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Rocco RONGO - Professori Associati

Rocco RONGO

Professori Associati

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Studi e Posizioni ricoperte Laureato “summa cum laude” in Matematica nel 1992 all’Università della Calabria; Dal 1993 collabora in progetti di ricerca nazionali ed internazionali; Dal 1999 al 2002 titolare di Assegno di Ricerca all’Università della Calabria; Dal 2002 membro del Centro di Eccellenza per il Calcolo Parallelo dell’Università della Calabria; Dal Dicembre 2002 Ricercatore universitario nel SSD ING-INF/05 (Sistemi di Elaborazione dell’Informazione) al Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università della Calabria; Responsabile Scientifico del Laboratorio didattico d’Informatica e di Geo-Informatica; Membro del CTS della Biblioteca di Area Tecnico Scientifica dell’Università della Calabria. Titolare degli insegnamenti di Sistemi di Elaborazione dell’Informazione, Principi di SIT e SIT avanzati. Attività di Ricerca Le principali linee di ricerca investono le aree della modellizzazione e simulazione di Sistemi Complessi mediante Automi Cellulari ed Algoritmi Genetici utilizzando il Calcolo Parallelo. In particolare, i processi geologici, quali i flussi piroclastici, di lava e detritici, l’erosione del suolo, percolazione di acqua ed inquinanti e relativo Bio-risanamento sono modellizzati e simulati utilizzando gli Automi Cellulari Macroscopici calibrati mediante Algoritmi Genetici. La necessità di ottenere risultati in ragionevoli tempi computazionali ha suggerito l’adozione del calcolo parallelo implementando i modelli mediante la libreria MPI (Message Passing Interface). I nuovi orientamenti della ricerca vertono sull’applicazione dei modelli sviluppati per l’utilizzo nel campo della Protezione Civile e della Pianificazione Territoriali per quantificare in tempo reale la pericolosità di un imminente evento e verificare l’efficienza di misure protettive. È stata definita una innovativa metodologia per la creazione di mappe di suscettibilità da invasione da flussi lavici e la corrispondente relativa ai flussi di detrito è in avanzamento.
DATI GENERALI Data di nascita: 8 agosto 1965; Luogo di nascita: Napoli; Residenza: Via Torrazzo 36, 88063 Catanzaro Lido (CZ); Posizione attuale: Ricercatore Universitario; Afferenza: Dipartimento di Scienze della Terra, Facoltà di Scienze M.M. F.F. e N.N., Università della Calabria. Telefono: +39.0984.49(3691), +39.346.0182133. Fax: +39.0984.49(3570). E-mail: rongo@unical.it STUDI E POSIZIONI RICOPERTE Laurea conseguita nell’Anno Accademico 1991/92 in data 22 luglio 1992, con votazione 110/110 e Lode. Nominato Cultore della materia dell’insegnamento d’Informatica con delibera del Consiglio della Facoltà di S.M.F.N dell’Università degli Studi della Calabria come da verbale n°337 del 5/5/1998. Titolare di un Assegno di Ricerca triennale dal 01/12/1999 al 30/11/2002 nel settore scientifico-disciplinare: D03B – Petrologia e Petrografia e titolo della ricerca Rischio vulcanico: Simulazione di flussi piroclastici tramite Automi Cellulari. Vincitore del Concorso per Ricercatore Universitario, settore scientifico-disciplinare: ING-INF/05 Sistemi di Elaborazione dell’Informazione, II Sessione, Università della Calabria, bandita con D.R. n° 2376/RU del 24/12/2001, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n°3 del 11/01/2001. Nominato Ricercatore Universitario (non confermato) con D.R. n.989/RU del 18/12/2002 con decorrenza 20/12/2002, nell’ambito del settore disciplinare ING/INF05 –Sistemi di elaborazione dell’informazione-, afferente al Dipartimento di Scienze della Terra presso la Facoltà di Scienze MM.FF.NN. dell’Università della Calabria. Nominato Ricercatore Universitario con decorrenza 20/12/2005. Afferente al Centro di Eccellenza per il Calcolo ad Alte Prestazioni, Università della Calabria. WorkPackage 4 – Modelli Paralleli per la simulazione di fenomeni complessi acentrati. SCUOLE INTERNAZIONALI Partecipazione al “COURSE ON THE STRUCTURE OF PARALLEL MACHINES” svoltosi in Trento dal 17-21 Giugno 1991, organizzato dall’Istituto FIBONACCI di Trento. ATTIVITÀ DI RICERCA Il campo di interesse in cui si l’attività di ricerca si è sviluppata investe prevalentemente l’ambito delle Scienze Computazionali, toccando in un contesto multi disciplinare i settori della modellistica e del calcolo parallelo, della ottimizzazione e dello studio di Sistemi Complessi. Tali studi si sono concretizzati nello sviluppo di una metodologia di utilizzo degli Automi Cellulari per la modellizzazione e simulazione di sistemi complessi naturali ed artificiali che evolvono sulla base esclusivamente di interazioni locali principalmente a livello macroscopico. La metodologia sviluppata e l’approccio macroscopico all’uso degli Automi Cellulari rappresentano innovazioni significative in campo scientifico. In questo ambito, infatti, gli Automi Cellulari sono stati utilizzati quasi esclusivamente a livello microscopico e con differente approccio. CALCOLO PARALLELO L’interesse alle tematiche inerenti il calcolo parallelo è iniziato sin dal lavoro di tesi sviluppata sotto la guida del prof. Salvatore Di Gregorio. L’obiettivo principale della tesi era l’implementazione di un ambiente ad Automi Cellulari su architetture MIMD (CAMEL, un ambiente ad Automi Cellulari su Transputer: Progetto di Nodo). La tesi presentava lo sviluppo di un software general-purpose, su elaboratori paralleli, che nascondeva agli utenti i meccanismi concorrenti sottostanti. L’ambiente è stato implementato su un ITEM-4000, una macchina parallela MIMD basata su una rete di 4x8 INMOS-Transputer T800 programmabile esclusivamente nel linguaggio concorrente OCCAM. L’impossibiltà, in OCCAM, di effettuare l’allocazione dinamica dei dati rendeva non efficiente l’applicazione delle tradizionali tecniche dinamiche di bilanciamento del carico. Ciò ha reso necessario lo studio di fattibilità di un’ulteriore tecnica che ben si adattasse al linguaggio ed alle macchine a disposizione. Durante la fase d’implementazione è stata sviluppata e quindi utilizzata una nuova procedura, denominata folding, non riscontrata in letteratura, riguardante il bilanciamento del carico di lavoro dei processori, che si collocava in posizione intermedia tra le classiche metodologie dinamiche e statiche. La validità dei risultati ottenuti ha consentito la presentazione del prototipo al workshop “Modelli e Simulazioni con Automi Cellulari per Problemi Scientifici ed Applicazioni Industriali” tenutosi al CRAI in data 6 Maggio 1992. Nel periodo post-laurea sono state introdotte ulteriori semplificazioni all’utilizzo di Camel. Riguardo la programmazione è stata data la possibilità all’utente di programmare Camel nel più semplice e diffuso linguaggio C. Inoltre è stata anche modificata l’interfaccia grafica riscrivendola come applicazione Windows e non più DOS. In quel periodo si è costituito stabilmente il gruppo di ricerca costituito dal prof. Salvatore Di Gregorio, elemento portante considerati i suoi approfonditi studi e la sua pluriennale esperienza sulla teoria ed applicazioni degli Automi Cellulari, dal dott. W. Spataro e dal dott. R. Rongo che inizia ad effettuare l’analisi di vari fenomeni complessi allo scopo di modellizzarli tramite il paradigma degli Automi Cellulari, associandosi di volta in volta con specialisti dei diversi settori investigati. Dal 2001, anno in cui presso l’Università della Calabria, è stato istituito il Centro-MIUR di Eccellenza per il Calcolo ad Alte Prestazioni (HPCC) si è avuta la opportunità di implementare sui calcolatori paralleli ad alte prestazioni di cui il Centro è dotato, svariati modelli di fenomeni geologici complessi , sia di simulazione (ad AC) che di ottimizzazione (basate sul paradigma degli Algoritmi Genetici). In entrambi i casi sono state adottate tecniche basate sulla libreria MPI (Message Passing Interface), per lo scambio dati tra nodi di calcolo. MODELLIZZAZIONE: COLATE DI LAVA Congiuntamene al proseguimento dell’indirizzo di ricerca iniziale, basata prevalentemente sulla programmazione concorrente, inizia la partecipazione attiva allo sviluppo dei modelli, all’implementazione e quindi alla fase finale della loro validazione. La prima collaborazione, iniziata nel 1994 e tuttora in corso, è con ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università della Calabria guidati dal Prof. G.M. Crisci. Nell’ambito di tale collaborazione sono state definite diversi modelli per la simulazione di flussi di lava. La decisione di intraprendere una modellizzazione dei flussi lavici tramite gli Automi Cellulari è derivata dal fatto che l’uso di metodi numerici computazionali, la cui soluzione è correlata alla soluzione delle equazioni differenziali che governano il flusso di lava (equazioni di Navier-Stokes), è molto arduo. Essi risultano particolarmente complessi considerando, per esempio, che le caratteristiche reologiche della lava possono variare, durante il raffreddamento, da quelle di un fluido quasi-newtoniano a quelle di Bingham. Il modello iniziale, denominato SCIARA (“Simulation by Cellular Interactive Automata of the Rheology of Aetnean lava flows”) è stato migliorato (introducendo, fra l’altro, una tassellazione esagonale e una migliore modellazione della velocità dei flussi), esteso e applicato anche ad altri casi reali di colate etnee. Inoltre, è stato anche applicato su eventi reali con lave di caratteristiche chimico-fisiche diverse da quelle etnee. A tal proposito, molto costruttiva si è rivelata la collaborazione con ricercatori dell’IPGP (Institute de Physique du Globe de Paris) e L’Observatoires Volcanologiques dell’Isola della Reunion. La metodologia ha raggiunto risultati apprezzati nell’ambito scientifico internazionale grazie anche alla sua ottima risposta durante la crisi etnea del luglio 2001. Infatti, in seguito ad una situazione di grave rischio per i comuni di Nicolosi e Belpasso, il gruppo di ricerca è stato in prima linea per lo sviluppo degli scenari di crisi e di intervento, partecipando su invito dell’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) e trasferendosi nelle strutture etnee di monitoraggio e ricerca allestire dal Dipartimento di Protezione Civile. MODELLIZZAZIONE: COLATE DI DETRITO La collaborazione con il CNR-IRPI di Cosenza (dal 1995), ha portato alla realizzazione di progetti di ricerca aventi per oggetto lo sviluppo di sistemi di calcolo mediante Automi Cellulari per la modellizzazione di fenomeni complessi quali le colate detritiche e il moto di infiltrazione in un terreno poroso dell’acqua piovana. Le numerose pubblicazioni e comunicazioni a convegni nazionali ed internazionali sono testimonianze dei buoni risultati ottenuti. Il fenomeno sul quale il modello SCIDDICA (Simulation through Computational Innovative methods for the Detection of Debris flow path using Interactive Cellular Automata) è stato validato è quello verificatosi sul vulcano Monte Ontake (Giappone) nel 1984. L’evento fu caratterizzato da un enorme flusso di detriti vulcanici depositati sui fianchi del vulcano e attivati da piogge torrenziali, che hanno portato a saturazione idraulica il terreno sottostante e da piccoli tremori sismici. L’accurato monitoraggio effettuato dai ricercatori locali ha prodotto una grande mole di dati che ha consentito di mettere a punto il modello in modo ottimale. IAd oggi, è ancora in svolgimento un progetto di ricerca MIUR-PRIN durate il quale il modello sarà esteso per la simulazione di flussi subaerei e sottomarini derivati da processi di instabilità gravitativi lungo costa. I primi risultati ottenuti sono particolarmente incoraggianti. MODELLIZZAZIONE: FLUSSI PIROCLASTICI Dal 2001, è iniziata una nuova collaborazione con il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università della Calabria, per un primo studio dell’applicazione del metodo agli Automi Cellulari per la simulazione di flussi piroclastici. La particolare complessità del fenomeno ha reso necessaria un’attenta ricerca bibliografica allo scopo di meglio comprendere i meccanismi dell’evoluzione cinetica e le leggi governanti, la degassazione e la deposizione dei flussi. Tali fenomeni risultano particolarmente veloci ed imprevedibili e non esistono in letteratura descrizioni esaustive di eventi reali da prendere come riferimento. Il quadro globale emerso da questi studi preliminari, a differenza dei modelli precedenti, ha reso necessaria la descrizione esplicita del tempo e della velocità di evoluzione dei flussi. I risultati di questa prima ricerca si sono concretizzati con l’aiuto attivo apportato alla stesura di due tesi, con relatore il Prof. S. Di Gregorio, che sono state effettuate presso il Dipartimento di Matematica. Inoltre, grazie anche a contatti presi con alcuni ricercatori internazionali (olandesi e filippini) del campo della simulazione e studio di flussi piroclastici, la prima versione del modello è stata applicata ad un caso catastrofico reale di evento piroclastico avvenuto nelle Filippine nel 1991 sul Monte Pinatubo, con risultati soddisfacenti ed incoraggianti. MODELLIZZAZIONE: BIO-RISANAMENTO DEI SUOLI Tra i sistemi descrivibili in termini acentrati tramite Automi Cellulari, studi sul biorisanamento del suolo sono stati affrontati in due progetti ESPRIT della Comunità Europea: CABOTO-CAPRI ed il successivo COLOMBO. Entrambi hanno riguardato lo sviluppo e implementazione di un ambiente di simulazione portabile su calcolatori a memoria distribuita, usando lo standard MPI (Message Passing Interface). Il problema del biorisanamento del suolo è estremamente complesso in quanto comporta la composizione di fenomeni di varia natura: fisica, chimica e biologica. Si è fissato come primo obiettivo il problema dell’inquinamento da fenolo con biorisanamento con batteri indigeni (CABOTO), sviluppando inizialmente un primo modello ad AC a tre “strati” (fisico, chimico e biologico). Le prime applicazioni, riguardanti casi di laboratorio limitatamente alla fluidodinamica del fenomeno, risultavano abbastanza incoraggianti nonostante problemi di validazione del modello. Infatti, l’utilizzo di un elevato numero di parametri da tarare nel modello rese necessario l’uso di algoritmi genetici per la loro ottimizzazione, applicati per la prima volta a modelli di AC macroscopici. MODELLIZZAZIONE: TRAFFICO AUTOSTRADALE In collaborazione a ricercatori del Dipartimento di Pianificazione Territoriale dell’Università della Calabria, del CRAI-Rende e del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Matematica Applicata dell’Università di Reggio Calabria è stato sviluppato un modello per la simulazione microscopica del traffico autostradale in grado di inquadrare globalmente le caratteristiche principali del fenomeno a confronto con quelli tradizionali, che ne descrivono soltanto aspetti parziali. Iniziando dalla parziale implementazione del modello su calcolatori sequenziali, le simulazioni hanno conseguito un buon accordo con i dati sperimentali del traffico autostradale, relativamente ad autostrade a due sole corsie in condizioni di traffico non congestionato. Successivamente, la possibilità di utilizzare Camel ha permesso di perfezionare il modello, considerando anche autostrade a tre corsie e a traffico elevato. I risultati delle simulazioni hanno riprodotto in modo corretto i dati sperimentali per un ampio intervallo di condizioni dell’autostrada. OTTIMIZZAZIONE: ALGORITMI GENETICI Nell’ambito della validazione e ottimizzazione dei parametri utilizzati nei vari modelli di calcolo (in particolare i modelli per la simulazione di colate detritiche e di lava), dal 2004 inizia un nuovo filone di ricerca e di applicazione riguardante metodologie di ottimizzazione automatici, quali gli Algoritmi Genetici (AG). Gli AG sono algoritmi di ricerca general-purpose inspirati alla genetica e alla selezione naturale. Gli AG simulano l’evoluzione di una popolazione di soluzioni candidate di uno specifico problema di ricerca, favorendo la “riproduzione” degli individui più appropriati (genotipo). La validazione dei modelli di simulazione ad AC avveniva in passato tramite il classico metodo del trial and error. Mentre tale metodologia risultava valida nel caso di modelli con pochi parametri, l’introduzione di ulteriori condizioni di variabilità nell’outcome dei modelli richiedevano l’adozione di tecniche automatiche (e più sofisticate) di ottimizzazione. Applicazioni degli AG (in particolare le versioni implementate su calcolatori paralleli) per l’ottimizzazione di parametri di modelli ad automi cellulari per le colate di lave e di detrito hanno provato la validità del metodo, sia in termini di efficienza computazionale, sia in termini di bontà delle soluzioni prodotte. NUOVE LINEE DI RICERCA L’esperienza acquisita negli anni per quanto riguarda le tecniche di Message Passing, di modellistica e di ottimizzazione ha portato, recentemente, alla nascita di un progetto di gruppo per la creazione di una libreria C++ open-source parallela per il Calcolo Scientifico: libAuToti. La libreria, realizzata per la definizione di Automi Cellulari Macroscopici e portabile su diverse piattaforme (i.e. Window, Linux, MacOS), permette una semplice e concisa definizione sia della funzione di transizione che di altre caratteristiche del modello (e.g. dimensioni dello spazio cellulare, definizione di sottostati/parametri, ecc). È utilizzabile sia su architetture sequenziali che parallele (grazie all’adozione di MPI), nascondendo, in questo caso, i dettagli della implementazione all’utente. Particolare attenzione è stata dedicata all’ottimizzazione del parallel engine e al load balancing, in modo da migliore l’efficienza delle comunicazioni permettendo, quindi, un incremento generale delle prestazioni. Prove di efficienza eseguite sia su macchine ad alte prestazioni (e.g. un Alpha Server SC45 a 16 nodi) che su macchine low-cost (e.g. un Intel dual core di ultima generazione) hanno confermato la bontà della libreria, esibendo ottimi valori di scalabilità. Contemporanemente sono state anche implementate diversi visualizzatori modulari, scritte in OpenGL e wxWidgets, che possono essere direttamente adoperati con programmi che utilizzano libAuToti, permettendo un interfacciamento interattivo e grafico delle elaborazioni . Contemporaneamente a quest’ultimo, è stato avviato un’altro filone di ricerca riguardante applicazioni Web 2.0 per il calcolo scientifico. SWII (Sciddica Web Interactive Interface), rappresenta un primo esempio di applicazione di un modello ad Automi Cellulari utilizzabile direttamente su Internet. L’interfaccia utente, basato su AJAX (Asynchronous JavaScript And XML), garantisce sia una netta separazione tra l’applicazione client e quella server, nonché un elevato grado di interattività e usabilità per l’utente. L’applicazione del primo prototipo di SWII è basato sul modello SCIDDICA S4d, ultimo di una serie di modelli avanzati per la simulazione di fenomeni inerziali di colate di detrito. La perfetta modularità dell’applicazione consente la sostituzione del modello con un qualsiasi altro (anche non basato sul paradigma AC), anche se sono da favorire Automi Cellulari Macroscopici che sono progettati in modo simile (e.g. il modello SCIARA per colate di lava). Un’altro aspetto della ricerca in via di sviluppo è strettamente legato alla tipologia di fenomeni studiati. Infatti, colate di lava, di fango o flussi piroclastici sono strettamente connessi alle morfologie e territori sui quali si sviluppano. Pertanto, si sta indagando sulla possibilità di integrare i modelli ambienti sinora sviluppati con ambienti GIS al fine di ottenere un “laboratorio virtuale” che mappi il fenomeno sul territorio e permetta una dettagliata analisi geo-statistica dello stesso. Questa integrazione risulterebbe particolarmente utile per usi connessi alla Protezione Civile in quanto permetterebbe di valutare i risultati con un dettaglio elevatissimo e soprattutto ottenere immediatamente tutte le caratteristiche del territorio interessato dal fenomeno grazie alla possibilità di interrogare il database associato al GIS. PROGETTI DI RICERCA 2008-2010. Titolo Definizione di carte di suscettività da invasione di lava per il monte ETNA; Sponsor Dipartimento di Protezione Civile e Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia; 2007-2009. Titolo Sviluppo ed applicazioni di modelli computazionali per la simulazione di flussi subaerei e sottomarini derivati da processi di instabilità gravitativi lungo costa Sponsor PRIN-MIUR Protocollo: 2006042319_004 2004-2007. Titolo Simulazione dei flussi lavici con gli automi cellulari Sponsor FIRB-MIUR Protocollo RBAU01RMZ4 2005-2007. Titolo Definizione di carte di suscettività da invasione di lava per il monte ETNA; Sponsor Dipartimento di Protezione Civile e Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia; 2005-2007. Titolo Modellizzazione e simulazione di fenomeni di natura idrogeologica ad alto rischio Sponsor ex60%-MIUR 1998-2000. Titolo Applicazione di calcolatori paralleli per la modellizzazione di processi di bio-risanamento; Sponsor Commissione europea, Progetto HPCN-COLOMBO; 1997-1999 Titolo Modellizzazione di Colate di Lava Sponsor PROGRAMME ENVIRONMENT AND CLIMATE - FLOW 1997-1999 Titolo Modellizzazione di Colate di Detrito e Frane Sponsor PROGRAMME ENVIRONMENT AND CLIMATE - RUNOUT 1995-1996 Titolo Applicazione di calcolatori paralleli per la modellizzazione di processi di bio-risanamento; Sponsor Commissione Europea, Progetto HPCN-ESPRIT-CABOTO ATTIVITÀ DIDATTICA Dal 2002 titolare degli insegnamenti di Principi di Sistemi Informativi Territoriali per il Corso di Laurea in Scienze della Terra, di Sistemi Informativi Territoriali avanzati per il corso di Laurea specialistico in Scienze della Terra e di Sistemi di elaborazione dell'Informazione per il corso di laurea in Restauro e la Conservazione dei Beni Culturali per la Facoltà di scienze Matematiche Fisiche e Naturali; Relatore di numerose Tesi.
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