Development of a geo-database for managing in-situ measurement

In-situ measurements and geospatial data, in general, pose a huge challenge to be managed efficiently in a way that helps in ultimate utilization. With the increase in data availability, and advanced libraries allowing for integration of in-situ data with remotely sensed data. which necessitates CNR-IREA to build a management system. The thesis began with research for a management system best suited, exploring the datacube option first, highlighting the challenges, and shifting to a Database which is the aim of this thesis. Followed by the design, and implementation of a geospatial database named "IREA-DB" using PostgreSQL with the PostGIS extension, aimed at managing CNR-IREA campaigns and agricultural field data. The primary challenge was designing a database diagram not because of the technical intricacies, but due to the complexity of accurately identifying and understanding the needs of the organization. Which achieved by i) a thorough review of the existing data bases, ii) a deep understanding of the institution's operational nature, including the objectives of its various campaigns, and iii) the future usage of the data. All was conveyed into requirements. A critical aspect of the database design was the handling of geometry columns to store geospatial data accurately. The use of the PostGIS extension was essential to manage geometric vectors and perform spatial queries. The database was structured to accommodate different sampling units, namely Elementary Sampling Units (ESUs) and Plots, ensuring the flexibility to store measurements at various scales. Instruments used for measurements were meticulously recorded, allowing for multi-instrument measurements and joint campaigns involving multiple projects. The result is fulfilled by a successful load of the original data saved in CSV files correctly stressing the right handling of the obstacles, additionally, the performance of the most frequent queries; to enhance reusability, the commonly executed data retrieval queries were converted into PostgreSQL functions approach to foster efficient data retrieval and ultimately enhancing the overall data management experience. And lastly, the system was evaluated by conducting a usability test, which reflects the stakeholders' satisfaction for the structure.

Le misurazioni in situ e i dati geospaziali, in generale, rappresentano un'enorme sfida per essere gestiti in modo efficiente in modo da contribuire al loro utilizzo finale. Con l'aumento della disponibilità dei dati, e delle librerie avanzate che consentono l'integrazione dei dati in situ con quelli rilevati da remoto, il CNR-IREA deve costruire un proprio sistema di gestione. La tesi è iniziata con la ricerca del sistema di gestione più adatto, esplorando in primo luogo offerta dal paradigma Open Data Cube, evidenziandone le sfide e le limitazioni per il caso d’uso, per poi passare allo sviluppo di un Database dedicato, che è l'obiettivo finale di questa tesi. La tesi riguarda quindi la progettazione e l'implementazione di un database geospaziale denominato "IREA-DB" utilizzando PostgreSQL con l'estensione PostGIS, finalizzato alla gestione delle campagne CNR-IREA e dei dati acquisiti nelle campagne di misura, effettuate principalmente in contesti agricoli. La sfida principale è stata la progettazione di uno schema concettuale di database, non tanto per le complessità tecniche, quanto per la complessità di identificare e comprendere accuratamente le esigenze dell'organizzazione. Il risultato è stato raggiunto grazie a: i) un'analisi approfondita dei database esistenti; ii) una profonda comprensione delle banche dati esistenti; ii) una profonda comprensione della natura operativa dell'istituzione, compresi gli obiettivi delle sue campagne di misura; e iii) l'utilizzo futuro dei dati. Il tutto è stato tradotto in requisiti. Un altro aspetto critico della progettazione del database è stata la gestione delle colonne geometriche per memorizzare con precisione la localizzazione dei dati geospaziali in modo accurato. L'uso dell'estensione PostGIS è stato fondamentale per gestire vettori geometrici ed eseguire interrogazioni spaziali. Il database è stato strutturato per diverse unità di campionamento, vale a dire le unità elementari di campionamento (UES) e i lotti, garantendo la flessibilità necessaria per memorizzare le misurazioni a varie scale. Gli strumenti utilizzati per le misurazioni sono stati registrati meticolosamente, consentendo di archiviare propriamente le misurazioni multistrumentali, le campagne con diverse misurazioni, e le campagne congiunte che coinvolgono più progetti. Il risultato è stato raggiunto implementando il DB e popolandolo attraverso caricamento di un insieme tipo di dati originali salvati in file CSV, con corretta gestione degli aspetti critici. Per migliorare la riusabilità, le interrogazioni dati eseguite più frequentemente sono state convertite in funzioni PostgreSQL per favorire un recupero efficiente delle informazioni e, migliorando così l'esperienza complessiva di gestione della base dati. Infine, il sistema è stato valutato attraverso un test di usabilità, che riflette le esigenze degli stakeholder per la struttura, test che ha avuto esiti molto positivi.