FEFLOW - ArcGIS: Sistema Spaziale di Supporto

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)
(2)
Saipem S.p.A.
DHI-WASY GmbH
Torino, 9 Ottobre 2013
Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
Introduzione
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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
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
Strategie di accoppiamento tra modelli e GIS
Modificato da Fisher (1994)
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
Feflow-ArcGIS: schema concettuale
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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
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
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
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
Feflow-ArcGIS: database spazio-temporale II
• Vista della struttura del database in ArcCatalog
• Tabella delle serie temporali: dettaglio sui contenuti
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
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
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
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)
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Italian DHI Conference 2013
Torino, 9 Ottobre 2013
Feflow-ArcGIS: strumenti di amministrazione III
Gestione dei modelli numerici (“Add model”): importazione nel database, eventuale
protezione ed individuazione delle coperture di output
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Torino, 9 Ottobre 2013
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
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Torino, 9 Ottobre 2013
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
Schermata
riferita al
pulsante
«Add Link»
Condizione al contorno
Sorgente del dato
Serie temporale
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Torino, 9 Ottobre 2013
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
(1)
(2)
(4)
(3)
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Torino, 9 Ottobre 2013
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
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Torino, 9 Ottobre 2013
Riferimenti selezionati
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© DHI
Brandmeyer, J.E. and Karimi, H.A., 2000. Coupling methodologies for environmental models. Environmental Modelling & Software 15,
Elsevier, pp. 479-488
Cascelli E., Crestaz E. and Tatangelo F., 2012. 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., 2011. 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:
http://www.giscience.it/en/pdf/DissertationMscComputerScience_CrestazEzio_Supervisors.pdf
Crestaz E., Pellegrini M. e Schätzl P., 2012. 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, 2013. Company web site: http://www.wasy.de/ Last visit: 23/09/2013
Diersch H.J.G., 2006. 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, 2013. Company web site: www.esri.com Last visit: 20/09/2013
Fisher, M.M., 1994. From conventional to Knowledge-based geographical information systems, Computing Environment and Urban
Systems, Vol. 18, pp. 233-242
Langran G., 1992. Time in Geographic Information Systems. Taylor & Francis, London, UK
MacDonald A., 1999. Building a geodatabase. ESRI Press, Redlands, CA, USA
Maidment, D.R., 2002. Arc Hydro: GIS for Water Resources. ESRI Press, Redlands, CA, USA
Strassberg, G., Jones, N.L., Maidment, D.R., 2011. Arc Hydro Groundwater: GIS for Hydrogeology. ESRI Press,
Redlands, CA, USA
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Italian DHI Conference 2013
Thank you
Felice Tatangelo
Torino, 9 Ottobre 2013
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