gestione di un monitoraggio geotecnico mediante database...

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Gestione di un monitoraggio geotecnico

Gestione di un monitoraggio geotecnico mediantedatabase spaziale e webGIS

Claudio Floretta*, Lucia Simeoni** e Paolo Zatelli*

* Dipartimento di Ingegneria Civile ed AmbientaleUniversità di Trento

** Dipartimento di Ingegneria Meccanica e StrutturaleUniversità di Trento

FOSS4G-it 2010

C. Floretta, L. Simeoni e P. Zatelli | Università di Trento | FOSS4G-it 2010 1 / 25

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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 deimonitoraggi in cui un numero significativo di strumenti effettuanomisure in continuo per prolungati periodi, pone diversi problemi digestione ed effettiva fruibilità dei dati.

La situazione é spesso ulteriormente complicata dalla necessità di:gestire un’insieme eterogeneo di sensori in luoghi diversi e remotirendere i dati disponibili in tempo reale ad un’utenza ubicata insedi diverse.


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Scopo del lavoro

L’approccio moderno a questo problema consiste nel gestire tutte leinformazioni (misure, caratteristiche dei sensori e degli strumenti dimisura, curve di taratura, ecc.) in un database con estensionespaziale.

L’interazione tra database e sensori é realizzata tramite un SensorObservation Service (SOS) che si appoggia ad un webGIS perl’interazione con gli utenti.

Con questo approccio é stato messo a punto un sistema per lagestione di un sito di monitoraggio geotecnico.


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Scopo del lavoro

Allo stato attuale il sistema si occupa di:raccogliere i dati in un DBMS spazialevalidare i dativerificare il funzionamento degli strumentipermettere 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 datipermettere l’accesso concorrente di diversi sistemi e utenticostruire un sistema di analisi e visualizzazione dei dati sia informa 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 delfiume ed il suo paleoalveo (precedente alla rettifica). Questageometria presenta un potenziale pericolo alla rottura dell’argine.


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Descrizione del sito

Sito monitorato: paleoalveo del fiume Adige e sezioni di controllo


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Stratigrafia

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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Strumenti

Grandezza valutata Strumentazione Tipo Ubicaz.Press. interstiziali/Carico idr. Piezometri A/M A,B,CSpostamenti verticali Estensimetri A B

Trivec M BSpostamenti orizzontali Trivec M BContenuto d’acqua Environsmart A BTemperatura del terreno GeoTermometri A BPress. atm., pioggia, umidità ... Stazione meteorologica A BLivello del fiume Misuratore ad ultrasuoni A Ponte Nord

Tipo: A=Automatico, M=Manuale.

Acquisizione automatica con creazione file misure ogni 10 gg e scaricovia ftp.


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Taratura

In generale le grandezze non sono misurate direttamente maricavate in base a:

curva di taratura dei sensori utilizzaticollocazione spazialeeffetti ambientaliconformità dello strumento

Per ogni strumento sono stati implementati nel database:caratteristiche geometrichecaratteristiche elettriche dei trasduttoridati riguardanti gli effetti ambientali

come tabelle.


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Calibrazione - esempio

Curve di taratura dei trasduttori di pressione


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Calibrazione - esempio: piezometri

AutomaticoSegn.elettrico [mA]

DatiManuale

Freatimetro [m]

D

d

h_filtro[s] 05.0ln95 kF

At⋅

−=095 ≅t

k

Pressione Intersiziale [kPa] Pressione Intersiziale [kPa]a, b, c

Carico idraulico [m .s.l.m.m.] Carico idraulico [m s l m m ]

p_atmosf

[ ] Carico idraulico [m .s.l.m.m.]

z P

Wγ

z_P

z_foro


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Validazione

Usando queste tabelle sono ricavate in modo automatico le grandezzedi interesse geotecnico (spostamenti, pressioni, ecc.).

Nel database sono implementate anche tabelle e funzioni per lavalidazione dei dati, con segnalazione di anomalie omalfunzionamento 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 fisicacoerenza: misure di grandezze diverse riconducibili ad uno stessofenomeno


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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 sitol’upload dei dati nel databasela validazione dei datila verifica del corretto funzionamento degli strumentila visualizzazione in tempo reale di grafici relativi a

le grandezze monitorateil funzionamento degli strumenti


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SoftwareServer Side

PHP: linguaggio per applicazioni WebApache: server WebPostgreSQL: database relazionalePostGIS: estensione spaziale per PostgreSQLGeoServer: map server

Client SideHTML: descrizione della struttura delle pagine WebJavascript: scripting per applicazioni WebKML: creazione di PopUp per le mappeOpenLayer e MapFish: librerie Javascript per la manipolazione dioggetti geograficiExtJS e JQuery: descrizione della struttura delle pagine WebOpen Flash Chart: libreria Flash per la creazione di grafici

Interazione Client/Server SideAJAX: Asynchronous JavaScript And XML

Tutto il software é FOSS.


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Uso del WebGIS

mappe generaliubicazione strumenti di misurainformazioni sugli strumenti di misurafunzionamento degli strumenti di misura


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Visualizzazione misure - carico idraulico

TabellaGrafico strumento funzionante


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Validazione dati - piezometri

Segnale di corrente [mA]TabellaGrafico funzionamento strumento


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Coerenza delle misureMisure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico]

Sezione B - Piezom. in paleo-alveo - terreno omogeneo a grana grossa


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Coerenza delle misureMisure piezometriche vs. livello del fiume [carico idraulico]

Sezione B - Piezom. in deposito alluvionale - terreno stratificato a grana fine


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Coerenza delle misureMisure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico]


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Coerenza delle misureMisure piezometriche vs. livello del fiume [gradiente idraulico]

Probabile emungimento profondo lato campagna


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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 dimostratistrumenti idonei per effettuare in modo rapido e standardizzato leoperazioni di:

archiviazione di dati riguardanti gli strumenti: geometria,caratteristiche elettriche ...validazione delle misure sulla base del range di validità delsegnale, coerenza e ridondanzaelaborazione delle misure per ottenere le grandezze interessantivisualizzazione rapida, ordinata e flessibile dei dati


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Caso di studio

Per il caso di Egna, ha permesso di individuare rapidamente:malfunzionamento di strumentiparziale non ridondanza delle misure di spostamento verticalefenomeni di emungimentoinfluenze ambientali sulle misure di spostamento (temperatura,allagamento pozzetto lato fiume, ...)coerenza delle misure di pressione interstiziale con i fenomeni difiltrazione attesi per effetto delle variazioni del livello del fiumecoerenza delle misure di spostamento verticale con i fenomeni diconsolidazione secondaria dovuti alla presenza di strati di terreniorganici


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Sviluppi futuri

Possibili sviluppi futuri:inquadrare il sistema in un SOS (Sensor Observation Service) eSAS (Sensor Alert Service)sfruttare ulteriormente l’aspetto spaziale dei dati perimplementare modelli (es. pressioni)implementare nuove funzioni di gestione del database da partedell’utente, ad esempio scaricare od eliminare datiacquisizione dati in tempo reale

c©2010 Claudio Floretta, Lucia Simeoni e Paolo Zatelli, disponibile come


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