Progetto FIRBProgetto FIRBPiattaforme abilitanti per griglie computazionali a elevate Piattaforme abilitanti per griglie computazionali a elevate

prestazioni orientate a organizzazioni virtuali scalabiliprestazioni orientate a organizzazioni virtuali scalabili

Rimodulazione Attività WP 11Rimodulazione Attività WP 11(Unità di Ricerca n. 6 ASI)(Unità di Ricerca n. 6 ASI)

PISA 27-28 Maggio 2003PISA 27-28 Maggio 2003

ObiettiviObiettivi

Il Wp 11 rientra nelle attività dei gruppi applicativi.Il Wp 11 rientra nelle attività dei gruppi applicativi.Le applicazioni di OT previste dall’Unità sono tre:Le applicazioni di OT previste dall’Unità sono tre:Frane (ed in generale movimenti lenti)oil-spillPrevisioni ed analisi meteorologiche e di qualità dell’aria.

Nell’ambito delle applicazioni saranno affrontati gli aspetti Nell’ambito delle applicazioni saranno affrontati gli aspetti trasversali relativi a diverse problematiche connesse al calcolo trasversali relativi a diverse problematiche connesse al calcolo intensivo. Ad esempio: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 Unità Operative (UO) del Wp11

Le quattro unità i cui finanziamenti passano per l’UR n.6 ASI Le quattro unità i cui finanziamenti passano per l’UR n.6 ASI sono: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). Dipartimento Interateneo di Fisica Università di Bari (DipFI).

Responsabile: prof. L. GuerrieroResponsabile: prof. L. Guerriero Dipartimento di Ingegneria Elettronica Politecnico di Bari Dipartimento di Ingegneria Elettronica Politecnico di Bari

(DEE). Responsabile: prof. V. di Lecce(DEE). Responsabile: prof. V. di Lecce CNR-ISSIA (Bari), Responsabile dr. Nicola Veneziani

L’unità i cui finanziamenti non passano attraverso UR n 6:L’unità i cui finanziamenti non passano attraverso UR n 6: ICAR-Napoli

Le attivitàLe attività

WP11ASI

WP 1110ASI -

WP 1120UniLecce

WP 1130ISSIA CNR

WP 1140PoliBari

Wp1150Ex CPS-CNR

I pacchi di lavoro per unità operativa sono:WP1110 ASI G. MililloWp 1120 Unilecce G. AloisioWp 1130 ISSIA-CNR N. VenezianiWp 1140 PoliBari L.GuerrieroWp 1150 ICAR-Napoli A. Murli

Wp1110 ASIWp1110 ASI

Le attività dell’ASI si suddividono in due grosse aree che individuano due sottopacchi di Le attività dell’ASI si suddividono in due grosse aree che individuano due sottopacchi di lavoro:lavoro: Wp 1111 Gestione-Amministrativa

Coordinamento dell’URCoordinamento dell’UR Coordinamento del WP11Coordinamento del WP11 Contratti per le Unità Operative Contratti per le Unità Operative Eventuali Contratti per affidamenti esterni all’UREventuali Contratti per affidamenti esterni all’UR Gestione delle risorse dell’UR e del WP11Gestione delle risorse dell’UR e del WP11 Controllo delle pianificazioni dell’UR del WP11 e trasversali alle diverse UO del Controllo delle pianificazioni dell’UR del WP11 e trasversali alle diverse UO del

Wp11Wp11 Rapporti con il MIUR e gli altri enti su aspetti gestionali, contrattuali e Rapporti con il MIUR e gli altri enti su aspetti gestionali, contrattuali e

amministrativi,amministrativi, Wp 1112 Attività Tecnico-scientifica

Analisi e armonizzazione dei requisiti delle applicazioni e dei prodotti relativiAnalisi e armonizzazione dei requisiti delle applicazioni e dei prodotti relativi Analisi ed armonizzazione delle attività di altri progetti ASI: es ASI PQE 2000 Analisi ed armonizzazione delle attività di altri progetti ASI: es ASI PQE 2000

(prototipi e sviluppi già fatti), COSMO-Skymed(prototipi e sviluppi già fatti), COSMO-Skymed interfacce verso altre UOinterfacce verso altre UO Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione oil-Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione oil-

spillspill Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione frane Analisi e studio per la “parallelizzazione e messa su GRID” dell’applicazione frane

(parte complementare all’interferometria)(parte complementare all’interferometria) Sviluppo: “parallelizzazione e messa su griglia” delle applicazione di competenza Sviluppo: “parallelizzazione e messa su griglia” delle applicazione di competenza

ASI ASI

Wp 1120 ISUFI/CACT, UnilecceWp 1120 ISUFI/CACT, Unilecce

WP 1121 Caratterizzazione delle “Risorse Hardware”: WP 1121 Caratterizzazione delle “Risorse Hardware”: Progetto e sviluppo di un GRID Information Server Progetto e sviluppo di un GRID Information Server estesoestesoWP1122 Caratterizzazione delle “Risorse Dati”: Progetto WP1122 Caratterizzazione delle “Risorse Dati”: Progetto ed implementazione del MetaData Servered implementazione del MetaData ServerWp 1123Caratterizzazione delle “Risorse Applicazioni”: Wp 1123Caratterizzazione delle “Risorse Applicazioni”: Progetto ed implementazione del MetaSoftware ServerProgetto ed implementazione del MetaSoftware ServerWP1124 Gestione delle Risorse: Progetto ed WP1124 Gestione delle Risorse: Progetto ed implementazione dell' RMS (Resource Management implementazione dell' RMS (Resource Management System)System)WP1125 Interfaccia Utente: Progetto ed WP1125 Interfaccia Utente: Progetto ed implementazione dell'Interfaccia Utente implementazione dell'Interfaccia Utente

WP1130 ISSIA-CNR WP1130 ISSIA-CNR

WP1131 - Dinamica dei ghiacciai in AntartideWP1131 - 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 solidaWP1132 - Dinamica della terra solida

WP1130 ISSIA-CNR WP1130 ISSIA-CNR WP1132 - Dinamica della terra solidaWP1132 - Dinamica della terra solidaA.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 La rilevazione di aree e punti del territorio che manifestano coerenza di fase nel dominio

tempo-frequenza (definizione estesa dei tempo-frequenza (definizione estesa dei permanent scatterers permanent scatterers ) e la loro georeferenziazione ) e la loro georeferenziazione in un in un layer layer del GIS;del GIS;

La stima e la sottrazione del termine di fase morfologico dei PS, sulla base dell’analisi La stima e la sottrazione del termine di fase morfologico dei PS, sulla base dell’analisi delle loro fasi nel dominio tempo-frequenza-baseline;delle loro fasi nel dominio tempo-frequenza-baseline;

La sottrazione dello schermo di fase atmosferica, ottenuta per interpolazione delle fasi (non La sottrazione dello schermo di fase atmosferica, ottenuta per interpolazione delle fasi (non residuali) dei PS, dopo la sottrazione della fase morfologica;residuali) dei PS, dopo la sottrazione della fase morfologica;

L’analisi dei valori di fase rimanenti, imputabili a spostamenti nel tempo della cella di 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 risoluzione SAR (come a componenti di errore non compensato), e stima eventuale di spostamenti coerenti collettivi dei PS, differenziati per aree. spostamenti coerenti collettivi dei PS, differenziati per aree.

A.2.4 Sperimentazione dell’applicazione in condizioni di diverso punto di accesso alla griglia.

WP1140 PoliBariWP1140 PoliBariWP1141 Dipartimento di FisicaWP1141 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 PoliBariWP1140 PoliBari

WP1142 Dipartimento di Ingegneria Elettronica WP1142 Dipartimento di Ingegneria Elettronica Politecnico di Bari (DEE)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-CNRWP1150 ICAR-CNR

Integrazione di SPMIAC con metodologie e tecnologie Integrazione di SPMIAC con metodologie e tecnologie tipiche del “web – servicing”;tipiche del “web – servicing”;Porting di SPMIAC in un’architettura a componenti per Porting di SPMIAC in un’architettura a componenti per Griglia, disponibile all’inizio delle attività, anche su Griglia, disponibile all’inizio delle attività, anche su indicazioni provenienti dal WP8;indicazioni provenienti dal WP8;Definizione, progettazione e implementazione di Definizione, progettazione e implementazione di strumenti software per la fruizione remota e la strumenti software per la fruizione remota e la composizione dinamica dei vari componenti software, composizione dinamica dei vari componenti software, anche in virtù delle caratteristiche del portale del WP11 anche in virtù delle caratteristiche del portale del WP11 e delle indicazioni provenienti dal WP7 e dal WP8;e delle indicazioni provenienti dal WP7 e dal WP8;Valutazione e testing del PSE di Qualità dell’Aria su Valutazione e testing del PSE di Qualità dell’Aria su casi test definiti a partire dai dati disponibili all’ASI.casi test definiti a partire dai dati disponibili all’ASI.

Quadro finanziamentiQuadro finanziamenti

Riassunto Wp11

    Quota MIUR Cofinanziamento

Unilecce            

  Wp11 170 k€ 62,96 k€

   

ASI            

  Ricercatori 171 k€      

  Wp11 60 k€    

  Totale   231 k€ 85,56 k€

   

Poliba            

  Wp11   156 k€ 57,78 k€

   

Issia            

  Wp11   138 k€ 51,11 k€

   

    Totale 695 k€ 257,41 k€

Le Applicazioni Le Applicazioni nel FIRB:nel FIRB:

Frane,Frane,

Oil-spillOil-spill

SAR BasicsSAR Basics

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�

Advantages

SAR basics cont’dSAR 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 geometrySAR geometry

SAR geometry cont’dSAR geometry cont’d

Antenna beam width

Strip

Spot

Scansar

Esempio di prodotto RAWEsempio di prodotto RAW

RAW modulus RAW phase

Esempio di prodotto SSCEsempio di prodotto SSC

Chirp scaling processor, ERS data

Esempio di prodotto DGM Esempio di prodotto DGM

PRI-ERSPRI-ERS (Matera) (Matera)

I prodotti SAR 1C, 1DI prodotti SAR 1C, 1D

Geocoding over Ellipsoid

DGMimg

GECimg

Geocoding over DEM

GTCimg

DEMdata

Esempio di prodotto GECEsempio di prodotto GEC

GEC processor, ERS reflectivity data

GTC-ERSGTC-ERScoregistraticoregistrati

(Gran Sasso)(Gran Sasso)

PRI-ERSPRI-ERScoregistraticoregistrati

(Roma) (Roma)

PRI-ERSPRI-ERScoregistraticoregistrati (Pianura (Pianura Padana)Padana)

PRI-ERSPRI-ERScoregistraticoregistrati (Stretto di (Stretto di Messina)Messina)

Target motion effects on focusingTarget motion effects on focusing

Target at rest

Moving target

Applicazione Frane: Monitoraggio di Aree a Applicazione Frane: Monitoraggio di Aree a rischio dissesto idrogeologico:rischio dissesto idrogeologico:

Caratterizzazione geologica Caratterizzazione geologica e geo-morfologica del Sitoe geo-morfologica del SitoInstallazione delle stazioni Installazione delle stazioni GPS: permanenti e/o di GPS: permanenti e/o di campagna, rilievi cinematici campagna, rilievi cinematici ecc.ecc.Realizzazione del centro di Realizzazione del centro di acquisizione e centro di acquisizione e centro di calcolo calcolo Creazione servizio meteo Creazione servizio meteo locale con rete GPSlocale con rete GPSIntegrazione con Integrazione con osservazioni di altre osservazioni di altre tecniche (INSAR)tecniche (INSAR)

S e is m ic A r e a

F ix e d S ta tio n s

M o b ile S ta tio n s

O p e r a tio n C e n te r

A S I

R e m o te S e n s in g D a ta

ObiettiviObiettivi

Coprire maggiormente gli aspetti di pre-allarme per la Coprire maggiormente gli aspetti di pre-allarme per la protezione civile (in attesa di COSMO-Sky-Med),protezione civile (in attesa di COSMO-Sky-Med),

Istituzione di un servizio di Meteorologia basato sul Istituzione di un servizio di Meteorologia basato sul GPS per affinare predittività eventi meteo su scala GPS per affinare predittività eventi meteo su scala locale. locale.

Fornitura informazioni sugli artefatti atmosferici Fornitura informazioni sugli artefatti atmosferici (essenzialmente ritardo troposferico) utili ad affinare i (essenzialmente ritardo troposferico) utili ad affinare i dati INSAR.dati INSAR.

Tecnologie in Uso per istituire il servizio di Tecnologie in Uso per istituire il servizio di MonitoraggioMonitoraggio

GPS anche mono- frequenza ma in grado di fare misura GPS anche mono- frequenza ma in grado di fare misura di fase. Dal costo relativamente basso (potrebbero andar di fase. Dal costo relativamente basso (potrebbero andar perduti)perduti)

Sw di tipo scientifico già esistente ed in uso (BERNESE, Sw di tipo scientifico già esistente ed in uso (BERNESE, GIPSY) anche quello commerciale potrebbe andare bene GIPSY) anche quello commerciale potrebbe andare bene (quello che danno le ditte dei GPS) ma non fanno stima (quello che danno le ditte dei GPS) ma non fanno stima dei ritardi troposfericidei ritardi troposferici

SW per previsione meteo già esistente (MM5) in grado SW per previsione meteo già esistente (MM5) in grado di assimilare i dati GPS (ritardi troposferici)di assimilare i dati GPS (ritardi troposferici)

Aree Critiche:Aree Critiche:

Necessità di calcolo in tempo (quasi) reale (più Necessità di calcolo in tempo (quasi) reale (più l’elaborazione è veloce più tempestivo è il “pre-allarme”l’elaborazione è veloce più tempestivo è il “pre-allarme”

Necessità di utilizzare CPU parallele (e “griglie”?) per Necessità di utilizzare CPU parallele (e “griglie”?) per fornire soluzioni di un certo numero di siti sotto fornire soluzioni di un certo numero di siti sotto monitoraggiomonitoraggio

Per stime più raffinate (e per INSAR) occorre anche Per stime più raffinate (e per INSAR) occorre anche determinare il ritardo troposferico con strategie di analisi determinare il ritardo troposferico con strategie di analisi diverse rispetto a quelle usate normalmente per le frane diverse rispetto a quelle usate normalmente per le frane

Per il servizio basato sul GPS che affina predittività Per il servizio basato sul GPS che affina predittività eventi meteo su scala locale occorre dover adattare i eventi meteo su scala locale occorre dover adattare i modelli (MM5) per assimilare i dati GPS modelli (MM5) per assimilare i dati GPS

Applicazione oil-spill: DatiApplicazione oil-spill: Dati

ERS, Envisat, Radarsat,…, SAR DataERS, Envisat, Radarsat,…, SAR DataOil slicks detectionWind and Wave determination

AVHRR, Landsat, Spot,….AVHRR, Landsat, Spot,….Oil slicks detection surface current determination

MeteoMeteo support to wind and wave parameter extraction

Oil spill - Sistema di individuazioneOil spill - Sistema di individuazione

Precision Processing

Acquisition screening

quick look

Data storage

Oil slicks detectionReport generation

Slick identification and anti pollution actions

Catena di elaborazione per l’applicazioneCatena di elaborazione per l’applicazione OIL OIL Spill con previsioniSpill con previsioni

Acquisizione ElaborazionePost

Processing

PrevisioneEvoluzione

output

PrevisioneEvoluzione

Analisi sui tempiAnalisi sui tempi

Acquisizione:Acquisizione:RT - circa 15 sec. per 100 km di lunghezza di swath

Elaborazione: Elaborazione: 20 min (Ottenibili tempi inferiori con porting su PC di

ultima generazione)

Post Processing: Post Processing: 5 min

Previsione spostamento: ? Previsione spostamento: ? Potenzialmente computazionalmente onerosa

Oil Slick visibile in un’immagineERS-2 SAR.

Inquinamento Marino da idrocarburi

Mare Adriatico

Il traffico marittimo genera

inquinamento da idrocarburi

Inquinamento Marino da idrocarburi

Detected slicksDetected slicks

Detected slicks cont’dDetected slicks cont’d

Detected slicks cont’dDetected slicks cont’d

Atmospheric frontsAtmospheric fronts

Natural surfactantsNatural surfactants

Atmospheric and internal waveAtmospheric and internal wave

Riconoscimento inquinamento marino da Riconoscimento inquinamento marino da petrolio su immagini SARpetrolio su immagini SAR

Il servizio attualeIl servizio attuale•generazione quicklookgenerazione quicklook•riconoscimento guidato e automaticoriconoscimento guidato e automatico•generazione report e mappe (HTML)generazione report e mappe (HTML)

Oil Slick Detection Report/1Oil Slick Detection Report/1

Image ID: 9982070Acquisition Date: 21-JAN-2002 10:01:45.319Centre Coordinates (lat, lon): 41.76, 10.73Number of Detected Oil Slick: 2