RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Interoperabilità e gestione cooperativa di dati geografici dinamici multidimensionali e distribuiti con strumenti GIS liberi e Open Source

Università di riferimento

Politecnico di MILANO - INGEGNERIA IDRAULICA, AMBIENTALE, INFRASTRUTTURE VIARIE, RILEVAMENTO - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Maria Antonia Brovelli

Descrizione

Il progetto di ricerca si colloca nell'ambito delle nuove esigenze connesse alla gestione cooperativa del dato geografico. Negli ultimi anni si è assistito ad un sempre maggiore interesse per l'informazione geografica sia a livello amatoriale che a livello amministrativo. Ciò in parte è dovuto alle nuove tecnologie che consentono un'acquisizione veloce e ad elevata accuratezza dell'informazione stessa. A questo proposito basti pensare alle ortofoto digitali satellitari ad alta risoluzione (granularità dell'informazione in alcuni casi inferiore al metro) e alla ricostruzione tridimensionale della superficie del terreno con la tecnologia LiDAR (accuratezza in quota dell'ordine di poche decine di centimetri). A ciò si devono aggiungere le informazioni geo/topografiche disponibili a vari livelli di dettaglio e aggiornamento presso enti e amministrazioni. L'acquisizione di informazione geografica "pregiata" è però operazione costosa: per questo motivo un'esigenza ormai pressante è quella di razionalizzare e ottimizzare gli sforzi per la sua produzione, manutenzione e condivisione al più recente livello di aggiornamento. La tecnologia internet consente concettualmente di risolvere quest'ultimo problema e di rendere immediatamente disponibili dati archiviati in un nodo qualsiasi della rete. La tendenza è quella della costruzione di internet GIS in cui si possono immagine dati e operatori geografici archiviati in diversi nodi della rete. Un utente può accedere a dati e funzionalità geografiche e integrare sistemi diversi per rispondere a sue specifiche necessità.
Nel corso degli ultimi anni molti sforzi sono stati fatti dalle pubbliche amministrazioni per creare database geografici di accuratezza corrispondente agli specifici ambiti di competenza. Altri dati sono stati raccolti sperimentalmente da centri di ricerca e università. Dai dati raccolti sono state prodotte carte tematiche di sintesi.
Il patrimonio globalmente disponibile è ormai ingente e quindi una delle esigenze è ora quella di creare infrastrutture di dati spaziali, che consentano l'accesso e la fruizione di questi dati. Ciò coinvolge diversi aspetti che vengono trattati nel complesso nel presente progetto.
L'unità di Ricerca si propone di fornire la documentazione necessaria per rispondere ai due aspetti fondamentali in ambito condivisione di dati e servizi geografici:
- come comunicare, cioè quale protocollo utilizzare in funzione del servizio che si vuole creare;
- quale strumento utilizzare, cioè quale software utilizzare per implementare il servizio scelto.
Le varie fasi della ricerca dovranno essere armonizzate con l’attività dell’unità di Cagliari, che si occupa dell’implementazione di queste tecnologie per strumenti mobili (telefoni cellulari, palmari,…)
Nello specifico il lavoro dell'Unità di Ricerca si articolerà in 6 fasi:
1. determinazione dei protocolli di comunicazione
2. selezione dei software da studiare
3. definizione dei casi di studio, implemetazione di prototipi e realizzazione della schede tecniche
4. strumenti di formazione
5. gestione dei metadati
6. condivisione dei processi

Fase 1: determinazione dei protocolli di comunicazione.
L'Unità di Ricerca si occuperà in una prima fase di studiare i diversi aspetti legati al problema della condivisione di dati e servizi in rete. Per mettere a disposizione via web una informazione complessa come quella geografica è necessario predisporre una struttura tecnologica adatta ed inoltre è necessario affrontare e superare i diversi problemi legati all'interoperabilità, sia dal punto di vista dei sistemi informatici, sia dal punto di vista del formato stesso dei dati geografici. Le problematiche legate all'interoperabilità dei dati geografici sono principalmente dovute alle notevoli differenze di modello concettuale e formato nel quale i dati vengono acquisiti ed elaborati. Risulta quindi evidente la necessità di utilizzare standard e specifiche di implementazione che rendano accessibili i servizi di condivisione dell'informazione geografica, consentendo lo scambio di informazione, in modo tale da superare queste barriere e garantendo l'interoperabilità tra modelli, formati e piattaforme diverse. Il bisogno di interoperabilità porta inevitabilmente alla necessità di adottare delle modalità di comunicazione e di scambio di dati che siano standard. Il lavoro dell'Unità di Ricerca in questa fase si occuperà quindi di definire come realizzare geoservizi aperti e accessibili mediante standard di comunicazione, valutati sia in base alle specifiche nazionali (INTESA GIS) ed europee (direttiva INSPIRE), che rispetto alle indicazioni rilasciate da organismi internazionali come ISO e Open Geospatial Consortium. L'OGC ha definito, per conto dell'ISO, diverse specifiche per gli standard OWS (Open Web Services), come ad esempio il WFS (Web Features Services), WCS (Web Coverage Services) e il WMS (Web Map Services).

Fase 2: selezione dei software da studiare.
Una volta deciso a quali standard di comunicazione fare riferimento si valuteranno i diversi prodotti free open source che implementano questi standard nei loro servizi di condivisione e si deciderà su quali di questi focalizzare l'attività dell'Unità di Ricerca.
In questa fase di selezione sarà fondamentale verificare per ogni software quali, tra i protocolli standard scelti nella fase 1, sono implementati. Inoltre un altro aspetto rilevante in questa fase di selezione sarà la dimensione e l'esperienza del gruppo che gestisce lo sviluppo del software, indicativi delle potenzialità di crescita futura e della effettiva possibilità di continuo aggiornamento del prodotto e la diffusione del software presso altri utenti.
Nel processo decisionale di selezione dei prodotti da studiare si presterà attenzione anche al tipo di licenza con cui un determinato software viene distribuito: è chiaro che non è sufficiente che il prodotto sia gratuito, ma deve anche fornire il codice ed i diritti per poterlo modificare e di conseguenza ridistribuire.
In un software libero e a codice aperto (open source) il codice sorgente può essere visualizzato, liberamente modificato ed utilizzato secondo le proprie esigenze con l'unico vincolo della restituzione alla comunità di sviluppatori o utenti del nuovo software con le stesse caratteristiche di riusabilità. Questo comporta il vantaggio immediato di considerevoli possibilità di sviluppo rendendo le soluzioni software prodotte adattabili allo specifico aspetto ed ai vari casi d'uso presi in esame. Un ulteriore vantaggio è l'aspetto economico in quanto le licenze adottate permettono di utilizzare questi software gratuitamente.
Quando parliamo di software che implementano gli standard di comunicazione, come ad esempio gli standard OWS, possiamo fare una prima classificazione importante tra prodotti desktop e prodotti server. I prodotti server sono quelli che ci permetto di pubblicare e quindi rendere disponibili i dati: cioè di realizzare il geoservizio.
I prodotti desktop sono quei prodotti installabili su ogni singolo PC che permettono di accedere e quindi visualizzare e in alcuni casi anche modificare, i dati forniti da un geoservizio standard: cioè sono quei software che ci permettono di utilizzare un geoservizio.
Da notare inoltre che in alcuni casi i prodotti server hanno implementato anche funzionalità client: cioè permettono di utilizzare come sorgente per i dati che pubblicano un altro geoservizio.

Fase 3: definizione dei casi di studio, implemetazione di prototipi e realizzazione della schede tecniche
La fase 3 del lavoro dell'Unità di Ricerca consisterà nello studio dei prodotti selezionati nella fase 2. Il lavoro di test porterà alla realizzazione di diversi casi di studio in modo da coprire tutte le funzionalità ritenute significative nell'ambito della condivisione per mezzo di protocolli standard dell'informazione spaziale in rete.
Oltre alla verifica delle funzionalità offerte dai vari software analizzati si provvederà anche ad analizzarne la scalabilità. Si vuole in questo caso valutare quanto ogni software è in grado di gestire livelli crescenti di dati, sia in termini di dimensione che in termini di complessità strutturale.
Lo scopo di questa analisi sarà rendere più agevole l'individuazione degli strumenti più adatti per i diversi apparati della pubblica amministrazione (Ministeri, Regioni, Province e Comuni), per le Università e per gli Enti di Ricerca. E' evidente come le necessità per quanto riguarda la pubblicazione di dati, la capacità di analisi e le risorse a disposizione per gestire un determinato sistema, siano molto diverse a seconda del soggetto considerato. E' quindi evidente come, in fase di scelta di un software, sia fondamentale disporre di tutte le informazioni utili, sia da un punto di vista delle funzionalità, sia dal punto di vista delle risorse necessarie per la sua gestione.
L'Unità di Ricerca non vuole però solamente fornire un'analisi dei software, ma vuole dare anche indicazioni sul loro ambito di impiego: lo scopo ultimo sarà quindi quello di indicare la soluzione migliore da adottare, sia in termini di funzionalità offerte che di costi di gestione, in base ai diversi scopi che un determinato soggetto dovrà affrontare.
Per i diversi software analizzati sarà quindi prodotta una scheda tecnica che dovrà facilitare il processo decisionale al termine del quale il soggetto interessato dovrà pervenire alla scelta del software che meglio soddisfa l'ambito di lavoro.
I componenti dell'Unità di Ricerca hanno già lavorato nel passato a supporto della costruzione di strumenti webGIS (i primi tipi di geoservizi disponibili) su scala molto diversa. Alcuni esempi significativi possono essere il webGIS dell'Autorità di Bacino del Po, il geoservizio del settore strade della Provincia di Milano e il webGIS del Parco Archeologico della Spina Verde.
Un ulteriore studio, particolarmente significativo, che attualmente vede impegnata questa Unità di Ricerca (oltre alle Unità di Palermo e di Cagliari) è il progetto "Sviluppo delle tecnologie per la definizione di una Infrastruttura per la Cooperazione Applicativa dei Dati Geografici", affidato dal Centro Interregionale di Coordinamento e Documentazione per le Informazioni Territoriali.
Ovviamente la problematica dei geoservizi, specificamente nel suo aspetto più recente dei Web Feature Service, è strettamente connessa con gli aspetti di gestione delle basi di dati mediante DBMS con estensioni spaziali. Per questo motivo sarà necessaria un interazione continua con l'Unità di Ricerca di Trento che proprio di questi aspetta si occupa prioritariamente.
Inoltre mentre i WMS sono ormai abbastanza consolidati, per quanto riguarda WFS ci sono ancora aspetti per ora condivisi solo ad alto livello, ma che non sono ancora entrati nella pratica operativa. Un problema a questo livello è rappresentato dal modello di trasferimento dati GML, di cui si occuperà l’unità di Palermo: del modello esiste la specifica ISO-OGC che però è ancora in fase di personalizzazione secondo le esigenze specifiche italiane e europee.
La disponibilità di diverse implementazioni degli stessi case studies pemetterà di valutare meglio le prestazioni e le problematiche relative alle diverse scelte tecnologiche. La vicinanza con il mondo degli sviluppatori di OSGEO (al quale anche alcuni componenti dell'unità di ricerca appartengono) permetterà anche di risolvere problemi che possono riscontrarsi nel corso dei test per l'implementazione dei casi studies.

Fase 4: strumenti di formazione.
La fase 4 affronta il problema successivo a quello della scelta di un determinato software. L'ente, dopo aver consultato le schede tecniche prodotte nella fase 3, ha scelto un certo software, si deve trovare anche nella condizione di poterlo effettivamente utilizzare limitando il tempo necessario per l'apprendimento.
Per questo motivo l'Unità di Ricerca lavorerà anche alla predisposizione di materiale didattico per agevolare l'accesso degli utenti a queste tecnologie.
La costruzione di questo tipo di documentazione sarà orientato a due diverse tipologie di utenti:
- studenti di scuole superiori e università.
- funzionari della pubblica amministrazione, ricercatori di altri ambiti scientifici e disciplinari che abbiano l'esigenza di utilizzare, anche se marginalmente, tali tecnologie.
Per quanto riguarda gli studenti delle scuole superiore, si ritiene che ormai sia maturi i tempi per cominciare a proporre anche nuovi strumenti nello studio della geografia. Degli esempi assolutamente elementari di utilizzo e creazione di geoservizi saranno resi disponibili con il software necessario per la loro implementazione.
Del materiale avanzato sarà predisposto per l'Università, dal momento che ormai la richiesta di tecnici esperti in queste tematiche da parte del mercato diventa sempre più pressante e a volte l'Università stenta a stare al passo con queste nuove tecnologie. La forza dell'approccio open source è data dal fatto che l'utilizzo di questi prodotti non comporta l'acquisto di licenze e quindi il software è immediatamente disponibile senza costi per tutti i docenti e gli studenti interessati.
Infine materiale didattico ad hoc sarà predisposto per tecnici e ricercatori, cercando di valutare quali siano le specificità e le richieste di queste due categorie di utenti.

Fase 5: gestione dei metadati.
La fase 5 di questo programma di ricerca si propone come obiettivo la valutazione di quali possono essere gli strumenti migliori per gestire e creare i metadati. Lo scopo dei metadati è quello di documentare i dati geografici a cui sono riferiti con una serie di informazioni di supporto (proprietario, data e modalità di realizzazione, restrizioni all'uso,...). Corredare i propri dati con queste informazioni aggiuntive permette di agevolare la comprensione del contenuto e facilita le operazioni di manutenzione e condivisione dei dati. L'utilizzo dei metadati diventa indispensabile in un ambiente di condivisione dei dati tipico di quando si realizza un geoservizio.
Sia l'ISO che il CNIPA hanno definito un modello standard per i metadati. A questo proposito un importante documento a cui farà riferimento l'Unità di Ricerca nel corso del suo lavoro è il "Repertorio Nazionale dei dati territoriali - linee guida per l'applicazione dello standard ISO 19115 Geoographics Information - Metadata - Versione 0.1" redatto dal CNIPA.

Fase 6: condivisione dei processi.
La fase 6 di questo programma di ricerca estenderà il concetto di standardizzazione e condivisione anche ai processi e non più solo ai dati. Punto di riferimento dell'attività in questa fase è il protocollo dell'OGC denominato Web Processing Service (WPS). Il WPS allo stato attuale è alla versione 0.4, cioè si tratta ancora di un prestandard, ma le sue potenzialità sono particolarmente interessanti per gli sviluppi futuri. Con il WPS si potrà realizzare un geoservizio che permette di condividere funzionalità di analisi dei dati e non più semplicemente i dati.
In questo ambito l'Unità di Ricerca si pone l'obiettivo di individuare un elenco di funzionalità facilmente accessibili e utilizzabili dall'utente comune da rendere disponibili via web utilizzando questo prestandard OGC.
Un esempio a questo riguardo potrebbe essere quello delle trasformazioni cartografiche: la cartografia italiana, nonostante ormai a livello nazionale sia stato definito come standard il sistema cartografico/geodetico UTM-WGS84, è ancora disponibile secondo diversi sistemi di riferimento (Roma40, ED50, IGM95) e coordinate (UTM, Gauss-Boaga). La trasformazione di datum e di proiezione cartografica è quindi la premessa per una qualsiasi integrazione. Tale trasformazione potrà essere eseguita on-the-fly su richiesta. Collegato a questo ambito di ricerca c'è la possibilità di fornire un servizio di interazione con un database, argomento di cui, come già ricordato, si occuperà l'Unità di Ricerca di Trento nell'ambito sempre di questo progetto PRIN.