Geoservizi web OGC per il monitoraggio ambientale

9 - 11 febbraio 2011, Trento
XII Meeting degli utenti italiani
GRASS e FOSS4G
Geoservizi web OGC per il
monitoraggio ambientale
L'esempio dei dati ARPA della città di Milano
per l'analisi della qualità dell'aria
Maria Antonia Brovelli, Andrea Marelli, Marco Negretti
Politecnico di Milano
http://geomatica.como.polimi.it
Introduzione
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Obiettivi:
✔ analizzare le nuove possibilità offerte dalle
tecnologie internet nella gestione di dati
geografici e di sensori georeferenziati
✔ implementare su un caso di studio reale
l'utilizzo di geoservizi definiti seguendo gli
standard OGC
✔ Caso di studio:
➢ dati raccolti dall'Agenzia Regionale per la
Protezione dell'Ambiente della Lombardia (ARPA),
nell'ambito del monitoraggio della qualità dell'aria
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Servizi Geografici
Open Geospatial Consortium
Organizzazione internazionale non-profit di oltre
400 membri, che si occupa di favorire lo sviluppo
e l'implementazione di standard per la gestione di
dati e servizi geo-spaziali:
✔ Web Map Service (WMS)
✔ Web Feature Service (WFS)
✔ Web Coverage Service (WCS)
✔ Sensor Web Enablement (SWE)
✔ Web Processing Service (WPS)
✔ ...
http://www.opengeospatial.org/
Sensor Web Enablement
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Fornisce tutti gli strumenti necessari per sfruttare le
capacità e le potenzialità di una rete di sensori
(Sensor Web):
✔ Observation & Measurements Schema (O&M)
✔ Sensor Model Language (SensorML)
✔ Sensor Observation Service (SOS)
Sensor Observation Service (SOS)
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Standard per la pubblicazione e l'accesso a informazioni
e misurazioni effettuate da sensori
✔ Il Core Profile implementa:
➢ GetCapabilities, fornisce la descrizione delle specifiche
del servizio
➢ DescribeSensor, fornisce informazioni dettagliate per
ogni sensore
➢ GetObservation, permette di interrogare i sensori ed
ottenere i dati delle misurazioni
✔ Il Transactional Profile implementa:
➢ registerSensor, permette di registrare un nuovo sensore
all'interno di un servizio SOS
➢ insertObservation, permette di inserire una nuova
osservazione
http://www.opengeospatial.org/standards/sos
Web Processing Service (WPS)
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Standard per condividere l'accesso a funzioni,
calcoli e modelli computazionali che operano su
dati georeferenziati
✔ Il servizio prevede le richieste di:
➢ GetCapabilities, fornisce la descrizione dei
processi offerti dal servizio WPS
➢ DescribeProcess, fornisce informazioni
relativamente ad ogni processo (input, output,
formati supportati, ...)
➢ Execute, invoca l'esecuzione di uno specifico
processo
http://www.opengeospatial.org/standards/wps
Tecnologie utilizzate
✔ Servizi Geografici
➢ istSOS
• http://istgeo.ist.supsi.ch/site/projects/istsos
➢ pyWPS
• http://pywps.wald.intevation.org/
➢ PostgreSQL + PostGIS
• http://www.postgresql.org/
➢ GRASS GIS
• http://grass.osgeo.org/
✔ Interfaccia web
➢ OpenLayers
• http://openlayers.org/
➢ MapServer
• http://www.mapserver.org/
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Implementazione SOS
✔ Il servizio istSOS richiede un database con una
struttura ben definita in grado di archiviare tutte
le informazioni necessarie al suo corretto
funzionamento
➢ la fase di
popolamento
del database
con dati già
disponibili è
abbastanza
critica
Implementazione SOS
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✔ Per effettuare questa operazione in modo
efficiente sono stati sviluppati due strumenti in
grado di gestire il processo di upload dei dati
✔ Questi strumenti permettono di:
➢ leggere i file forniti dell'ARPA che sono in formato
CSV
➢ estrarre i dati relativi alle osservazioni dei sensori
➢ inserirli in documenti XML necessari per
l'esecuzione di richieste di registerSensor e
insertObservation tramite le quali viene effettuato
il popolamento del database
Consultazione dei dati dei sensori
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La pagina web realizzata
permette di interrogare i
dati dei sensori mediante
una richiesta di
GetObservation
Consultazione dei dati dei sensori
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✔ L'intefaccia web di navigazione/consultazione
accede ai dati del server SOS generando una
getObservation in base ai parametri indicati
dall'utente (proprietà da osservare e giorno del
rilievo)
✔ I dati restituiti dal server SOS:
➢ sono visualizzati direttamente sulla carta con un
simbolo, di colore differente in base al valore
misurato
➢ altre informazioni di dettaglio sul sensore e il
valore osservato sono forniti mediante un popup
consultazione dei dati dei sensori
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selezione del tipo di
osservazione (inquinante)
consultazione dei dati dei sensori
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selezione dell'anno
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consultazione dei dati dei sensori
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selezione del giorno
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consultazione dei dati dei sensori
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visualizzazione dei risultati
consultazione dei dati dei sensori
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visualizzazione dei risultati
WPS
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Per il servizio WPS sono stati implementati due
processi
✔ interpolation
➢ interpola i dati delle osservazioni relativamente ad
un determinato istante
✔ monthlyAverages
➢ fornisce le medie mensili delle osservazioni
WPS - Interpolation
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✔ Permette di ottenere una carta di interpolazione
delle misure effettuate dalle centraline
 Input: proprietà osservata, giorno
 Output: immagine PNG
✔ Il processo di calcolo è realizzato utilizzando il
modulo v.surf.idw di GRASS che effettua
l'interpolazione con il metodo dell'inverso della
distanza
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WPS - Interpolation
1
selezione del servizio
WPS da utilizzare
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WPS - Interpolation
2
selezione dei parametri di input
(inquinante e giorno)
WPS - Interpolation
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visualizzazione della carta raster
dell'interpolazione
WPS - monthlyAverages
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✔ Permette di visualizzare le medie mensili per
ciascuna proprietà osservata
 Input: proprietà osservata, anno
 Output: dati puntuali
✔ Il processo si basa su una tabella intermedia
del database in cui sono state
precedentemente immagazzinate le medie
mensili di ciascuna osservazione e che
permette di ottenere il risultato in tempi
ragionevoli e senza la necessità di doverli
calcolare in tempo reale al momento
della richiesta
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WPS - monthlyAverages
1
selezione del servizio
WPS da utilizzare
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WPS - monthlyAverages
2
selezione dell'osservazione
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WPS - monthlyAverages
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selezione del mese di interesse
WPS - monthlyAverages
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i risultati sono organizzati in una
pila di 12 layer differenti
l'utente è in grado di muoversi da un layer all'altro
istantaneamente, riuscendo così ad analizzare
l'evoluzione delle medie mensili nell'arco di un
anno in maniera molto efficace, senza dover
effettuare ogni volta una richiesta al server
WPS - monthlyAverages
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WPS - monthlyAverages
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Conclusioni
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✔ Criticità
➢ struttura del database imposta da istSOS
✔ Pregi
➢ servizi geografici funzionali e dalle notevoli
potenzialità
➢ software istSOS e pyWPS efficienti e performanti
✔ Prospettive
➢ Dati eterogenei (sensori mobili, …)
➢ GIS internet partecipati: sistemi collaborativi per le
decisioni
http://demo-arpa.como.polimi.it/
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Domande?
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/