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Mercoledì, 22 Febbraio 2012 10:16

Infrastrutture interoperabili per i geodati

L'ambito di studio delle Infrastrutture interoperabili per i geodati è di grande attualità tanto che alcuni testi di letteratura contemporanea - citiamo ad esempio Il Sentiero Luminoso, Wu Ming 2, Ediciclo Editore (2016) - ne prendono in prestito acronimi e glossario per arricchire le proprie pagine, renderle attuali e curiose.

L'attività di IREA in questo settore nasce dall'esigenza di usare Internet per diffondere ed elaborare i prodotti geospaziali delle proprie ricerche, si tratti di mappe digitali che derivano dall'osservazione satellitare della terra o di osservazioni raccolte da sensori sul campo.

 

ale-lauraAnche il mondo dei Sistemi per l'Informazione Geografica (GIS) non ha potuto sottrarsi al processo di 'webbizzazione' che ormai investe molti ambiti. Internet si è imposta come nuova piattaforma di sviluppo anche per i dati geospaziali dettando le regole del loro utilizzo.
Il web non si presta, infatti, ad applicazioni monolitiche controllate da un unico venditore: il suo approccio è quello di un sistema senza padroni, basato su insiemi precisi di standard di riferimento. Internet richiede inoltre un'operatività non vincolata ai sistemi posseduti da ciascun utente; questa caratteristica prende il nome di interoperabilità ed è alla base dei sistemi complessi che prendono il nome di infrastrutture interoperabili per i geodati (SDI, Spatial Data Infrastructure).

I ricercatori IREA di questo gruppo, lavorano in stretto contatto con i loro colleghi esperti di dominio, quali geologi, ecologie e limnologi, nel tentativo di coniugare il più possibile tecnologie e strumenti IT di avanguardia con requisiti e pratiche di chi crea e usa dati e informazioni in settori specifici della ricerca, quali il telerilevamento satellitare, l'ecologia, la biologia, la geologia, ecc.
IREA, in questo momento, si occupa dello sviluppo di infrastrutture di dati spaziali soprattutto nei settori dell'ecologia e della biologia, nell'ambito di ricerche marine, lacustri e terrestri.

Tale attività di ricerca si svolge nell'ambito di diverse iniziative internazionali. Tra le varie ricordiamo: la direttiva europea INSPIRE, il Programma Copernicus/GMES della Commissione Europea, GEO-GEOSS e l'Open Geospatial Consortium (OGC).
Martedì, 04 Marzo 2014 13:56

Geoservizi per il Sensor Web

Nel dominio degli standard per il web, l'Open Geospatial Consortium (OGC) è l'organizzazione che fornisce la normalizzazione principale dei servizi per i dati geospaziali (video). Si tratta di un'organizzazione no-profit fondata nel 1994; si compone di 440 aziende, enti governativi e Università e sviluppa standard per permettere l'interoperabilità tra i sistemi che elaborano dati georeferenziati.

Diversi servizi web geografici sono stati sviluppati dall'OGC per lo scambio di diversi tipi di dati geografici, tra i quali i più popolari sono: Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) e Web Coverage Service (WCS), per lo scambio di mappe, feature e coverage, rispettivamente; Catalog Service of Metadata (CSW) è pensato per la gestione di cataloghi di metadati (approfondisci qui gli usi di questi servizi in IREA).

Per la finalità di gestione delle osservazioni raccolte da sensori, OGC ha sostenuto e proposto un quadro di norme sotto l'ombrello comune di Sensor Web Enablement (SWE) che comprende: SWE Common Data specification, Sensor Model Language (SensorML), Sensor Planning Service (SPS), Sensor Observation Service (SOS).
In particolare, il servizio SOS viene utilizzato e proposto nei diversi ambiti di ricerca di IREA con lo scopo di specificare le interfacce di interoperabilità e le codifiche di metadati che consentono l'integrazione di sensori eterogenei sul web. Infatti SOS è stato sviluppato per la ricerca, la connessione e l'interrogazione di sensori singoli o piattaforme di sensori in Real Time (RT), Near Real Time (NRT) o in Delay Mode (DM). SOS specifica un'interfaccia standard di servizio web per la richiesta, la selezione, e il recupero delle osservazioni e delle informazioni di un sensore, di una piattaforma o di un sistema di sensori. Altre due specifiche lavorano insieme a SOS: SensorML per descrivere le caratteristiche e le capacità dei sensori e Observation&Measurement (O&M) per la codifica di osservazioni e misure.
Nell'ambito delle attività di IREA i servizi di gestione delle osservazioni e delle misure riguardano per la maggior parte i dati relativi a parametri ambientali di tipo chimico/fisico. Queste servizi sono vitali per permettere la pubblicazione e il recupero delle osservazioni attraverso interfacce web standard. Le osservazioni possono essere accedute e visualizzate in modo autonomo oppure integrate con altri dati e informazioni in catene di servizi che possono includere anche servizi di processing (approfondisci qui questi aspetti in IREA).

IREA ha utilizzato e utilizza i servizi SOS in progetti appena conclusi e in corso (EnvEurope, RITMARE, NextData, LifeWatch e Space4Agri), nell'ambito della realizzazione di infrastrutture di dati spaziali e di uso di verità a terra per la calibrazione di sensori remoti.

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workflowLe attività di Information Communication Technology (ICT) ricoprono un ruolo sempre più predominante anche nelle discipline come l'ecologia e la biologia, così come in un meno recente passato è avvenuto in modo consistente in campi come la medicina, l’astronomia o la genetica. In queste l’organizzazione dei dati in maniera standardizzata, la produzione di servizi di accesso, download e discovery dei dati attraverso il web risultano primari nella realizzazione e mantenimento a lungo termine di una rete scientifica moderna.

Proposte per organizzare infrastrutture tecnologiche adatte a supportare e migliorare le attività quotidiane di ricerca sono state fatte in passato, numerosi progetti nazionali e internazionali di ricerca sono stati realizzati e molti passi avanti sono stati fatti nella creazione di strumenti informatici adatti alle esigenze di comunità molto specifiche.

La legislazione Europea e i recepimenti nazionali hanno introdotto, rendendole obbligatorie, regole per catalogare e condividere i dati ambientali al fine di evitare duplicazioni e poter usare dei sistemi di ricerca delle informazioni semplici ed efficienti.

La prospettiva attuale è quella in cui una prima base per una Scienza Orientata ai Servizi (Service Oriented Science, cf. [1]) appare matura tanto da consentire un approccio architetturale distribuito nel web. Là dove servizi web per l’accesso alle informazioni stanno trovando linguaggi comuni (standard internazionali, e.g. OGC, ISO, W3C) e, anche in campo ecologico, si affacciano servizi web per il processamento dell’informazione, il passo possibile è quello di utilizzare tali risorse per realizzare elaborazioni di dati ecologici e ambientali.

I workflow scientifici, ossia i flussi impliciti di lavorazione seguiti nella produzione di elaborazioni scientifiche, che dal dato e dalle competenze degli attori coinvolti portano a nuova conoscenza, possono essere formalizzati (per esempio mediante il formalismo delle reti di Petri ) e, tramite software appositi, possono essere eseguiti da macchine, quando i singoli passi dell’elaborazione siano codificati e resi disponibili. Nella prospettiva delle nascenti infrastrutture per la ricerca ecologica (e.g. iniziative a cui partecipa IREA quali LifeWatch, LTER Europa), questi passaggi possono essere svolti da risorse distribuite in rete e i workflow essere implementati come orchestrazioni dei servizi esistenti.

La ricerca svolta da IREA in questo ambito si propone l’integrazione degli standard interoperabili con i framework per la composizione di workflow scientifici esistenti (e.g. orchestrazioni implemementate con l'ambiente software Taverna, sviluppo di servizi di processo con interfacce standard OGC WPS) e lo studio di nuovi paradigmi di interazione con l’utente nelle fasi di composizione e di esecuzione dei workflow (sviluppo di applicazioni web da integrare nel flusso di lavoro, con interazioni avanzate per azioni run-time eseguite dall’utente). Le competenze trasversali rappresentate in IREA (ecologiche, informatiche, modellistiche e di formalizzazione matematica) concorrono a questa attività che ha portato a proposte sullo sviluppo di ambienti di ricerca virtuali e laboratori virtuali nell’ambito della nascente infrastruttura di ricerca LifeWatch.

-        [1] I. Foster, “Service-oriented science” Science, vol. 308, pp. 814–817, 2005

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inspireIREA ha una pluriennale esperienza nell'implementazione e utilizzo di geo-servizi sul Web per le infrastrutture di dati spaziali (SDI) nell'ambito della Direttiva Europea INSPIRE (2007), esperienza maturata in passato nel corso di progetti internazionali come AWARE e IDE-Univers.

L'architettura e i geo-servizi sono ormai ben noti, diffusi, codificati e implementati in quanto rispondono ad esigenze di base nel trattamento dell'informazione geografica, principalmente di cartografia e tematismi. La specifica dell'interfaccia dei geoservizi è definita dal Consorzio OpenGeospatial (OGC). Un esempio è Web Map Service (WMS), che abilita la visualizzazione e la sovrapposizione simultanea su Internet di geodati o campi fisici rappresentati da mappe raster* provenienti da più server diversi e distribuiti. WMS è un servizio per geodati; i servizi per geo-operazioni invece non sono associati a dati specifici: essi implementano un certo algoritmo per derivare nuovi dati dagli input forniti e realizzano operazioni di tipo geografico o spaziale, per es. calcolano il centroide di un poligono, l'estensione spaziale di un'immagine digitale, eseguono trasformazioni di coordinate, applicano un modello, ecc.

In questo contesto IREA ha sviluppato geoservizi autonomi che permettono di ospitare e distribuire i geodati prodotti dalla ricerca di Istituto. L'articolo "OGC Web Services in the workflow of a research Institute dealing with Remote Sensing data", presentato alla Int. Conf. on Data flow: from Space to Earth, Venezia (Italy), 21-23 March 2011, descrive la metodologia adottata per creare l'infrastruttura di Istituto.

I servizi sviluppati in IREA seguono gli standard OGC e sono: servizi di catalogo o CSW (Catalogue Service on the Web) che permettono di cercare i dati distribuiti attaverso i loro metadati; servizi di accesso di tipo WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service) e WCS (Web Coverage Service). Sono stati inoltre sviluppati servizi di elaborazione o WPS (Web Processing Service) e sperimentate catene di servizi di tipologie diverse per permettere l'utilizzo online di modelli idrologici di previsione delle portate di bacini Alpini (progetto AWARE). Per tutti questi servizi sono stati sviluppati clienti che permettono agli utenti di usufruirne le potenzialità sul Web.

* Nel contesto WMS una "mappa" è una immagine raster del dato piuttosto che il dato stesso, nel senso che il dato associa valori ai pixel mentre la "mappa" WMS si limita a visualizzare un colore o tono di grigio

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Il progetto Data-LTER-Mountain svilupperà un sistema distribuito di archivi e di servizi di accesso ai dati e ai metadati raccolti nei siti montani della rete LTER-Italia. L’IREA è chiamata a definire gli standard per descrivere adeguatamente e armonizzare i dati ecologici e relativi metadati, sviluppando sia il sistema di archiviazione per i dati raccolti nei siti LTER di montagna sia i servizi di accesso a questi stessi, mettendoli in collegamento con gli archivi di NextData.

 
Committente: NextData, progetto di interesse del MIUR.

Prime contractor: CNR - Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale (IBAF)

Periodo di attività: 2014-2015

Finanziamento IREA: € 108,325

Responsabile IREA:  Paola CarraraAlessandro Oggioni

 

Riferimenti: "Data-LTER-Mountain: Harmonisation and standards for existing and newly collected Data and MetaData on LTER sites in Italian Mountain ecosystems"del Progetto di interesse NextData del MIUR


Project description

The project Data-LTER-Mountain will develop a distributed systems of archives and access services to data and metadata collected in Italian Long Term Ecological Research (LTER) sites located in mountain ecosystems. Archives and services will be developed starting from the experience of EnvEurope project and will be harmonised to national and international approaches, in connection to NextData tools.

Sites are from high elevation grasslands and nival ecosystems, mountain forests, mountain lakes, from Apennines and Alps. All sites are included in the LTER-Italy network.

The project will: i) contribute to the definitions of standards and models for biological and ecological data and metadata in mountain sites; ii) provide mountain LTER sites of their own data and metadata systems, according to defined standards and models; iii) entry metadata and data in the system, using already available data and data collected in new campaigns; iv) act to make available services for the larger LTER communities at national and international level.

Main goals of the project

  1. Evaluation of the existing data standards to publish and make available data and metadata, integration with existing systems adopted and shared by other national/international communities
  2. Contribution to the definitions of standards and models for biological and ecological data and metadata collected in mountain sites
  3. Provide mountain LTER sites of their own data and metadata systems, according to defined standards and models, in connection to NextData tools, so that each site can contribute to a wider archive of metadata useful to browse ecological and biological data.
  4. Entry of metadata and data in the system, using already available data and with data collected during new measurements campaigns with particular attention to ecosystem processes and functional properties.
  5. Outreach actions of data and metadata standards and models for the bio-ecological realm to be made available for the larger LTER communities, beyond mountain sites, at national and international level

Units and tasks in the project:

Unit 1 – CNR - IBAF
Contact to LTER–Italia; Coordinator of LTER Site "Forests of the Apennines"; Link to Corpo Forestale dello Stato; grant holder contract for organisation, provision and collection of data on terrestrial sites (in cooperation with the other two grant-holders at CNR-ISE and CNR-IREA) and providing support to all Units.

Unit 2 – CNR - IREA
Defining standards/models to suitably describe and harmonize bio-ecological data and metadata; developing the system of mountain LTER sites' archives and access services to the results of research in mountainous ecosystems, in connection with the archives of NextData; grant holder contract for data standards and information management tools (in cooperation with the other two grant-holders at CNR-IBAF and CNR-ISE) and providing support to all Units.

Unit 3 – CNR - ISE
Coordinator of two research sites within the parent site IT09 "Mountain lakes"; grant holder contract for organisation, provision and collection of data on high mountain freshwater sites (in cooperation with the other two grant-holders at CNR-IBAF and CNR-IREA) and providing support to all Units.

Unit 4 – UniTO
Coordinator of LTER Site "North-Western Italian Alps"; organization, provision and collection of data on high mountain sites, in collaboration with the Regional Environmental Agency of the Aosta Valley (supported from and in cooperation with grant-holders at CNR-ISE and CNR-IREA), specific expertise on soil and snow data.

Unit 5 – UniMol
Coordinator of LTER Site "High-Elevation Apennines"; organisation, provision and collection of data on high elevation sites in the Apennines, (supported from and in cooperation with grant-holders at CNR-IBAF and CNR-IREA), specific expertise on plant diversity data, dendroecological analysis, wood anatomy and land-cover changes

Unit 6 - UniPar
Coordinator of LTER Site "Mountain lakes"; organisation, provision and collection of data on high elevation sites in the Apennines, (supported from and in cooperation with the grant-holders at CNR-ISE and CNR-IBAF), specific expertise on lake diversity data

Pubblicato in Progetti Conclusi
Giovedì, 06 Marzo 2014 10:06

Componenti SDI per i dati ecologici

Long-term ecological research (LTER) studies aim at detecting environmental changes and analysing related drivers. In Europe this research is performed in about 450 sites and platforms joined in the network LTER-Europe. Within the network, sharing data on various types of ecosystems and at a broad geographical scale is still an issue; managing data resulting from long-term observations is an important task not only for LTER sites but also at network level. Due to the fragmented nature of LTER Europe - and also on the global scale - information management practices have to face several challenges, e.g. distributed data sources; heterogeneous data models; particular data management routines as well as the complex domain of ecosystem monitoring with regard to the resulting data.

The Life+ EnvEurope project (2010-2013) faced this challenge and improved the situation described above using the data from the distributed network of LTER-Europe sites. A project product, i.e. the EnvEurope Drupal Ecological Information Management System (DEIMS) for metadata management and data sharing within the Long-Term Ecological Research (LTER) domain, allows discovery, evaluation and access to data of LTER sites. The development was based on the works carried on by US LTER.

As an output from the EnvEurope Action 1 working group, DEIMS provides the following main components:
1) Metadata editor: web accessible forms to enter and manage metadata of three information resource types - datasets, persons and research sites (see figure 1)
2) Discovery client: provides several ways to search for datasets, persons and research sites based on patterns ranging from simple full text search, glossary browsing to guided faceted search (see figure 2)
3) Geo-Viewer: a map client, which can be used to display boundaries and centroids of the LTER sites; each site layer is linked to both Metadata editor and Discovery client (see figure 3); moreover a graphical representation of the data collected in the site and published through an SOS service is visible in Geo-Viewer (see figure 4)

Metadata collected by LTER-Europe researchers using the DEIMS can be shared in the following ways:

  • Metadata records encoded in the Ecological Metadata Language (EML) are periodically collected and produce a data catalogue, which can be used by international or European initiatives (e.g. DataOne network, GBIF) and projects (e.g. LifeWatch)
  • Metadata are harvested into a GeoNetwork catalogue, providing a catalogue service for web (OGC-CSW) to be used by remote SDI catalogues, e.g. INSPIRE Geoportal

The final version of DEIMS is a pilot implementation for the information system of LTER-Europe, which should establish a common information management framework within the European ecosystem research domain and provide valuable environmental information to other European initiatives such as SEIS, Copernicus and the INSPIRE Directive.

Tools and approaches developed and tested in this application are going to be reused in new projects such as Data-LTER-Mountain (NextData), RITMARE SP7 and LifeWatch

 

Figure 1: DEIMS metadata editor for dataset web interface

deims editor

Figure 2: Full-text searching interface for datasets

full text search

Figure 3: LTER site location in Geo-Viewer and connections to metadata

lter site in geoviewer

Figure 4: graphical representation of the data collected in the site in Geo-Viewer

graphical representation geoviewer

 

 

Pubblicato in Elenco applicazioni