Gestione di un monitoraggio geotecnico mediante database

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
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Gestione di un monitoraggio geotecnico
Outline
1
Motivazioni
2
Sito monitorato
3
Strumentazione
4
WebGIS
5
Conclusioni
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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.
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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.
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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
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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.
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Sito monitorato
Descrizione del sito
Sito monitorato: paleoalveo del fiume Adige e sezioni di controllo
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Sito monitorato
Stratigrafia
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A: rilevato arginale, B: paleo-alveo, C: sedimento fluvio-lacustre, D: deposito fluviale, E: terreno agrario.
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Strumentazione
Strumenti
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Strumentazione
Strumenti
Grandezza valutata
Press. interstiziali/Carico idr.
Spostamenti verticali
Spostamenti orizzontali
Contenuto d’acqua
Temperatura del terreno
Press. atm., pioggia, umidità ...
Livello del fiume
Strumentazione
Piezometri
Estensimetri
Trivec
Trivec
Environsmart
GeoTermometri
Stazione meteorologica
Misuratore ad ultrasuoni
Tipo
A/M
A
M
M
A
A
A
A
Ubicaz.
A,B,C
B
B
B
B
B
B
Ponte Nord
Tipo: A=Automatico, M=Manuale.
Acquisizione automatica con creazione file misure ogni 10 gg e scarico
via ftp.
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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.
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Strumentazione
Calibrazione - esempio
Curve di taratura dei trasduttori di pressione
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | Strumentazione
Calibrazione - esempio: piezometri
Automatico
Segn.elettrico [mA]
Dati
Manuale
Freatimetro [m]
D
d
t95 ≅ 0
t95 = −
h_filtro
A
ln 0.05 [s]
F ⋅k
k
Pressione Intersiziale [kPa]
a, b, c
Pressione Intersiziale [kPa]
p_atmosf
Carico idraulico [m .s.l.m.m.]
[
]
γW
Carico idraulico [m s l m m ]
Carico idraulico [m .s.l.m.m.]
z P
z_P
z_foro
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Visualizzazione misure - carico idraulico
Tabella
Grafico strumento funzionante
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Visualizzazione misure - carico idraulico
Tabella
Grafico strumento funzionante
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Validazione dati - piezometri
Segnale di corrente [mA]
Tabella
Grafico funzionamento strumento
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Validazione dati - piezometri
Segnale di corrente [mA]
Tabella
Grafico funzionamento strumento
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico]
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Sezione B - Piezom. in paleo-alveo - terreno omogeneo a grana grossa
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico]
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Sezione B - Piezom. in deposito alluvionale - terreno stratificato a grana fine
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico]
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Sezione B - Piezom. in deposito alluvionale - terreno stratificato a grana fine
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico]
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico]
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Coerenza delle misure
Misure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico]
Probabile emungimento profondo lato campagna
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Gestione di un monitoraggio geotecnico | WebGIS
Visualizzazione spostamenti e corrispondenza
Sono evidenziati gli spostamenti sopra ad una soglia impostata dall’utente.
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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
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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
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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
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