Creazione del database cartografico

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1 Creazione del database cartografico Sorgenti dati Acquisizione Importazione Esportazione Formati GIS esterni Simulazione Modifica Base dati cartografica GIS Analisi spaziale Interrogazione Generazione output Carte interattive 2D Cartografia cartacea WEB-GIS Modelli 3D Grafici Report Integrazione cartografico/ non cartografico

2 Acquisizione dal campo Immagini aeree o satellitari Correzione orientamento e distorsioni Dati raster Dati raster Dati raster Fotografie aeree Scanner Vettorizzazione Digital. heads-up Coordin. e attributi in tabelle Input manuale Digitalizzazione da stereocoppie Rasterizzazione Cartografia cartacea Digitalizzazione Punti sparsi (campion.) Interpolazione Dati vettoriali Dati Dati vettoriali vettoriali

3 Input manuale Inserimento delle coordinate dei punti rilevate sul campo in file di testo che vengono letti dal GIS In alternativa, COGO, Coordinate Geometry, basato sull'input di punti, distanze e angoli derivati da un rilievo con metodi classici (questo tipo di input può essere automatizzato se si fa uso di una total station). E' un metodo preciso, ma piuttosto laborioso Analogamente, data una mappa in versione cartacea, è possibile sovrapporre una griglia trasparente, regolare in materiale indeformabile (Mylar) e inserire a mano il valore delle celle nel GIS (rasterizzazione manuale).

4 Digitalizzazione Puck: dispositivo di puntamento passivo con tasti per comandare il software di digitalizzazione, lente di ingrandimento e linea di fede (crosshair) Tavoletta: ricevitore attivo che determina la posizione della linea di fede mediante accoppiamento elettromagnetico (il rilevatore è una fitta rete di fili percorsi da corrente elettrica). L'utente comanda l'inizio e fine digitalizzazione e segue le linee che vuole digitalizzare con il crosshair La dimensione della tavoletta può andare dal formato A4 al formato A0 (tavolo digitalizzatore)

5 La carta che deve essere digitalizzata viene fissata accuratamente sul tavolo digitalizzatore. Deve essere staccata e riattacata il meno possibile. E' opportuno che sia costituita di materiale indeformabile (Mylar) Il supporto cartaceo possibilmente non deve avere pieghe e non deve essere stato sottoposto a umidità, strappi, eccetera per evitare la presenza di deformazioni Digitalizzazione Deve essere noto il sistema cartografico geodetico usato per stilare la mappa cartacea Si individuano sul supporto punti esterni all'area che deve essere effettivamente digitalizzata di coordinate geografiche note. Tali punti, detti tick marks o punti di registrazione, consentono di effettuare la trasformazione da sistema di coordinate piano della tavoletta alle coordinate geografiche o piane. Occorrono di norma 2 o 3 tick marks, un numero superiore può essere inserito per correggere deformazioni non lineari (ad esempio, acqua caduta sulla cartografia che ha prodotto deformazioni)

6 Digitalizzazione Due tecniche di digitalizzazione: Stream mode: l'utente segue la linea che deve essere digitalizzata e fornisce al software una distanza massima fra due punti, il software scarica automaticamente i punti quando questa distanza viene percorsa (considerando eventualmente anche un angolo massimo di deviazione al di sotto del quale possono essere percorse distanze superiori) Point mode: l'utente indica esplicitamente ogni punto Di norma viene preferito il point mode, consente all'utente di riposare la mano e di decidere autonomamente quale livello di generalizzazione applicare In entrambe i casi le sessioni di digitalizzazione devono essere brevi (non più di 4 ore al giorno) pena la diminuizione dell'accuratezza di posizionamento durante l'operazione

7 Digitalizzazione Trasformazioni da tavolo digitalizzatore a coordinate 2D, a coordinate geografiche, e all'indietro, proiezione e generazione della mappa su video Le procedure di applicazione e inversione delle equazioni di rappresentazione e di cambiamento di dato inducono errori. In special modo i cambiamenti di datum, con errori che arrivano a 8-10 metri nei più diffusi software commerciali (ovvero con una scala nominale compatibile 1:50.000) Cambiare il tipo di proiezione di norma comporta errori trascurabili anche a scale elevate (1:500, 1:1000)

8 Cosa digitalizzare Contesto e obiettivi: per quale motivo si effettua la digitalizzazione e cosa si vuole ottenere (limitazione e scelta dei livelli informativi che occorre digitalizzare) Fonti: usare le fonti di dati con cui si è familiari, per evitare sorprese, nel senso che gli errori insiti in diversi tipi di sorgenti di dati sono diversi, e spesso mancano informazioni di contorno per valutarli Qualità e rendimento: utilizzare il dato di input con l'accuratezza più adatta allo scopo. Deve essere sufficientemente accurato, ma possibilmente non troppo accurato, poiché in genere questo si traduce in un aumento del volume di dati (scala nominale superiore) Congruenza: digitalizzare più strati da una stessa cartografia di base, se possibile, poiché non richiedono ulteriori lavori di messa a punto Specificità: ogni livello digitalizzato deve essere il più specifico possibile (uniformità semantica, semantica precisamente identificata)

9 Quanto digitalizzare E' necessario raggiungere un compromesso fra accuratezza e costo di produzione e gestione (ovvero, quantità di dati inserita) Come si può stabilire una soglia? Quale livello di accuratezza viene richiesto dalle analisi spaziali che giustificano l'operazione di digitalizzazione (questa è una soglia minima, è opportuno pensare anche a bisogni futuri)? Lo strato informativo con scala nominale più bassa determina la risoluzione operativa delle funzioni di analisi spaziale Si può fare anche riferimento alla teoria del trattamento dei segnali: la frequenza di campionamento deve essere pari almeno a due volte la frequenza di variazione del fenomeno sottoposto a rilievo (Shannon)

10 Scanner Dispositivi per convertire una immagine analogica in una immagine digitale Basati sulla riflessione della luce di una lampada rilevata da sensori CCD Possono avere varie dimensioni, essere piani o a trascinamento L'immagine ottenuta deve essere registrata mediante punti di coordinate note, ovvero tick marks (assunto che fosse piana, nel caso di immagine fotografica scannerizzata occorre effettuare anche orientamento esterno, interno, correzione della prospettiva e della quota) Se il documento scannerizzato è basato su linee semplici, algoritmi di thinning, inseguimento e estrazione dei bordi possono creare direttamente una prima versione vettoriale della mappa (vettorizzazione, da tecniche di riconoscimento delle immagini) Scansire, scannare? No, scannerizzare!

11 Digitalizzazione heads-up Digitalizzazione effettuata direttamente a video Richiede una immagine metricamente corretta (ortofoto), o una cartografia scannerizzata Non richiede, al contrario, un costoso tavolo digitalizzatore

12 Vettoriali: procedimento complessivo Scannerizz. + vettorizzazione Dato spaziale Registrazione su sist. geod. cartog. Controllo visivo Correzione errori sui nodi Digitalizzazione Eliminazione coord. in eccesso Correzione distorsioni Dato cartaceo Costruzione topologia Creazione ID Dato non spaziale (attributi) Input in file di testo o tabelle (e verifica) Collegamento ai dati non spaziali Database vettoriale topologicamente corretto

13 Errori sui nodi Pseudo nodi Poligoni aperti, under e over shoot Nodi pendenti (dangling) Etichette mancanti o multiple pseudo-nodo Sliver polygons Poligoni con bordi non semplici (auto-intersecanti) Nota: normalmente i software di editing topologico calcolano una versione planare del grafo di archi in input, poi fanno uso dei label point per stabilire quali sono i poligoni e associare gli ID etichette poligono aperto overshoot undershoot dangling Correzione: fuzzy tolerance (snap automatico dei punti entro una certa distanza) sliver Nodo mancante

14 Armonizzazione Rubber sheeting: applicazione di una trasformazione non lineare a foglio di gomma capace di portare le coordinate di più tick points nella loro posizione corretta. Allo stesso modo, piuttosto che usare dei tick points si può fare riferimento ad un layer di riferimento in cui siano presenti punti o archi in comune con il layer che deve essere corretto (e che ovviamente non saranno esattamente nella stessa posizione) Edge matching: opererazione con cui si fanno combaciare due fogli di mappa adiacenti

15 Validazione attributi Anche gli attributi sono soggetti ad errori di input Si effettuano i seguenti controlli: Automatiche: sul tipo di dato, sul range, sulle relazioni con altri attributi che possono essere legati fra loro (ad esempio, da relazioni fisiche, come umidità pioggia, radiazione solare e temperatura) Statistiche: si verifica manualmente e a campione che gli attributi corrispondano effettivamente al dato cartaceo originale Si verifica inoltre che il collegamento fra dati vettoriali e attributi (corrispondenza degli ID) sia corretto, sempre manualmente e a campione

16 Verifica geometrie Tutte le entità che dovevano essere digitalizzate sono presenti; Non sono presenti entità estranee; Tutte le entità hanno posizione, forma e dimensione corrette (nei limiti del livello di accuratezza scelto, ovvero nei limiti della scala nominale obiettivo); Tutte le entità che si suppone siano connesse lo sono; Tutti i poligoni hanno un label point singolo; Tutte le entità sono interne all'area definita dai punti di controllo.

17 Acquisizione da dati digitali Si possono acquistare o acquisire da altri enti dati in formato digitale. Ci possono essere problemi legati a: Accuratezza posizionale: la scala nominale è compatibile con gli scopi che ci si prefigge? Accuratezza tematica: gli attributi sono sufficientemente corretti? Classificazione: gli attributi possono essere classicati in modo diverso. Ad esempio, alto, medio, basso. Ma con quali soglie? Formato dati: il dato è topologico, è in un formato compatibile, è possibile importarlo senza perdita nel proprio sistema GIS? Spesso non sono disponibili metadati, lo stesso ente produttore dei dati non ha informazioni sulla scala nominale, le soglie di classificazione, eccetera. Sono disponibili standard a livello internazionale per i metadati, ma sono poco seguiti nella pratica a livello locale

18 Qualità del dato geografico Informazioni di contorno sulla natura, composizione, accuratezza, usi, ecc. del dato geografico Elementi di qualità del dato: Genealogia Usabilità Indicatori di qualità Genealogia: Organismo che ha prodotto il dato; Motivo della produzione; Data di produzione; Fonte dei dati Processo di acquisizione ed elaborazione; Formato della banca dati

19 Qualità del dato geografico Usabilità: Organismi che hanno fatto uso della base dati (con riferimenti a responsabili) Applicazioni che hanno fatto uso della banca dati Limitazioni riscontrate nell'utilizzazione pratica Indicatori di qualità (collaudo della carta): Accuratezza posizionale: scostamento massimo fra posizione in cartografia e posizione reale, o errore quadratico medio, incluso il metodo di verifica (ad esempio, campionamento); Accuratezza tematica: scostamento medio o massimo fra dato reale e attributo associato in cartografia, inclusa la tecnica di verifica. Accuratezza temporale: grado di aggiornamento della cartografia (indicando ad esempio la data di ultima modifica e le tecniche usate per mantenere il dato aggiornato, dalla sensoristica alle campagne periodiche di raccolta dati) Congruenza logica: assenza di errori sui nodi, verifica che attributi e geometrie sono complessivamente accettabili Completezza: grado di conformità del dato digitale con la sua fonte in termini di numerosità delle entità (omissioni e eccedenze)

20 Metadati Il dato dovrebbe essere inserito in base dati e distribuito insieme ad un opportuno insieme di metadati, ovvero informazioni che descrivono il dato stesso consentendone un uso informato Le reali caratteristiche del dato sono note soltanto a chi lo ha sviluppato, e i dettagli vengono presto dimenticati Se tali persone non sono più reperibili il dato diventa spesso poco utilizzabile La cosa diventa ancora più complessa per un altro ente che non ha comunque a disposizione le persone in questione Nel seguito sono elencati un insieme di metadati basati sullo standard europeo CEN TC 287, ora acquisiti anche dallo standard internazionale ISO TC 211 (acquistabile on line all'indirizzo Si può prendere in considerazione anche l'insieme di standard statunitensi FGDC, piuttosto seguito a livello di cartografia ufficiale (ad esempio, per i dati scaricabili dallo USGS)

21 Elenco metadati Titolo e descrizione generale Titolo del dataset Eventuali titoli alternativi o abbreviati Sintesi descrittiva del contenuto del dataset Scopo per cui è stato realizzato il dataset Usabilità intesa come lista di utilizzazioni del dataset Schema secondo lo standard CEN o E/R Sistema di riferimento spaziale (ovvero modalità di georeferenziazione del dato, continuo o discreto) Lingua usata nel dataset Documentazione di riferimento (bibliografia) Esempi della banca dati, ovvero immagini che riproducono parte del contenuto della banca dati Elenco delle altre banche dati associate alla banca dati corrente (mediante associazione relazionale) e pensate per essere sfruttate in modo combinato con la banca dati corrente

22 Elenco metadati Qualità complessiva della base dati Genealogia Accuratezza posizionale Accuratezza tematica Accuratezza temporale Congruenza logica Completezza Sistema di riferimento geografico Datum Ellissoide Proiezione Sistema di coordinate

23 Elenco metadati Estensione Periodo di validità del dato (estensione temporale); Stato della banca dati alla data di ultima modifica (completa, incompleta, aggiornata,...) Estensione geografica (come minimo rettangolo contenente i dati geografici) Estensione geografica in termini di aree amministrative coperte (comuni, CAP, eccetera) Estensione verticale, ovvero valori minimo e massimo di quota Descrizione degli oggetti geografici Nome degli oggetti contenuti nello strato informativo Descrizione testuale degli oggetti Codice identificativo usato nel dataset Tipologia di elementi geometrici Numerosità, ovvero quantità di tali elementi nel dataset Accuratezza posizionale dell'oggetto Accuratezza temporale dell'oggetto

24 Elenco metadati Completezza Scala nominale Descrizione degli attributi Nome dell'attributo Descrizione testuale dell'attributo Codice identificativo usato nel dataset (LIT_SUPER) Tipo di attributo Dominio di validità Accuratezza tematica dell'attributo Accuratezza temporale dell'attributo Congruenza logica (insieme dei controlli cui è stato sottoposto il dato)

25 Elenco metadati Gestione del dataset Nome dell'ente o azienda che lo gestisce e distribuisce Nome abbreviato Indirizzo Ruolo (proprietario, gestore, distributore, rivenditore,...) Funzioni istituzionali dell'ente o dell'azienda Personale di riferimento Indirizzo delle persone di riferimento Ruolo delle persone di riferimento Distribuzione Restrizioni all'uso, licenze e copyright; Politica di prezzi (listini) Unità di distribuzione (porzione geografica e livelli informativi) Supporto informatico (floppy,...) Formato (Shapefile, DWG, ecc.)

26 Elenco metadati Accesso remoto tramite web Modalità d'ordine Servizio di assistenza con relativi riferimenti Informazioni sui metadati Data di creazione dei metadati Data dell'ultimo aggiornamento Data della prossima revisione Lingua/e utilizzata/e per i metadati