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<> proposal of efficient routing techniques and intelligent vehicular traffic management in the smart cities context, through distributed wireless networks
(2016-02-02) Sottile, Cesare; Pantano, Pietro Salvatore; De Rango, Floriano; Marano, Salvatore
In this thesis, the design of e cient techniques for routing protocol suitable to Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs) has been pro- posed. In particular, the aims of the proposed protocols are to reduce interference issues, due to the data transmissions in wireless environ- ment. The proposed protocols use time series prediction models and also multi-objective metric, based on the evaluation of co-channel in- terference levels, end-to-end delay, and link duration probability along the di erent links from sources towards destinations. These param- eters are modelled through an optimization problem. The key fac- tors are to exploit the advantages available to the Standard 802.11p, based on a dynamic allocation mechanism of the DSRC spectrum, aimed at the reduction of the co-channel interference and the maxi- mization of the link duration probability (two key issues in vehicular environments). Another topic discussed in this thesis is related to the smart vehicular tra c management through VANETs infrastructure and communications(V2I and V2V). A distributed algorithm with the aim to build less congested path for the vehicles in a urban scenario has been developed. It is also considered the problem regarding to enhance air quality around the cities reducing the vehicles CO2 emis- sions. There are di erent causes related to the CO2 emissions such as the average travelled time spent by vehicles inside the city and their average speed. Hence, with a better tra c management the average time spent by the vehicles in the city will be considerably reduced as well as CO2 emissions. These results are demonstrated in a discrete event simulator by using also real tra c data
<> rappresentazione virtuale delle simulazioni 2-D delle piene in aree urbane per il miglioramento della comunicazione del rischio idraulico
(2019-05-10) De Santis, Rosa; Critelli, Salvatore; Macchione, Francesco; Costabile, Pierfranco; Pantano, Pietro Salvatore
I fenomeni di allagamento di aree urbane rappresentano un problema molto attuale, poiché il numero di persone potenzialmente coinvolte ed il valore degli elementi a rischio, in termini economici, artistici e culturali, può essere notevole in larghe parti del territorio e delle aree urbanizzate. Nel contesto europeo, la Direttiva 2007/60/CE del Parlamento Europeo del 23 ottobre 2007, relativa alla valutazione e alla gestione del rischio alluvionale, prescrive di valutare il rischio attraverso studi di natura idraulica. In tale ambito, vi è l'esigenza di utilizzare strumenti predittivi e metodologie di analisi adeguati per la determinazione delle reali condizioni di rischio associate al realizzarsi di un determinato evento alluvionale. Uno studio di inondazione in area urbana, per essere di reale supporto per l'implementazione di adeguate misure di previsione e prevenzione, necessariamente deve coinvolgere una serie di aspetti che spaziano dall'acquisizione di dati topografici alla descrizione dei processi fenomenologici tipici del moto di una corrente in piena e della sua interazione con edifici e infrastrutture, agli algoritmi da utilizzare per la risoluzione delle equazioni del modello, alla restituzione dei risultati. Questa notevole mole di lavoro deve necessariamente trovare il suo sbocco naturale nella rappresentazione finale dei risultati tramite prodotti grafici che la Direttiva vigente individua nelle mappe di pericolosità e di rischio. Tuttavia la medesima Direttiva, richiama anche l’importanza della comunicazione del rischio, finalizzata al coinvolgimento dei diversi stakeholders e all’implementazione di una corretta gestione dell’emergenza. Vi è, dunque, una crescente necessità di presentare i risultati delle simulazioni idrauliche delle alluvioni in un formato che consenta una comprensione più immediata per i decisori finali e per la popolazione esposta. A tale scopo, potrebbe essere di notevole ausilio l’uso di rappresentazioni tridimensionali di alluvioni attraverso scenari virtuali ad integrazione delle classiche mappe di pericolosità da inondazione. Esse consentirebbero un incremento enorme della comprensibilità dei risultati dei complessi calcoli idraulici che sono alla base della redazione delle mappe di pericolosità. Per questo motivo, sarebbe auspicabile una competenza di base nelle tecniche di visualizzazione 3-D per la comunicazione del rischio idraulico per gli ingegneri idraulici che operano nel campo dell’analisi del rischio di alluvione. Questa tesi di Dottorato si inserisce proprio in tale contesto, e si articola in una proposta di criteri di rappresentazione di simulazioni idrauliche bidimensionali all'interno di un ambiente di realtà virtuale 3-D, con contenuti informativi diversi, destinati a differenti target di utenti, finalizzati ad una migliore comunicazione della pericolosità idraulica Si tratta dunque di restituire i risultati dei calcoli in immagini (e, in prospettiva, in video) che possano rappresentare, sotto forma di scenari virtuali, in maniera immediata le condizioni in cui si verrebbe a trovare un luogo nel corso di un’alluvione. Dovendo le immagini rappresentare visivamente le superfici idriche calcolate, necessariamente la procedura deve basarsi su modelli di calcolo che descrivano in maniera corretta i fenomeni idraulici che occorrono nelle correnti di piena. Escludendo l’uso delle equazioni di Navier-Stokes, poiché attualmente ancora troppo onerose per l’applicazione su aree vaste, occorre riferirsi alle equazioni complete delle acque basse, formulate in modo che possano correttamente rappresentare i fenomeni cui si è fatto cenno. Per tale motivo, la tesi ha inizio con l’analisi della modellistica 2-D completa, basata sulle equazioni delle acque basse (Shallow Water Equations, SWE) formulate originariamente da De Saint Vénant. Si focalizzerà l’attenzione sulla formulazione e sui metodi di integrazione numerica idonei per ottenere delle soluzioni in grado di inglobare correttamente anche i fenomeni locali presenti nella propagazione della corrente, anche con riferimento all’interazione con la topografia e i manufatti. Inoltre, saranno descritti tutti gli elementi necessari per la simulazione di un evento alluvionale, in particolare i criteri per la corretta rappresentazione della topografia e dei manufatti, la definizione delle condizioni iniziali e delle condizioni al contorno, la stima della scabrezza. Il secondo capitolo analizzerà i concetti teorici e metodologici relativi alla mappatura della pericolosità e del rischio di alluvione, in relazione allo stato dell’arte, ai metodi e alle sperimentazioni presenti nella letteratura scientifica internazionale e, più dettagliatamente, in ambito europeo. Verranno, dunque illustrati i criteri idonei per ottemperare alla Direttiva 2007/60/EC, relativi alla redazione delle mappe di pericolosità e di rischio idraulico. Il capitolo è finalizzato a mettere in luce peculiarità e criticità delle prassi correnti, da utilizzare come riferimento per la realizzazione di strumenti intuitivi ed efficaci per la comunicazione del rischio. È stata inoltre condotta un’analisi sugli aspetti cartografici della mappatura del rischio di inondazione, mettendo in luce alcune peculiarità relative all’elaborazione e alla redazione delle mappe. Dopo l’inquadramento generale operato dai capitoli precedenti, nel capitolo 3 si focalizzerà la proposta centrale di questa tesi di dottorato, con riferimento alla situazione Calabrese. La Regione Calabria, con le risorse POR Calabria 2000-2006 si è già dotata, per l’esecuzione degli studi sulle alluvioni, di “Metodologie di individuazione delle aree soggette a rischio idraulico di esondazione”. Tali metodologie e le relative Linee Guida sono state elaborate dal Laboratorio di Modellistica numerica per la Protezione Idraulica del Territorio (da ora in avanti LaMPIT) dell’Università della Calabria in collaborazione con il CUDAM (Università di Trento), con l’Università di Pavia e con l’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale – OGS (Trieste). Questa tesi, svolta all’interno del LaMPIT, vuole essere un ideale sviluppo di quelle Metodologie. Esse sono basate sulle SWE trattate secondo i metodi e gli accorgimenti che appartengono alle categorie descritte nel capitolo 2 e, pertanto, le soluzioni da esse ottenute sono compatibili per l’uso finalizzato a una corretta trasposizione in immagini. La presente tesi ha perciò preso in esame i risultati di un caso di studio sviluppato per la Regione Calabria. Tali risultati furono rappresentati nelle Linee Guida secondo i classici canoni delle mappe di pericolosità. Tuttavia, come già osservato, le potenzialità di simulazione dei dettagli fisici conseguibili con i modelli numerici utilizzati potrebbero consentire la restituzione di tali risultati in immagini virtuali. Tra tutti i casi trattati nelle Linee Guida, si è voluto qui prendere in esame quello della mappa di pericolosità di inondazione del centro storico di Cosenza. Cosenza è attraversata dai fiumi Crati e Busento, che confluiscono proprio all’interno del centro urbano. Nonostante la città sia stata preservata da alluvioni negli ultimi 60 anni, Cosenza ha storicamente subito molte volte le conseguenze delle esondazioni dei suoi fiumi. Per documentare questo, una parte del lavoro di questa tesi si è voluto dedicarla alla descrizione degli eventi storici ricavata da documenti consultabili presso l’Archivio di Stato, la Biblioteca Nazionale, la Biblioteca Civica di Cosenza e concentrando l’attenzione non solo sugli aspetti idrologici, ma anche sugli effetti idraulici e sull’uso del suolo. L’ultima alluvione si verificò il 24 novembre 1959 e benché esista una discreta documentazione fotografica della situazione post-evento, non si ha nessuna immagine della città con l’alluvione in corso di svolgimento. Pertanto solo alcuni anziani abitanti dei luoghi alluvionati ricordano gli scenari vissuti. Le nuove generazioni non sono consapevoli di quali sarebbero questi scenari se oggi si verificasse l’esondazione dei fiumi. In verità le classiche mappe non sono lo strumento più intuitivo per trasferire tale consapevolezza alla popolazione. È questo il motivo per il quale si è scelto di implementare la procedura di visualizzazione oggetto di questa tesi proprio per la città di Cosenza. Pertanto, il terzo capitolo dopo un excursus storico, ha analizzato la simulazione idraulica di un’ipotetica alluvione di progetto riferita a un tempo di ritorno di 500 anni. Il quarto capitolo è incentrato sullo sviluppo di un workflow per rappresentare simulazioni idrauliche bidimensionali all'interno di un ambiente 3-D realizzato utilizzando la tecnica della texture mapping. Vengono discussi i risultati conseguiti, nonché le potenzialità di questo tipo di rappresentazione ai fini di un miglioramento della consapevolezza e della percezione del rischio da parte della popolazione, ai fini della preparazione e pianificazione dell’emergenza e supporto nella stima del danno alluvionale. La procedura proposta è stata applicata per la visualizzazione di immagini virtuali relative al caso studio descritto nel capitolo precedente. Il quinto capitolo propone un secondo prodotto di realtà virtuale realizzato utilizzando dati provenienti dal laser scanner terrestre. Sono descritte le campagne di acquisizione nonché le diverse fasi di gestione dei dati e di visualizzazione. Inoltre, si proporrà un ambiente interattivo, basato sulla tecnologia Web-GL, per la visualizzazione di scenari di inondazione utilizzando nuvole di punti di grandi dimensioni. Segue una discussione sulle potenzialità di questo prodotto ai fini del disaster management. Il capitolo finale è dedicato alle conclusioni generali e alle prospettive future.
Microbial mediation in the formation and alteration of minerals in shallow marine environments (Southern Calabria, Italy)
(2017-11-26) Cefalà, Massimo; Pantano, Pietro Salvatore; Perri, Edoardo
This work wants to investigate the role that microorganisms have in the alteration and precipitation of minerals, in particular Ca-carbonates, on natural and artefact rocks of archaeological interest in shallow marine environments. This finds numerous applications in the recognizing of the abiotic vs. biotic nature of neoformed minerals, such as in the reconstruction of depositional palaeoenvironment, in astrobiology and in medicine. In addition, nanostructured microbially induced minerals have several technical application varying from bioconservation, bioremediation, biogrouting to biomedic. Furthermore, the knowledge of such complex interaction between bacterial communities and hard substrates is essential for the preservation and the valorization in situ of underwater cultural heritage, which represents a particularly important element in the history of peoples. For this purpose, several key-samples of natural and artifact rocks, have been collected in Santa Maria di Ricadi bay and in the archaeological submerged park of Monasterace, respectively sited on the Tyrrhenian and Ionian coast of Southern Calabria. Optical and scanning electron microscopy (SEM) have been used for micro- and nano-scale investigation of the role of microorganisms in the precipitation and alteration of minerals. Observations showed that biofilms are characterized by: (1) Skeletal elements, such as red algae, bryozoan, polychaete, bivalves and diatoms; (2) bacteria such as cocci, bacilli, spirochaete, filamentous bacteria, often associated with organic matter remains which result sometimes mineralized; (3) Neo-formed Cacarbonate and pyrite minerals; (4) bioerosion elements, such as grooves and boreholes Neo-formed Ca-carbonate minerals occur in Monasterace biofilms as sheet deposits, triads or dumbbell- to spherical-shaped crystals; whereas in Santa Maria di Ricadi as aphanitic and peloidal deposits. All these deposits result made up by an assemblage of nanospheres, varying in diameter from 50 to 200 nm, tightly clotted together. The co-existence of degraded EPS and bacteria, strictly associated with Cacarbonate nanospheres, implies that the organic matter and the microbial metabolism played a fundamental role in the precipitation of these minerals. Moreover, in Monasterace biofilms, framboidal pyrite occur both in rock fracture up to 2 mm below rock surface and within cavities of encrusting red algae. The presence of framboidal pyrite and dumbbell- to spherical- shaped crystals imply they formed in anoxic environment by sulphate reducers bacteria. As regards bioerosion products, these results formed by epilithic, endolithic and euendolithic organisms. In particular, in Ca-carbonate deposits forming part of Santa Maria di Ricadi rock samples, an intricate net of grooves is produced by cyanobacterium M. testarum. All these elements suggest that biofilms are complex systems formed by different biotic processes occurred both in oxic and anoxic conditions. Epilithic and endolithic microorganisms resulted capable to modify chemical and physical microconditions leading to the precipitation and alteration of diverse rocky materials, in particular Calcium carbonate, in shallow marine environments.
Petrographic and geochemical study of the Jarosite bearing layers of Aeolian Islands
(2014-11-26) Khyabani, Fahimeh Ryazi; Pantano, Pietro Salvatore; Barca, Donatella; Crisci, Gino Mirocle
A thin reddish-brown Surface Coating (SC) layer has diffusely covered many outcrops of Vulcano Island (one of the Aeolian Islands), located in the Tyrrhenian Sea, south Italy. Vulcano, in the last 120ka has been subjected to volcanic activities including both eruptions (pyroclastic and lava types in shoshonitic and leucite-tephritic series) and fumarolic degassing. The SC that has been formed on almost all these lithologies appears as a reddish (sometimes pinkish) brown glass-like rind with a greasy luster which adheres to substratum and fills and completely seals its surface irregularities. The precise formation process of the SC is what we have tried to model in the present work. The SC in Vulcano, like other active volcanic precincts, includes amorphous silica associated with a sulfate phase as jarosite mineral. Jarosite as a basic hydrous sulfate of potassium and iron is the head member of jarosite subgroup. Under the microscope, SC is consisted of a micro laminated layer (less than 1μm to 7μm in thickness) which is composed of alternative dark and light laminae. The light laminae are composed of jarosite, while the darker ones are made of almost pure silica. In many cases of the SC, the laminae encompass lenticular areas containing coarser mineral crystals and noticeable number of glass shards, very fresh to altered in different grades, within an inexplicit background. The relations between all these components (laminated portion and the trapped area between different subsets of laminae) creates some particular textures such as lentic/eye texture; convoluted texture (flow of laminae); branching, rejoining, and tee-shaped perpendicular junctions of the laminae. These particular textures are quite comparable to the patterns of Liesegang Bands in the microscopic scale. Permeability of the rock; the presence of reactants such as oxygen, iron, and sulfur; and a potential fluid to be supersaturated are required factors for developing the Liesegang bands. The porous surface of the pyroclastic deposits of Vulcano can be exposed to the acidic fluids (produced by the interaction between water and fumarolic gases) and the availability of the iron and sulfur can provide the suitable condition to form the Liesegang patterns.
Some Calabrian stones as building materials: characterization, durability and use suggestions
(2017-07-11) Forestieri, Giulia; Pantano, Pietro Salvatore; Ponte, Maurizio; Campolongo, Alessandro; De Francesco, Anna Maria; De Buergo Ballester, Mónica Alvarez
The aim of this PhD thesis is to provide new scientific data regarding the use of certain Calabrian stones as building materials. This investigation included specific local stones used by the most important schools of Stonemasons of Calabria, in particular in the Cosenza Province; focusing on how properties of different building materials have influenced the figurative and architectural models. In this study, stones commonly used as building materials are selected according to two important criteria: 1. The large employment of these materials in the past as building and decorative elements. Studying the use of selected stones in the centuries assists in identifying four lithotypes largely used by the most important Calabrian Schools of Stonemasons in the Cosenza Province: • San Giovanni in Fiore granite - in the Sila area by the school of San Giovanni in Fiore and famous for its severe style due to “Joachim of Fiore” rules, and to material hardness. • Grisolia stone – known as “gold stone” for its gold inclusions; limestone that represents the principal building material of the majority of the historical centers of the northern Tyrrhenian part of the Calabrian region and a small part of the Basilicata region. • San Lucido stone - biocalcarenite known in the past as “biancolella”; employed as a building material in the historical center of San Lucido and in the historical center of Cosenza, to build structural and decorative elements such as portals and arches. • Fuscaldo stone - sandstone commercially known as “sweet stone” and utilized by artisans of the 14th century school of Fuscaldo; principally known for the construction of portals of noble palaces, built in the Spanish “plateresco” (plateresque) style for ornamental elements. 2. Lithotypes belonging to the different active and non-active important quarry areas of the Cosenza Province. Also taken into account is the possibility that these quarries may still be exploited for a local limited use, or a possible diffusion on a large scale out of the Region. Special attention is dedicated to the characterization, durability, and to the building techniques employed in the past of the selected stones. The petrophysical and mechanical characterization of these stones are performed by means of studying the petrographic characteristics, chemical and mineralogical composition, hydric properties; and the physical and mechanical behavior, with special attention to possible anisotropies. For this purpose, laboratory and non-destructive tests on quarry samples complying the current standards for “natural stones” and for the “conservation of cultural property” are performed. Salt crystallization and freeze-thaw tests are performed to assess the durability of the stones and to relate the investigated stone properties with their behavior towards decay agents. Among all the investigated lithotypes, San Giovanni in Fiore granite and Grisolia stone result the stones with a better mechanical and resistance behavior than the other lithotypes. In terms of durability, they are the most durable stones, and in terms of mechanical strength resistance, the strongest stones, both suitable for indoor and outdoor uses. But, petrographically, in the case of San Giovanni in Fiore granite, the oriented sets of microcracks demonstrate that microcracks influence the physical and mechanical behavior of this lithotype. In fact, comparing San Giovanni in Fiore granite with other similar granites, this stone presents worse properties and an anisotropic strength behavior, connected to the different orientation of its intracrystalline and intercrystalline microcracks. San Lucido calcarenite is classified as a stone with better mechanical features than petrophysical and hydric properties, so, the recommended use is for structural purposes, especially inside rather than for ornamental and external uses, in general where salts are not present. Concerning both petrohysical-mechanical properties and durability, Fuscaldo sandstone is the stone with the worst behavior, if compared with the other investigated lithotypes. Its mineralogical composition connected to the susceptibility of some minerals, its high open porosity, the presence of a lot of micropores, its anisotropic hydric behavior, the high degree of ultrasonic anisotropy and its low mechanical strengths, makes this stone sensitive to decay processes and the recommendation is to use this stone for inside purposes and where no salts are present. Results demonstrate that anisotropy and porosity are the main influencing factor in the stone behavior and durability. The way in which stones are positioned can avoid decay processes and improve their petrophysical-mechanical properties. In particular, it is suggested positioning the most anisotropic lithotypes (e.g. Fuscaldo sandstone) with the Z-direction parallel to the loading direction to obtain higher strengths and, simultaneously, to minimize water absorption. Moreover the pore structure, the pore-size distribution, the open porosity and the hydric behavior influence directly the stone resistance in front of decay agents. Microporous stones (e.g. Fuscaldo sandstone) or stones with high capillary coefficients (e.g. San Lucido calcarenite) have been classified as more susceptible to decay agents. Furthermore, an attempt is made to consider possible modifications of current standards and performed non-destructive techniques, strictly focusing on the applied methods and the tested material of this research. In conclusion, all obtained results indicate the optimum use and the best methodology to perform, for the four investigated stones as building materials with regards to the stones’ properties and with particular attention to different behaviors towards the anisotropy
Stima della produzione solida in bacini idrografici con differenti caratteristiche mediante l'applicazione del modello EPM
(2017-07-12) Vacca, Carmine; Pantano, Pietro Salvatore; Dominici, Rocco; Mao, Luca
In order to increase the knowledge of sediment production and transport at the river basin scale, the research aims at the creation of a GIS project based on the multiparametric equation related to the potential erosion model EPM (Gavrilovic, 1988). The GIS allows the remote sensing data (DEM, satellite images, aerial photos etc.) to be associated with the informations detected on field. The interaction between different thematic layers allows to obtain, in an analytical way, a cartographic and a numeric output as database. These data storage are easily consulted and implemented, making the use of GIS essential for proper spatial planning. Starting from this methodological assumption, the EPM Model was applied for a certain number of catchment areas, in different geographic contexts, to better characterize the input data as a function of the output data. The output model has been calibrated and validated by comparing the experimental data obtained with real estimates of sediment transport, suspend load and bed load, of an Alpine Basin (Rio Cordon) and a Chilean Basin (Estero Morales), and with estimates of silting of dams, located in the Alpine Arc and along the Southern Apennines. The implementation of a connectivity index (degree of linkage between sediment sources and downstream areas) has led to the individuation of the volume of material that can feed an hypothetical coastal physiographic unit or can cause problems to an artificial reservoir. This more efficient model was applied to three test basin located in the Ionian (F.ra Saraceno e Stilaro) and Tyrrhenian (F.ra Sfalassà) Calabria areas. The versatility of GIS platforms and the data obtained from the EPM Model enable us to obtain a connective tool easily developable through the time, which permits the interaction between individuals and institutions in order to perform a proper management of the areas particularly vulnerable from the hydrogeological point of view
Studio di processi di degrado su manufatti archeologici in ambiente narino sommerso e sperimentazione di procedure innovative per la conservazione in situ
(2014-12-01) Aloise, Piergiorgio; Pantano, Pietro Salvatore; Mauro, F.; La Russa, Donatella