processi di automazione ed interoperabilità a livello dati tra

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GIT-Geology and Information Technology
Bevagna (Pg) 04-06 Giugno 2007
VERIFICHE IDRAULICHE: processi di automazione ed interoperabilità a
livello dati tra GRASS ed Hec-RAS
(Dott. Geol. Pierpaolo Chiraz)*
(Dott. Geol. Andrea Ricci)*
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I programmi e gli ambienti di lavoro utilizzati
Obiettivi e finalità
Automazione procedure: script di shell in ambiente Linux
Fase I: inserimento ed acquisizione dati
Fase II: verifica idraulica
Fase III: elaborazione e presentazione dei risultati (2D e 3D)
* Studio Associato GfosServices email:[email protected]
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I PROGRAMMI E GLI AMBIENTI DI LAVORO UTILIZZATI
GRASS (Geographic Resources Analysis Support System)
è un Sistema Informativo Geografico (GIS)
utilizzato per la gestione, elaborazione, modellamento spaziale e visualizzazione di dati geografici; è un software che può
essere acquisito, modificato e ridistribuito nei termini del GNU General Public License (http://grass.itc.it/download/index.php)
come pubblicato dalla Free Software Foundation.
È utilizzabile con i seguenti sistemi operativi: GNU/Linux (Intel, PowerPC, Sun,...), Solaris (SPARC, i86), SGI IRIX, HP UX, Mac
OS X (Darwin), IBM AIX, varianti BSD-Unix, FreeBSD, CRAY Unicos, iPAQ/Linux e altre piattaforme UNIX (32/64bit), Windows
NT/Cygnus e permette di importare ed esportare i seguenti formati di dati:
Raster: ASCII, ARC/GRID, E00, GIF, GMT, TIF, PNG, ERDAS LAN, Vis5D, SURFER (.grd)... Mediante la libreria GDAL è possibile
leggere altri formati, come CEOS (SAR, LANDSAT7, ecc.)
Vettoriali: ASCII, ARC/INFO ingenerate, ARC/INFO E00, ArcView SHAPE (con correzione della tipologia), BIL, DLG(U.S.), DXF,
DXF3D, GMT, GPS-ASCII, USGS-DEM, IDRISI, MOSS, MapInfo MIF, TIGER, VRML,...
Immagini (foto aeree e da satellite): AVHRR, BIL/BSQ, ERDAS LAN, HDF, LANDSAT TM/MSS, foto aeree NHAP, SAR, SPOT,...
Siti (liste di dati puntiformi): XYZ ASCII, dBase.
GRASS contiene oltre 350 moduli per elaborare dati raster, vettoriali e immagini multispettrali, restituire carte ed
immagini sul monitor e su carta, immagazzinare dati con connessioni a diversi DBMS (PostgreSQL, ed altri tramite ODBC),
visualizzare dati tridimensionali, mediante interfacce grafiche semplici e intuitive.
GRASS nasce all'inizio degli anni '80 come progetto dell’esercito degli Stati Uniti (US Army Corp of Engineering Research
Laboratory – USACerl); lo sviluppo avviene in particolare utilizzando il linguaggio C ed UNIX come sistema operativo di
riferimento.
Nel 1996 l’esercito degli Stati Uniti prende la decisione di abbandonare lo sviluppo di GRASS; gli utenti sono invitati a migrare
verso sistemi commerciali, mentre l'ultima versione di GRASS (4.1) rimane nel pubblico dominio. Alla fine del 1997, dopo oltre
un anno, riesce a formarsi un nuovo team internazionale che si fa carico di continuare lo sviluppo. L'aggiunta di nuovi moduli
e porzioni di codice al software di pubblico dominio pone però il problema del diritto d'autore. Nell'ottobre 1999 dopo un
ampia discussione il GRASS Development Team (GDT) decide di rilasciare GRASS (5.0b) con la licenza GNU GPL.
Attualmente il centro di sviluppo del software ha sede a Povo (Trento Trentino-Italia), presso l'ITC-irst, ma si avvale di molti
collaboratori esterni (il coordinatore del progetto è Markus Neteler)
Originariamente scritto come strumento per la gestione del territorio e la pianificazione ambientale per scopi militari, GRASS
si è evoluto divenendo rapidamente un potente strumento in un ampio campo di applicazioni in molte differenti aree della
ricerca scientifica. GRASS è attualmente utilizzato in tutto il mondo in ambienti accademici e commerciali, in molti settori
governativi, che includono NASA, NOAA, USDA, DLR, CSIRO, il National Park Service, l' U.S. Census Bureau, USGS, e in molte
compagnie di consulenza ambientale.
I PROGRAMMI E GLI AMBIENTI DI LAVORO UTILIZZATI
HEC-RAS®
è il sistema d’analisi dei fiumi dell’Hydrologic Center (HEC), del Corpo degli Ingegneri dell’Esercito degli
Stati Uniti d’America ed è disponibile solo per Sistemi Operativi MS Windows.
HEC-RAS® analizza le reti di canali naturali ed artificiali, calcolando i profili del pelo libero basandosi su di un’analisi a moto
permanente e/o motovario monodimensionale.
Il programma è in grado di effettuare l’analisi di più profili contemporaneamente, prevedendo la possibilità di inserire punti
singolari (ponti, sottopassi, ecc.) e portate con vari tempi di ritorno, é possibile, inoltre, un loro confronto per sovrapposizione
(es. stato attuale e modificato).
Sebbene HEC-RAS sia stato sviluppato da U.S. Army Corps of Engineers, il software è disponibile (free software) ed il suo uso
non è circoscritto al solo Corpo degli Ingegneri dell’Esercito degli Stati Uniti d’America
(http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/hecras-download.html)
OBIETTIVI E FINALITA'
L'analisi territoriale ed il monitoraggio idrogeologico stanno assumendo un ruolo sempre più importante nella pianificazione
ambientale. I softwares liberi (definiti anche Open Source o “a codice aperto”) mettono ormai a disposizione degli utenti validi
strumenti per le elaborazioni territoriali, per il calcolo, per la simulazione e per la rappresentazione di modelli matematici.
Cruciale, in tal senso, è la realizzazione di strumenti e metodi che garantiscano interoperabilità tra strumenti software liberi e
proprietari. Questo è vero soprattutto laddove non esistono, o sono poco diffuse, soluzioni libere per problemi di carattere
professionale.
Con il presente lavoro si intende presentare un metodo che, a partire da un modello digitale del terreno (DEM) gestito
all'interno di GRASS GIS consente di generare dati di input compatibili con il formato di acquisizione dei dati gis presente in
Hec-Ras; Il modulo consente inoltre l'importazione in GRASS degli output relativi alle verifiche idrauliche realizzati con HecRAS.
Tale processo di automazione è reso possibile dalla creazione di due script distinti:
a) “v.grass2hec”
b) “v.hec2grass”
Le aree inondate previste saranno rappresentate sotto forma di aree vettoriali che delimitano superfici di esondazione
corrispondenti a diversi tempi di ritorno.
Automatizzare il più possibile le procedure significa fornire un valido supporto sia in termini di PIANIFICAZIONE TERRITORIALE
che in ambito della PROTEZIONE CIVILE; è il caso ad esempio dell'individuazione delle aree di esondazione negli studi
geologico-ambientali a corredo di un Piano Regolatore Generale Comunale così come degli edifici interessati da una ipotetica
superficie di esondazione; in questo ultimo caso, qualora si disponesse di una banca dati completa (banca dati catastale,
Anagrafe.....) sarebbe possibile pensare ad un sistema mirato di allerta della popolazione.
Alla luce dell'importanza che questa applicazione può assumere, il Comune di Narni (Tr) ha fornito i dati di base su cui
applicare il modello, mentre le fotoaeree (Terraitaly TM it 1999 - ortofoto digitale a colori Compagnia Generale Ripreseaeree
S.p.A – Parma) sono state fornite dalla Provincia di Terni.
AUTOMAZIONE PROCEDURE: SCRIPT DI SHELL IN AMBIENTE LINUX
Cosa è la “shell”? La shell (Fig 01) è un interprete di comandi (digitati dall'utente) che vengono inviati al kernel per essere
eseguiti; di fatto è un programma che tramite un'interfaccia accetta dei comandi, li trasforma in istruzioni eseguibili dal
computer e li invia al kernel per l'esecuzione.
I sistemi Linux permettono la programmazione della shell attraverso la creazione di “script”; uno script (Fig 02) è
semplicemente un listato di comandi che la shell potrà interpretare, per cui è possibile creare script apllicativi su misura per
soddisfare ogni esigenza.
Nel caso in questione sono stati realizzati due script di shell applicativi (in Fig.03 è riportato a titolo di esempio una parte del
listato riguardante lo script “v.grass2hec”):
1) v.grass2hec
2) v.hec2grass
Fig 01
Fig 02
Fig 01
Fig 03; parte del listato dello script “v.grass2hec”
File input di testo formattato
per l'importazione in Hec-RAS
output Grass
input Hec-RAS
v.grass2hec
GRASS
HEC-RAS
(LINUX)
..modulo 1..
..modulo ..n
(Windows)
Verifica idraulica
v.hec2grass
input Grass
TRADUZIONE
ED
ELABORAZIONE
output Hec-RAS
File di testo esportato
in formato GIS da Hec-RAS
FASE I: INSERIMENTO ED ACQUISIZIONE DATI
Il
modulo
di
inserimento
dati
prevede
che
siano
disponibili
un
file
raster rappresentante
il DEM del territorio, un
file vettoriale (areale)
che
individua
l'estensione del bacino
idrografico sotteso dal
corso d'acqua ed infine
il file vettoriale del
corso
d'acqua.
Di
fondamentale
importanza è che il file
relativo al
corso
d'acqua
sia
“toplogicamente”
corretto; in particolare,
la
linea
vettoriale
rappresentante il corso
d'acqua deve essere
costituita
esclusivamente da due
punti ed il verso di
digitalizzazione deve
coincidere con il verso
di
scorrimento
del
corso
d'acqua.
Il
modulo
prevede
inoltre
l'inserimento
del file di output che
sarà
utilizzato
per
l'importazione in HecRAS
Questa prima fase prevede l'inserimento degli
estremi di ogni sezione di verifica che si vuole
ottenere; per ogni punto indiviuato, tramite il
modulo “d.what.rast” presente in GRASS è pos
sibile estrapolare le informazioni inerenti alla po
sizione geografica ed al valore della quota topo
grafica.
E' fondamentale che l'inserimento avvenga da
valle verso monte rispetto alla direzione di scor
rimento del corso d'acqua
Sezioni tracciate dopo l'inserimento degli estremi
di verifica
FASE II: VERIFICA IDRAULICA
Visualizzazione dei dati appena importati in Hec-RAS
- Planimetria -
Visualizzazione dei dati appena importati in Hec-RAS
- Sezioni -
Visualizzazione della verifica idraulica eseguita
- Sezioni -
FASE III: ELABORAZIONE DATI
Il
modulo
di
inserimento
dati
prevede
che
siano
disponibili
un
file
raster rappresentante
il DEM del territorio ed
un
file
vettoriale
(areale) che individua
l'estensione del bacino
idrografico sotteso dal
corso d'acqua.
Il
modulo
prevede
inoltre
l'inserimento
del file proveniente
(dall'esportazione nel
formato GIS) dall'HecRAS (“input HEC-RAS
filename”)
FASE III: ELABORAZIONE DATI
GRASS: Risultati della elaborazione dello script
“v.hec2grass” - Planimetria
FASE III: RISULTATI DELLA ELABORAZIONE
GRASS: Risultati della
elaborazione dello script
“v.hec2grass” visualizzazione 3D con nviz.
il rosso, il giallo ed il blue
rappresentano i risultati
della
verifica
idarulica
eseguita
prendendo
in
considerazione tre differenti
tempi di ritorno
“v.hec2grass” visualizzazione 3D con nviz
In bianco è raffigurata la
traccia delle sezioni sulle
quali è stata eseguita la
verifica idraulica e che sono
state ottenute mediante lo
script v.grass2hec
BIBLIOGRAFIA
http://grass.itc.it/download/index.php
http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/hecras-download.html
http://www.hssrl.net/hras.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/GRASS_GIS
http://grass-italia.como.polimi.it/index.php?pag=main&sez=cosa_grass
“OPEN SOURCE GIS: A GRASS GIS Approach” – Markus Neteler and Helena Mitasova; Kluwer Academic Publishers Group
“HEC-RAS River Analysis System User's Manual – Approved for Public Release. Distribution Unlimited

processi di automazione ed interoperabilità a livello dati tra

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