GeoMIND Lab - Laboratorio di Analisi dei Geo-dati, Modellazione e Intelligenza Artificiale

Il Laboratorio di Analisi dei Geo-dati, Modellazione e Intelligenza Artificiale – GeoMIND Lab integra competenze multidisciplinari finalizzate alla gestione, analisi, modellazione e rappresentazione avanzata dei dati delle Scienze della Terra.

Il Laboratorio nasce dalla convergenza e dall’evoluzione di competenze maturate nell’ambito dei Sistemi Informativi Geografici (GIS), della cartografia geologica e tematica, della modellazione geologica del sottosuolo e dell’analisi quantitativa dei geo-dati. A queste attività si affiancano metodologie di data analytics, geostatistica, machine learning e artificial intelligence, finalizzate allo sviluppo di modelli interpretativi e predittivi per lo studio di processi geologici, ambientali e territoriali.

L’obiettivo del GeoMIND Lab è sviluppare un ambiente integrato nel quale dati geologici, geochimici, geofisici, geomorfologici e territoriali possano essere organizzati, analizzati e combinati mediante metodologie quantitative e strumenti digitali avanzati, operando a differenti scale spaziali e temporali e in contesti 2D, 3D e 4D.

Giancarlo Ciotoli (Referente) -  Michele Livani -  Federico Mori -  Francesco Pennica -  Livio Ruggiero -  Davide Scrocca -  Francesco Stigliano

Unità di Montelibretti: referente dott. Francesco Stigliano; preposto alla sicurezza dott. Francesco Pennica

Unità di Roma: referente dott. Davide Scrocca

Giancarlo Ciotoli: giancarlo.ciotoli@cnr.it - tel. 329.5758370

Sede di Montelibretti

Postazioni a disposizione per l’analisi dati e produzione della cartografia

  • 3 Workstation per elaborazioni dati
  • 3 postazioni per la realizzazione di prodotti cartografici
  • 1 Plotter per stampa e digitalizzazione di cartografia per formati fino ad A0
Infrastruttura server

Infrastruttura informatica composta da un cluster di virtualizzazione Proxmox (5 nodi), con storage Ceph e server NAS per archiviazione e backup.

Accordo PCM DPC-CNR IGAG per la Realizzazione delle attività di cui all’ordinanza 532/2018 riguardanti gli interventi di prevenzione del rischio sismico previsti dall’articolo 11 del decreto legge 28 aprile 2009 n. 39, convertito con modificazioni dalla legge 24 giugno 2009, n. 77” finanziato dalla Presidenza del Consiglio dei Ministri Dipartimento della Protezione Civile (Rep. DPC n. 5075 del 13/12/2018).

Convenzione tra Commissario Straordinario sisma 2016 e Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (per il Centro per la Microzonazione Sismica e le sue applicazioni) – “Supporto e coordinamento tecnico-scientifico per realizzare approfondimenti in zone con instabilità di versante e cavità individuate con gli studi di microzonazione sismica condotti ai sensi dell’Ordinanza n. 24 del 12 maggio 2017 nei Comuni interessati dagli eventi sismici verificatisi a far data dal 24 agosto 2016 o segnalate agli uffici del Commissario Straordinario.

Progetto LIFE RESPIRE (Radon rEal time monitoring System and Proactive Indoor Remediation), in collaborazione con Sapienza-CERI (Centro di Ricerca Previsione, Prevenzione e Controllo dei Rischi Geologici), Elica, FANC (Federaal Agentschap voor Nucleaire Controle) e INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) – avente come obiettivo la realizzazione di una soluzione per la misura in tempo reale delle concentrazioni di radon e il risanamento degli spazi chiusi, in modo da tenere i livelli di radon indoor inferiori a 100 Bq/m3 (come indicato nella Direttiva Europea 2013/59/EURATOM); tale dispositivo è stato testato in 4 aree significative in Italia e in Belgio, aventi differente potenziale di radiazione geogenico

Accordo ai sensi dell’art. 15 legge 7 agosto 1990, n. 241, e dell’art. 6 della legge 24 febbraio 1992, n. 225 tra la Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento della Protezione Civile e il Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria per le attività di supporto al Dipartimento della Protezione Civile nelle aree delle regioni Abruzzo, Lazio, Marche e Umbria interessate dagli eventi sismici a partire dal 24 agosto 2016

Convenzione tra Commissario Straordinario del Governo per la Ricostruzione Sisma 2016 e Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (per il Centro per la Microzonazione Sismica e le sue applicazioni) per il “Supporto e coordinamento tecnico-scientifico per le attività di microzonazione sismica dei territori colpiti dagli eventi sismici a far data dal 24 agosto 2016”.

Principali attività

Le principali attività del Laboratorio comprendono:

  • gestione e integrazione dei geo-dati, mediante geodatabase mono- e multiutente e procedure per l’organizzazione, armonizzazione e gestione di dataset territoriali eterogenei e multiscala;
  • analisi geospaziale e GIS, per l’elaborazione, l’integrazione, l’interpretazione e la rappresentazione di dati geologici, geochimici, geofisici e ambientali;
  • cartografia geologica, geochimica, geotematica e ambientale, attraverso metodologie GIS e procedure quantitative di analisi spaziale;
  • geostatistica e spatial data analysis, comprendenti analisi della struttura spaziale dei dati, interpolazione, modellazione dell’incertezza, individuazione di anomalie e produzione di modelli e superfici predittive;
  • modellazione geologica 2D, 3D e 4D, basata sull’integrazione di dati geologici e geofisici di superficie e sottosuolo, inclusi dati di sismica a riflessione, dati di pozzo e cartografia geologica;
  • ricostruzione geologico-strutturale, dalla scala crostale alla caratterizzazione di strutture e sistemi di faglia a scala regionale e locale;
  • data analytics, analisi statistica e multivariata di dataset geoscientifici complessi, eterogenei e multidimensionali;
  • applicazione di tecniche di machine learning e artificial intelligence per classificazione, regressione, riconoscimento di pattern, modellazione predittiva e integrazione di dataset complessi;
  • sviluppo di workflow riproducibili, procedure automatizzate e strumenti computazionali per l’elaborazione, l’analisi e la modellazione dei geo-dati;
  • visualizzazione scientifica avanzata, rappresentazione tridimensionale e produzione di output cartografici, modelli digitali e strumenti per l’esplorazione e la comunicazione dei risultati;
  • sviluppo e gestione di Web-GIS, piattaforme informatiche e servizi web per la visualizzazione, pubblicazione, archiviazione e condivisione dei geo-dati, anche secondo standard aperti OGC;
  • sviluppo di modelli, procedure e plugin per ambienti GIS e piattaforme open source;
  • sviluppo di strumenti per la gestione e l’elaborazione di dati a supporto di attività di ricerca, monitoraggio territoriale e valutazione delle pericolosità geologiche;
  • sviluppo di scenari di impatto, procedure near-real-time e strumenti di supporto alle decisioni per la valutazione degli effetti di eventi naturali su territorio, infrastrutture e sistemi strategici;
  • alta formazione e trasferimento delle competenze nei settori GIS, analisi geospaziale, geostatistica, modellazione geologica, data analytics, machine learning e intelligenza artificiale applicata al mapping geoscientifico.

Data Analytics, Geostatistica e Artificial Intelligence

Una delle componenti caratterizzanti del GeoMIND Lab è rappresentata dall’integrazione tra analisi statistica, geostatistica, data analytics, machine learning e intelligenza artificiale applicate alle Scienze della Terra.

Il Laboratorio sviluppa e applica metodologie finalizzate all’analisi di set di dati complessi e alla costruzione di modelli quantitativi robusti.

Le attività comprendono:

  • analisi esplorativa e statistica dei dati;
  • analisi multivariata;
  • analisi geostatistica della struttura spaziale;
  • interpolazione e modellazione spaziale;
  • valutazione e propagazione dell’incertezza;
  • selezione e valutazione dei predittori;
  • tecniche di classificazione e regressione supervisionata;
  • metodi non supervisionati e individuazione di pattern;
  • sviluppo e validazione di modelli predittivi;
  • integrazione tra modelli data-driven e conoscenza geologica;
  • analisi della persistenza e della variabilità spaziale dei fenomeni studiati.

Particolare attenzione è dedicata all’integrazione tra conoscenza del processo geologico, struttura spaziale dei dati e metodologie data-driven, evitando un utilizzo puramente algoritmico delle tecniche di machine learning e intelligenza artificiale.

Modellazione geologica di sottosuolo

Il GeoMIND Lab sviluppa modelli geologico-strutturali attraverso l’interpretazione e l’integrazione di dati geologici di superficie e sottosuolo.

Le attività comprendono la modellazione geologico-strutturale 2D, 3D e, quando i dati lo consentono, 4D, finalizzata alla ricostruzione dell’assetto geologico-strutturale e dell’evoluzione tettonica e all’analisi geometrica e cinematica delle strutture geologiche.

Le attività di ricerca e applicative riguardano principalmente:

  • Creazione e gestione di banche dati;
  • caratterizzazione e modellazione del sottosuolo;
  • analisi strutturale e sismotettonica;
  • caratterizzazione dei sistemi di faglia;
  • valutazione delle georisorse;
  • valutazione dei rischi naturali e antropici;
  • caratterizzazione di siti per lo stoccaggio geologico di CO₂ e CH₄.

GIS, analisi geospaziale e gestione dei geo-dati

Il Laboratorio sviluppa e applica metodologie GIS per la gestione, integrazione, analisi e rappresentazione dei dati territoriali e geoscientifici.

Le attività comprendono la progettazione e gestione di geodatabase, la produzione di cartografia geologica e tematica, la realizzazione di strumenti Web-GIS per la visualizzazione e pubblicazione dei dati.

Sono inoltre sviluppati strumenti e procedure per elaborare, archiviare, condividere e standardizzare i dati, a supporto di progetti di ricerca e di attività applicative destinate alle Enti Istituzionali.

Alta formazione e trasferimento delle competenze

Il GeoMIND Lab svolge attività di alta formazione rivolte a studenti universitari, dottorandi, ricercatori, tecnici e professionisti, con particolare riferimento all’analisi quantitativa e spaziale dei geo-dati, alla geostatistica, ai Sistemi Informativi Geografici, alla modellazione geologica 2D, 3D e 4D e all’applicazione di tecniche di data analytics, machine learning e intelligenza artificiale alle Scienze della Terra.

Particolare attenzione è dedicata allo sviluppo di competenze per la cartografia quantitativa e predittiva, attraverso l’integrazione di dati geologici, geochimici, geofisici e territoriali. Le attività formative comprendono l’analisi esplorativa dei dati, la selezione e costruzione dei predittori, la classificazione e regressione supervisionata, i metodi non supervisionati, la modellazione spaziale, la validazione dei modelli e la valutazione dell’incertezza.

Nell’ambito delle applicazioni di machine learning al mapping, il Laboratorio promuove approcci nei quali i metodi data-driven sono integrati con la conoscenza geologica e con la struttura spaziale dei fenomeni, finalizzati alla produzione di mappe di suscettibilità, pericolosità, favorevolezza, anomalie e potenziale geologico, nonché di superfici predittive e probabilistiche a supporto dell’interpretazione scientifica e dei processi decisionali.

Le attività di alta formazione possono essere sviluppate attraverso corsi specialistici, scuole, workshop, seminari, attività tutoriali, tesi di laurea e dottorato e percorsi formativi nell’ambito di progetti di ricerca nazionali e internazionali, favorendo anche la diffusione di workflow riproducibili e di strumenti open source per l’analisi e la modellazione dei geo-dati.

Ambiti applicativi

Le competenze integrate del GeoMIND Lab trovano applicazione in diversi settori delle Scienze della Terra, tra cui:

  • pericolosità e rischi geologici e naturali;
  • modellazione geologica e caratterizzazione del sottosuolo;
  • georisorse ed energia;
  • stoccaggio geologico;
  • geochimica ambientale e cartografia geochimica;
  • sismotettonica e microzonazione sismica;
  • analisi e gestione dei dati territoriali;
  • monitoraggio dei processi geologici e ambientali;
  • modellazione spaziale e predittiva;
  • pianificazione e gestione del territorio;
  • scenari di impatto e supporto alla pianificazione e alla gestione delle emergenze, anche mediante procedure near-real-time;
  • sviluppo di strumenti quantitativi e digitali di supporto alle decisioni.

Il GeoMIND Lab opera, inoltre, a supporto di progetti di ricerca nazionali e internazionali, promuovendo l’integrazione tra dati osservativi, conoscenza geologica, modellazione quantitativa, analisi spaziale e tecnologie digitali.

Sedi

Il Laboratorio opera presso le unità di: Montelibretti, Area territoriale di ricerca di Roma 1 (Rif. Dott. Francesco Stigliano)

Roma/Sapienza, Dipartimento di Scienze della Terra, Sapienza Università di Roma (Rif. Dott. Davide Scrocca)

Il Laboratorio opera attraverso il contributo integrato del personale afferente alle due sedi e delle diverse competenze confluite nella nuova struttura.