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Lo sviluppo delle banche dati sismologiche

Le banche dati sismologiche rappresentano uno strumento importante per la gestione degli eventi sismici all'interno dell'Osservatorio Vesuviano. Avere la possibilità di estrarre e selezionare degli eventi in maniera semplice è importante sia ai fini della ricerca che del monitoraggio.

In questa pagina verrà descritta la storia delle varie banche dati che sono state sviluppate ed utilizzate nel corso degli anni. Vale la pena, però, spendere qualche parola sulla differenza che esiste tra il motore della banca dati (il database vero e proprio) e l'interfaccia che permette di interagire con esso: queste due cose vengono spesso confuse e si è portati ad identificare il motore con l'interfaccia o viceversa. Vero è che spesso contemporaneamente al database viene anche sviluppata una sua interfaccia "preferenziale", tuttavia un database può avere numerose interfacce ognuna con scopi differenti. In una sezione successiva verranno descritti gli sviluppi più recenti che hanno portato all'implementazione di nuovi database e sistemi a servizio sia dei ricercatori e del monitoraggio che del pubblico.

La storia delle banche dati sismologiche all'Osservatorio Vesuviano

Geoves

La banca dati Geoves è stata sviluppata tra la fine degli anni '90 e l'inizio dei 2000. È stato il primo database sismologico moderno utilizzato all'Osservatorio Vesuviano. Il motore è basato sul database server MS-SQL ed è ad oggi dotato di svariate interfacce.

L'interfaccia principale alla banca dati fu sviluppata contemporaneamente al database ed il suo accesso è riservato esclusivamente al personale interno che può inserire e modificare gli eventi o fare delle richieste in base a vari parametri (tempo origine, magnitudo, ecc.). Altre interfacce sono state sviluppate nel corso del tempo per rendere disponibili gli eventi ed i loro dettagli ai ricercatori o al pubblico.

Geoves contiene le localizzazioni cosiddette "definitive" o "revisionate" (come conosciute su Plinio/Siamolab), cioè le migliori localizzazioni stimate fino a quel momento dai ricercatori dell'Osservatorio Vesuviano.

MyWBSM

La banca dati MyWBSM fu invece sviluppata a cavallo tra la prima e la seconda metà della prima decade degli anni 2000 per contenere le localizzazioni prodotte dai sistemi automatici dell'Osservatorio Vesuviano. Il motore è basato sul database server open source MySQL ed è aggiornato in tempo reale ogni volta che un evento sismico viene localizzato dai sistemi automatici.

MyWBSM è separata in due sistemi gemelli paralleli completi, partendo dal sistema di localizzazione automatica fino al database ed all'interfaccia. Di essi uno è dedicato alle operazioni di Sala, mentre l'altro è dedicato al pubblico. L'interfaccia del gemello pubblico è una versione semplificata di quella presente in Sala che possiede funzionalità aggiuntive a servizio del personale turnista.

A causa della deprecazione delle applet Java nei browser moderni, le interfacce di MyWBSM non sono attualmente pienamente funzionanti. Inoltre dal 20 marzo 2020 il sistema di Sala è stato spento e smantellato, come illustrato nella cronologia di sviluppo dei nuovi sistemi Serenade, Wessel e Gossip in quanto ormai obsoleto. Il gemello pubblico è, invece, mantenuto ancora attivo fino a quando non verranno rilasciate le versioni pubbliche dei nuovi sistemi.

Speed/Sum e Plinio/Sismolab

La banca dati Speed prende il nome dal Progetto Speed (Scenari di Pericolosità e Danno dei vulcani della Campania) nel cui ambito fu sviluppato. Inizialmente l'obiettivo di questa banca dati era quello di fornire al Dipartimento della Protezione Civile un unico portale per l'accesso ai dati del monitoraggio. In seguito fu estesa nel sistema SUM (Sistema Unico per il Monitoraggio) e nel sistema Plinio/Sismolab per l'accesso del pubblico.

Nonostante posseggano un proprio database centralizzato basato sul server open source MySQL, questi sistemi vanno più che altro considerati delle interfacce verso vari altri database. Infatti essi possono accedere ai dati contenuti in diversi sistemi e banche dati. Il database interno viene utilizzato per contenere le localizzazioni cosiddette "preliminari" effettuate dal personale di Sala che può manipolare i dati attraverso una interfaccia dedicata.

Come mostrato in figura, l' interfaccia pubblica di Plinio/Sismolab estrae i dati dai tre database (Geoves, MyWBSM ed il suo database interno) e mostra all'utente la "migliore" localizzazione dell'evento: automatica da MyWBSM, preliminare dal database interno o definitiva (revisionata) da Geoves a seconda di quale sia disponibile.

Difficoltà e limitazioni attuali

L'attuale struttura delle banche dati sismologiche è il risultato della stratificazioni di diversi sistemi sviluppati in epoche diverse e qualche volta non pensati per essere integrati con altri sistemi. Alcuni sistemi non possono essere più aggiornati poiché le banche dati dipendono in modo indissolubile da versioni di software o hardware vecchie e talvolta obsolete.

Quando si è reso necessario aggiornare i sistemi per aggiungere ulteriori funzionalità o permettere interoperabilità non previste inizialmente dai sistemi, ci si è resi conto che aggiungere ulteriori livelli di astrazione ai sistemi preesistenti non era oggettivamente possibile.

Sviluppi recenti e future implementazioni

Tra la fine del 2017 e l'inizio del 2018 è stata quindi iniziata una completa ristrutturazione della banca dati sismologica dell'Osservatorio Vesuviano. Si è deciso di fare tabula rasa di quanto in essere fino ad oggi e ricominciare dalle basi. Gli sviluppi effettuati in questo filone si sono quindi prima affiancati e poi fusi nel progetto di integrazione "FISR - SOIR" (Sale Operative Integrate e Reti di monitoraggio del futuro) tra le funzionalità delle tre Sale Operative dell'INGV (Napoli, Catania e Roma).

Il database Serenade e l'interfaccia Wessel sono stati progettati e sviluppati per primi e sono ancora in fase di implementazione, mentre lo sviluppo dell'interfaccia Gossip è iniziato in tempi più recenti.

Il nuovo sistema di localizzazioni automatiche

Il sistema di localizzazioni automatiche è stato completamente ristrutturato durante il corso del 2017. Questo nuovo sistema utilizza gli stessi strumenti (provenienti dal sistema Earthworm inizialmente sviluppato dall'USGS) del suo predecessore MyWBSM. In questa versione sono stati attivati moduli non presenti in precedenza e si è provveduto ad ottimizzare la configurazione del localizzatore automatico per migliorarne le prestazioni.

Sono stati altresì sviluppati dei nuovi "moduli" di Earthworm per permettere l'interazione tra il sistema di localizzazione automatica ed i nuovi sistemi in corso di sviluppo (principalmente Wessel e Serenade): nei primi giorni del 2018 il sistema Earthworm ha iniziato a popolare il database con le localizzazioni automatiche.

Il sistema di localizzazioni automatiche è stato parecchio irrobustito rispetto alla versione che forniva dati a MyWBSM tuttavia non può essere reso completamente immune da errori, soprattutto in una zona come la Provincia di Napoli dove il grande rumore antropico rende difficoltoso il lavoro di un sistema automatico. A causa di questo possono capitare sia dei falsi negativi (eventi sismici che possano sfuggire al sistema) sia falsi positivi. In caso di eventi di natura non sismica come tuoni, frane, esplosioni artificiali oppure eventi fuori rete come quelli dell'Appennino, può talvolta accadere che essi vengano localizzati e catalogati in automatico. Ovviamente le localizzazioni calcolate in questi casi non sempre hanno senso fisico ed è compito degli utenti operatori rimuoverli in un secondo momento dal database.

Serenade

Il database Serenade (SEismic Restful ENAbled DatabasE) è stato sviluppato in modo da poter gestire più localizzazioni per ogni evento, allo scopo di unificare la sorgente dei dati per le localizzazioni automatiche, preliminari e revisionate (definitive). Come motore interno è stato scelto il database server PostGreSQL che è in grado di gestire in maniera efficiente basi di dati di dimensioni "intermedie". Serenade è stato realizzato per catalogare anche eventi di natura non sismica sia naturali come tuoni e frane, che artificiali come esplosioni e crolli in cava.

Serenade non dà accesso diretto al motore PostGreSQL: ad esso si accede, come il suo stesso nome ricorda, tramite una API REST (REpresentational State Transfer). Ogni richiesta ed inserimento di dati si effettua tramite comandi standard HTTP (GET, POST, PUT, DELETE, ecc.): questo fornisce una interfaccia basilare che, però, non è pensata per l'accesso diretto da parte dell'utente umano, ma per l'accesso tramite programmi client che ne sfruttino la API.

Il database è già predisposto per permettere il travaso di tutti gli eventi contenuti in GeoVes. In tal modo Serenade diventerà l'unica banca dati sismologica dell'Osservatorio Vesuviano permettendo la semplificazione dei sistemi di sala e la dismissione dei vecchi software ed hardware che oggi vengono utilizzati. Questa operazione non è stata ancora effettuata in attesa di ulteriori sviluppi nel sistema Wessel a seguito dei quali quest'ultimo potrà sostituire i sistemi legacy legati a Speed/Plinio.

La banca dati è al momento "sporca" a causa del modo in cui è stata riempita nel corso del tempo. Nella fase iniziale l'unica sorgente di eventi erano le localizzazioni automatiche per cui per un gran numero di eventi non sono state inserite né quella preliminare né quella definitiva. Questo rende la dispersione degli eventi sulle mappe molto maggiore di quanto non sia in effetti: quando verrà effettuato il travaso degli eventi contenuti in GeoVes la stragrande maggioranza di quelli contenuti verrà correttamente catalogata. In seguito verrà effettuata una pulizia manuale degli eventi "errati" che possano eventualmente essere rimasti nel database.

Wessel e Gossip

Wessel (WEb Service for Seismic Event Location) rappresenta, al momento, il client predefinito per il database Serenade. È stato sviluppato per facilitare ed unificare le operazioni di Sala e permette di visualizzare, creare e modificare gli eventi sismici contenuti in Serenade. Nel corso del suo sviluppo sono state anche aggiunte delle interfacce in sola lettura verso GeoVes e MyWBMS in modo da presentare al personale di Sala un'unica interfaccia per accedere a queste banche dati.

Nel lungo periodo Wessel diventerà una piattaforma web integrata per la localizzazione e lo studio degli eventi sismici a servizio del personale dell'Osservatorio Vesuviano. Esso è anche il mezzo attraverso cui vengono condivisi i dati sismici delle reti dei vulcani Campani con le altre due Sale dell'INGV secondo quanto previsto dal Progetto FISR-SOIR. Prevede inoltre una serie di "plug-in" per gli allarmi di Sala e l'interazione con Plinio/Speed.

Negli ultimi mesi del 2018 è stata completata l'interfaccia per permettere agli operatori di aggiungere e modificare gli eventi in Serenade; all'inizio della primavera del 2019 è stata terminata la formazione del personale per l'utilizzo dell'interfaccia in modo che, da maggio 2019, il personale turnista in Sala è stato messo in condizione di inserire le localizzazioni preliminari sia in Plinio/Speed (in una modalità differente che passa attraverso Wessel) che in Serenade che ha iniziato, in tal modo, a popolarsi correttamente con localizzazioni di più alta qualità.

GOSSIP (Generator of Serenade StatIc Pages) è il secondo client ufficiale di Serenade ed è stato pensato per l'accesso del pubblico alle informazioni degli eventi sismici. Realizza una completa separazione tra i sistemi di Sala ed i sistemi pensati per il pubblico. Dal 15 marzo 2020 esso è accessibile alla sua home page e permette la visualizzazione ed il download degli eventi sismici contenuti in Serenade in due modalità diverse: con mappe dinamiche, pensate per browser moderni e che fa uso di cookie tecnici e di JavaScript; con mappe statiche, dove invece le mappe sono semplici immagini, adatto a browser più vecchi o con linguaggi di scripting disattivati.

L'aggiornamento delle pagine avviene ad intervalli di 15 minuti, si stanno ancora terminando gli sviluppi per permetterne un aggiornamento ogni qual volta che venga modificato il database Serenade. Poiché, come detto in precedenza, Serenade è ancora "sporco" si noterà una distribuzione di eventi eccessivamente sparpagliati, questa cosa verrà automaticamente risolta quando si copierà GeoVes in Serenade.

Final destination

Il processo di transizione dai precedenti sistemi a quelli nuovi non è ancora completo. L'obiettivo a lungo termine è quello di abbandonare e dismettere i sistemi vecchi e talvolta oramai obsoleti (Geoves, MyWBSM, Plinio/Sismolab) e passare ad una struttura completamente incentrata su Serenade, Wessel e Gossip per la gestione e la diffusione delle informazioni relative agli eventi sismici.

Nel mentre che viene completata la transizione dai vecchi ai nuovi sistemi, questi devono necessariamente convivere, in particolare per la fruizione da parte del pubblico. In questo momento, ad esempio, le localizzazioni definitive sono sicuramente accessibili solo attraverso Plinio/Sismolab, mentre non sempre disponibili in Gossip. Allo stesso modo le localizzazioni automatiche in Gossip sono più attendibili di quelle in Plinio/Sismolab. Le localizzazioni preliminari, invece, sono le stesse visualizzate in entrambi i sistemi.

Note finali e transitorie

Questa pagina è riferita alla situazione ai primi giorni di aprile 2020: eventuali sviluppi successivi, a meno di grandi cambiamenti, non verranno riportati qui. Si prega di riferirsi alle note di rilascio relative allo sviluppo delle interfacce pubbliche per ulteriori notizie.