Il Data Base. La banca Dati DB_TRUST

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1 Il Data Base Massimo Cappelletto, Aurelie Cimolino, Alberto Cisotto 2 Il Progetto Europeo TRUST è incentrato sullo studio di misure di adattamento nella gestione ed utilizzazione delle acque sotterranee dell Alta Pianura Veneto-Friulana in esito al possibile impatto dei cambiamenti climatici. L Azione 2 del progetto TRUST è stata una fase fi nalizzata a raccogliere, riunire ed organizzare tutti i dati disponibili per creare un database utile, in generale, per la gestione delle acque ed, in particolare, per il progetto vero e proprio. La banca Dati DB_TRUST Affi nché il cospicuo insieme dei dati raccolti fosse facilmente interrogabile, sia secondo la semplice selezione di determinati attributi che secondo parametri complessi o incrociati, è stato sviluppato un database relazionale. Un database relazionale è composto da informazioni memorizzate in tabelle che sono messe in relazione, attraverso i dati in esse contenuti, l una con l altra. Una banca dati o database è, infatti, un insieme di dati e oggetti quali tabelle, query e maschere, correlati ad un particolare argomento o scopo. La realizzazione di un database inizia dalla creazione di diverse tabelle di dati per ogni argomento: tali tabelle sono defi nite da colonne degli attributi (dette Campi) e righe di dati (dette Record). Successivamente si indicano le modalità di collegamento (dette Relazioni) tra le stesse; questa operazione richiede innanzitutto la defi nizione di un determinato attributo come campo principale (detto Chiave primaria) e come campo di riferimento (detto Chiave esterna) in ciascuna tabella; in base alle modalità di ripetizione dei campi e dei dati si possono creare relazioni di vario tipo: uno-a-molti, molti-a-molti ed uno-a-uno. Le query sono operazioni che consentono di visualizzare, modifi care e analizzare i dati in modi diversi; in particolare ne consentono una ricerca specifi ca, la successiva estrazione o la sovrascrittura dei dati nella stessa tabella di origine. Sono disponibili numerosi tipi di query: di selezione, con parametri e a campi incrociati; è inoltre possibile utilizzarle come origini record per le maschere. 19

2 Le maschere sono particolari fi nestre utilizzabili per la visualizzazione, l aggiunta e l aggiornamento facilitato dei dati nelle tabelle. Il Geodatabase Il geodatabase è una collezione di dati geografi ci di vario tipo, utilizzati in ambiente ArcGIS, e gestiti sia in formato fi le sia come database relazionale. Tale geodatabase è un modello di dati costituito da un dataset di entità diverse, caratterizzate da specifi che informazioni geografi che. Inoltre è un database object-oriented che permette la gestione di dati geografi ci mediante opportune regole di validazione, relazioni e associazioni topologiche. Tramite il modello di dati il GIS consente la gestione di elementi vettoriali (features), immagini raster, topologie, reti e così via. I dataset (Classi Omogenee) forniscono rappresentazioni di aspetti della realtà geografi ca, secondo le seguenti tipologie: Collezioni ordinate di elementi su base vettoriale (insiemi di punti, linee e poligoni); Dataset raster, per rappresentare immagini e modelli; Insiemi di dati da rilievo topografi co; Altri dati. L insieme di tutti i dati è costituito da tabelle di attributi che descrivono altre caratteristiche degli oggetti; più tabelle possono essere collegate agli oggetti geografi ci attraverso un campo comune (campo chiave), mediante semplici operazioni di join. Questi insiemi di informazioni e relazioni tabellari giocano un ruolo fondamentale nei modelli di dati di un sistema informativo territoriale, esattamente come in un database tradizionale. Le componenti del database DB_TRUST Al fi ne di disporre di un archivio di dati facilmente interrogabile secondo gli attributi e analizzabile spazialmente, è stata progettata la Banca Dati TRUST all interno di un sistema informativo geografi co sviluppato tramite il software ArcGIS 9.3, costituito da: personal geodatabase: insieme di dati vettoriali che costituisce la struttura centrale del geodatabase e include la parte più cospicua dei dati; una sezione annessa contenente i database access esterni, quindi i dati originali ristrutturati e collegati attraverso dei link al geodatabase principale; una cartella annessa Raster contenente gli elaborati raster e le relative note illustrative; una sezione annessa Modelli dedicata agli elaborati del progetto; una cartella contenente database strutturati accessibili dalla maschera principale del personal geodatabase. 20

3 Figura 2.1. Schema concettuale della struttura del DataBase Gis TRUST. Allo scopo di garantire la possibilità di visualizzare simultaneamente l intero contenuto del Database TRUST, è stata creata un unica finestra di visualizzazione dalla quale sono direttamente visibili, come collegamenti dinamici, tutti i dati contenuti nelle diverse componenti (Figura 2.2). 21 La mole totale dei dati acquisiti, catalogati, uniformati e inseriti nel database è risultata superiore a 12 GigaByte, a cui si aggiungono quelli già presenti nel sistema informativo dell Autorità di Bacino, per un totale di oltre 20 GigaByte.

4 Figura 2.2. Anteprima di visualizzazione del DB: sono visibili sia le tabelle costituenti il GeoDB che le tabelle di dati collegate ma contenute in una cartella accessoria. La struttura centrale Il personal geodatabase (GeoDB) è stato concepito per essere gestito, visualizzato, utilizzato e interrogato sia in ambiente ESRI ArcGIS che in Microsof Access; i link e le procedure di interrogazione sono visualizzabili in Access, ma può essere ovviamente visualizzato anche utilizzando il software ArcGIS. 22 Il GeoDB contiene tutti i dati vettoriali raccolti, prodotti sia dagli enti contattati che dai partners (nell ambito di studi precedenti al presente progetto): si tratta nel complesso di informazioni geografiche, rappresentate con le tre primitive geometriche (punti, linee e poligoni). Tali shapefiles sono suddivisi secondo macroaree di riferimento ed i relativi sottotemi. Al fine di agevolare la corretta consultazione e un coerente utilizzo degli elaborati raccolti, sono stati introdotte anche note illustrative, appunti e/o manuali di uso, eventualmente allegati dagli stakeholders. Il Geodatabase contiene inoltre sia i riferimenti spaziali (Tabella Anagrafica ) che le misure ed i dati raccolti (le tabelle di dati). Per la caratterizzazione meteo-climatica sono disponibili tabelle di dati relativi a: pluviometrie, termometrie, anemometrie, igrometrie, nivometrie, radiometrie, nonché l evapotraspirazione potenziale; per la caratterizzazione delle acque superficiali e sotterranee: idrometrie, misure di portata, profondità e portate di emungimento, livelli freatimetrici e piezometrici, nonché frequenze e tipologie di utilizzo.

5 La tabella Anagrafi ca illustra per tutte le stazioni esistenti (ad esempio: stazione meteorologica, idrometro, pozzo, ecc.), le informazioni geografi che essenziali al suo posizionamento (X, Y, Z), il nome della stazione (ID_Fonte), l ente gestore, il periodo di attività e/o acquisizione dei dati ed eventuali ulteriori note di rilievo; permette di conseguenza di correlare univocamente le diverse denominazioni riscontrate tra l anagrafi ca originaria dell ente ed il riferimento della stazione indicato nelle tabelle dei dati (ad esempio: San Daniele e S._Daniele ). Le tabelle di dati risiedono fi sicamente in database esterni, ma sono visibili dalla struttura principale attraverso dei link; esse contengono tutte le misure acquisite raccolte per l insieme di tutte le stazioni esaminate per l intera area di studio indicate in Anagrafi ca e individuabili mediante codice identifi cativo sintetico della stazione (ID_Fonte); le tabelle sono state ideate in accordo alla specifi ca variabile acquisita ed alla sua frequenza di misura. Dove necessario, è stato aggiunto un campo Note anche nelle tabelle di dati, nonostante questo implicasse un ulteriore incremento delle dimensioni del database, al fi ne di mantenere eventuali indicazioni accessorie o ausiliarie; ad esempio, i dati di velocità del vento sfi lato sono stati uniti in un unica tabella il cui campo Note esplicita l altezza di misura sul piano campagna ( m). A titolo di esempio, per le pluviometrie sono presenti le tabelle: Pluviometrie giornaliere GG Pluviometrie orarie HH Pluviometrie suborarie SubHH che raggruppano tutti i dati raccolti (rispettivamente GG, HH, subhh) relativi al territorio delle regioni Veneto, Friuli Venezia Giulia e Trentino Alto Adige. Figura 2.3. Esempio di query di selezione su una tabella in base ad un determinato periodo di riferimento. 23

6 Questa suddivisione è nata dalla necessità di ordinare e interrogare l insieme delle misure, oltre che secondo query spaziali, anche secondo altri attributi quali, ad esempio, il periodo di riferimento (Figura 2.3). È stata creata appositamente un interfaccia di facile utilizzo anche da parte di utenti non esperti. La diversificazione delle tabelle di dati impedisce l accorpamento accidentale di dati disomogenei per frequenza di acquisizione. Tuttavia, nel caso in cui sia necessario accorpare quanto più possibile i dati relativi ad un singolo sottotema (ad esempio: termometrie), è possibile, mediante una o più query sulle tabelle, estrarre tali dati, elaborarli (ad esempio calcolandone il valore medio, la massima cumulata, ecc) ed accodarli ad altri dati, anche se originariamente a diversa frequenza. Per alcuni sottotemi, sono state introdotte delle query preconfezionate al fine di ottenere tabelle appositamente strutturate in funzione delle esigenze di formato (.txt,.dat, piuttosto che.xls files) e poter organizzare degli input di dati per i codici numerici elaborati per il calcolo del bilancio idrico (Figura 2.4). Gli input devono essere organizzati in righe e colonne delimitati da tabulazione: ogni colonna contiene le misure di una determinata stazione; ad ogni riga corrisponde un medesimo momento o intervallo temporale; le coordinate delle stazioni sono indicate in un file annesso. 24 Figura 2.4. Esempio di possibile risultato delle query per le esigenze di input dei codici numerici di calcolo.

7 La cartella Raster Date le notevoli dimensioni dei files raster raccolti, si è deciso di prevedere una cartella esterna alla banca dati e denominata Raster, costituita da soli files raster, originariamente georeferiti e non; la cartella è stata organizzata in sottocartelle in accordo alle macroaree di riferimento del progetto. L analisi dell insieme complesso e articolato degli shapefiles e dei raster è stata garantita dalla consultazione in ArcGIS di un unico file.mxd di sintesi opportunamente predisposto (Figura 2.5). 25 Figura 2.5. Visualizzazione in ambiente GIS dei dati contenuti nel geodatabase e di immagini raster.

8 La sezione Database Strutturati I database strutturati da alcuni Enti, secondo specifi che esigenze di rappresentatività e consultazione degli archivi, e forniti nella loro totalità, sono stati inserti in una cartella esterna al Database e denominata DB_Vari. Per accedere direttamente ai suddetti fi les è stato predisposto un bottone nella maschera principale. Esempi di databases preorganizzati sono: db geotermia.mdb, base di dati relazionata relativa ai dati Pozzi Geotermici della Regione FVG - ServizioGeologico; denunce_usopozzo.mdb, database relazionato relativo alle denunce dei pozzi e loro utilizzo della Regione FVG Servizio Idraulica. La sezione Modelli Al fi ne di disporre degli elaborati progressivamente sviluppati dai partners nell ambito delle azioni previste dal progetto è stata creata espressamente la sezione Modelli, costituita a sua volta da: Sottosezione Input contenente: semplici estrazioni dei dati effettuate mediante query specifi che (ad esempio, query spaziale secondo il bacino idrografi co di appartenenza); prime elaborazioni e ri-accorpamenti dei dati ottenuti mediante query combinate (ad esempio, estrazione di dati grezzi suborari, seguita da calcolo della media oraria ed accodamento ai dati grezzi originarimante orari) e tabelle di input dei codici di calcolo implementati; risultati intermedi di lavoro. Sottosezione Output contenente i risultati delle Actions di progetto e gli elaborati allegati nei Deliverables. Come stabilito anche per gli shapefi les e i raster organizzati, è stato previsto, dove possibile, un collegamento al metadato, alle note illustrative o alle queries formulate relative alle singole elaborazioni. Inoltre, al fi ne di evitare la proliferazione disordinata dei fi les e facilitarne così la consultazione, gli Inputs e gli Outputs progressivamente inseriti nel DB_TRUST sono stati organizzati secondo le stesse Actions del Progetto. 26

9 Bibliografia Atzeni P., Ceri S., Paraboschi S., Torlone R., 2009, Basi di Dati - Modelli e Linguaggi di Interrogazione, McGraw Hill. Atzeni P., Ceri S., Fraternali P., Paraboschi S., Torlone R., 2007, Basi di Dati - Architetture e Linee di Evoluzione, McGraw Hill. Andersen V., 2007, Access 2007, McGraw Hill. Ramakrishnan R., Gehrke J., 2004, Sistemi di basi di dati, McGraw Hil. 27