasferimento wind velocity dipende dal numero e dall affidabilità degli anemometri attivi write report and result file end

36 Trasferimento velocità start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability u trasf = N a= 1 ϕ aff a N a= 1 u ϕ aff a a a a ku a computation transferred wind velocity write report and result file v trasf = N a= 1 ϕ aff a N a= 1 v ϕ aff a a a a kv a end

37 Intensità del vento trasferita Latitude Longitude

38 Direzione trasferita Latitude Longitude

39 Misure anemometri Velocità trasferita

40

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45 GRAZIE

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47 Rete di monitoraggio Second step: statistic file control Mean and maximum velocity value computation wrong Sampling frequency incorrect dati grezzi max-dicat max-porti media-dicat media-porti 6 Savona anemometro 3-9 Settembre :55: modulo velocita (ms -1 ) minuti

48 Rete di monitoraggio

49 Rete di monitoraggio Second step: raw data file control Raw data are not well measured direzione 400 Direzione -Savona anemometro 1 30-Nov : direzione minuti

50

51 % dati inviati GENOVA Rete di monitoraggio anem 1 anem LIVORNO % dati inviati anem 1 anem 2 anem 3 anem 4 anem 5 % dati inviati SAVONA anem 0 anem 1 anem 2 anem 3 anem 4 anem LA SPEZIA % dati inviati /09/1016/09/10 01/10/10 16/10/1031/10/10 15/11/10 30/11/1015/12/10 30/12/10 14/01/1129/01/11 13/02/11 28/02/11 data anem 1 anem 2 anem 3

52 Model grid of the Livorno harbour Blue asterisks indicate the five anemometers Different colours show the anemometer number 3500 m away from each grid point Latitude Longitude

53 start read input file Model flow chart Modifications Yes =1 false read transmission coefficients read anemometer measures computation transferred wind velocity true write new input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Computation psi-function and transmission coefficients new figures computation reliability write report and result file new figures end

54 Monitoraggio del Porto di Vado Ligure

55 Monitoraggio del Porto di Vado Ligure

56 Previsioni a breve termine 2 ( ) ( ) Vτ b V pv V V V,max a ( V) exp V 0 τ τ < τ = c( V) 2 ( ) = β 0 + β 1V c( V) = χ 0 + χ 1V + χ2v b V 2 b( V) ξ a ( V) = exp dξ c 0 ( V) b( V) ( ) V 2 τ ξ P = a ( V) exp dξ c V 0 Rete anemometrica RFI Linea AV/AC Roma-Napoli 1 V τ [m/s] Anemometro p Vτ (V V<V ) - τ τ,max τ = 30' e-005 1e V 0.1 τ,max V max V [m/s]

57 Previsioni a breve termine 20 Anemometro τ = 10 minuti - P = 75% 20 Anemometro τ = 10 minuti - P = 85% V [m/s] Anemometro τ = 10 minuti - P = 95% dati reg. ti V τ V 20 Anemometro τ = 10 minuti - P = 99% V V <V τ V V < 0.99V τ V [m/s] V V < 0.95V τ 0.7V V < 0.85V τ 10 V τ 0.7V tempo trascorso [hh] tempo trascorso [hh] Rete anemometrica RFI Linea AV/AC Roma-Napoli

58 Previsioni a breve termine 200 Anemometro τ = 30 minuti - P = 75% dati (48hh) 200 Anemometro τ = 30 minuti - P = 85% dati (48hh) Errore percentuale Anemometro τ = 30 minuti - P = 95% dati (48hh) 200 Anemometro τ = 30 minuti - P = 99% dati (48hh) Errore percentuale V [m/s] V [m/s] Rete anemometrica RFI Linea AV/AC Roma-Napoli

59 RISULTATI 1. Pianificazione di lungo periodo mediante analisi statistiche 2. Organizzazione dell attività portuale mediante previsioni a medio termine 3. Allertamento e messa in sicurezza delle aree portuali mediante previsioni a breve termine

60 γ = 1+ 1 ( p ) q d p _ a Calcolo delle funzioni peso β = 1 1 affmis + 1 ( ) k r d p _ a ϕ = γ β i i j i Funzioni peso j q = 3 k = 5 r = 1/300 Figure funzioni

61 Calcolo della velocità trasferita = = = = = = N a a a N a a a a a trasf N a a a N a a a a a trasf aff kv v aff v aff ku u aff u ϕ ϕ ϕ ϕ ( ) = + = π 180, 270 mod 2 2 trasf trasf trasf trasf u v atan2 dir v u U

62 Trasferimento velocita start Schema di flusso del modello read input file Modifications Yes =1 true write new input file false read transmission coefficients read WINDS model outputs (3D wind simulations) read anemometer measures Computation transmission coefficients computation transferred wind velocity new figures computation reliability write report and result file new figures end

63 Trasferimento velocita start Schema di flusso del modello read input file Modifications Yes =1 true write new input file false read transmission coefficients read WINDS model outputs (3D wind simulations) read anemometer measures Computation transmission coefficients computation transferred wind velocity new figures computation reliability write report and result file new figures end

64 Ψ function Ψ= e a 1 ( d d ) 2 0 d d 0 d> d 0

65 Latitude Transmission coefficients k u = u u harbour_ simulated anemometer_ simulated anemometer 1 dir g =95 z=10 m a.g.l. Longitude k v = v v harbour_ simulated anemometer_ simulated Latitude Longitude

66 Reliability Affidabilità del trasferimento: dipende dal numero e dall affidabilità degli anemometri attivi Latitude Longitude

67 Trasferimento velocita start read input file read WINDS model outputs (3D wind simulations) Schema di flusso del modello Computation transmission coefficients read anemometer measures Computation weight functions computation reliability computation transferred wind velocity write report and result file end