Riferimenti bibliografici:
DM 10 novembre 2011: Catalogo dati territoriali: I-II parte
SpatialDBgroup - GeoUML: Documentazione e presentazioni
G. Amadio: Introduzione alla geomatica – Flaccovio editore
Sommario
Conformità reale e conformità intrinseca
dei dati
• Qualche considerazione
• Modellazione
• Il modello GeoUML
– caratteristiche
– componenti
Verifiche di conformità
Conformità ~= Qualità
La qualità: definizioni
• Attitudine di un prodotto a
soddisfare bisogni:
– specifici (attuali, previsti);
- maggiori (futuri, imprevisti).
• Conformità del prodotto al progetto
(specifica)
La qualità nei Geo_DB
• I controlli di qualità hanno lo scopo di
valutare/documentare il livello di
corrispondenza fra le caratteristiche
effettive dei dati e quelle previste nel
progetto (specifiche).
Evoluzione delle specifiche in cartografia
• Analogica  oggetti da acquisire +
attributi = segni convenzionali
• Numerica  oggetti da acquisire +
attributi + formato di fornitura
• Geo_DB  oggetti da acquisire +
attributi + formato di fornitura +
struttura dati + vincoli
Geo_DB
Controllo di Qualità Geo_DB = valutazione della conformità
Conformità Reale: riguarda la corrispondenza
tra il contenuto informativo del Dataset e la
porzione di Mondo Reale alla quale il Dataset
si riferisce in relazione alla specifica di
contenuto
Conformità di modello (intrinseca): riguarda la
consistenza dell’informazione contenuta nel
Dataset relativamente agli elementi
informativi ed a struttura e vincoli definiti
nella specifica di contenuto
Parametri di qualità
ISO TC/211 n. 19114 - Quality evaluation
Parametri:
• Completezza;
• Accuratezza posizionale;
• Accuratezza tematica;
• Accuratezza temporale;
• Consistenza logica;
(di formato, di dominio, geometrica,
topologica)
id
l
a
V
Conformità
del modello
alla realtà
geografica
Conformità
di modello
a

e
r
to
Evoluzioni tecnologiche
• Camere digitali (migliore visibilità, ombre
sopportabili etc.)
• Volo e TA agevolati (GNSS, IMU)
• Restituzione digitale con sovrapposizione
stereoscopica dei vettori
• Modalità di controllo assistita
Controllo della restituzione
• Suddividere l’area da restituire
secondo una griglia
• Definire per ogni classe la % di
occorrenze da verificare
• Il software sceglie e propone gli
oggetti di cui ripetere la restituzione
• Calcolare gli scarti plano-altimetrici
fra la restituzione originale e quella
ripetuta
Conformità reale
• Quasi come per la cartografia
analogica e numerica …
con qualche aggiunta come:
• continuità delle reti
• per l’idrografia: andamento monotono
discendente e verso
Qualche osservazione
La Conformità reale è verificata:
– su un campione di dati
– prevalentemente durante il processo di
produzione
– con l’applicazione della “tolleranza”
• La Conformità di modello è verificata:
– su tutto il dataset
– come fase finale del processo di rilievo
– senza l’applicazione di tolleranze, salvo
situazioni certificate dal collaudatore
Costi del Geo_DB in base ai contenuti informativi
Costi
Costi di produzione relativamente ai
Contenuti informativi richiesti
0%
Contenuti
Costi del DB in base alla conformità reale
Costi
Costi di produzione relativamente
alla
Conformità reale richiesta
0%
Qualità
100%
Costi del DB in base alla conformità di modello
Costi
Costi di produzione
relativamente alla
Conformità di modello richiesta
0%
Qualità
100%
Sommario
La conformità reale e la conformità
intrinseca dei dati
• Qualche considerazione
• Modellazione
• Il modello GeoUML
– caratteristiche
– componenti
Conformità di modello  modellazione
• L’introduzione della conformità di
modello è legata alla specificità dei
Geo_DB; pertanto è forse opportuno
fare qualche accenno al concetto di
modellazione.
Modellazione della realtà
Nel settore geografico, la modellazione
è eseguita attraverso un processo di
astrazione che ci porta ad individuare
le
“entità geografiche”
di nostro interesse.
Database geografico
• Nel Geo_DB (Geo_DataBase) un
oggetto geografico costituisce una
entità del DB contraddistinta da
determinate caratteristiche:
Caratteristiche
geometriche
Entità
(Oggetto geografico)
Caratteristiche
tematiche
Caratteristiche
di relazione
Attributi
Modello di astrazione
Partendo dal mondo reale percepito
attraverso i sensi, misurato tramite gli
strumenti e interpretato tramite la sua
conoscenza,
il modello di astrazione
consiste nell’individuare ed isolare un certo
numero di fenomeni geografici che hanno
una loro individualità o funzione, attraverso
i quali si ritiene di esemplificare la realtà
geografica all’interno di un Geo_DB, in
relazione ai propri fini.
Processo di astrazione
Il processo di astrazione si articola su
vari livelli (semantico, concettuale,
logico, fisico) e, partendo dal mondo
reale, definisce in tutte le sue parti il
modello che si è scelto per
rappresentare la realtà geografica
all’interno di un Geo_DB.
1101010010010
bit
Processo di astrazione/modellazione/realizzazione
Disco magnetico
Memoria dinamica
Mondo reale
11 11 00 11 00 11 00 00 11 00 00 11 00
bit
Livello
Semantico
Entità
Livello
Fisico
Livello
Concettuale
Logico
Tracciato record
Il Modello (1)
• Un modello in generale è una
rappresentazione di una astrazione di
una certa realtà che ha lo scopo di
descriverla, nel modo ritenuto
opportuno, in relazione alla propria
applicazione.
• Un dato modello quindi è una delle
tante possibili rappresentazioni delle
viste della realtà.
Tre fasi della modellazione (2)
• Concettuale
– Per la specifica applicazione il progettista definisce il
contenuto informativo, ovvero le entità trattate dal
Geo_DB e le loro caratteristiche (attributi, domini, datatypes, relazioni, vincoli etc.), che nel loro insieme
modellano il mondo reale nel Geo_DB;
• Logica
– Implementazione del modello concettuale all’interno di un
determinato modello di DBMS commerciale;
• Fisica
– Implementazione delle funzionalità del DBMS per gli
aspetti riguardanti l’immagazzinamento dei dati negli
archivi, il loro accesso, la gestione della memoria etc.
Finalità della Modellazione concettuale
1. Separare la definizione più astratta
(concettuale) dei contenuti dai modelli
implementativi
2. Definire le proprietà dell’informazione
tramite vincoli sullo schema
concettuale
Schema concettuale  schema fisico (SF)
Dato uno Schema Concettuale (SC) è
possibile definire un insieme di regole
che permettono di materializzare un
Data Product che rappresenta i
contenuti richiesti dallo SC su una
particolare struttura fisica (SF).
• Tali regole costituiscono un Modello
Implementativo (MI).
Il Modello Concettuale
Per definire un modello dati occorre individuare:
• le classi di oggetti con la loro esatta definizione semantica;
• gli attributi degli oggetti (datatype e dominio dei valori degli
attributi);
• le relazioni fra oggetti: fra le classi (associazione, ereditarietà) e
fra le componenti spaziali;
• le costrizioni sugli oggetti: Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR),
Vincoli di Composizione (part-whole), Vincoli di varia natura:
• il metodo (caso modello O-O);
• le operazioni possibili sugli oggetti (caso modello O-O).
Sommario
La conformità reale e la conformità
intrinseca dei dati
• Qualche considerazione
• Modellazione
• Il modello GeoUML
– caratteristiche
– componenti
Perché il modello GeoUML
• Ne avevamo bisogno?
• I modelli standard, es. ISO TC/211,
non bastavano ?
Vediamo com’è fatto ed avremo le
risposte.
Il Modello GeoUML:
– è un modello per la definizione di uno
Schema Concettuale;
– è basato sugli standard ISO TC/211, ma
li completa negli aspetti carenti;
– considera come parte integrante e
fondamentale di uno schema concettuale
la definizione delle proprietà topologiche
dell’informazione spaziale: Vincoli di
Integrità e Topologici
Il modello GeoUML
Utilizza per la modellazione della componente
geometrica :
– ISO TC211Spatial schema (ISO 19107) e Simple
Feature Model (SFM); General Feature Model”
(ISO 19109); Rules for Application Schema”
(ISO 19109)
– Costrutti geometrici aggiuntivi (attributi a
tratti etc.) ed estensione dell’ SFM in 3D
– Vincoli aggiuntivi rispetto a quelli esprimibili in
OCL (object constraint language) dell’UML
GeoUML conformità con ISO TC/211
General Feature
Spatial Schema
OGC Simple
Model ISO TC/211 19109
ISO TC/211 19107
Feature Model
Modello GeoUML
contiene
Costrutti UML
(diagrammi delle
classi)
Estensioni non
geometriche
rispetto a UML
Il modello
geometrico
Vincoli di
integrità spaziale
Componenti del modello GeoUML
Elementi Informativi di base:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, datatype, chiave
primaria, strato topologico
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
Vincoli di varia natura (integrità referenziale o interrelazionali):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Specificità della componente spaziale
az
ia
li
Elementi Informativi di base:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, datatype, chiave
primaria, strato topologico
ec
i
fi
ci
tà
de
iD
B
sp
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
In
ro
ss
o
le
sp
Vincoli di varia natura (integrità referenziale o interrelazionali):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Componenti del modello GeoUML
Elementi Informativi di base:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, datatype, chiave
primaria, strato topologico
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
Vincoli di varia natura (integrità referenziale o interrelazionali):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Attributo geometrico
GeoUML combina l’approccio geometrico
e quello topologico prevedendo tipi
speciali di oggetti geometrici:
– Complessi (topologici);
– Composti (topologici + geometrici);
– Aggregati (insiemi di primitive).
GeoUML: Attributi dipendenti dalla geometria
Inoltre esistono tre varianti
dell’attributo dipendente dalla
geometria:
• l’attributo a tratti
• l’attributo a eventi
• l’attributo a sottoaree.
GU_CPCurve2D e GU_CPCurve3D
Ammesse
Non ammesse
GU_CPSurface2D
Ammesse
Non ammesse
Componenti 2D e 3D
Classi rappresentate da più primitive:
2D
Contorno 3D
dell’area stradale
Grafo 2D-3D
Superficie 2D
dell’area stradale
Curva 3D
Superficie
Componenti ME e IS (2D e 3D) EDIFC
Linea di distacco
dal suolo
Ingombro al
suolo 3D
Massima
estensione
2D
Elementi Informativi: associazione, ereditarietà
– Relazione tra i corsi d'acqua ed i nodi idrici
– Correlazioni e vincoli tra i vari tipi di ambiti
amministrativi
– Organizzazione reticolo idrografico
– Consistenza tra area di mare e linea di costa marina
– Relazioni tra civici, accessi, toponimi stradali comunali
– Relazioni tra le classi del tema edificato
– Elementi costitutivi di area stradale
– Elementi costitutivi delle reti
Relazioni tra le classi: esempio tema edificato
Componenti del modello GeoUML
Elementi Informativi:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, chiave primaria,
strato topologico
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
Vincoli di varia natura (integrità referenziale o interrelazionali):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Relazione spaziale
Relazione fra due elementi
• Considerando due oggetti, A e B, si possono
mettere in relazione i tre spazi (interno,
bordo e fuori) in tutte le intersezioni (  )
possibili (matrice di intersezione 3x3):
I9(A,B) =
Interno
A°  B°
Bordo
A° ∂ B
Esterno
A°  B-
Interno
∂A  B°
∂A  ∂ B
∂A  B-
Bordo
A-  B°
A-  ∂B
A -  B-
Esterno
Vincoli di Integrità spaziale
GeoUML usa un set di relazioni topologiche del
tipo:
RELtopo= { disjoint (DJ), touch (TC), in (IN), contains (CT),
equal (EQ), cross (CR), overlap (OV) }
DISJOINT
TOUCH
IN
OVERLAP
DISJOINT
TOUCH
IN
DISJOINT
TOUCH
IN
OVERLAP
DISJOINT
TOUCH
IN
DISJOINT
TOUCH
IN
CROSS
CROSS
DISJOINT
EQUAL
Primitive e modelli geometrici: due famiglie
Si distinguono due tipologie di primitive:
– Geometriche  punto, linea (polilinea), area
(poligono):
 approccio a “poligoni” (archivi shape, dgn, dwg);
– Topologiche  nodo, bordo, faccia:
 approccio “arco-nodo” (archivi coverage).
Materiale di costruzione geometrica
Lego = modello a poligoni
Geomag = modello arco-nodo
Modello a poligoni
• Le geometrie a comune
fra poligoni limitrofi
sono ripetute;
• Ogni poligono ha i suoi
attributi riferiti alla
propria geometria;
• Ogni poligono ignora la
presenza dell’altro.
frutteto
uliveto
frutteto
uliveto
Modello a poligoni
• Poligoni limitrofi
possono avere buchi
e sovrapposizioni
anche se
rappresentano classi
mutuamente
esclusive (es. comuni
di una provincia).
Modello arco-nodo: le primitive di base
La teoria dei grafi utilizza le
primitive topologiche di base node
ed edge con cui costruisce ed
analizza le proprietà (topologiche)
degli oggetti rappresentati.
node
edge
Area segment - face
Un polygon racchiude un area segment.
Un area segment, che non è intersecato
da polygons, è chiamato face.
face
Left – right face
• Gli start e end node consentono di
definire, rispetto ad un edge, left e
right face.
face
left
ri
right
le
segment
Bordo
Faccia
Nodo
Topologia esplicita: informazioni aggiunte:
1
1
2
+11
1
Poligoni #
Archi #
Nodi #
+ User -ID
2
4
2
+13
4
3
Universo
3
3
5
+12
6
4
Topologia dei poligoni
POLY# USER
1
0
2
11
3
12
4
13
-ID ARC#
1,3,6
1,2,4
4,5,6
2,3,5
Topologia degli archi
ARC#
1
2
3
4
5
6
da
1
1
1
2
2
3
a
3
2
4
3
4
4
LPOLY
2
4
1
3
4
3
RPOLY
1
2
4
2
3
1
Caratteristiche
• Non ha geometria ripetuta ma
condivisa
• La congruenza geometrica è garantita
per costruzione
• Risponde bene alle query topologiche
• Risponde male alle query geometriche
(area, perimetro)
• Produce il MI Shape-topo
Componenti del modello GeoUML
Elementi Informativi:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, chiave primaria,
strato topologico
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
Vincoli di varia natura (integrità referenziale o interrelazionali):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Vincoli di Integrità spaziale
Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
I vincoli di composizione sono i seguenti:
1. vincolo di composizione: fondamentale e
non derivabile dai vincoli topologici;
2. vincolo di appartenenza disgiunta (dj_IN e
qdj_IN);
3. vincolo di partizione: esprimibile tramite
una combinazione di un vincolo di
composizione con un vincolo di
appartenenza (disgiunta o quasi-disgiunta).
dj = disgiunto = Disjoint + Touch
qdj= quasi-disgiunto = Disjoint + Touch + Cross
Vincoli part_whole)
• Questa categoria di vincoli è
costituita da un vincolo fondamentale,
il vincolo di composizione
(compostoDa), e da un vincolo
derivato, il vincolo di partizione.
Il vincolo di partizione
Il vincolo di partizione si ottiene
combinando un vincolo di composizione
con un vincolo di appartenenza
disgiunta o quasi-disgiunta;
Esempio:
CP_EDI.geometria partizionato CR_EDF.Ingombro al suolo.superficie
Il vincolo di composizione (CompostoDa)
definisce un vincolo tra un attributo geometrico f di
una classe Y e l’attributo geometrico g di una
classe X.
Tale vincolo stabilisce che per ogni istanza di Y
l’attributo f sia uguale all’unione degli attributi
geometrici g di una o più istanze di X.
esempio:
• TP_STR.tracciato compostoDa EL_STR.Tracciato
• ES_AMM.Pertinenza.superficie compostoDa
AR_STR.Estensione.superficie
GeoUML: vincoli di appartenenza
Nella specifica di vincoli di composizione risulta utile
definire ulteriori varianti del vincolo topologico
IN, detti vincoli di appartenenza:
• il vincolo di appartenenza con disgiunzione (djIN), che richiede la relazione di disjoint oppure di
touch tra i componenti di un composto;
• il vincolo di appartenenza quasi-disgiunta (qdj-IN)
che vale solo per oggetti geometrici di tipo curva e
consente che tra i componenti di un composto
sussista, oltre alle relazioni disjoint e touch, anche
la relazione cross.
esempio: RT_IDN.Percorso dj-IN RT_IDR.Sviluppo
GeoUML: vincoli di partizione
Il vincolo partizionato esprime le seguenti proprietà:
• L’unione degli attributi geometrici g degli oggetti
della classe X che partizionano un oggetto della classe
Y forma l’attributo geometrico f dell’oggetto della
classe Y.
• Gli attributi geometrici g degli oggetti della classe X
che formano la partizione di f non si sovrappongono
(al più sono adiacenti).
• Il vincolo di partizione esprime in un’ unica
formulazione sia la composizione che l’appartenenza
disgiunta.
• esempio: coperture del suolo (strati)
CSUOLO.geometria partizionato
( CP_TRA.geometria , CP_EDI.geometria , CP_ANT.geometria ,
CP_IDR.geometria , CP_FOR.geometria , CP_VEG.geometria )
Componenti del modello GeoUML
Elementi Informativi di base:
classe, attributo (non geometrico), dominio enumerato, dominio
gerarchico, cardinalità, associazione, ereditarietà, attributo
geometrico, attributo di attributo geometrico, datatype, chiave
primaria, strato topologico
Vincoli di Integrità Spaziale:
– Vincoli topologici (TC,IN,DJ,CR)
– Vincoli di Composizione (part-whole)
• Vincoli di composizione
• Vincoli di appartenenza
• Vincoli di partizione
Vincoli di varia natura (Integrità referenziale o interrelazionale):
– Vincoli chiave esterna
– Cardinalità ed univocità
– Valori nulli
Integrità referenziale
• Informazioni in relazioni (tabelle) diverse
sono correlate attraverso valori comuni;
• in particolare, valori delle chiavi (primarie);
• le correlazioni debbono essere "coerenti"
Integrità referenziale
Foreign key constraint: definisce il
vincolo secondo il quale i valori di un
attributo di uno Shape/Table siano
contenuti nei valori di un attributo di un
altro Shape/Table
– Conformità reale e conformità intrinseca
dei dati
– Il GeoUML Validator a supporto delle
operazioni di validazione dei dati
– Criteri di accettabilità
fine
– Conformità reale e conformità intrinseca
dei dati
– Il GeoUML Validator a supporto delle
operazioni di validazione dei dati
– Criteri di accettabilità
fine
Documenti di riferimento
1. Il modello GeoUML (SCS)
2. GeoUML: Guida alla lettura
3. GeoUML: M&T organizzazione complessiva
4. Guida agli MI flat di consegna
5. Implementazione delle proprietà geometriche
GeoUML
6. Guida all’uso del GeoUML Catologue
7. Guida all’uso del GeoUML Validator
8. Catalogo dati territoriali_I_parte e II parte
9. Codici EPSG dei sistemi geodetici/cartografici
Codici EPSG
•
•
•
•
•
ETRF2000 all’epoca 2008.0
Riferimento Geodetico ETRF89
Riferimento ETRF89 - IGM95
Riferimento Geodetico ED50
Riferimento Geodetico ROMA40
Es. Riferimento Geodetico ETRF89
Nome
Identificatore
Sistema Coordinate Assi
____________________________________________
•
•
•
•
•
•
ETRS89
ETRS89
ETRS89
ETRS89 /UTM32
ETRS89 /UTM33
ETRS89 /UTM34
4936
4937 3D
4258 2D
25832
25833
25834
Geocentrico
Geografico
Geografico
Proiettato
Proiettato
Proiettato
X,Y, Z
λ, φ, h
λ,φ
Nord, Est
Nord, Est
Nord, Est
Es: ETRF2000 all’epoca 2008.0
• Nome
Identificatore
Sistema Coordinate Assi
____________________________________________
• RDN2008
6704
Geocentrico
X,Y, Z
• RDN2008
6705 3D
Geografico
λ, φ, h
• RDN2008
6706 2D
Geografico
λ,φ
• RDN2008/TM32
6707
Proiettato
Nord, Est
• RDN2008/TM33
6708
Proiettato
Nord, Est
• RDN2008/TM34
6709
Proiettato
Nord, Est
• RDN2008/Italy zone 6875
Proiettato
Nord, Est
• RDN2008/Zone 12 6876
Proiettato
Nord, Est
Etc.