Progetto FIRB
Piattaforme abilitanti per griglie computazionali a elevate
prestazioni orientate a organizzazioni virtuali scalabili
Rimodulazione Attività WP 11
(Unità di Ricerca n. 6 ASI)
PISA 27-28 Maggio 2003
Obiettivi
Il Wp 11 rientra nelle attività dei gruppi applicativi.
Le applicazioni di OT previste dall’Unità sono tre:
 Frane (ed in generale movimenti lenti)
 oil-spill
 Previsioni ed analisi meteorologiche e di qualità dell’aria.
Nell’ambito delle applicazioni saranno affrontati gli aspetti
trasversali relativi a diverse problematiche connesse al
calcolo intensivo. Ad esempio:
 Algoritmi di compressione (focalizzazione) di dati SAR.
 Algoritmi per le diverse configurazioni di acquisizione di
sistemi SAR: Stripmap, Spot, Scansar, ….
 Elaborazione, analisi e qualifica dei dati provenienti da
sistemi SAR in configurazione interferometrica.
 Geocodifica ed integrazione di dati ottici e SAR in
preparazione di COSMO-SkyMed: registrazione di dati
multifrequenza e multitemporali.
Le Unità Operative (UO) del Wp11
Le quattro unità i cui finanziamenti passano per l’UR n.6
ASI sono:
 CGS/ASI (Matera), Responsabile dr. Giovanni Milillo;
 ISUFI/CACT (Lecce), Responsabile prof. Giovanni Aloisio;
 Politecnico di Bari e Sez. di Taranto, Responsabile prof
Luciano Guerriero;
 Dipartimento Interateneo di Fisica Università di Bari
(DipFI). Responsabile: prof. L. Guerriero
 Dipartimento di Ingegneria Elettronica Politecnico di
Bari (DEE). Responsabile: prof. V. di Lecce
 CNR-ISSIA (Bari), Responsabile dr. Nicola Veneziani
L’unità i cui finanziamenti non passano attraverso UR n 6:
 ICAR-Napoli
Le attività
WP11
ASI
WP 1110
ASI -
WP 1120
UniLecce
WP 1130
ISSIA CNR
WP 1140
PoliBari
Wp1150
Ex CPS-CNR
I pacchi di lavoro per unità operativa sono:
WP1110 ASI
G. Milillo
Wp 1120 Unilecce
G. Aloisio
Wp 1130 ISSIA-CNR
N. Veneziani
Wp 1140 PoliBari
L.Guerriero
Wp 1150 ICAR-Napoli A. Murli
Wp1110 ASI
Le attività dell’ASI si suddividono in due grosse aree che individuano due
sottopacchi di lavoro:


Wp 1111 Gestione-Amministrativa

Coordinamento dell’UR

Coordinamento del WP11

Contratti per le Unità Operative

Eventuali Contratti per affidamenti esterni all’UR

Gestione delle risorse dell’UR e del WP11

Controllo delle pianificazioni dell’UR del WP11 e trasversali alle diverse UO
del Wp11

Rapporti con il MIUR e gli altri enti su aspetti gestionali, contrattuali e
amministrativi,
Wp 1112 Attività Tecnico-scientifica

Analisi e armonizzazione dei requisiti delle applicazioni e dei prodotti relativi

Analisi ed armonizzazione delle attività di altri progetti ASI: es ASI PQE 2000
(prototipi e sviluppi già fatti), COSMO-Skymed

interfacce verso altre UO

Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione
oil-spill

Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione
frane (parte complementare all’interferometria)

Sviluppo: “parallelizzazione e messa su griglia” delle applicazione di
competenza ASI
Wp 1120 ISUFI/CACT, Unilecce
WP 1121 Caratterizzazione delle “Risorse Hardware”:
Progetto e sviluppo di un GRID Information Server
esteso
WP1122 Caratterizzazione delle “Risorse Dati”: Progetto
ed implementazione del MetaData Server
Wp 1123Caratterizzazione delle “Risorse Applicazioni”:
Progetto ed implementazione del MetaSoftware Server
WP1124 Gestione delle Risorse: Progetto ed
implementazione dell' RMS (Resource Management
System)
WP1125 Interfaccia Utente: Progetto ed
implementazione dell'Interfaccia Utente
WP1130 ISSIA-CNR
WP1131 - Dinamica dei ghiacciai in Antartide




A.1.1 Realizzazione di un archivio in linea di dati telerilevati e
cartografici.
A.1.2 Definizione e realizzazione di software proprietario, per
l’analisi integrata dei dati GIS e delle coppie interferometriche
SAR, finalizzata alla valutazione della dinamica di scorrimento
superficiale dei ghiacci. Il software sarà operativo sul nodo ISSIA
della griglia.
A.1.3 Configurazione sul nodo di Bari delle utilities software
commerciali coinvolte nell'applicazione. Problemi di integrazione in
linea di una o più delle utilities software qui indicate, saranno
temporaneamente superati attraverso l’impiego off-line delle stesse
e la costituzione di basi di dati intermedie parzialmente elaborate.
La fornitura delle licenze software è a carico dell’ ISSIA.
A.1.4 Sperimentazione dell’applicazione in configurazioni diverse
di localizzazione delle risorse, distinte tra quelle di archiviazione dei
dati e le unità preposte all’elaborazione degli stessi.
WP1132 - Dinamica della terra solida
WP1130 ISSIA-CNR
WP1132 - Dinamica della terra solida
A.2.1 Realizzazione di un archivio in linea, costituito da un’ampia selezione del data set
IPAF già disponibile (ERS-1 e 2) per l’Applicazione “Frane”, relativamente ad aree
dell’Appennino centro-meridionale. Sviluppo di interfacce software per la conversione di
formato dei files.
A.2.2 Modifica del processore SARENG parallelo attualmente installato presso l’ISSIA e
l’Univ. di Lecce nel quadro del progetto ASI/PQE-2000 (o, in alternativa, di software
proprietario dell’ ISSIA), per la focalizzazione in range a banda parziale dei dati grezzi
SAR. Il processore modificato opererà in ambiente parallelo MPI/Assist (e relative
evoluzioni in ambito Grid).
A.2.3 Completamento della catena software accessibile su griglia, con moduli proprietari
per:
La rilevazione di aree e punti del territorio che manifestano coerenza di fase nel
dominio tempo-frequenza (definizione estesa dei permanent scatterers ) e la loro
georeferenziazione in un layer del GIS;
La stima e la sottrazione del termine di fase morfologico dei PS, sulla base dell’analisi
delle loro fasi nel dominio tempo-frequenza-baseline;
La sottrazione dello schermo di fase atmosferica, ottenuta per interpolazione delle fasi
(non residuali) dei PS, dopo la sottrazione della fase morfologica;
L’analisi dei valori di fase rimanenti, imputabili a spostamenti nel tempo della cella di
risoluzione SAR (come a componenti di errore non compensato), e stima eventuale di
spostamenti coerenti collettivi dei PS, differenziati per aree.
A.2.4 Sperimentazione dell’applicazione in condizioni di diverso punto di accesso alla
griglia.
WP1140 PoliBari
WP1141 Dipartimento di Fisica
 Coregistrazione di immagini SAR ERS-1/2 anche per alti valori di baseline
temporale e spaziale (DORIS – Delft University, software proprietario).
 Generazione di Interferogrammi da acquisizioni TANDEM ERS-1/2 (DORIS
– Delft University, software proprietario)..
 Generazione di mappe di coerenza inteferometrica e stima del valore di
decorrelazione dei segnali (software proprietario).
 Ricostruzione della fase interferometrica assoluta: algoritmi di srotolamento di
fase sono stati messi a punto e testati a seguito di approfondimento degli
aspetti teorici e computazionali del problema (software proprietario)..
 Generazione di Interferogrammi differenziali (DORIS – Delft University,
software proprietario).
 Individuazione di riflettori permanenti (PS) su lunghe serie di immagini (>30)
SAR ERS-1/2 ed analisi dell’informazione di fase interferometrica
differenziale. La tecnica richiede massima cura nella gestione
dell’informazione di fase del segnale in ognuna delle diverse fasi
dell’elaborazione realizzate con software progettato appositamente.
 Stima e sottrazione di campi di fase atmosferici sovrapposti al segnale
interferometrico differenziale legato alle deformazioni del suolo (software
proprietario). Sono in fase di approfondimento problematiche relative
all’elaborazione di dati distribuiti su griglie irregolari, e all’impiego delle
proprietà di scalabilità delle grandezze osservate.
WP1140 PoliBari
WP1142 Dipartimento di Ingegneria Elettronica
Politecnico di Bari (DEE)






generazione signature.
Selezione feature di interesse.
Generazione database.
Generazione query.
Retrieval con referenziazione per zone geografiche.
Stima dei risultati con integrazione dell’applicativo in
ambienti gia’ esistenti (es. Sara-UniLe).
WP1150 ICAR-CNR
Integrazione di SPMIAC con metodologie e tecnologie
tipiche del “web – servicing”;
Porting di SPMIAC in un’architettura a componenti per
Griglia, disponibile all’inizio delle attività, anche su
indicazioni provenienti dal WP8;
Definizione, progettazione e implementazione di
strumenti software per la fruizione remota e la
composizione dinamica dei vari componenti software,
anche in virtù delle caratteristiche del portale del WP11
e delle indicazioni provenienti dal WP7 e dal WP8;
Valutazione e testing del PSE di Qualità dell’Aria su
casi test definiti a partire dai dati disponibili all’ASI.
Quadro finanziamenti
Riassunto Wp11
Quota MIUR
Cofinanziamento
Unilecce
Wp11
170
k€
62,96
k€
ASI
Ricercatori
171
Wp11
60
k€
k€
Totale
231
k€
85,56
k€
Wp11
156
k€
57,78
k€
Wp11
138
k€
51,11
k€
695
k€
257,41
k€
Poliba
Issia
Totale
Le Applicazioni
nel FIRB:
Frane,
Oil-spill
SAR Basics
Advantages
•all-weather imaging capability — microwave wavelengths
penetrate through clouds and light rain
•day/night data acquisition — radar does not rely on the sun’s
energy to illuminate the target
•sensitivity to geometric shape, surface roughness, and motion
•provides subsurface as well as surface information
SAR basics cont’d
•it transmits microwave pulses towards a target
•it receives a returned portion of the transmitted signal
(backscatter) after it has inter-acted with the target
•it observes the strength (detection), temporal behavior, and the
time delay (ranging) of the returned signals
SAR geometry
SAR geometry cont’d
Strip
Spot
Scansar
Antenna beam width
Esempio di prodotto RAW
RAW modulus
RAW phase
Esempio di prodotto SSC
Chirp scaling processor, ERS data
Esempio di prodotto DGM
PRI-ERS
(Matera)
I prodotti SAR 1C, 1D
DGM
img
Geocoding
over Ellipsoid
GEC
img
DEM
data
Geocoding
over DEM
GTC
img
Esempio di prodotto GEC
GEC processor,
ERS reflectivity data
GTC-ERS
coregistrati
(Gran Sasso)
PRI-ERS
coregistrati
(Roma)
PRI-ERS
coregistrati
(Pianura
Padana)
PRI-ERS
coregistrati
(Stretto di
Messina)
Target motion effects on focusing
Target at rest
Moving target
Applicazione Frane: Monitoraggio di Aree a
rischio dissesto idrogeologico:
Caratterizzazione geologica
e geo-morfologica del Sito
Installazione delle stazioni
GPS: permanenti e/o di
campagna, rilievi cinematici
ecc.
Realizzazione del centro di
acquisizione e centro di
calcolo
Creazione servizio meteo
locale con rete GPS
Integrazione con
osservazioni di altre
tecniche (INSAR)
Obiettivi
Coprire maggiormente gli aspetti di pre-allarme per la
protezione civile (in attesa di COSMO-Sky-Med),
Istituzione di un servizio di Meteorologia basato sul
GPS per affinare predittività eventi meteo su scala
locale.
Fornitura informazioni sugli artefatti atmosferici
(essenzialmente ritardo troposferico) utili ad affinare i
dati INSAR.
Tecnologie in Uso per istituire il servizio di
Monitoraggio
GPS anche mono- frequenza ma in grado di fare misura
di fase. Dal costo relativamente basso (potrebbero andar
perduti)
Sw di tipo scientifico già esistente ed in uso (BERNESE,
GIPSY) anche quello commerciale potrebbe andare bene
(quello che danno le ditte dei GPS) ma non fanno stima
dei ritardi troposferici
SW per previsione meteo già esistente (MM5) in grado
di assimilare i dati GPS (ritardi troposferici)
Aree Critiche:
Necessità di calcolo in tempo (quasi) reale (più
l’elaborazione è veloce più tempestivo è il “preallarme”
Necessità di utilizzare CPU parallele (e “griglie”?)
per fornire soluzioni di un certo numero di siti sotto
monitoraggio
Per stime più raffinate (e per INSAR) occorre anche
determinare il ritardo troposferico con strategie di
analisi diverse rispetto a quelle usate normalmente
per le frane
Per il servizio basato sul GPS che affina predittività
eventi meteo su scala locale occorre dover adattare i
modelli (MM5) per assimilare i dati GPS
Applicazione oil-spill: Dati
ERS, Envisat, Radarsat,…, SAR Data
 Oil slicks detection
 Wind and Wave determination
AVHRR, Landsat, Spot,….
 Oil slicks detection
 surface current determination
Meteo
 support to wind and wave parameter extraction
Oil spill - Sistema di individuazione
Precision
Processing
Data storage
Acquisition
screening
Oil slicks detection
Report
generation
quick look
Slick identification
and anti pollution actions
Catena di elaborazione per l’applicazione
OIL Spill con previsioni
Acquisizione
Elaborazione
Previsione
Evoluzione
Post
Processing
Previsione
Evoluzione
output
Analisi sui tempi
Acquisizione:
 RT - circa 15 sec. per 100 km di lunghezza di swath
Elaborazione:
 20 min (Ottenibili tempi inferiori con porting su PC di
ultima generazione)
Post Processing:
 5 min
Previsione spostamento: ?
 Potenzialmente computazionalmente onerosa
Inquinamento Marino da idrocarburi
Oil Slick visibile in un’immagine
ERS-2 SAR.
Inquinamento Marino da idrocarburi
Mare Adriatico
Il traffico marittimo genera
inquinamento da idrocarburi
Detected slicks
Detected slicks cont’d
Detected slicks cont’d
Atmospheric fronts
Natural surfactants
Atmospheric and internal wave
Riconoscimento inquinamento marino da
petrolio su immagini SAR
Il servizio attuale
•generazione quicklook
•riconoscimento guidato e automatico
•generazione report e mappe (HTML)
Oil Slick Detection Report/1
Image ID: 9982070
Acquisition Date: 21-JAN-2002 10:01:45.319
Centre Coordinates (lat, lon): 41.76, 10.73
Number of Detected Oil Slick: 2