Geoservizi web OGC per il monitoraggio ambientale

L'esempio dei dati ARPA della città di Milano per l'analisi della qualità dell'ariaMaria Antonia Brovelli, Andrea Marelli, Marco Negretti

Politecnico di Milano

http://geomatica.como.polimi.it

9 - 11 febbraio 2011, TrentoXII Meeting degli utenti italiani

GRASS e FOSS4G

2Introduzione

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

3Servizi Geografici

Open Geospatial ConsortiumOrganizzazione 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/

4Sensor Web Enablement

Fornisce tutti gli strumenti necessari per sfruttare le capacita e le potenzialita di una rete di sensori ̀ ̀(Sensor Web):

✔ Observation & Measurements Schema (O&M)✔ Sensor Model Language (SensorML)✔ Sensor Observation Service (SOS)

5Sensor Observation Service (SOS)

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

6Web Processing Service (WPS)

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

7Tecnologie 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/

8Implementazione 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

9Implementazione SOS

✔ 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

10Consultazione dei dati dei sensori

La pagina web realizzata permette di interrogare i dati dei sensori mediante

una richiesta di GetObservation

11Consultazione dei dati dei sensori

✔ 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

12consultazione dei dati dei sensori

selezione del tipo di osservazione (inquinante)

1

13consultazione dei dati dei sensori

selezione dell'anno2

14consultazione dei dati dei sensori

selezione del giorno3

15consultazione dei dati dei sensori

visualizzazione dei risultati

16consultazione dei dati dei sensori

visualizzazione dei risultati

17WPS

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

18WPS - Interpolation

✔ 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

19WPS - Interpolation

selezione del servizio WPS da utilizzare

1

20WPS - Interpolation

selezione dei parametri di input(inquinante e giorno)

2

21WPS - Interpolation

visualizzazione della carta raster dell'interpolazione

22WPS - monthlyAverages

✔ 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 momentodella richiesta

23WPS - monthlyAverages

selezione del servizio WPS da utilizzare

1

24WPS - monthlyAverages

selezione dell'osservazione2

25WPS - monthlyAverages

selezione del mese di interesse3

26WPS - monthlyAverages

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

27WPS - monthlyAverages

28WPS - monthlyAverages

29Conclusioni

✔ 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/

30

Domande?

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/