Sistema di acquisizione dati a basso consumo basato su Linux per sensori multi-parametrici: il software.

Questo rapporto tecnico nasce con lo scopo di completare il lavoro presentato nel Numero 226 di que- sta stessa collana editoriale [Guardato, 2012] in cui è ampiamente descritto l’hardware di un sistema di ac- quisizione dati a basso consumo, basato sul sistema operativo open-source Linux, per l’acquisizione di se- gnali digitali seriali provenienti da sensori multi-parametrici. Il documento presente descrive dettagliatamen- te il software di gestione e funzionamento del relativo sistema con un taglio di tipo nettamente manualistico. Il software, che gira su una CPU del tipo ARM-9 a basso consumo [AT91SAM9G20] montata su una scheda elettronica commerciale, è suddiviso in due versioni maggiori: una di essa gestisce parte della stru- mentazione fuori acqua installata su una meda elastica nel Golfo di Pozzuoli [Iannaccone, et al, 2009] e de- nominata SURFACE, mentre l’altra gestisce al completo un modulo sottomarino per misure multi- parametriche, denominata MODULE. Su entrambe le versioni il software consente la gestione di: otto linee digitali di I/O, due interfacce seriali USB con accensione a comando, tre porte seriali asincrone di tipo RS- 232, una porta seriale asincrona half-duplex di tipo RS-485/RS-422, un convertitore analogico-digitale a 12- bit ad otto canali multiplexati (utilizzati, tra l’altro, per monitorare i consumi elettrici della strumentazione e del sistema stesso), un sensore per la misura della temperatura del sistema ed una bussola magnetica digitale per la misura dell’inclinazione e dell’orientazione della meda elastica (per la versione SURFACE) e del mo- dulo sottomarino (per la versione MODULE). L’architettura del software si completa, per il modulo sottoma- rino, con la gestione dell’evento relativo all’eventuale allagamento dell’housing del modulo; mentre per la parte fuori acqua, con la gestione del ricevitore GPS installato sulla parte emersa della meda elastica. Infine, una serie di script scritti in Bash, coadiuvati da una serie di applicazioni elaborate in linguaggio C, completano il software di gestione del microprocessore, delle periferiche e dei sensori integrati ed esterni al sistema di acquisizione

Specifiche tecniche del progetto di potenziamento a mare del sistema di sorveglianza dell’area vulcanica dei Campi Flegrei

L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia per lo svolgimento delle attività istituzionali condotte dalla Sezione di Napoli - Osservatorio Vesuviano, ha necessità di estendere in mare il sistema di sorveglian- za dell’area vulcanica dei Campi Flegrei, sita in provincia di Napoli. Il sistema esistente, infatti, è costituito da varie reti di rilevamento di parametri geofisici e geochimici, tutte centralizzate presso la sede dell’Osservatorio, con punti stazione ubicati sulla terraferma. Solo una stazione sperimentale, denominata CUMAS (Cabled Underwater Multidisciplinary Acquisition System), è operativa nel Golfo di Pozzuoli a cir- ca 2.4 km a sud del Rione Terra. (Per una descrizione dei sistemi di monitoraggio gestiti dall’Osservatorio Vesuviano si rimanda al sito www.ov.ingv.it). Il progetto di potenziamento “EMSO-MedIT: Potenziamento delle infrastrutture multidisciplinari di ricerca marina in Sicilia, Campania e Puglia quale contributo alla ESFRI EMSO”, finanziato dal MIUR, ha fornito le risorse per realizzare un sistema di monitoraggio permanente anche nella parte sommersa dei Cam- pi Flegrei. Il presente rapporto tecnico descrive questo sistema di monitoraggio marino costiero per dati geofisici da fondo mare, da installare nel Golfo di Pozzuoli, che prevede l’acquisizione in continuo e la relativa tra- smissione dei dati in tempo reale verso la sala di sorveglianza sismica-vulcanica dell’Osservatorio. Esso sarà costituito da tre sistemi di acquisizione dati indipendenti ognuno composto da una boa (tipo meda elastica e/o a palo) connessa via cavo elettromeccanico (per l’energizzazione e la comunicazione) ad un modulo mul- ti-parametrico posizionato sul fondo del mare, ad una distanza massima di venti metri dal corpo morto (costi- tuente la zavorra a cui è ancorata la boa), ed equipaggiati con strumentazione elettronica di controllo e di ri- levamento di parametri geofisici

InSEA Project: Initiatives in Supporting the consolidation and enhancement of the EMSO infrastructure and related Activities

The observation of the phenomena occurring on our planet was in the past based mainly on ground monitoring with both temporal and spatial approaches. On the other hand, in the part covered by the oceans until a few years ago the monitoring was carried out through discrete measurement campaigns in time and space with the disadvantage of not having information on the variability of oceanic processes. Only more recently, since the 90s of the last century, technology has allowed the installation of multidisciplinary systems on the seabed for long periods (years), even at great depths (thousands of meters). From the circumscribed campaigns in space and time, we have therefore moved on to the installation of observatories on the seabed, to record in a continuous way the physical and chemical parameters, in order to know the state of the oceans and of the whole planet. This produces two advantages: A spatial improvement of the observations, because they extend from land to the 1. previously less known and more extensive part of the planet, i.e. the oceans that cover seventenths of the Earth’s surface; A scientific improvement, because the oceans represent a fundamental element in the 2. processes at the base of the Earth’s climate, whose knowledge on large time scales makes it possible to understand the future evolution of these processes [e.g. Favali et al., 2015].PublishedRome6IT. Osservatori non satellitar

Four Years of Continuous Seafloor Displacement Measurements in the Campi Flegrei Caldera

We present 4 years of continuous seafloor deformation measurements carried out in the Campi Flegrei caldera (Southern Italy), one of the most hazardous and populated volcanic areas in the world. The seafloor sector of the caldera has been monitored since early 2016 by the MEDUSA marine research infrastructure, consisting of four instrumented buoys installed where sea depth is less than 100 m. Each MEDUSA buoy is equipped with a cabled, seafloor module with geophysical and oceanographic sensors and a subaerial GPS station providing seafloor deformation and other environmental measures. Since April 2016, the GPS vertical displacements at the four buoys show a continuous uplift of the seafloor with cumulative measured uplift ranging between 8 and 20 cm. Despite the data being affected by environmental noise associated with sea and meteorological conditions, the horizontal GPS displacements on the buoys show a trend coherent with a radial deformation pattern. We use jointly the GPS horizontal and vertical velocities of seafloor and on-land deformations for modeling the volcanic source, finding that a spherical source fits best the GPS data. The geodetic data produced by MEDUSA has now been integrated with the data flow of other monitoring networks deployed on land at Campi Flegrei

Seafloor Geodesy in Shallow Water With GPS on an Anchored Spar Buoy

Measuring seafloor motion in shallow coastal water is challenging due to strong and highly variable oceanographic effects. Such measurements are potentially useful for monitoring near‐shore coastal subsidence, subsidence due to petroleum withdrawal, strain accumulation/release processes in subduction zones and submerged volcanoes, and certain freshwater applications, such as volcano deformation in caldera‐hosted lakes. We have developed a seafloor geodesy system for this environment based on an anchored spar buoy topped by high‐precision GPS. Orientation of the buoy is measured using a digital compass that provides heading, pitch, and roll information. The combined orientation and GPS tracking data are used to recover the three‐dimensional position of the seafloor marker (anchor). A test system has been deployed in Tampa Bay, Florida, for over 1 year and has weathered several major storms without incident. Even in the presence of strong tidal currents which can deflect the top of the buoy several meters from vertical, daily repeatability in the corrected three‐component position estimates for the anchor is 1–2 cm or better.Published12116–121401IT. Reti di monitoraggio e sorveglianzaJCR Journa

The real-time multiparametric network of Campi Flegrei and Vesuvius

Volcanic processes operate over a wide range of time scale that requires different instruments and techniques to be monitored. The best approach to survey a volcanic unrest is to jointly monitor all the geophysical quantities that could vary before an eruption. The monitoring techniques are sometimes peculiar for each volcano, which has its own behavior. The simultaneous investigation of all the geophysical and geochemical parameters improves the sensibility and the understanding of any variation in the volcanic system. The Osservatorio Vesuviano is the INGV division charged of the Campi Flegrei and Vesuvius monitoring, two of the highest risk volcanic complexes in the world due to the large number of people living on or close to them. Each of them have peculiarities that increase the monitoring challenge: Campi Flegrei has high anthropic noise due to people living within its numerous craters; Vesuvius has a sharp topography that complicates the data transmission and analysis. The real time monitoring of the two areas involves several geophysical fields and the data are transmitted by a wide data-communication wired or radio infrastructure to the Monitoring Centre of Osservatorio Vesuviano: - The seismic network counts of 20 station sites in Campi Flegrei and 23 in Vesuvius equipped with velocimetric, accelerometric and infrasonic sensors. Some of them are borehole stations. - The GPS network counts of 25 stations operating at Campi Flegrei caldera and 9 stations at Vesuvius volcano. All the procedures for remote stations managing (raw data downloading, data quality control and data processing) take place automatically and the computed data are shown in the Monitoring Centre. - The mareographic network counts of 4 stations in the Campi Flegrei caldera coast and 3 close to the Vesuvius that transmit to the Monitoring Centre where the data are elaborated. - The tiltmetric network consist of 10 stations distributed around Pozzuoli harbor, the area of maximum ground uplift of Campi Flegrei, evidenced since 2005, and 7 stations distributed around the Vesuvius crater. Each tiltmetric station is also equipped with a temperature and magnetic sensor. The signals recorded are sent to the Monitoring Centre. - The 4 marine multiparametric stations installed in the Pozzuoli gulf send accelerometric, broad band, hydrophonic and GPS data to the Monitoring Centre. - The geochemical network counts of 4 multiparametric stations in the fumarolic areas of Campi Flegrei and 2 stations in the Vesuvius crater (rim and bottom) with data transmission to the Monitoring Centre. They collect soil CO2 flux, temperature gradient and environmental and meteorological parameters and transmit them directly to the Monitoring Centre. - The permanent thermal infrared surveillance network (TIRNet) is composed of 6 stations distributed among Campi Flegrei and Vesuvius. The stations acquire IR scenes at night-time of highly diffuse degassing areas. IR data are processed by an automated system of IR analysis and the temperatures values are sent to the Monitoring CentrePublishedVienna, Austria1IT. Reti di monitoraggio e sorveglianz

LA STAZIONE MULTIPARAMETRICA CUMAS NEL GOLFO DI POZZUOLI

Il sistema CUMAS (Cabled Underwater Module for Acquisition of Seismological data) è un prodotto tecnologico-scientifico complesso nato con il Progetto V4 [Iannaccone et al., 2008] allo scopo di monitorare l’area vulcanica dei Campi Flegrei (fenomeno del bradisismo). Si tratta di un modulo sottomarino cablato e connesso a una boa galleggiante (meda elastica). Il sistema è in grado di acquisire e trasmettere alla sala di monitoraggio dell’OV, in continuo e in tempo reale, sia i segnali sismologici sia quelli di interesse geofisico ed oceanografico (maree, correnti marine, segnali acustici subacquei, parametri funzionali di varia natura). Il sistema è in grado di ricevere comandi da remoto per variare diversi parametri di acquisizione e di monitorare un cospicuo numero di variabili di funzionamento. Il sistema si avvale del supporto di una boa galleggiante attrezzata. La boa è installata a largo del golfo di Pozzuoli (Napoli) a circa 3 km dalla costa. Il modulo sottomarino, collegato via cavo alla parte fuori acqua della boa, è installato sul fondale marino a una profondità di circa 100 metri.Submitted82-851.1. TTC - Monitoraggio sismico del territorio nazionale1.3. TTC - Sorveglianza geodetica delle aree vulcaniche attive1.4. TTC - Sorveglianza sismologica delle aree vulcaniche attive1.5. TTC - Sorveglianza dell'attività eruttiva dei vulcani1.8. Osservazioni di geofisica ambientale2.5. Laboratorio per lo sviluppo di sistemi di rilevamento sottomarini5.2. TTC - Banche dati di sismologia strumentaleN/A or not JCRope

LA STAZIONE MULTIPARAMETRICA CUMAS NEL GOLFO DI POZZUOLI

Il sistema CUMAS (Cabled Underwater Module for Acquisition of Seismological data) è un prodotto tecnologico-scientifico complesso nato con il Progetto V4 [Iannaccone et al., 2008] allo scopo di monitorare l’area vulcanica dei Campi Flegrei (fenomeno del bradisismo). Si tratta di un modulo sottomarino cablato e connesso a una boa galleggiante (meda elastica). Il sistema è in grado di acquisire e trasmettere alla sala di monitoraggio dell’OV, in continuo e in tempo reale, sia i segnali sismologici sia quelli di interesse geofisico ed oceanografico (maree, correnti marine, segnali acustici subacquei, parametri funzionali di varia natura). Il sistema è in grado di ricevere comandi da remoto per variare diversi parametri di acquisizione e di monitorare un cospicuo numero di variabili di funzionamento. Il sistema si avvale del supporto di una boa galleggiante attrezzata. La boa è installata a largo del golfo di Pozzuoli (Napoli) a circa 3 km dalla costa. Il modulo sottomarino, collegato via cavo alla parte fuori acqua della boa, è installato sul fondale marino a una profondità di circa 100 metri

Un metalinguaggio versatile per strumentazione con interfaccia di comunicazione seriale

INGVPublished7TM. Sviluppo e Trasferimento Tecnologic

GAMbUSIA - a GenerAl purpose Metalanguage for instrUments with Serial InterfAce

Monitoring system designed for biological and marine environment observation are equipped with different types of sensors related to different disciplines. For each sensor integrated in the system it is necessary to develop a driver (software/firmware) specific to its operation. This kind of approach limits the system flexibility because the addition of a new sensor involves the update of the entire software control . For this reason it is important to reduce the time and simplify the work required to integrate new sensors. This paper present GAMbUSIA (GenerAl purpose Metalanguage for instrUments with Serial InterfAce) wich aim to improve code reuse and system flexibility. GAMbUSIA is a metalanguage, based on eXtensible Markup Language (XML), with which it is possible to describe the communication protocol at a high level and use (and reuse) this description instead to develop an ad-hoc driver. In order to evaluate the proposed solution, Gambusia is used to create an oceanographic sensor description in a data acquisition system.Published7TM. Sviluppo e Trasferimento TecnologicoJCR Journa