Riccardo Scipinotti UTA
Samuele Pierattini DTE-ICT
L’ENEA, nell’ambito delle attività del Programma Nazionale di
Ricerche in Antartide (PNRA), ha il compito dell’attuazione
delle Spedizioni antartiche e, fra i compiti logistici
necessari, c’è quello di garantire l’infrastruttura informatica
delle Basi italiane.
Nel corso della XXXIII campagna
antartica (2017-2018) l’Unita Tecnica Antartide (UTA) di ENEA ha
iniziato una sperimentazione per l’utilizzo dei droni nelle Basi
come ausilio per svolgere le attività sia logistiche che
scientifiche. Nel corso della XXXIV tale sperimentazione si è
conclusa con successo ed è stato istituito il “Servizio Droni”
che, oltre a garantire l’acquisizione di immagini e video nello
spettro del visibile e termico, offre anche l’elaborazione delle
immagini tramite tecniche fotogrammetriche e post-processamento
per la realizzazione di immagini Gigapixel e dati GIS.
Per consentire l’erogazione di questo
Servizio presso la Stazione Mario Zucchelli Station (MZS),
nell’ambito della collaborazione tra la divisione ENEA DTE-ICT e
UTA è stato installato un cluster di calcolo HPC. Questo cluster
era parte dell’infrastruttura di calcolo ENEAGRID denominata
“CRESCO3”, ed è costituito da 2 cestelli (Cluster A e Cluster B)
montati su macchine TwinSquare SuperMicro avente ciascuno 4 nodi
e doppia alimentazione PDU. Ogni nodo ha 64 GB di RAM e 2 socket
AMD Opteron 2.4 GHz da 12 cores l’uno per un totale di 24 cores.
Completano la configurazione 3 dischi fissi da 500GB SATA2
installati per ogni nodo. Tutti gli 8 nodi sono dotati di schede
grafiche dedicate NVIDIA con 2GB di memoria; il Cluster A monta
il modello K620 e il Cluster B il P620. Di seguito sono
riportati i dettagli dei due Cluster:
Cluster A
Nodo installato nella XXXIII campagna (2017-2018) e dedicato ad attività fotogrammetriche utilizzando il software Agisoft Photoscan. I 4 nodi sono cosi configurati:
- S.O. CentOS 7.0;
- NFS per la condivisione dei files tra i nodi;
- Agisoft Photoscan 1.2.6 / 1.4.1;
- Ffmpeg per l’estrazione dei frames dai video.
Cluster B
Nodo installato nella XXXIV campagna (2018-2019) dedicato all’utilizzo di Software Windows e applicativi per l’elaborazione di immagini e video oltre a costituire un “backup” Hardware/Software. I nodi sono cosi configurati:
Nodo 1) S.O. Windows server 2012R2 con installati QGIS 2.8.28, “Image Manipulator” e “CloudCompare”;
Nodo 2) S.O Ubuntu 18 con installate le librerie di Computer Vision open source “OpenCV”;
Nodo 3) S.O. CentOS 7.0 / 7.3
Il cluster HPC installato presso la Base Mario Zucchelli
Station.
L’accesso all’infrastruttura, sia per
le applicazioni grafiche/interattive che di calcolo e storage
avviene da remoto tramite il software Thinlinc (client e web)
per il cluster A e, in generale, per i nodi Linux con il nodo
cresco3x057, front-end dell’intero cluster.
Per il nodo Windows l’accesso avviene
tramite Desktop Remoto, configurato per permettere alle
applicazioni di accedere alla scheda grafica. Un ulteriore
cestello con 2 nodi, sempre facente parte dell’infrastruttura
CRESCO3, è stato installato presso il CED di ENEA-Bologna come
sistema di test da usare in preparazione delle spedizioni
antartiche.
Nel corso delle precedenti 2 campagne in cui i Cluster HPC sono stati installati e configurati, le attività logistiche e scientifiche che hanno usufruito del sistema sono:
1) rilievi fotogrammetrici del’avio pista in fase di costruzione presso Boulder Clay. I rilievi restituiscono un modello tridimensionale molto fedele alla realtà e sono stati utilizzati per acquisire lo stato di finitura della superficie della pista e per controllare che la sua direzione e quota rispettassero i parametri di progetto oltre ad evidenziare avvallamenti e rilievi anche di ridotte volumetrie. Sono stati effettuati con i dati fotogrammetrici generati dalle immagini acquisite dal drone calcoli volumetrici per la movimentazione del materiale utili nella pianificazione delle attività;
DEM e Ortofoto dello stato attuale dell’avio pista 1650mx80m @200 Risoluzione 1.62cm/px.
Stima volumi da movimentare e quote dell’area parcheggio.
2) creazione di DEM e ortofoto per il progetto scientifico di Guglielmin “Clic-PerEco” (Stefano Ponti) nell’elaborazione di immagini che insistono su un lago ghiacciato sulla morena di Boulder Clay per evidenziare eventuali “movimenti” nel tempo;
3) creazione di DEM, ortofoto e modello 3D per attività di geologia del progetto scientifico “REGGAE” (Laura Crispini) con foto in alta risoluzione dell’area denominata “Oasi” presso Terra Nova Bay;
DEM, Ortofoto e modello 3D dell’area “Oasi” 150mX150m @150m Risoluzione 1.2cm/px
4) attività di monitoraggio delle pinguinaie di “Adelie Cove” e “Edmonson Point” nell’ambito del progetto “PenguinERA” (Silvia Olmastroni, Nicoletta Ademollo, Niccolò Fattorini) per la creazione e manipolazione di “MegaPixel Image”;
Gigapixel Image – Pinguinaia di Edmonson Point e Adelie Cove
5) utilizzo del nodo dedicato a Windows Server 2012 multiutente per analisi topografiche tramite software GIS utilizzando modelli digitali di terreno da integrare con i dati presi sul campo e pianificare i siti di campionamento e le attività di campagna, attività svolta nell’ambito del progetto scientifico PNRA16_00263 (Valerio Olivetti)
Il Cluster HPC installato presso la Base italiana in Antartide si è dimostrato un valido supporto alle attività scientifiche e logistiche, grazie anche al supporto del personale presente in Base che è specializzato nell’acquisizione dei dati, nella post-elaborazione e nella gestione si tutta l’infrastruttura. Questo, ha garantito la velocizzazione dell’elaborazione dei dati acquisiti durante la campagna e ha consentito di ottenere, in poco tempo, una prima analisi direttamente in Antartide. Poter disporre, infatti, di uno strumento affidabile in grado di fare complessi calcoli in un tempo rapido, se confrontato con i mezzi convenzionali, si è dimostrato vantaggioso poiché consente di avere risultati direttamente in Spedizione e di correggere, così, eventuali problemi che si sarebbero evidenziati solamente una volta rientrati in Italia.