Dipartimento di architettura di Firenze
Corso di analisi del territorio e degli insediamenti
Sistemi informativi territoriali _
Introduzione
Iacopo Zetti
Analisi del territorio e degli insediamenti università degli studi di Firenze _ dipartimento di architettura
Iacopo Zetti
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Definizioni
Mogorovich (1988) ha definito il SIT: "Il complesso di uomini, strumenti e procedure (spesso informali) che permettono l'acquisizione e la distribuzione dei dati nell'ambito dell'organizzazione e che li rendono disponibili nel momento in cui sono richiesti a chi ne ha la necessità per svolgere una qualsivoglia attività"
Secondo la definizione di Burrough (1986) il GIS è composto da una serie di strumenti software per acquisire, memorizzare, estrarre, trasformare e visualizzare dati spaziali dal mondo reale. Si tratta di un sistema informatico in grado di produrre, gestire e analizzare dati spaziali associando a ciascun elemento geografico una o più descrizioni alfanumeriche.
Il sistema informativo geografico o GIS può essere visto come una forma di DBMS (Database Management System, Sistema di Gestione di basi di dati), in grado di gestire dati geografici.
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Definizioni
G.I.S.
geographic information system
S.I.T.
sistema informativo territoriale
Sebbene in Italia sia uso comune utilizzare indistintamente i termini GIS e SIT molti autori sono concordi nel ritenere che le due definizioni non coincidano. Il SIT può essere inteso come l'insieme dei dati geografici organizzati per un relativo territorio, mentre il GIS è il mezzo in grado di accedere, visualizzare e modificare tali dati.
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Appunti di storia
I GIS nascono negli anni ’80 dall’integrazione di due sistemi informatici:
● i sistemi di gestione delle banche dati alfanumeriche (DBMS: Database Management Systems)
● i sistemi di trattamento di informazioni grafiche (CAD: Computer Aided Design)
Nel 1969 Ian McHarg sperimentò una metodologia di analisi spaziale basata sulla comparazione di dati tematici e sulla costruzione di cartografia di sintesi.
McHarg utilizzò la sovrapposizione di dati geografici strutturati in livelli informativi distinti per ottenere carte di sintesi utili per la pianificazione delle risorse naturali e per la gestione dei processi decisionali
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Appunti di storia
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Elementi del sistema
Le persone
per il rilievo dei dati
● per il rilievo cartografico e degli oggetti
● per la gestione del sistema
● per la diffusione dei dati
●
Le attrezzature
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Le informazioni che vogliamo
Posizione di un oggetto nello spazio geografico
Informazioni geometriche su ognuno degli oggetti
Informazioni topologiche
Informazioni associate agli oggetti geografici
l'80% dell'informazione contiene una componente spaziale
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La posizione degli oggetti nello spazio
La cartografia digitale, così come la cartografia tradizionale, rappresenta la superficie della terra in uno spazio bidimensionale.
Gli oggetti cartografati sono dunque rappresentabili in uno spazio a 2 dimensioni grazie a calcoli matematici, la loro rappresentazione dipende da molti fattori, fra cui il sistema di proiezione
Una proiezione cartografica è il risultato di trasformazioni geometriche, matematiche o empiriche di punti geografici espressi in coordinate geografiche in punti espressi in coordinate cartesiane.
Le proiezioni vengono usate in cartografia per rappresentare su un piano (le carte geografiche) un fenomeno che nella realtà esiste sulla superficie della sfera.
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Posizione degli oggetti nello spazio
prospettiche
per proiezione diretta
coniche
cilindriche
per sviluppo
centrografica stereografica scenografica ortografica
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Posizione degli oggetti nello spazio
Le cartografie non si caratterizzano solo per sistema di proiezione, gli studi di geodesia si basano infatti su modelli matematici: ellissoidi e geoidi.
Nelle misurazioni della superficie terrestre gli elementi che caratterizzano i modelli utilizzati vengono definiti dal datum
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Posizione degli oggetti nello spazio
Il datum definisce la dimensione e la forma della terra, l'origine e l'orientamento del sistema di coordinate utilizzato nelle operazioni di realizzazione della cartografia. Centinaia di differenti data sono stati utilizzati per descrivere la posizione degli oggetti a partire dalla prima stima della dimensione della terra operata da Aristotele. I data si sono evoluti da quelli che descrivevano la terra come una sfera a modelli ellissoidali derivati dalle misurazioni da satellite.
Datum è il riferimento da cui le misurazioni vengono effettuate In geodesia il datum è il punto sulla superficie terrestre base per le misurazioni, è anche il modello matematico della superficie terrestre a lui associato ed utilizzato per computare le posizioni.
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Posizione degli oggetti nello spazio
Se proviamo a mantenere fisse le coordinate di un punto, ma a modificare il datum il punto “si sposta” sulla superficie terrestre.
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Posizione degli oggetti nello spazio
La proiezione di GaussBoaga è una proiezione cartografica ideata da Giovanni Boaga che la derivò dalla proiezione di Gauss. Si tratta pertanto di una rappresentazione conforme di Gauss. È caratterizzata dalle seguenti condizioni di base:
• il meridiano centrale della zona da cartografare e l'equatore si rappresentino in rette • le distanze siano conservate lungo il meridiano centrale; • la carta sia conforme. È una pseudocilindrica inversa; può essere ottenuta per inversione dalla proiezione di Mercatore e per questo è detta anche rappresentazione inversa (o trasversa, secondo la dizione americana) di Mercatore.
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Posizione degli oggetti nello spazio
Se cambiamo sistema di proiezione cosa cambia?
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Posizione degli oggetti nello spazio
Equidistante conica
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Posizione degli oggetti nello spazio
Equidistante cilindrica
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Posizione degli oggetti nello spazio
Equivalente cilindrica
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Posizione degli oggetti nello spazio
Stereografica polare sud
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Posizione degli oggetti nello spazio
Policonica
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Posizione degli oggetti nello spazio
Sinusoidale
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L'elenco dei possibili data è molto lungo:
http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/datum/datum_f.html
L'uso di una corretta impostazione di sistema di proiezione e datum è particolarmente importante nell'utilizzo e nella costruzione di un sistema informativo territoriale
La Toscana in gaussboaga est ed ovest
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Gli “oggetti” nella cartografia
Le informazioni relative ali oggetti spaziali possono essere restituite grazie a due sistemi sostanzialmente diversi:
●
modelli vettoriali (punti, linee, poligoni)
●
modelli a griglia (insieme di celle)
In un modello vettoriale l’informazione spaziale è basata su punti individuati e sulle loro coordinate
Nei modelli di dati vettoriali i punti, le linee e le aree rappresentano le unità spaziali che posseggono informazioni
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Gli “oggetti” nella cartografia
Ogni punto è individuato dalle proprie coordinate (3 numeri)
Ogni vettore dalle coordinate dei vertici che lo compongono (3 numeri) e dalla direzione
Ogni area dalle coordinate dei vertici che compongono il proprio perimetro (3 numeri). La terna di coordinate che identifica il primo e l'ultimo vertice sono identiche.
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
X,Y,Z
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Gli “oggetti” nella cartografia
I raster sono griglie composte di celle (pixel) a cui viene associata un'informazione. Nell'esempio più diffuso un codice numerico che corrisponde ad un colore o ad una tonalità di grigio
1 2 3 4 5
A
B
C
D
E
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Gli “oggetti” nella cartografia
I raster tipicamente associano ad ogni cella un valore unico (numerico o testuale) che rappresenta il tipo o l’intensità del fenomeno descritto.
Ai vettori sono associati dati tabellari (dati alfanumerici), più o meno complessi.
Agli oggetti vettoriali è possibile collegare documenti digitali di varia natura (immagini, testi, suoni).
raster
vettori
pro
✔ è più semplice la codifica di fenomeni
variabili in modo continuo sulla superficie
terrestre (es. altimetria, intensità di un
fenomeno)
✔ sono maggiormente compatibili con alcune
fonti di informazioni spaziali (es. immagini
satellitari)
contro
✔ è necessario uno spazio maggiore per
l’archiviazione dei dati
✔ la precisione della rappresentazione
dipende dal rapporto fra qualità del dato e
scala di rappresentazione
pro
è possibile ottenere una rappresentazione
graficamente accurata indipendentemente
dalla scala di restituzione (N.B. la scala
nominale rimane invariata)
✔ sono maggiormente compatibili con le
forme di rilevazione topografiche e
fotogrammetriche
✔
contro
✔ sono possibili solo forme elementari di
analisi spaziale
✔ l'elaborazione vettoriale di fenomeni
continui, soprattutto tridimensionali può
risultare molto impegnativa (es. DTM)
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Gli “oggetti” nella cartografia
Dati associati a poligoni vettoriali
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Gli “oggetti” nella cartografia
Carta tecnica regionale (CTR) della Toscana _ formato vettoriale
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Gli “oggetti” nella cartografia
Ortofotocarta della regione Toscana _ formato raster
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Gli “oggetti” nella cartografia
Zoom sulle 2 carte sovrapposte. Si nota la differente resa degli oggetti vettoriali e raster
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Gli “oggetti” nella cartografia
Le carte tecniche regionali della Toscana sono normalmente reperibili in formato CAD (dwg e dxf) ed in formato shape file (ESRI).
Codici numerici di 3 o 4 cifre identificano i layer e/o gli oggetti degli shape a seconda di una classificazione per generi di tutti gli oggetti in cartografia.
I capitoli di tale classificazione sono:
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Trasporti e comunicazioni
Edifici
Idrografia
Infrastrutture
Elementi divisori e di sostegno
Forme dei suoli
Verde
Orografia
Limiti amministrativi e varie
Toponomastica
La classificazione completa degli oggetti che compongono la CTR della Toscana è reperibile sul sito del servizio cartografico regionale
http://www.rete.toscana.it/sett/
territorio/carto/cartopage/pagin
e/codici.htm
PDF
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Topologia
Insieme di regole per definire in maniera esplicita le relazioni, i rapporti di connessione e di continuità tra gli elementi spaziali e per collegare tali elementi alle relative descrizioni (attributi).
La topologia è dunque quella disciplina che studia le diverse relazioni spaziali (interconnessione, inclusione, contiguità, ecc.) che intercorrono fra entità geometriche diverse (punti, linee, aree) all'interno di un determinato spazio.
In un modello dati topologico è possibile riconoscere le aree contigue e identificare le linee che delimitano ciascuna superficie, determinare, ad esempio, come gli elementi lineari contenuti in una cartografia siano connessi fra loro, ma anche quali aree siano contenute (interamente e/o parzialmente) all'interno di altre aree più ampie, o ancora, quali aree siano confinanti rispetto ad altre, ecc.
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Topologia
La strutturazione topologica dei dati grafici consente quindi di rispondere a domande del tipo: "quali e quanti oggetti areali appartenenti alla classe "edificato" sono contenuti all'interno di quest'area?" o ancora "quali e quanti oggetti puntuali di questo determinato tipo sono ad una distanza minima pari ad un certo valore rispetto a tutti gli incroci presenti sulla rete stradale?" ecc.
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Dati associati agli oggetti
La tipologia e la quantità di dati ed informazioni che possono essere inserite in un SIT sono praticamente infiniti.
Come abbiamo visto in precedenza le modalità di attribuzione di un dato ad un oggetto cambiano sostanzialmente a seconda che tale oggetto sia raster o vettoriale.
I modelli raster si prestano bene per dati continui ed omogenei
I vettori per ogni altra tipologia di dati.
Agli oggetti vettoriali possono poi essere associate quantità di informazione anche molto rilevanti e differenti.
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Dati associati agli oggetti
Un esempio tipico di dati raster è costituito dai modelli digitali del terreno
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Dati associati agli oggetti
I dati associati alle coperture vettoriali sono moltissimi. Ad esempio:
● uso del suolo
● geologia
● informazioni amministrative
● classificazione degli edifici
● e molto, molto altro
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Dati associati agli oggetti
I software GIS servono proprio per mantenere il legame fra informazione geografica ed alfanumerica e per elaborare ed interrogare tale informazione.
Il legame oggetto cartografico, dati avviene in maniere differenti a seconda della tecnologia che si privilegia e dei produttori di software. Ad ogni modo anche l'informazione geografica alla fine non è altro che una modalità particolare di organizzazione di dati numerici (coordinate, direzione dei vettori, sistemi di Questo fa si che in sostanza i sistemi informativi territoriali altro non siano che complessi database relazionali, contenenti al loro interno informazione geografica e alfanumerica.
Questi database si chiamano?
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Dati associati agli oggetti
GEODASTABASE
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Dati associati agli oggetti
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Dati associati agli oggetti
L'organizzazione delle banche dati riveste particolare importanza in un SIT.
A seconda dei dai contenuti in un sistema e di come essi sono organizzati e gestiti è possibile interrogarli e farli interagire per analisi anche molto complesse.
Già la semplice sovrapposizione di strati informativi differenti produce nuova informazione
Iacopo Zetti
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Dati associati agli oggetti
Operazioni più complesse di incrocio di dati contenuti su strati informativi differenti sono possibili a partire dalle informazioni introdotte nel sistema
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Dati associati agli oggetti
Dai dati contenuti in modelli raster possono essere derivate nuove informazioni mediante calcoli matematici i cui parametri sono controllati dall'operatore e dal software
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Dati associati agli oggetti
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Dati associati agli oggetti
L’informazione alfanumerica contenuta nel sistema può essere utilizzata per “vestire” la cartografia.
E' cioè possibile costruire una corrispondenza fra dati alfanumerici e simbolizzazioni, associare un segno grafico ad una determinata informazione e proprietà di ogni singolo oggetto o di classi
di oggetti.
Tale corrispondenza è
la nostra LEGENDA
Iacopo Zetti
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2 parole sul software
I software gis sono di vari tipi e sono prodotti da più ditte. Alcuni si sono sviluppati da sistemi CAD, altri sono nati indipendentemente.
Naturalmente ognuno presenta punti di forza e debolezze e risponde in maniera migliore o peggiore a differenti necessità.
Esistono comunque 2 grandi famiglie di software (in generale e nei sistemi informativi territoriali in particolare):
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2 parole sul software
Software proprietari:
CADMap _ Autodesk
ArcMap _ Esri
(software proprietario ma file in formato shape open source)
Geomedia _ Intergraph
MapInfo
Ecc.
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2 parole sul software
Software liberi (open source e free):
Grass Quantum Gis
Postgresql e PostGis
Molte possibili soluzioni per il web mapping: mapserver, kamap,
pmapper ecc.
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2 parole sul software
Le quattro libertà fondamentali del software libero:
Libertà di uso, per qualunque scopo
Libertà di studio e modifica per le proprie necessità
Libertà di copia
Libertà di redistribuire il programma e le sue modifiche e migliorie in modo che tutta la comunità degli utenti ne possa beneficiare
Software libero e Open Source non significano la stessa cosa, anche per un software per essere libero deve essere OS)
Materiali tratti da una presentazione di Paolo Cavallini – Faunalia
www.faunalia.it
www.gfoss.it
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2 parole sul software
Nel 1983 nasce il progetto GNU (GNU's Not Unix)
Nel 1985 nasce la Free Software Foundation (http://www.fsf.org/)
GNU General Public License
GNU Lesser General Public License
GNU Free Documentation License
GPL linking exception
GNU Affero General Public License
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2 parole sul software
Perché è gratis?
Non perché è “peggiore”
Frutto del lavoro di migliaia di persone
Sviluppare in ambiente libero costa meno
Molti sviluppano per divertimento e nel tempo libero
Tutti sviluppano per la stima e riconoscenza della comunità
Anche nella scienza chi pubblica articoli scientifici non si fa pagare (anzi!)
Materiali tratti da una presentazione di Paolo Cavallini – Faunalia
www.faunalia.it
www.gfoss.it
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2 parole sul software
Sorgente:
scritto in linguaggio “umano”
{double res; res=1./(2.*M_PI*sigma*sigma)*exp( d*d/(2.*sigma*sigma)); return(res);}
Compilato:
scritto in linguaggio macchina
01011100011101
Open Source:
il codice sorgente è disponibile
Materiali tratti da una presentazione di Paolo Cavallini – Faunalia
www.faunalia.it
www.gfoss.it
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2 parole sul software
VANTAGGI
SVANTAGGI
Gratis = uso legale = più opportunità
Bisogna pensare
Niente virus, worms, backdoors
Libertà = varietà
Sicurezza, criptazione
scelta della distribuzione
Indipendenza dal fornitore e dalle sue strategie commerciali
scelta delle applicazioni
Alta qualità
(ma a volte sì)
Senso di comunità e aiuto reciproco
una cosa in più da fare
Migliore integrazione fra programmi diversi (standard aperti)
Apprendimento di un sistema nuovo
Facile installazione di centinaia di applicazioni in pochi minuti
Applicativi molto specifici possono mancare
Metodi di lavoro più cooperativi (intra e intergruppo)
Installazione di (pochi) programmi “difficili”
Di solito non è preinstallato
Maggiore gratificazione dell’operatore
Materiali tratti da una presentazione di Paolo Cavallini – Faunalia
www.faunalia.it
www.gfoss.it
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