Anno Accademico 2003-2004
GEOGRAPHICAL INFORMATION
SYSTEMS E SCIENZE SOCIALI
PowerPoint lezioni di Informatica
Applicata – Laboratorio Avanzato
Stefano Campana
Dipartimento di Archeologia e Storia delle Arti
INTRODUZIONE AI GIS
Scienze sociali e spazio
Tutte le scienze (con la sola eccezione di quelle logico-formali: ad
esempio la logica o la matematica) si occupano dello studio di fenomeni
che avvengono irrimediabilmente all’interno della dimensione spaziotemporale.
Qualsiasi cosa accada, avviene
sempre all’interno dello spazio e del
tempo
Scienze sociali e spazio
La storia, e con essa tutte le discipline storiche come l’archeologia,
antropologia o la geografia storica, non sono certo un’eccezione a tutto
questo.
La narrazione storica ad esempio ha da sempre a che fare con eventi e
processi che avvengono all’interno di una cornice delimitata dal tempo e
dallo spazio: c’era una volta in un castello …
Tale ragionamento appare subito impregnato di una logica e di una
razionalità ben evidente ed esplicita, è però innegabile che gran parte
delle scienze umane e sociali, hanno faticato, e hanno trovato molte
difficoltà nell’utilizzo dell’analisi e dello studio della dimensione
spaziale, o del contesto spaziale nei processi d’indagine tesi alla
comprensione della storia.
Scienze sociali e spazio
Un esempio chiaro di questa “assenza disciplinare” viene da una tra le più
importanti scienze sociali: l’economia.
Anche se è vero che l’economia classica si occupa dello studio di
sistemi reali e concreti, fortemente condizionati da fattori e variabili
spaziali, essa giunge alla formulazione di sintesi e modelli posti
all’interno di una realtà astratta totalmente scollegata dalla nozione di
spazio.
Le difficoltà che le scienze umane e sociali hanno trovato
nell’applicazione del concetto di spazio è innegabile.
Scienze sociali e spazio
Perché:
1. le discipline sociali nel loro complesso sono state legittimamente
autorizzate (da una riflessione critica o meno) a considerare del tutto
superfluo l’approccio formale?
2. l’approccio a–spaziale delle discipline storico sociali verso i loro
“oggetti” di studio, dipendere da stadi ancora prematuri nell’evoluzione
dei contesti e degli apparati metodologici.
Prima di definire il rapporto tra la tecnologia “GIS” e le scienze
sociali dobbiamo prima capire che cosa si intende con il termine
GIS:
L’acronimo inglese GIS ci si riferisce ai termini Geographic Information
System tradotti in italiano con Sistema Informativo Territoriale (SIT)
Con l’acronimo GIS si può indicare
1 - Un tipo di software
2 - Un pacchetto di applicazioni ovvero un sistema informativo
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Principali campi di applicazione della tecnologia GIS:
1.
pianificazione territoriale
2.
gestione di reti tecnologiche
3.
monitoraggio ambientale
4.
salvaguardia dei beni culturali e turismo
5.
simulazione del traffico
6.
piani di disinquinamento
7.
cartografie tematiche: cartografie geologiche, sismiche, di uso del
suolo
8.
piani Regolatori Urbanistici e di settore
9.
gestione di pratiche catastali
10. studi di impatto ambientale
11. gestione del patrimonio edilizio
Principali campi di applicazione della tecnologia GIS: pianificazione
e gestione urbanistica
Principali campi di applicazione della tecnologia GIS: pagine gialle
Principali campi di applicazione della tecnologia GIS: pagine gialle
Principali campi di applicazione della tecnologia GIS: pagine gialle
Applicazioni
12. controllo della produzione agricola
13. marketing territoriale (geomarketing)
14. analisi socio-economiche
15. pianificazione di reti distributive
16. analisi della domanda di servizi
17. emergenze e Protezione Civile
18. difesa e sicurezza nazionale
19. servizi di localizzazione
20. ecc…
Queste applicazioni costituiscono un’elenco tutt’altro che esaustivo che ha
il solo scopo di mostrare in quanti campi i SIT sono oggi operativi e suggerire quanti
altri settori potrebbero essere in futuro coinvolti da questa nuova tecnologia.
PERCHÉ I GIS SONO COSÌ
IMPORTANTI?
I Sistemi Informativi
I sistemi informativi sono nati dall’esigenza di disporre di potenti
strumenti per la raccolta e l’elaborazione delle informazioni, al fine
di poter mettere al disposizione dei responsabili di decisioni operative,
tutte le informazioni necessarie per effettuare le migliori scelte possibili.
Se prendiamo in considerazione un qualsivoglia processo decisionale,
ci rendiamo conto che alla base di qualsiasi ponderata decisione c’è la
necessità di consultare informazioni organizzate.
I Sistemi Informativi
Il motore dei sistemi informativi è in genere costituito da una banca dati
che può essere per le applicazioni più semplici di tipo lineare mentre per
l’organizzazione di dati complessi sarà di tipo relazionale o ad oggetti.
I sistemi informativi sono strumenti estremamente potenti per descrivere
le caratteristiche pertinenti a qualsiasi tipo di oggetto e attività
identificabili tramite una coppia di coordinate geografiche.
y, o meglio: Nord
x, o meglio: Est
I Sistemi Informativi
Nell’uso di sistemi di coordinate geografiche vi è la chiave di volta e la
genialità dell’applicazione!
I sistemi di riferimento geografici costituiscono la base comune, il
“linguaggio” adottato da storici, archeologi, umanisti in genere, cartografi,
architetti, ingegneri, geologi, botanici… ognuno per descrivere le proprie
informazioni
Un “linguaggio” o se vogliamo più propriamente uno strumento che però
assume FORMA DI COMUNICAZIONE COMUNE a tutti coloro
interagiscono con lo SPAZIO consentendo lo scambio di dati e la loro
integrazione
Specificità dei GIS
Quasi tutti gli eventi che si svolgono nel mondo reale hanno in
comune di verificarsi in luoghi ben precisi
Essere in grado di descrivere con precisione il “dove” oltre al “cosa”
è la caratteristica specifica dei Sistemi Informativi Territoriali.
Un sistema informativo si dice quindi Territoriale quando è
progettato per operare con dati riferiti allo spazio geografico.
Specificità dei GIS: risolvere “problemi geografici”
Facciamo un passo indietro per tornare all’acronimo “GIS”
Abbiamo già visto che questo può essere associato ad almeno tre
definizioni:
1 - Un tipo di software
2 - Un pacchetto di applicazioni ovvero un sistema informativo
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Sul mercato sono disponibili numerosi prodotti software che rientrano nella
categoria dei “GIS”. Tra questi i più diffusi di tipo commerciale sono
ArcInfo e ArcGIS (ESRI), MapInfo, MacMap, MacGIS, MapGrafix.
Questi soft costituiscono l’interfaccia grafica che consente di visualizzare
dati geografici e operare analisi spaziali sugli stessi.
Esempio dell’interfaccia del software ArcView
I software GIS
Esistono altri tipi di software non commerciali appartenenti al cosiddetto
ambiente dell’Open-source (Un prodotto Open-source consiste in un
programma completamente gratuito nel quale si ha libero accesso al codice
sorgente che può essere modificato e implementato).
Tra i GIS open-source per eccellenza troviamo Grass nato in seno
all’esercito americano tra l’82 e il 95 e ora scaricabile gratuitamente
(http://grass.itc.it) e utilizzabile in diversi ambienti operativi, Linux, Mac,
Windows.
phpGIS, OpenSVGMapServer, MapServer, Diva-GIS, Christine-GIS.
Esempio dell’interfaccia del software GRASS
Con l’acronimo GIS si può indicare:
2 Un insieme di applicazioni, di conoscenze e di macchine
L’insieme delle apparecchiature hardware (computer, Scanner,
Stampanti, GPS, Fotocamere, masterizzatori, ecc.) delle applicazioni
software (programmi per la visualizzazione di dati geografici, basi dati
alfanumerici, image processing, utilities varie, ecc.) e delle persone (con le
rispettive competenze) che hanno il compito di acquisire, organizzare,
elaborare e restituire dati alfanumerici e geografico-territoriali riguardanti
un’organizzazione al fine di mettere a disposizione dei responsabili delle
decisioni operative tutte le informazioni necessarie per effettuare le migliori
scelte possibili.
Schema sintetico di un SIT
Il concetto di dato territoriale
Dati territoriali per eccellenza sono la rappresentazione di tutti gli
elementi fisici che occupano la superficie terrestre: fiumi, città, ponti,
alberi, ecc…
Questo termine deve essere inteso anche in senso lato:
Un SIT è infatti in grado di gestire dati di cartografia numerica
georeferenziata (in coordinate metriche), dati descrittivi direttamente
associati agli elementi rappresentati sulla cartografia ma anche qualsiasi
altro dato indirettamente georiferibile.
Esempi di dato territoriale rappresentabile indirettamente:
forme secondarie di georeferenzizione
•
le banche dati anagrafiche possono essere georiferite al territorio
attraverso gli indirizzi stradali
•
dati statistici di censimento possono essere associati alle singole
perimentrazioni dei comuni attraverso il codice ISTAT
•
le indicazioni sui lavori di manutenzione delle strade possono essere
georiferite lungo il tracciato numerico della strada attraverso le
progressive chilometriche
Equivoci
I SIT sono spesso confusi con altri tipi di sistemi quali:
•
CAD- Computer Aided Design = sistemi per la progettazione assistita
dall’elaboratore
•
AM/FM- Automated Mapping and Facility Managment = Cartografia
automatica e gestione di reti tecnologiche
•
DBMS- Data Base Managment Systems = Sistemi per la gestione di
data base
Equivoci
I SIT si distinguono da tutti questi sistemi in particolare per la
capacità di integrare dati georiferiti attraverso strumenti di analisi
quali:
• La selezione e la ricerca spaziale
• La sovrapposizione automatica di livelli geografici (map overlay)
• La generazione di aree di rispetto o di influenza (buffer)
• La generazione di modelli digitali del terreno (DTM)
• Ecc…
Equivoci
In sostanza i SIT hanno finalità ben più ampie rivolte essenzialmente
all’analisi integrata di informazioni georiferite al territorio al fine di
mostrare i dati in vari modi e secondo vari punti di vista.
La direzione verso cui i SIT stanno evolvendo è soprattutto rivolta al
mercato del consumatore: Internet, cellulari, palmari, navigatori satellitari.
Sono cioè le nuove tecnologie su cui sono promossi servizi di
localizzazione basati sull’informazione geografica: dove sei, dove vuoi
andare, cosa stai cercando, come arrivarci nel più breve tempo possibile…
Con l’acronimo GIS si può indicare:
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Le “caratteristiche distributive” rappresentano di per se uno dei segni
distintivi di un fenomeno.
Tale caratteristica sarà chiamata di seguito anche “struttura spaziale”
Si pensi ad esempio alle stelle. È del tutto lecito sostenere che la
struttura spaziale delle stelle (cioè, come queste sono effettivamente
disposte fisicamente nello spazio) rappresenti una delle caratteristiche
dell’Universo.
Se le stelle fossero disposte in un altro modo, sicuramente le
caratteristiche dell’Universo (come massa, velocità, o età) sarebbero
diverse.
Lo stesso principio può essere esteso a qualsiasi altro campo
scientifico che abbia a che fare con la realtà concreta
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Un bosco, ad esempio, potrebbe essere composto da un numero variabile
di piante, e da questo risultare più o meno densamente popolato.
Ma la densità non è tutto. Fatto indiscutibile è che le particolarità
distributive delle piante rappresentano una caratteristica (un attributo) di
questo bosco.
Per particolarità distributive s’intende il modo in cui gli elementi che
compongono un certo fenomeno (così come gli alberi compongono il bosco,
o le stelle l’universo) sono effettivamente distribuiti al suo interno.
Il punto che qui si vuole trattare è il seguente: la struttura spaziale
rappresenta non solo un generico elemento distintivo di un certo
fenomeno, ma costituisce a sua volta un indice di grande importanza
capace di rivelare caratteristiche strutturali e funzionali sul fenomeno
studiato.
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Così, la distribuzione delle piante all’interno del bosco, non solo lo
distingue in senso generico da altri boschi, ma fornisce al ricercatore
indicazioni sulle sue caratteristiche.
Perché la struttura distributiva delle piante potrebbe essere causa ed
effetto di altri fenomeni studiati nel bosco:
•
la diffusione di una certa malattia potrebbe essere un effetto
della struttura spaziale
•
la distribuzione di una certa specie di pianta piuttosto che
un’altra potrebbe essere causa del tipo di suolo
3 - Un approccio analitico ovvero di tipo spaziale
Il bosco a presenta un indice di dispersione molto elevato rispetto a quello
b. Le caratteristiche distributive nel caso dei due boschi non hanno un ruolo
secondario; non hanno solo un effetto sull’armonia estetica del bosco.
L’indice di dispersione delle piante condizionerà in modo grave il rischio di
incendi, la capacita complessiva di resistere al vento, la possibilità di
propagazione delle malattie al suo interno, ecc.
Strutture spaziali, GIS e scienze umane
È chiaro a questo punto che problemi di distribuzione possono avere
grande importanza e peso in processi d’indagine relativi alle scienze
naturali.
Ma quanto sia importante lo spazio nella ricerca sull’uomo non è
immediatamente intuibile nonostante questo sia spesso oggetto o
soggetto della ricerca sociale.
Nonostante ogni attività umana e l’uomo siano costantemente immersi
all’interno di una dimensione spazio–temporale è molto difficile cogliere
l’importanza della dimensione spaziale.
Strutture spaziali, GIS e scienze umane
Per comprendere in modo più dettagliato l’importanza dello spazio nei
processi sociali, è utile procedere alla formulazione di un esempio:
Due insediamenti: a e b. Questi due siti saranno qualificati come centri.
Per centri, s’intende che essi sono caratterizzati da una popolazione
consistente, un mercato e altre strutture di servizio. Per questo motivo
potremo qualificarli come “centri di servizio”.
Si dovrà inoltre immaginare che essi siano posti a una distanza
consistente l’uno dall’altro, restando sempre e comunque all’interno di un
unico ambito territoriale. In generale si potrà affermare che i centri di
servizio a e b siano equivalenti; cioè essi svolgono la stessa quantità e
tipologia di servizi.
Strutture spaziali, GIS e scienze umane
In mezzo allo spazio che divide questi due grandi centri, lungo la strada
che collega appunto a a b, si collocano a 1/6, a 1/3 e a 1/2 della distanza
tra a e b, tre piccoli insediamenti composti da pochi individui (una o due
unità familiari), con funzione specializzata nella produzione agricola
Strutture spaziali, GIS e scienze umane
I tre siti hanno lo stesso numero di abitanti e la stessa forza lavoro.
Si parte così dall’ipotesi che la produzione agricola servirà principalmente
per il sostentamento della popolazione di ogni singolo stanziamento.
La produzione eccedente avrà un valore e potrà essere trasformata in
capitale o scambiata solo se piazzata nel mercato dei “centri di
servizio”.
Se la produzione dovrà essere trasportata da ogni insediamento verso il
centro a. Oltre al costo di produzione si aggiunge anche il costo di
trasporto.
Costi totali = x (= costo di produzione) + y (costo della percorrenza di
1/6 della distanza tra a e b).
x+y
x + 2y
x + 3y
Strutture spaziali, GIS e scienze umane
Non è difficile capire allora, come la posizione nello spazio abbia
fortemente condizionato le funzione e le caratteristiche dei tre abitati
malgrado le condizioni iniziali fossero le stesse. Tutto questo a discapito
degli insediamenti più lontani dal centro di servizio.
È però vero che i contadini dell’abitato di mezzo, cioè quelli posti
esattamente a metà tra i centri a e b, avranno, a differenza di quelli posti a
1/6 e 1/3, la possibilità di scegliere se esiste una convenienza per loro nel
distribuire i prodotti nel mercato del centro a o in quello del centro b.
Lo spazio non rappresenta solo un palcoscenico all’interno del quale
viene rappresentata la fenomenologia dell’esperienza sociale.
Lo spazio non è un attore passivo
E’ bensì uno degli agenti più forti dell’intera esperienza umana
A cosa serve quindi il GIS nelle scienze umane?
• Collocare le analisi storiche nello spazio determinando e illustrando le
trasformazioni nel tempo
• Interpretazione di testi in relazione a carte storiche
• Indicizzare fonti in base alla collocazione spaziale e temporale
• Analisi e consultazione della distribuzione di fonti letterarie, opere d’arte,
oggetti della cultura materiale
• Accesso a cataloghi di beni culturali, siti e monumenti tramite mappe
interattive
• Identificazione di aree geografiche in base a caratteri linguistici, etnici e
culturali
• Pubblicazioni multimediali di dati geografici
• Ecc…
LE COMPONENTI DEI GIS
Le componenti di un GIS sono:
Hardware
Hardware
1 Mb
un unico dato o livello informativo pertinente ad un’area
ristretta
1 GB
vari livelli informativi peritinenti ad una piccola città
(Siena) oppure la rete stradale di una grande città (New
York)
1 TB
SIT di una grande città o di una regione italiana oppure
DTM della superficie terrestre con passo si
campionamento di 30 m
1 PB
Immagini da satellite di tutta la superficie terrestre con 1 m
di risoluzione
Software
E’ considerato a ragione il motore di un sistema informativo ed composto
da:
1.
Software di base (Sistema operativo Unix; Win; Mac OS; Linux)
linguaggi di programmazione Visual Basic; Visual C; C++; ecc.), soft
per la gestione della rete (TCP/IP)
2.
Software per la gestione di dati territoriali comunemente detto
“software GIS”
3.
Software per la gestione di data base
Procedure applicative
•
Acquisizione dati (fotointerpretazione, attribuzione codici, ecc.)
•
Retituzione dei dati (legende, titoli e quant’altro utile alla lettura dei dati)
•
Gestione degli archivi (accessi alle banche dati e procedure di archiviazione)
•
Aggiornamento dei dati (procedure simultanee di aggiornamento dei dati grafici
e descrittivi)
•
Elaborazioni dei dati (creazione di viste di sintesi; estrazione di dati statistici da
dati geografici)
•
Modelli di simulazione (modelli per valutazioni di mercato o reti insediative
storiche)
•
Modelli di rappresentazione (restituzioni semplificate di elaborazioni
complesse)
•
Interfacce utente (progettazione di accessi ai dati da parte di operatori non
esperti)
Le banche dati
Le informazioni contenute nel SIT sono organizzate in strutture logiche
appositamente studiate per le applicazioni previste.
Banca dati alfanumerica = dati descrittivi associati tramite un codice
definito identificatore (ha la caratteristica di essere
unico) ai tematismi grafici
Banca dati geografici = cartografia tecnica, tematica, storica, immagini
aeree e da satellite
Banca dati alfanumerica
Banca dati geografici
I dati territoriali possono essere distinti in:
Cartografia che a sua volta può essere distinta in tecnica, tematica,
storica
Dati telerilevati che comprendono, foto aeree che possono essere
storiche o recenti, verticali o oblique, scanner iperspettrali, immagini
da satellite (pancromatiche, multispettrali, radar)
Modelli digitali del terreno
e molti altri tipi di dati ancora …
Cartografia IGM
La produzione dell’IGM si articola in:
• Carte topografiche – in scala 1:25.000, 1:50.000, 1:100.000
• Carta a media-piccola scala – la carta d’Italia a 1:250.000,
1:500.000, 1:1.250.000 (costituita da 15 fogli)
• Spaziocarta – mosaico in scala 1:50.000 di immagini
pancromatiche da saltellite (SPOT)
• Carte speciali – carte aeronautica d’Italia (1:500.000), carta
magnetica d’Italia (1:2.000.000), carta archeologica d’Italia
(1:100.000), carte di territori limitati.
Cartografia IGM
Carta topografica
d‘Italia serie 100:
quadro d'unione
Esempio di un quadrante IGM in scala 1:25.000
Particolare di un quadrante IGM in scala 1:25.000
Cartografia Tecnica Regionale
La cartografia prodotta dagli enti regionali è fondamentalmente rivolta a
costituire il supporto per le attività di pianificazione e si può distinguere in
due grandi categorie di base e tematica
Cartografia di base o meglio CTR = Carta Tecnica Regionale presenta di
solito una scala tra 1:5.000 e 1:10.000
Carte tematiche: carte dell’uso dei suoli, carte pedologiche e geologiche,
carte delle pendenze, dei dissesti, dell’idrografia, delle caratteristiche
climatiche, carte inerenti agli aspetti naturali (caratteristiche della flora,
vegetazione, fauna, ecc) e ai vincoli (riserve naturali, aree archeologiche,
ecc.), carte mosaico degli strumenti urbanistici.
Cartografia
Tecnica Regionale
Carta Tecnica della
Regione Toscana in
scala 1:10.000:
quadro d'unione
Esempio di una sezione della CTR in scala 1:10.000
Particolare di una sezione della CTR in scala 1:10.000
Cartografia storica
Possiamo distinguere almeno due grandi gruppi di carte geodetiche e
pre-geodetiche.
Le prime possono essere “modificate” in modo da potere essere
rappresentate in ambiente GIS
Le seconde a causa dell’assenza di criteri geometrici unitari non
possono essere “georeferenziate” e quindi acquisite in ambiente
GIS. Con ciò sia ben chiaro che queste continuano a costituire una
fonte di informazione di estremo interesse.
Cartografia storica non geodetica: esempio di una Pianta dei Capitani
del Bigallo
Cartografia storica geodetica: catasto leopoldino
Le fotografie aeree
Qualunque fotografia ripresa dall’alto si può considerare una fotografia aerea.
Le fotografie aeree sono essenzialmente di due tipi: verticali e oblique
Questa definizione è in stretta relazione con l’inclinazione dell’asse ottico della
camera fotografica
Le fotografie aeree
Le fotografie verticali sono molto
raramente acquisite a fini
archeologici. In genere vengono
prodotte con fini cartografici
Le coperture verticali sono consultabili
presso gli Uffici Cartografici Provinciali
e Regionali, IGM, compagnie di riprese
Fotografie aeree
Georeferenziazione = associazione di
coordinate geografiche alle coordinate
interne
Mosaicatura =
unione in un unico
documento delle
fotografie di solito
con il taglio delle
sezione 1:10.000
della CTR
Immagini da satellite
Ikonos-2
QuickBird-2
Modelli digitali del terreno (DEM o DTM): a livello macro, ad esempio,
l’intera Regione Toscana
Modelli digitali del terreno (DEM o DTM): a livello macro, ad esempio,
l’intera Provincia di Siena
Confronto tra modelli digitali del terreno: Toscana e Provincia di Siena
Da Regione Toscana risoluzione a 100m
Da Provincia di Siena risoluzione a 10m
Modelli digitali del terreno (DEM o DTM): a livello micro, ad esempio, una
piccola collina con una superficie inferiore ad 1 ettaro e risoluzione di 50 cm
Componente umana
Le persone svolgono un ruolo essenziale in un sistema informativo
pertanto devono essere preparate e formate in modo adeguato rispetto
alle attività che dovranno svolgere
Può sembrare del tutto ovvio che la struttura organizzativa di un ente
che gestisce un SIT deve essere pianificata come qualsiasi altra attività
ciònonostante questo aspetto viene spesso trascurato con il risultato
che a posteriori si improvvisano figure informatiche ed applicative
non preparate a svolgere le attività a loro affidate.
La crescente diffusione di corsi di laurea in GIS e geotecnologie sta
rapidamente ponendo fine a questa situazione dettata soprattutto dal
carattere pionieristico della disciplina
MODELLI, STRUTTURE E
FORMATI DEI DATI GEOGRAFICI
Le strutture dei dati geografici
L’informazione geografica, così come si presenta nel mondo reale, per
poter essere utilizzata all’interno di un SIT, deve essere interpretata.
LA CARTA NON È IL TERRITORIO
Il territorio e i suoi elementi sono ricondotti a modelli che ne evidenziano
le caratteristiche utili a capire determinati fenomeni, solo quei fenomeni
che di volta in volta siamo interessati a comprendere
Il territorio o meglio la parte di esso che ci interessa deve essere
“tradotto”, organizzato in strutture informatiche in modo che gli algoritmi
matematici siano in grado di elaborarne la rappresentazione
Le strutture dei dati geografici
Un oggetto geografico può essere descritto in vari modi
Esempio - un fiume
Se la nostra necessità è di verificare che non ci siano fabbriche entro 150
m dagli argini dovremmo rappresentare il fiume secondo il disegno
geometrico dei suoi argini
Se abbiamo bisogno di capire come si distribuisce un prodotto inquinante
scaricato da una certa fabbrica, dovremmo rappresentare l’idrografia
come una rete di segmenti connessi alle quali è stata assegnata una
gerarchia ed il verso di scorrimento dell’acqua
Le strutture dei dati geografici
I diversi modi di rappresentare uno stesso oggetto geografico
costituiscono i MODELLI, che contengono le logiche necessarie a
trasformare i differenti concetti (nell’esempio la forma del fiume o il flusso
delle sue acque) in rappresentazioni numeriche dei dati.
LA DEFINIZIONE DEL MODELLO COMPORTA LA SCELTA DI UNA
STRUTTURA
I dati geografici possono infatti essere strutturati in diversi modi ciascuno
dei quali soddisfa particolari esigenze dell’utente.
Alcune strutture dei dati dipendono dalle apparecchiature con cui
vengono acquisite altre si prestano meglio a specifiche esigenze
Modelli di dati geografici
Sappiamo che i SIT hanno la peculiarità di operare su dati geografici e
descrittivi attraverso funzioni di analisi spaziale al fine di rispondere a
domande sul mondo reale
Sappiamo inoltre che i dati contenuti nei SIT sono dei modelli che
evidenziano determinati aspetti della realtà
Il compito peculiare del modello è rappresentare le ENTITÀ presenti nel
mondo reale e le RELAZIONI che intercorrono tra di esse
Modelli di dati geografici: entità/relazione
Esempio
L’entità “persona” può essere rappresentata attraverso il nome,
cognome, dati anagrafici e di residenza
L’entità “particella catastale” (casa, fondo agricolo, ecc…) come un
poligono chiuso descritto in coordinate geografiche con i suoi identificativi
(comune di appartenenza, numero di mappa, numero di particella)
La relazione tra l’entità persona e l’entità particella catastale è
rappresentata attraverso il concetto di proprietà anch’esso descritto nel
modello.
Modelli di dati geografici
E’ importante insistere sul fatto che i modelli sono progettati per
evidenziare solo determinati aspetti della realtà, quelli utili alle nostre
analisi e quindi ai nostri obiettivi!
Modelli molto complessi risulteranno difficili da gestire e molto
costosi da aggiornare e mantenere
Tutte pessime qualità per qualunque tipo di sistema informativo territoriale
e non
Modelli di dati geografici
Il modello dei dati è un insieme di costrutti che
MONDO REALE
descrivono e rappresentano particolari aspetti del
mondo reale in un computer.
Modello concettuale
Il modello dei dati è un’astrazione della realtà
Modello logico
Per poter rappresentare il mondo reale dobbiamo
ragionare secondo tre differenti livelli di
Modello fisico
astrazione, man mano che passiamo da una
rappresentazione più prossima ai ragionamenti
umani verso una più idonea all’uso
dell’informazione in un computer
SISTEMA
INFORMATIVO
Modelli di dati geografici: livelli di astrazione
Modello concettuale
Partendo dal mondo reale e dai fenomeni che lo compongono (strade,
centri abitati, fiumi e laghi, montagne, ecc.) il primo livello di astrazione è
il modello concettuale, che descrive una selezione di oggetti e di processi
caratterizzanti un particolare problema
Esempio – controllo flusso di TIR sulle autostrade
Entità “autostrada” ovvero insieme di tratte lineari connesse e
identificate, nodi di connessione, punti che identificano la posizione di
ogni TIR
Modelli di dati geografici: livelli di astrazione
Modello logico
Il secondo livello di astrazione descrive le entità e le relazioni
definite nel modello concettuale in modo orientato all’implementazione
del sistema ed è espresso in forma di diagrammi e liste
Stiamo tornando verso ciò che avevamo visto per i DBMS. Infatti come
per i data base anche per i SIT si usa il modello E/R (entità/relazione) o
relazionale.
Modelli di dati geografici: livelli di astrazione
Modello fisico
Il terzo livello di astrazione descrive in dettaglio i file, gli archivi e le
tabelle e definisce i nomi e le dimensioni degli attributi, le relazioni tra
le tabelle, la struttura e la topologia dei dati geografici, le fonti e le
tecniche di acquisizione.
Questo modello può essere descritto in un METADATI (informazione
dell’informazione), strumento estremamente utile per documentare le
banche dati.
Le strutture dei dati geografici
Le variabili che concorrono alla decisione di utilizzare un sistema di
organizzazione al posto di un altro sono numerose, tra queste ne
ricordiamo in particolare tre:
OBIETTIVI
STRUMENTI DI ACQUISIZIONE DEI DATI
DISPONIBILITÀ DI SOFTWARE
LA STRUTTURA VETTORIALE
Il disegno vettoriale di una carta geografica comporta l’uso di
semplificazioni del mondo reale che derivano dalle possibilità grafiche
offerte dagli strumenti tradizionali:
•
dovendo rappresentare la localizzazione di una città su una carta
che copre l’intera Europa, individueremo la sua posizione con un
punto e il suo nome con una scritta
•
Dovendo rappresentare una strada che collega le due città,
disegneremo una linea (più o meno spessa in funzione della
dell’importanza della strada) che segua l’andamento reale del
tracciato, congiungendo i due punti identificativi delle due città da
collegare
•
Dovendo rappresentare i confini di un parco nazionale disegneremo
un poligono chiuso
La struttura Vettoriale
NULLA DI NUOVO RISPETTO A QUANTO AVETE GIÀ OSSERVATO
INNUMEREVOLI VOLTE CONSULTANDO UNA QUALSIASI CARTA
GEOGRAFICA
La struttura vettoriale di un GIS è composta da tre elementi principali:
1. Elementi geometrici essenziali per la rappresentazione matematicogeometrica della realtà: punto, linea, poligono
La struttura Vettoriale
2. La rappresentazione di tipo grafico o geometrico non basta a concepire
il modello dei dati. Rispetto ad una rappresentazione puramente
geometrica degli oggetti presenti nella realtà a un GIS viene richiesto
di mantenere e gestire tutte le informazioni che riguardano le MUTUE
RELAZIONI SPAZIALI tra i diversi elementi rappresentati e quindi di
strutturare i dati definendone anche la topologia
5 km
10 km
La struttura Vettoriale
3. Oltre all’aspetto geometrico e topologico, il modello dei dati, per essere
efficace e per permettere le procedure di immagazzinamento dei dati e
quindi l’analisi deve prevedere il collegamento tra la
rappresentazione grafica degli oggetti con i dati descrittivi o
alfanumerici all’interno di un DBMS.
Il termine comunemente utilizzato per riferirsi ai dati alfanumerici collegati
agli elementi grafici è “attributo”
La struttura Vettoriale
3. Gli aspetti interpretativi del dato catastato possono essere registrati
all’interno di:
a) DBMS interno al software GIS lineare ed essenziale, consistente in
una serie di campi, impostati dall’utente ed utilizzati per lo più per una
consultazione veloce e per la composizione di visualizzazioni
tematiche. Gli attributi inseriti, in questo caso, hanno la funzione di
identificatori; queste informazioni risiedono stabilmente all’interno del
software GIS e non sono suscettibili agli aggiornamenti registrati nel
DBMS esterno. Per ovviare al rischio di creare un prodotto chiuso,
si tenderà ad inserire dentro il DBMS interno i dati difficilmente
suscettibili a modifiche e, comunque, solo quei dati che sono funzionali
ad una prima gestione, più immediata, della base.
La struttura Vettoriale
b) DBMS relazionale ed interrogabile attraverso linguaggi di tipo
SQL (Structured Query Language)
I database di tipo relazionale sono lo sbocco naturale per l'analisi del
territorio e dunque per i GIS, giacchè le caratteristiche e i parametri
delle informazioni ricavabili configurano un’architettura complessa non
gestibile attraverso modelli del dato più elementari.
Il link con il DBMS relazionale consente un aggiornamento dinamico
della piattaforma.
Il DataBase si presenta dunque come cervello e motore dell’intero GIS
e come contenitore delle informazioni primarie per l’analisi.
Il GIS deve prevedere l’integrazione tra sistemi cartografici e
databases; una base cartografica priva di attributi non potrà
produrre informazione.
La struttura Raster
La struttura raster, cellulare o matriciale è considerata la più semplice ed
intuitiva struttura di organizzazione di dati geometrici ed è
largamente usta nel campo dei sistemi informativi territoriali.
Per semplificare la trattazione consideriamo l’organizzazione per celle
quadrate, tralasciando le organizzazioni in celle triangolari, rettangolari o
esagonali.
Organizzare dati geografici in nella struttura raster significa dividere
il territorio in un reticolato ortogonale regolare in celle di forma
quadrata.
La struttura Raster
Ad ogni cella sono associati due tipi di valori:
numero digitale = valore del tema che si vuole rappresentare, ad
esempio se stiamo rappresentando un’area di particolare interrese
storico ad ogni cella verrà associato il valore corrispondente all’evento
che caratterizza quell’area di territorio
coordinate immagine = corrispondono alla posizione della cella
all’interno della matrice (la cella di origine è di solito in basso o in alto
a sinistra). La posizione geografica della griglia (=georeferenziazione)
è data dalla posizione di due celle estreme (cella di origine e cella di
coordinate massime) nel sistema geografico di riferimento
La struttura Raster
Alcune caratteristiche dei dati Raster: elementi che possono essere
rappresentati nella nostra scala di riferimento come punti
1. Possono essere identificati nelle celle secondo la loro presenza o
assenza
2. La presenza verrà attribuita all’intera cella perdendo così
l’informazione sulla posizione precisa
3. Tutti gli alberi della stessa cella verranno indicati con le stesse
coordinate perdendo l’identità di ogni singolo elemento
Alcune caratteristiche dei dati Raster: elementi che possono essere
rappresentati nella nostra scala di riferimento come linee
1. Le celle in questo caso sono interessate in maniera differente a
seconda della porzione di linea che l’attraversa ma nella matrice la
presenza della linea sarà associata in egual misura a tutte le celle
attraversate
2. Problema della connessione spaziale e cioè della distanza che
comporta problemi in sede di analisi
Alcune caratteristiche dei dati Raster: problema della connessione
spaziale e cioè della distanza che comporta problemi in sede di analisi
Distanze tra dai vector:
Alcune caratteristiche dei dati Raster: elementi che possono essere
rappresentati nella nostra scala di riferimento come poligoni
1. Problema della forma
2. Problema delle dimensioni
La risoluzione
I limiti appena descritti ci permettono di evidenziare un parametro
importantissimo nella definizione della struttura raster: La
risoluzione
Per definire quale sia il limite dell’informazione contenuta nella cella è
necessario definire il minimo elemento rappresentabile
Landsat TM
Winter 1995
RGB Colour
composite of bands
4-3-2
Ikonos MS
July 2000
RGB Colour
composite of
bands 4-3-2
La risoluzione e quantità di memoria
La dimensione della cella determina anche la dimensione della
matrice e quindi la quantità di memoria occupata:
Una base raster di 100x100
km in una matrice con celle
di 10 m (pixel per metro)
corrispondono a 100 mio di
celle. Se in ogni cella
scriviamo un valore da 0 a
255 (8 bit) la memoria
occupata sarà di 800 mio di
bit = 800 MB
La risoluzione e quantità di memoria: bitmap
In realtà molte basi raster presentano al loro interno solo due valori: 0
e 1 (presenza o assenza) in questo caso vengono definite bitmap
poiché per rappresentare il valore contenuto nella cella è necessario
un solo bit.
La risoluzione
delle carte
topografiche
viene in
genere
espressa in
pixel per
pollice o per
centimetro
La risoluzione e quantità di memoria: compressione dei dati
In altri casi nelle matrici sono rappresentate gradi aree omogenee
dove i valori delle celle sono uguali o di poco dissimili. Al fine di
ottimizzare lo spazio di memoria occupato sono stati sviluppati diversi
strumenti capaci di comprimere l’informazione.
Differenze e sinergie delle strutture raster e vector
La struttura raster e vettoriale per le loro potenzialità nel campo
dell’analisi spaziale sono da considerarsi delle alternative
complementari, nessuna delle due può infatti sostituire
completamente le funzionalità applicative dell’altra.
La scelta deve quindi essere effettuata caso per caso in funzione
delle necessità elaborative.
In ogni caso la possibilità per un utente GIS di passare dall’una
all’altra tipologia è oggi una necessità imprescindibile.
Strutture raster e vettoriale a confronto
PARAMETRI
MODELLO VETTORIALE
Volume di dati
Generalizzazione (passaggio da un
alto grado di dettaglio ad un grado
più basso)
Aspetti topologici
Accuratezza
Efficienza di elaborazione
Tecniche di overlay
Tecniche di buffering
Image processing
DTM
Visualizzazione
MODELLO RASTER
Struttura dati più compatta: il volume
dipende dal contenuto del dato,
dall’accuratezza e dalla precisione
Struttura scarsamente compatta:
volume dipende dalla risoluzione e
dall’uso o meno di formati complessi
Laboriosa e complessa
Semplificazione molto rapida
Struttura dati molto efficiente
soprattutto per questioni di analisi dei
dati e di connessione con data base
relazionali
Le relazioni topologiche sono difficili da
rappresentare e da gestire
Può non avere limiti
Dato raster ha per sua natura carattere
discreto
Elevata ma complessa
Semplice e molto intuitiva
Sovrapposizioni di livelli informativi
complessa ma molto accurata
Intuitiva ma approssimata
Molto efficienti e accurate
Poco evolute e scarsamente adottate
Struttura dati non idonea
Propria della struttura raster
Precisione molto levata ma complessa
Semplice ma più approssimata
Veloce e non necessita di hardware
specifico
Lenta e migliore se dotati di hardware
specifico
Strutture raster e vector a confronto
Visone RASTER del mondo
ENTITA’
PUNTI: Hotel
LINEE: Seggiovia
AREE: Foreste
RETI: Strade
SUPERFICI: DTM
Visione vettoriale
Formati supportati dai GIS
Il termine “formato”, di uso comune per tutti coloro che già operano
con il computer, viene utilizzato per definire la struttura fisica usata
per immagazzinare i dati in un file.
In genere il formato può essere identificato con un nome o con una
sigla che spesso corrisponde all’estensione del file.
Per esempio il formato dei file che tutti voi adoperate quando scrivete
un testo con il programma Microsoft Word è il DOC: ed infatti i file di
Word hanno l’estensione .doc
Formati supportati dai GIS
I formati possono essere distinti in ASCII, formati proprietari e metaformati
Formato ASCII: sono composti da record nei quali i dati (coordinate, testi)
sono separati da una virgola o
da un altro separatore.
Un file ASCII molto diffuso
è il GENERATE, un formato
molto semplice che contiene
in ogni record una coppia
di coordinate
oppure un END che chiude
la sequenza
Formati supportati dai GIS
Formati proprietari: sono quei formati studiati dalle case produttrici di
software o da enti nazionali e strutturati per operare al meglio sui soft
GIS per cui vengono creati
Il principale problema è che fino a pochi anni fa le software house non
pubblicavano i propri formati e quindi per poter utilizzare gli stessi dati in
altre applicazioni era necessario passarli attraverso formati ASCII dichiarati
con perdita di tempo e di informazioni.
Negli ultimi anni la situazione è migliorata ed ora molti formati proprietari
sono diventati standard di fatto, ad esempio *.shp=shapefile (ESRI) per
dati vector oppure *.img=imagine (ERDAS) per dati raster.
Formati supportati dai GIS
Metaformati: non sono direttamente utilizzabili dai prodotti software ma
servono solo ed esclusivamente per il trasferimento del file da un
sistema all’altro
In Italia abbiamo due enti che hanno adottato metaformati per il trasferimento
dei dati geografici:
IGM: distribuisce dati nel formato DIGEST
Catasto: distribuisce dati nel formato NTF
La complessità e farraginosità dei dati ne ha decretato il progressivo declino
ACQUISIZIONE DEI DATI
Acquisizione dei dati: il cosiddetto data-entry
E’ chiaro a questo punto che l’oggetto principale che viene rappresentato
e studiato all’interno di un SIT è il territorio nella sua complessità,
identificato come un sistema reale composto da sottosistemi, oggetti e
relazioni.
Il sistema informativo contiene infatti una descrizione del mondo reale,
rappresentata mediante un modello che individua insiemi, relazioni e
componenti.
I SIT sono progetti con finalità ben precise quindi conterrà una banca dati
territoriale che rappresenta una particolare vista del mondo reale, quella
utile alle finalità medesime.
Acquisizione dei dati
Ogni dato è caratterizzato da proprietà:
Geografiche = localizzazione e forma
Tematiche = descrizione di suoi attributi
Temporale = momento di acquisizione dei dati
Questi tre modi di rappresentare oggetti e fenomeni è espresso dal modello
dei dati che considera anche le fonti e le modalità di acquisizione
Fonti e modalità definiscono intrinsecamente la qualità del dato
Acquisizione dei dati
Il dato può essere acquisito in svariati modi:
1. Acquisizione dati da basi informative già esistenti
2. Acquisizione di dati da cartografia
a. Rasterizzazione
b. Vettorializzazione
3. Rilievo di campagna (stazione totale o GPS)
4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento
Acquisizione dei dati
1. Acquisizione dati da basi informative già esistenti
E’ opportuno considerare i seguenti punti
a. Compatibilità con il sistema di coordinate di riferimento
b. Formato dei dati
c. Fonte di acquisizione (cartografia, rilievi, ecc.)
d. Componenti di qualità
e. Copertura geografica
f. Modello fisico dei dati
g. Prezzi e limitazioni d’uso
Acquisizione dei dati
2. Acquisizione di dati da cartografia
Una carta di base rasterizzata (tramite scansione) può assolvere
generalmente i seguenti scopi:
1. Base iconografica di riferimento, non utilizzabile ai fini
dell’analisi modellistica ma solo come sfondo per dati vettoriali
2. Per acqusire in formato vettoriale digitalizzando a monitor gli
elementi rappresentati sullo sfondo raster
Acquisizione dei dati
2. Acquisizione di dati da cartografia: vettorializzazione
Può avvenire sia a partire da cartografia di base rasterizzata sia da
cartografia tradizionale su supporto cartaceo
a. Vettorializzazione da cartografia di base rasterizzata: automatica
o semiautomatica
b. Vettorializzazione da cartografia tradizionale su supporto
cartaceo: manuale (tramite tavolo digitalizzatore).
Caso di studio: il catasto leopoldino
Il Catasto fu avviato dopo la restaurazione, insieme all’elaborazione
della carta geometrica della Toscana che verrà portata a termine da
Giovanni Inghirami nel 1830, allo scopo di rilevare le caratteristiche dei
terreni e degli edifici per poi procedere alla valutazione fiscale.
L’importanza della documentazione storico-cartografica per la
conoscenza dell’evoluzione dei paesaggi e la valorizzazione delle
risorse territoriali ed ambientali è ben nota. Tra i principali limiti ad un
impiego diffuso della cartografia storica nell’ambito sia di progetti di ricerca
sia presso le amministrazioni pubbliche vi sono le difficoltà oggettive che
insorgono nel confronto tra le rappresentazioni contemporanee del
paesaggio e le mappe storiche.
Caso di studio: il catasto leopoldino
Elementi che compongono la documentazione
LIBRI DI INVENTARIO
MAPPE
Caso di studio: il catasto leopoldino
Caso di studio: la cartografia leopoldina
Caso di studio: georeferenziazione della cartografia leopoldina
Caso di studio: vettorializzazione automatica e a monitor
Caso di studio: georeferenziazione della cartografia leopoldina
Caso di studio: unione tra tabella del GIS (DBMS interno) e trascrizione
delle tavole indicative
Shape
ID n° particella
polygon
1
ID n° particella
Nome proprietario
Uso
…
1
Prezzolini Giuseppe
Pastura
…
Shape
ID n° particella+sezione
ID n° particella +
sezione
Nome
proprietario
Uso
…
polygon
1/A
1/A
Prezzolini
Giuseppe
Pastura
…
Shape
ID n°
particella+sezione+comu
nità
ID n° particella +
sezione + comunità
Nome
proprietario
Uso
…
1/A/murlo
…
1/A/murlo
Prezzolini
Giuseppe
Pastura
polygon
Shape
ID n°
particella+sezione+comu
nità + provincia
ID n° particella +
sezione + comunità
Nome
proprietario
Uso
…
1/A/murlo/siena
…
1/A/murlo/siena
Prezzolini
Giuseppe
Pastura
polygon
Caso di studio: unione del tavole indicative e con le particelle catastali
Caso di studio: la versione informatizzata del catasto leopoldino
Caso di studio: analisi e potenzialità dell’informazione così organizzata
Caso di studio: analisi e potenzialità dell’informazione così organizzata
Caso di studio: analisi e potenzialità dell’informazione così organizzata
Caso di studio: analisi e potenzialità dell’informazione così organizzata
Caso di studio: analisi e potenzialità dell’informazione così organizzata
Acquisizione dei dati
3. Rilievo di campagna
Di solito viene utilizzato a fini micro-topografici
cioè per acquisire dati estremamente precisi in
relazione ad aree ridotte del territorio (scale inferiori
a 1:500)
Il processo topografico diretto è in genere molto
complesso e oneroso
Gli strumenti che intervengono sono la stazione
totale e/o il GPS differenziale
Acquisizione dei dati
4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento
La fotogrammetria è la tecnica più usata per
la produzione cartografica tradizionale ed è
sempre più usata anche per la produzione
cartografica numerica.
Tecniche di telerilevamento da aereo o da
satelliti ad alta definizione
Laser scanner
Acquisizione dei dati
4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento
La fotogrammetria è la tecnica più usata per la produzione cartografica
tradizionale ed è sempre più usata anche per la produzione cartografica
numerica.
Tecniche di telerilevamento da aereo o da satelliti ad alta definizione
Acquisizione dei dati
4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento
Laser scanner
Scanner aviotrasportati: LIDAR
Le principali applicazioni del LIDAR possono essere riassunte in:
•
generazione di micromodelli del terreno e calcolo delle curve di livello;
•
estrazione di profili del terreno;
•
creazione di DEM escludendo la vegetazione e qualunque manufatto
artificiale dalla superficie;
•
creazione di algoritmi tipo aspect e shading e visualizzazione dei modelli
tridimensionali da ogni angolazione;
•
overlay con ogni tipo di dato GIS.
Laser Scanner aviotrasportato
Scanner aviotrasportati: LIDAR
In alto particolare del cerchio di pietre
di Avebury circondato dai due fossati.
Acquisizione dei dati
Draping dei dati CASI con i dati Lidar
Gestione ed elaborazione del dato
Visualizzazione e produzione di carte
tematiche
Introduzione
Attraverso gli strumenti offerti dalla tecnologia GIS, ogni singolo dato
catastato può essere:
1. Gestito
2. Elaborato
3. Tradotto in informazione
il trattamento può avvenire a vari livelli e può riguardare sia la produzione
di carte tematiche sia l’elaborazione di modelli interpretativi e predittivi
tramite l’applicazione di tecniche statistiche di analisi.
Ricerca e visualizzazione
L’organizzazione per tematismi delle informazioni corrisponde senza
dubbio al livello più elementare di fruizione della base GIS
Consiste infatti semplicemente nella combinazione dei vari elementi
presenti nella piattaforma che rispondono a diversi criteri di ricerca.
Questa modalità di gestione, benché costituisca a ragione una delle
funzioni di maggior utilità della piattaforma GIS, non interpreta alcun
tipo di analisi; non produce infatti modelli distributivi o spaziali bensì
semplici carte di visualizzazione della localizzazione dei diversi
elementi presenti nello scavo.
Ricerca e visualizzazione
In quest’operazione, gli oggetti vengono richiamati a video o definiti
attraverso cromatismi, secondo una query impostata sui valori contenuti
in appositi campi di identificazione; dunque la composizione di queste
carte non avviene sulla base di elaborazioni matematiche, statistiche
o spaziali bensì attraverso semplici combinazioni di identificatori.
Questa fase di lavoro presenta come unica difficoltà l’esigenza di
elaborare una sorta di database interno al software GIS e personalizzato
secondo le necessità di ricerca; ad esempio, prevederà da un lato la
traduzione dei dati descrittivi in stringhe di testo, registrate secondo
un dizionario standard, dall’altro la creazione di campi ex novo,
esclusivamente funzionali alla visualizzazione.
Ricalssificazioni, selezioni, aggregazioni
Le funzioni di riclassificazione, aggregazione e selezione possono operare
solo su dati descrittivi oppure su dati geografici e descrittivi insieme
Riclassificazione
Generazione di un nuova visualizzazione partendo da un attributo già
esistente
Esempio: riclassificazione dei comuni in base all’estensione superficiale o
alla popolazione residente
Riclassificazione
Ricalssificazioni, selezioni, aggregazioni
Selezioni
E’ possibile selezionare dal data-base interno al software GIS (ma anche
dall’esterno) elementi spaziali sulla base degli attributi ad essi associati o
vice versa.
Esempio:
Ricerca di singoli o più comuni, provincie, regioni o qualsiasi altro elemento
descrittivo contenuto in tabella
Selezioni
Ricalssificazioni, selezioni, aggregazioni
Aggregazione e disaggregazione
In molti casi può essere necessario non solo rappresentare graficamente
le informazioni in modo tale che queste risultino accorpate ma procedere
ad un aggregazione fisica di poligoni che rappresentano ad esempio le
due classi iniziali, eliminando dove si presentano le linee di separazione.
Esempio: comuni
province
Aggregazione e disaggregazione
Aggregazione dei comuni di una regione in comunità montane e provincie
Si procede nel seguente modo: da theme>start editing, poi si selezionano i
poligoni che si intende unire, poi da edit si attiva il comando union features
5. Analisi del dato
Finalità e definizioni di GIS
Applicazioni
Modello dei dati (raster e vector)
Acquisizione
Gestione ed elaborazione (queries e carte tematiche)
Analisi del dato (overlay-buffer-poligoni di Thiessen)
Analisi ed elaborazione
L’analisi geografica permette di studiare i processi del mondo reale
tramite lo sviluppo e l’applicazione di modelli.
Tali modelli servono a riconoscere tendenze nei dati geografici e, di
conseguenza, rendere disponibile nuova informazione.
Il GIS permette di elaborare modelli individuando relazioni prima
sconosciute, sia all’interno di un gruppo omogeneo di dati che fra gruppi
eterogenei, e quindi aumentare il nostro livello di conoscenza.
I risultati delle analisi possono essere trasmessi attraverso mappe
realizzate tramite diversi sistemi di visualizzazione.
Analisi e processamento
Il modulo di analisi usualmente prevede quattro funzioni importanti:
1. la selezione degli oggetti coinvolti nell’analisi (operazione
semplice ma necessaria)
2. la manipolazione dei dati secondo combinazioni, buffering,
overlaying e interpolazione
3. la ricerca di un qualche genere di pattern o cluster nel
gruppo di dati analizzati.
4. la riproduzione grafica dei risultati ottenuti, attraverso
l’applicazione di strumenti di visualizzazione propri del GIS.
Analisi e processamento
La procedura di analisi prevede:
• un obiettivo da raggiungere e la chiarezza di quali strumenti
debbano essere utilizzati per raggiungerlo.
• i dati grafici necessari ed un corredo di attributi ad essi
connessi
• l’applicazione dei calcoli e ricerche previste in fase di
impostazione dell’analisi.
• la valutazione e l’interpretazione dei risultati.
Analisi spaziale
Questo tipo di analisi corrisponde ad una delle funzioni più utilizzate e conta
numerosi ambiti applicativi:
•
Geografico
•
Geomarketing (GIS = Business)
•
Pianificazione territoriale (viabilità, espansione urbanistica, ecc.)
•
Monitoraggio delle risorse ambientali (GIS = monitoraggio e
pianificazione)
•
Scienze storiche-archeologiche-antropologiche (GIS = nuova fonte
di informazioni)
•
COMUNICAZIONE
La capacità dei sistemi GIS di effettuare operazioni di analisi spaziale li
distanzia ulteriormente e definitivamente dal mondo dei sistemi nati per effettuare
operazioni di sola cartografia e disegno al computer.
Analisi spaziale
L’analisi spaziale va dalla semplice richiesta relativa a fenomeni spaziali a più
complicate combinazioni di queries (=interrogazioni) tematiche, queries spaziali e
sistemi di alterazione del dato originale.
Overlay analisys = coinvolge la connessione logica e la manipolazione di dati
spaziali catastati su livelli distinti
analisi di prossimità = realizzata attraverso procedure basate sulla misurazione
della distanza fra oggetti posti su livelli distinti
relazioni spaziali per cogliere connessioni fra oggetti di tipo diverso = ricerche
spaziali, buffering, intersezione ecc.
Analisi spaziale
I diversi tipi di analisi applicabili sono:
Misurazione
Il GIS compie misurazione spaziali, che possono essere attivate senza alcuna
difficoltà dall’utente. Le misurazioni riguardano la distanza fra due punti, l’area ed il
perimetro di un poligono, la lunghezza di una linea.
I calcoli possono essere semplici, come misurare un’area sulla mappa, o più
complesso come misurare due aree sovrapposte su due o più mappe.
Overlay topologico
Un metodo base per creare o riconoscere relazioni spaziali avviene attraverso un
processo dell’overlay topologico.
Quest’ultimo si ottiene tramite l’unione di un gruppo distinto di dati che occupano
uno stesso spazio.
Concettualmente si tratta di funzionalità molto semplici ma solamente una
struttura dei dati completamente topologica permette di realizzarle in modo
efficace.
Infatti il risultato della sovrapposizione di diversi livelli informativi non deve essere
solamente visuale (non solo cioè limitato ad una sovrapposizione visiva) ma
devono soprattutto valere a livello degli attributi.
Overlay topologico
A
B
C
Overlay topologico
Si otterrà dunque un nuovo livello di informazioni che conterrà tutte le informazioni
contenute nei diversi layer.
Le sovrapposizioni (overlay) possono essere suddivise in tre categorie principali:
punti su poligoni, linee su poligoni e poligoni su poligoni.
Per poter attivare le operazioni di overlay è necessario che almeno uno dei due
tematismi considerati sia di tipo poligonale.
Ad esempio poniamo, come livello poligonale, una carta dell'uso del suolo,
mediante le funzioni di overlay possiamo attribuire la tipologia del suolo in cui cade
ad esempio un traliccio elettrico (punto su poligono), un tratto di strada (linea su
poligono), un fabbricato (poligono su poligono).
Overlay topologico
Il nuovo livello informativo conterrà, oltre che tutti gli attributi rispettivamente
del traliccio, della strada o del fabbricato, anche tutte le informazioni che sono
associate ad esempio alla carta poligonale dell'uso del suolo.
Mediante questi operatori sono possibili sofisticate analisi di tipo ambientale e
scientifico ad esempio in campo geologico tramite la possibilità di sovrapporre
carte diverse riportanti informazioni sulla geologia, la copertura vegetale, l'acclività,
la fratturazione della roccia, per determinare le zone potenzialmente predisposte al
dissesto.
Tali analisi, tipiche delle scienze ambientali, risultano grandemente facilitate dalla
presenza degli operatori di overlay.
Buffering
Per poter analizzare il territorio intorno ad un determinato oggetto geografico
si utilizzano le funzioni che generano “aree di rispetto”, dette buffer.
La possibilità di modulare questa operazione a seconda delle necessità
dell'operatore dà modo di risolvere, con pochi passaggi, problemi altrimenti
difficilmente risolvibili.
Nella pratica cosa succede:
Intorno ad un oggetto geografico (rappresentato tramite un punto, una linea o
un poligono) la funzione genera sulla base di una distanza predefinita,
un’area poligonale
Buffering
Buffering
Ad esempio l’area intorno ad una discarica, per una distanza definita per legge,
non può essere edificata. Ipotizzato un certo sito è possibile generare un’area di
buffer di distanza predefinita e verificare con una successiva operazione di overlay
che all’interno di essa non ricadano edifici o aree naturalistiche protette.
Esempio
Buffer intorno ad una
discarica
Buffering
La distanza può essere in genere definita dall’utente oppure prelevata dal valore di
un attributo associato all’elemento geografico; se questo valore è variabile per gli
elementi della stessa classe di oggetti, anche il buffer sarà dimensionato in
proporzione e quindi sarà più largo o più stretto secondo il valore presente.
Esempio
Buffer di un grafo
stradale in funzione
dell’importanza delle
tratte
Buffering
E’ possibile effettuare buffering asimmetrici rispetto, ai due lati di un elemento
lineare oppure di effettuare un buffering parametrizzato a seconda delle
caratteristiche dell'elemento:
Esempio
per creare fasce di rispetto intorno alle linee elettriche, si può usare come
parametro discriminante la tensione di esercizio, creando fasce maggiori per
tensioni maggiori della linea.
Una volta creata la fascia di rispetto che sia intorno ad un punto, linea o poligono,
il risultato è sempre un livello informativo di tipo poligonale, che può essere
utilizzato per successive analisi.
Esempio
Effettuando l'overlay della carta della vegetazione con le fasce di rispetto create
intorno ad una strada, si crea una nuovo tema che quantifica l’impatto ambientale
in base alla tipologia della vegetazione coinvolta nel progetto.
Analisi di rete (network)
Una rete è un insieme di elementi lineari interconnessi che formano una
struttura
Possono essere reti: strade, ferrovie, idrografia, reti tecnologiche (acqua, gas,
telecomunicazioni)
La Network analysis comprende una serie di funzioni che permettono di
effettuare ricerche su quella categoria di attività che prevedono lo spostamento
di materia o di informazioni mediante sistemi di reti (lo spostamento delle
persone, il trasporto, la distribuzione dell’energia, le comunicazioni ecc).
Le funzioni principali che possono essere effettuate mediante un GIS sulle reti, di
qualsiasi tipo esse siano (trasporto, distribuzione, comunicazione, ecc.) sono
fondamentalmente la ricerca del minimo percorso su una rete o comunque del
percorso meno costoso; l'allocazione di porzioni della rete ad un fornitore o
consumatore di risorse; la verifica delle connettività tra due punti della rete.
Analisi di rete (network)
Minimo percorso
Le funzioni di analisi di rete offrono la soluzione ad un problema di base:
determinare il percorso minimo o comunque il più efficace per attraversare una
rete passando per determinate località di questa.
Il costo può essere determinato utilizzando un qualsiasi attributo presente sugli
elementi costituenti la rete che possa essere quantificato in maniera numerica:
tipico esempio la distanza o il tempo di percorrenza lungo un arco del grafo può
essere utilizzato per identificare il minimo percorso in termini di distanza o di
tempo, ad esempio, lungo una rete viaria.
Analisi di rete (network)
Minimo percorso
Analisi di rete (network)
Allocazione di risorse
Per effettuare queste analisi bisogna disporre di un centro che offra risorse e di
una domanda di queste sulla rete, o viceversa, di una offerta sulla rete e di una
capacità ricettiva su di un centro.
A titolo di esemplificazione, mediante l'uso delle funzioni di allocazione, secondo
questa ultima modalità può essere affrontati e risolti problemi tipici nell’ambito
urbano relativi al bacino di utenza di una scuola.
Operazioni analoghe possono essere effettuate per pianificare la raccolta dei
rifiuti solidi oppure determinare piani di evacuazione in caso di calamità,
allocando la popolazione sulle strutture di ricovero, ecc.
Analisi di rete (network)
Allocazione di risorse
Visualizzazione tridimensionale dei dati e analisi 3D
Un'altra importante caratteristica del modello dati di un GIS è la capacità di
gestire oggetti tridimensionali: non stiamo parlando di un attributo che indichi
l'altezza di un oggetto, ma di un sistema a tre coordinate reali.
I modelli tridimensionali sono generati in due modi:
Insiemi di dati irregolari: quando si dispone di un insieme sparso di elementi
quotati si utilizza generalmente un algoritmo che crea un TIN (Triangulated
lrregular Network), costruendo una rete di triangoli i cui vertici sono costituiti dai
punti di cui si conoscono le tre coordinate;
Griglie regolari: se si dispone invece di un insieme di punti quotati ordinati in
griglie a passo regolare è possibile generare un DTM (Digital Terrain Model) o
DEM (Digital Elevation Model).
Visualizzazione tridimensionale dei dati e analisi 3D
Visualizzazione tridimensionale dei dati e analisi 3D
A partire da un TIN, un DTM o un DEM è possibile
1. Interpolare curve di livello
2. effettuare analisi di visibilità
3. generare profili longitudinali
4. effettuare analisi di pendenza e di esposizione, cliviometrie
5. generare viste 3D, ecc.
Soprattutto è possibile calcolare lunghezze reali e non ridotte all'orizzonte, dato
che elementi come ad esempio le strade, hanno un andamento altimetrico, non
sono "piatte".
Visualizzazione tridimensionale dei dati e analisi 3D
Analisi di visibilità ad esempio in relazione alla copertura di una antenna di
trasmissione
Riferimenti bibliografici
Riferimenti bibliografici
Riferimenti bibliografici
Indirizzari in Internet del sito Dipartimento di Archeologia e Storia delle Arti:
GIS
http://192.167.112.135/NewPages/LINK/MOTOAC.html
Telerilevamento
http://192.167.112.135/NewPages/REMOTESENS/REMOTE.html
Analisi spaziale
http://192.167.112.135/NewPages/LINK/MOTO.html