MARIA TERESA MELIS SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI IN GEOLOGIA [email protected] ANNO ACCADEMICO 2013/ 2014 LEZIONE 4 ANALISI GEOGRAFICHE Corso di Sistemi Informativi Geografici in Geologia a cura di Maria Teresa Melis [email protected] Section 1 ANALISI SPAZIALE ANALISI SPAZIALE VETTORIALE Gli strumenti GIS permettono l’analisi di uno o più layer tematici e dei loro attributi associati. L’analisi può essere applicata a un singolo tema o a due (o più) temi Temi • L’esito della analisi può essere un nuovo dataset estratto da quello interrogato, oppure un nuovo tema. • La struttura della analisi è condizionata dal modello e dalla struttura spaziale in cui sono organizzati i dati disponibili: • punti • linee • poligoni 1. interrogazione (querying) 2. analisi di prossimità (proximity analysis) 3. analisi di sovrapposizione (overlay analysis) Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 2 / 50 Funzioni di analisi Esistono tre tipi essenziali di funzioni di analisi dei dati vettoriali: • interrogazione (querying): opera una selezione interna agli oggetti contenuti nel tema analizzato • analisi di prossimità (proximity analysis): individua aree di influenza spaziale • analisi di sovrapposizione (overlay analysis): applica operazioni di intersezione tra temi sovrapposti Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 3 / 50 Scrivi Queryper inserire testo L’utente può selezionare parte degli elementi presenti in un layer componendo una interrogazione (query) che individua gli oggetti che corrispondono a uno specifico criterio di scelta. Il criterio si basa sulle informazioni presenti nella tabella degli attributi. Il tipo più semplice di query in un database (come “comuni_sardegna”) consiste nella associazione attraverso un operatore di relazione (come “=”) tra un campo tabellare (come NOME_COMUNE) e un particolare valore (come “Tissi”). Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 4 / 50 SQL Le query utilizzano il linguaggio SQL (Structured Query Language) che permette di formalizzare i criteri di ricerca in un campo tabellare: SELECT * FROM comuni_sardegna WHERE “NOME_COMUNE” = ‘Tissi’ Nella struttura di una query si individuano tre elementi fondamentali: • lo strato informativo all’interno del quale si effettua la selezione • l’entità oggetto della selezione • le condizioni che consentono di effettuare la selezione Questa struttura, sulla base dello standard SQL, si esprime come segue: SELEZIONA <entità> Query aspaziale in ArcGIS DA <strato informativo> DOVE <condizioni> Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 5 / 50 Select By Attribute La finestra di dialogo Select by Attribute permette di individuare il Layer sul quale si vuole costruire l’interrogazione e il metodo (Method) con cui si vuole operare; è infatti possibile • Creare una nuova selezione • Aggiungere elementi a una selezione corrente • Rimuovere elementi da una selezione corrente • Struttura SQL Selezionare internamente a una selezione corrente Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 6 / 50 Select By Attribute I campi (fields) tabellari del layer su cui si opera la selezione appaiono nella parte sinistra della finestra di dialogo. Dopo aver individuato il campo sul quale si vuole operare la selezione, nella parte destra della finestra appare un campione dei valori contenuti nel campo. Se si vogliono vedere tutti i valori disponibili in quel campo, è necessario un click su Complete List La parte centrale della finestra è occupata dagli operatori di /corrispondenza associazione tra campo e valori e di connessione tra query. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 7 / 50 L’esecuzione di una query by attribute Per eseguire una query semplice: 1. Click doppio sul nome del campo su cui si vuole operare la selezione 2. Click sull’operatore di corrispondenza 3. Click doppio sul valore dell’elemento che si vuole selezionare 1 3 4. Click su Apply 2 4 Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 8 / 50 Regole SQL La digitazione diretta dei valori nella finestra di dialogo può essere operata a condizione di conoscere alcune regole del linguaggio SQL: • Il nome dei campi deve essere racchiuso in virgolette doppie (p.e. “NOME_COMUNE” • I valori di testo (string) devono essere racchiusi da virgolette semplici (p.e. ‘Tissi’) • Il linguaggio SQL è case sensitive (le maiuscole sono considerate diverse dalle minuscole). Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 9 / 50 Operatori di corrispondenza Il linguaggio SQL fa uso di tipi diversi di operatori Operatori per cercare valori specifici • = Operatori per comparare valori • > maggiore • < minore • >= maggiore o uguale • <= minore o uguale • <> diverso Operatori Booleani • AND • OR • NOT Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 10 / 50 Operatori Booleani AND e OR È possibile costruire query imponendo più di una condizione di selezione. Si usano a questo scopo gli operatori Booleani AND e OR AND impone che tutte le condizioni richieste siano verificate (p.e. in un layer di comuni sardi “Provincia” = ‘CA’ AND “ASL” = ’8’ individua tutti i comuni sardi in Provincia di Cagliari che appartengono anche alla ASL 8). OR impone che almeno una delle condizioni richieste debba essere verificata (p.e. in un layer di comuni sardi “Provincia” = ‘CA’ OR ASL = ‘8’ individua tutti i comuni in Provincia di Cagliari e, in più, anche i comuni appartenenti alla ASL8. Il termine" booleano" si riferisce ad un sistema logico sviluppato dal matematico inglese George Boole (1815-64). La logica booleana consiste di tre operatori logici: • OR • AND • NOT Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 11 / 50 L’operatore NOT NOT impone che la condizione che segue nell’espressione della query, mono o multicriteriale non sia verificata. NOT in una selezione monocriteriale sui comuni sardi: Moravia NOT Mondadori NOT “ASL” = ’8’ Individua tutti i comuni che non appartengono alla ASL 8. NOT in una selezione multicriteriale sui comuni sardi: Tutti i documenti con Moravia editi da chiunque ma non da Mondadori “Provincia” = ‘CA’ AND NOT “ASL” = ’8’ individua tutti i comuni in Provincia di Cagliari che non appartengono alla ASL 8. “Provincia” = ‘CA’ OR NOT ASL = ’8’ individua tutti i comuni in Provincia di Cagliari e, in più, tutti i comuni che non appartengono alla alla ASL 8. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 12 / 50 L’operatore LIKE e i caratteri wildcards Se non si è sicuri di come sia scritto il valore nella tabella si può usare l’operatore “LIKE” invece dell’operatore “=“ e aggiungere un carattere wildcard come “_” che vale per “qualsiasi carattere”, oppure il carattere “%” che vale per “qualsiasi gruppo di caratteri”. p.e. l’espressione "NOME" LIKE 'T_rralba‘ individua sia il comune di Terralba che il comune di Torralba. p.e. l’espressione "NOME" LIKE 'Villa%‘ individua i comuni di Villaspeciosa, Villasimius, Villacidro ... Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 13 / 50 Il linguaggio SQL prevede altri operatori IS NULL (che individua campi vuoti) DATE (che individua il formato di data) Ogni query può essere salvata in un formato di testo con estensione .exp (click su Save) e caricata se necessario (click su Load) Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 14 / 50 Creare un nuovo layer utilizzando il risultato di una query Quando un oggetto, o una serie di oggetti, è stato selezionato può essere convertito in un nuovo layer senza che sia necessario creare un nuovo dataset. Il comando Selection/Create Layer from Selected Features per ottenere la conversione in un nuovo layer è disponibile dopo un click destro sul nome del layer su cui si è effettuata la selezione. Il nuovo layer apparirà nella Table of Contents, con un nome di default che può essere modificato. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 15 / 50 Esportare il risultato di una query come nuovo dataset 1/2 In alcuni casi è opportuno propriamente esportare il risultato della selezione come nuovo dataset shapefile (p.e. per utilizzare il dataset in altre applicazioni). Il risultato della selezione può essere esportato attraverso il comando Export Data, disponibile con un click destro sul nome del layer nella TOC. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 16 / 50 Esportare il risultato di una query come nuovo dataset 2/2 Nella finestra Export Data si può indicare: • se si desidera esportare tutti gli oggetti contenuti nella selezione (All features), oppure solo gli oggetti che appaiono nella estensione della vista (All features in View Extent). • il sistema di riferimento a cui riferire il nuovo dataset, da scegliere tra quello in uso nel dataset su cui è stata operata la selezione (Use the same Coordinate System as this layer’s source data) e quello in uso nella vista (Use the same Coordinate System as the data frame) • il nome del dataset, e il percorso di creazione del nuovo shapefile • quando si è salvato il nuovo dataset, ArcMap chiede automaticamente se lo si vuole aggiungere alla mappa come nuovo layer. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 17 / 50 Section 2 ANALISI SPAZIALE L’analisi di prossimità permette di analizzare lo spazio circostante gli oggetti vettoriali e di creare eventualmente nuovi layer. L’analisi di prossimità include la selezione per proprietà spaziali (selection by location) e il buffering. Selection by location La selezione si basa sulla relazione spaziale tra oggetti appartenenti o no allo stesso layer, Buffering Si tratta di una funzione che permette di creare una zona poligonale che circonda un determinato oggetto creando un nuovo layer informativo. Temi 1. interrogazione (querying) 2. analisi di prossimità (proximity analysis) 3. analisi di sovrapposizione (overlay analysis) Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 18 / 50 Selezione in base a relazione spaziale in ArcMap (query spaziale Con la funzione di select by location devono essere definiti: • Metodo di selezione, scelto tra i 4 disponibili • Layer sul quale operare la selezione • Forma di relazione spaziale, scelta tra le 11 disponibili • Layer di riferimento sul quale operare la selezione, selezionato tra quelli presenti nella Table of Contents (può essere usata anche una selezione) • Eventuale distanza di buffer rispetto agli oggetti del layer di riferimento Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 19 / 50 Tra i metodi disponibili in ArcMap sono utilizzabili gli stessi metodi di Select by Attribute: • Creare una nuova selezione • Aggiungere elementi a una selezione corrente • Rimuovere elementi da una selezione corrente • Selezionare internamente a una selezione corrente Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 20 / 50 Forme di relazione spaziale Sono disponibili 11 diversi operatori geografici: • Intersect • Are within a distance of • Completely contain • Are completely within • Have their center in • Share a line segment with • Touch the boundary of • Are identical to • Are crossed by the outline of • Contain • Are contained by Data una figura, il punto che corrisponde alla posizione che avrebbe il suo baricentro se essa fosse costituita da materiale omogeneo, viene chiamato centroide in quanto generalizza il concetto di centro del cerchio. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 21 / 50 Relazioni spaziali tra temi multipli vettoriali Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 22 / 50 Relazioni spaziali tra temi multipli vettoriali Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 23 / 50 Esempi di selezioni in base a relazione spaziale: poligoni e linea Quali comuni sono attraversati da un corso d’acqua? Definizione di una relazione tra due temi: • comuni_sardegna (shape poligonale che riporta le estensioni dei comuni) • fiumi (shape lineare che definisce il percorso del fiume) Selezione in base a proprietà spaziale: select features from comuni_sardegna that intersect the feature in this layer: fiumi Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 24 / 50 Esempi di selezioni in base a relazione spaziale: oggetti adiacenti Con quali comuni confina il comune di Nuoro? Definizione di una relazione interna a un tema: comuni_sardegna (shape poligonale che riporta le estensioni dei comuni) Dopo aver selezionato (interattivamente o attraverso una query by attribute) il comune di Nuoro, impostare la relazione in base alla proprietà spaziale: select features from comuni_sardegna(use selected features) that touch the boundary of the features in that layer comuni_sardegna Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 25 / 50 Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 26 / 50 Costruzione di aree di prossimità (buffering) Attraverso operazioni di buffering è possibile creare poligoni il cui perimetro abbia una distanza costante e determinata rispetto a oggetti esistenti. Si usano operazioni di buffering per generare aree di influenza relativamente ad oggetti localizzati. Un buffer è un dataset vettoriale che rappresenta lo spazio compreso entro una distanza uniforme da un oggetto (o una serie di oggetti). La funzione di buffering è utilizzata comunemente per disegnare le aree di rispetto (vincoli). Quando si crea un buffer, l’utente seleziona l’oggetto sul quale esercitare l’operazione di buffering e una distanza di buffer. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 27 / 50 Buffering in ArcMap La costruzione di un buffer produce un nuovo dataset poligonale, in cui un nuovo perimetro è tracciato a una distanza specifica intorno a oggetti appartenenti a un layer. La distanza di buffer può essere costante o può variare secondo un attributo tabellare (field). È possibile impostare un buffer costruito da aree di influenza concentriche costruite a distanze progressive (multiple buffer rings) Per la loro natura geometrica, buffer applicati ad oggetti vicini possono sovrapporsi: l’utente può decidere di conservare le sovrapposizioni o rimuoverle. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 28 / 50 La funzione buffer in ArcMap Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 29 / 50 La funzione buffer in ArcMap Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 30 / 50 Applicazione di un’area di rispetto, buffer, di 150 metri dall’alveo del fiume Flumendosa. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 31 / 50 Section 3 ANALISI SPAZIALE Le funzioni di overlay consistono nell’incrocio tra due piani informativi e riguardano sia la componente tabellare che la componente spaziale. Le funzioni di overlay si applicano sia sui dati in formato vettoriale che sui dati in formato raster. In questa lezione viene presentata l’applicazione ai dati vettoriali e quindi si potrà applicare a: • punti su poligoni • linee su poligoni • poligoni su poligoni Quindi in ognuno dei tre tipi di overlay almeno uno dei layer deve essere di tipo poligonale. Temi 1. interrogazione (querying) 2. analisi di prossimità (proximity analysis) 3. analisi di sovrapposizione (overlay analysis) Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 32 / 50 Overlay: intersezione e unione Esistono due tipi di overlay: • unione overlay C B A C B A+B l’ Intersezione overlay • A l’Unione intersezione L’intersezione permette l’incrocio tra i poligoni di due layer e crea in output un nuovo layer con i poligoni comuni ai due layer. L’estensione intersezione spaziale è uguale alla superficie in comune tra gli elementi. unione L’unione combina i poligoni dei due layer e crea in output un nuovo layer che mantiene tutti i poligoni originali. L’estensione spaziale è uguale alla superficie totale dei due layer originali. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 33 / 50 Overlay: la componente tabellare L’intersezione di due piani informativi A e B porta alla creazione di un terzo piano informativo C la cui componente alfanumerica contiene gli attributi che appartengono sia ad A che a B. processo di intersezione L’unione invece mantiene tutte le informazioni di A, di B o di entrambi. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 34 / 50 intersezione unione Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 35 / 50 Overlay: intersezione punti su poligoni Input: • layer puntuale con sondaggi geognostici • layer poligonale con descrizione delle litologie affioranti. Output: il layer risultante dall’intersezione dei punti con i poligoni permette di associare ad ogni sondaggio geognostico il tipo di litologia sul quale è stato eseguito, questa informazione sarà riportata come campo nuovo della tabella di attributi. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 36 / 50 Overlay: intersezione linee su poligoni Input: • layer lineare della rete stradale • layer poligonale con descrizione dell’uso del suolo Output: il layer risultante dall’intersezione delle linee con i poligoni permette di associare ad ogni tratto stradale l’utilizzo del suolo attraversato; questa informazione sarà riportata come campo nuovo della tabella di attributi. Relazioni spaziali tra temi multipli vettoriali Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 37 / 50 Overlay: intersezione poligoni su poligoni Input: • layer poligonale delle aree urbanizzate • layer poligonale delle aree a rischio esondazione Output: il layer risultante dall’intersezione dei poligoni dei due piani informativi permette di individuare le aree urbanizzate a rischio esondazione. limite urbanizzato aree a rischio esondazione aree urbanizzate a rischio esondazione Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 38 / 50 Overlay: unione poligoni su poligoni Input: • layer poligonale geologia • layer poligonale con l’acclività dei versanti Output: Geology Slope class il layer risultante dall’unione dei poligoni della geologia con i poligoni dell’acclività permette di ottenere un nuovo layer che contiene per ogni poligono entrambe le informazioni. unione Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 39 / 50 I “micropoligoni” (sliver polygons) Si tratta di piccoli poligoni che si creano nelle operazioni di overlay e che possono non rivestire interesse per via della loro dimensione. Si possono eliminare sia durante il processo di elaborazione stabilendo un valore di tolleranza o dopo l’elaborazione eliminando tutti i poligoni più piccoli di una certa soglia. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 40 / 50 ArcGIS: overlay In ArcGIS le unzioni di Overlay: intersezione e unione si trovano in ArcToolbox, in Analysis Tools nella toolset Overlay. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 41 / 50 ArcGIS: overlay, unione Input features: inserire i piani informativi, layer poligonali Ranks: indica il “rango” del layer; il layer di rango 1 non viene modificato, mentre i layer di rango inferiore possono essere modificati per far coincidere i nodi secondo il valore di tolleranza output features class: inserire il nome del file in output Join Attribute: il fiel in output potrà contenere o no tutti i campi dei file di input XY tolerance: si può definire una misura minima al di sotto della quale i nodi vengono automaticamente agganciati Gaps Allowed: possono essere lasciate le aree vuote o a queste può essere associato un poligono senza attributi ma con FID=-1, in modo da poterlo riconoscere e eventualmente codificare Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 42 / 50 ArcGIS: overlay, intersezione Output type: indica il tipo di primitiva geometrica che caratterizzerà il layer in output. In un’intersezione un layer deve essere poligonale mentre l’altro può essere puntuale, lineare o poligonale Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 43 / 50 ArcGIS: altre funzioni di elaborazione Ulteriori funzioni di elaborazione, geoprocessing, che utilizzano strumenti di trasformazione dei dati originali (input) in nuovi dati (output), sulla base di regole definite dall’operatore. Si trovano sotto Data Management Tools. Di seguito vengono descritte le funzioni di: • dissolve • append • clip Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 44 / 50 ArcGIS: generalization, dissolve Questa funzione elabora dati di tipo poligonale e serve a eliminare linee in comune tra poligoni sulla base di un criterio che permette di ottenere da due o più poligoni uno solo. Il criterio viene stabilito sulla base dei valori di un attributo. Per esempio si può passare da un sistema di classificazione più specifico ad uno più generico. Urbano continuo Seminativi irrigui Urbano discontinuo Seminativi non irrigui Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis Urbano Seminativi 45 / 50 ArcGIS: dissolve Dissolve fields: vengono elencati i campi del dato in entrata che possono essere utilizzati per la aggregazione. Scegliendo uno o più campi, lo strumento DISSOLVE andrà a cercare quei poligoni che possiedono valori uguali degli attributi indicati e li fonderà assieme, eliminando i limiti in comune Statistics field:in questa finestra a discesa possono essere scelti i campi sui quali potrà essere calcolata un’operazione statistica di aggregazione come la somma, la media, il massimo e il minimo. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 46 / 50 Multipart e singlepart Un livello informativo singlepart è costituito da un certo numero di elementi cui corrispondono uno stesso numero di record nella tabella degli attributi. Un livello multipart può contenere diversi elementi spaziali associati ad un unico record della tabella di attributi. Quindi non è possibile trattarli separatamente ma se si seleziona uno di essi vengono selezionati tutti. Nella funzione DISSOLVE è possibile scegliere di creare o no un layer multipart se per esempio si hanno più poligoni con lo stesso attributo (isola amministrativa del Comune di Tempio). Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 47 / 50 ArcGIS: append Si tratta di una funzione che permette di aggiungere a un dato layer un altro livello informativo purchè costituito dalle stesse primitive geometriche (punto, linea, poligono) e riferito allo stesso sistema cartografico. Il layer in output dovrà essere un layer già esistente (target dataset) al quale saranno annessi tutti i layer elencati. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 48 / 50 ArcGIS: append Schema type: permette di scegliere lo schema della tabella di attributi in output. Se viene selezionato test, gli schemi delle tabelle degli attributi dei layer in input dovranno essere tutti uguali fra loro e allo schema del target. Se si sceglie NO TEST lo schema degli attributi dei layr in input non viene trasferito al layer in output a meno che non sia perfettamente coincidente. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 49 / 50 ArcGIS: clip La funzione Clip si utilizza quando si vuole ritagliare la parte spaziale di un piano informativo utilizzando un altro layer come limite. Il layer da tagliare può essere poligonale o lineare, mentre quello che opera il taglio deve essere poligonale. Il risultato di questa operazione è un terzo layer (output) che dal punto di vista spaziale ha la stessa forma del layer di taglio mentre dal punto di vista alfanumerico mantiene la stessa struttura del file originale, ma con un numero di record pari al numero degli elementi presenti all’interno della forma di taglio. Sistemi Informativi Geografici in Geologia - Maria Teresa Melis 50 / 50
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