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1 Dipartimento di Ingegneria Civile Laura Magistrale in Ingegneria Civile per la Protezione dai Rischi Naturali A.A RELAZIONE DI FINE TIROCINIO INTRODUZIONE ALL'USO DEL SOFTWARE GIS UDIG Tirocinante: Eleonora Proietti Tutor: Prof.ssa Elena Volpi Matricola:

2 Sommario 1-GIS (Sistemi Informativi Territoriali) Introduzione Dati: entità e campi uDig Introduzione Interfaccia grafica (Workbench) Sezione Progetti (Project View) Sezione Mappe (Map Editor) Sezione Catalogo (Catalog View) Sezione dei livelli d'informazione (Layer View) Sezine Informazioni (Information View) Sezione Tabelle (Table View) Geometry Tools Sistema di riferimento Georeferenziazione Estensioni Bibliografia Sitografia

3 1-GIS (Sistemi Informativi Territoriali) 1.1 Introduzione I GIS, sistemi informativi territoriali dedicati allo studio ed alla gestione di dati geografici, nascono in Canada e trovano ad oggi larga diffusione in tutto il mondo. Tali sistemi trovano largo utilizzo presso le amministrazioni pubbliche per la gestione dei dati territoriali connessi con la pianificazione urbanistica e la pianificazione delle risorse ambientali. Figura 1.1:sovrapposizione dei livelli di informazione Un loro ampio utilizzo si è inoltre affermato nel campo della ricerca per la possibilità di accedere ad informazioni di diversa natura unitamente alla loro collocazione spaziale. Tali strumenti permettono quindi di raccogliere, modellare, manipolare, e analizzare una grande quantità di dati e di presentarli come georeferenziati. Per georeferenziazione si intende l'attribuzione ad un dato di un'informazione relativa alla sua collocazione geografica espressa rispetto in un particolare sistema geodetico di riferimento. La georeferenziazione è applicata nei sistemi GIS ad ogni elemento presente: singoli pixel di raster, elementi vettoriali quali punti,linee o poligoni e persino annotazioni. La grande potenzialità dei GIS risiede nel poter sovrapporre livelli diversi di informazioni relativi alla stessa area geografica (Fig.1.1) permettendo così una migliore comprensione dei processi che la interessano e dell'interdipendenza tra questi. 3

4 1.2 Dati: entità e campi I dati spaziali sfruttati nei GIS sono divisi in due classi: Raster e Vettoriali. CAMPI o RASTER: sono oggetti definiti quasi ovunque nel dominio di interesse e vengono rappresentati in forma discreta attraverso matrici regolari di attributi (raster georeferenziato dove l'associazione avviene sul pixel), reti regolari di triangoli (TIN) o curve di livello. Informazioni presentate spesso in questo formato sono, ad esempio, temperatura tura e pressione. Ai fini dell'analisi idrologica, ma non solo, risulta fondamentale la disponibilità di un DTM o di un DEM (Fig. 1.2), due immagini raster contenenti le quote del terreno. Essi descrivono una superficie continua attraverso un numero finito di punti tridimensionali nello spazio (x,y,z). Ogni tripletta viene associata ad un grigliato regolare che può avere dimensioni diverse in funzione del grado di discretizzazione ione necessario per lo studio di fenomeni specifici. Figura 1.2: DTM con le quote del terreno 4

5 I formati raster più utilizzati sono: TIFF GIF ASCII JPG (Tagged Image File Format) (Graphics Interchange Format) (American Standard Code for Information Interchange) (Joint Photographic Experts Group) Per rendere utilizzabili questi formati raster all'interno di uno strumento GIS è necessario georeferenziarli accoppiandoli con altri due file; il primo è un world file, un piccolo file di testo che fornisce i limiti sulla posizione dell'immagine e il secondo un file.prj necessario per specificare le coordinate. Il prodotto finale è una World Plus Image così composta: -.jpeg file contenente l'immagine raster -.prj file contenente il sistema di coordinate -.jgw file contenente le informazione della collocazione sulla mappa ENTITà o VETTORIALI: sono oggetti che sfruttano una rappresentazione matematica astratta (equazioni) per definire delle primitive geometriche come punti, linee, curve e poligoni e ai quali possono essere associati attributi di varia natura. La grande potenzialità di questo formato risiede nella possibilità di modifica dell'immagine a qualunque scala e su qualunque aspetto (forma, bordi,riempimento,annotazioni...) Il formato vettoriale più utilizzato è lo Shapefile realizzato con l'unione di numerosi file tra i quali risultano essenziali: -.shp contiene le informazioni legate alla forma delle feature (oggetti grafici) -.shx contiene l'indice di posizione delle feature -.dbf contiene gli attributi collegati alle feature -.prj contiene le informazioni legate al sistema di riferimento 5

6 2-uDig 2.1 Introduzione Udig è un software open source sviluppato dalla società di ricerca canadese Refractions Research, realizzato con la tecnologia Eclipse Rich Client e che può essere utilizzato come uno strumento a sé stante per le operazioni di base su dati georeferenziati come il ritaglio delle mappe, la georeferenziazione o la presentazione dati, oppure può essere integrato con altre applicazioni per azioni specifiche come l'applicazione JGRASS che permette tramite le Horton Machine di ottenere informazioni di carattere idraulico e idrologico (The HORTON MACHINE: a system for DEM analysis. R. Rigon, E. Ghesla, C. Tiso, A. Cozzini). Nella sua configurazione base udig si propone di essere uno strumento facile e moderno; il primo obiettivo si concretizza con un'interfaccia semplice e, almeno per le operazioni di base, intuitiva, mentre il secondo trova sviluppo nell'utilizzo di dati da Geospatial Web Services (WMS,WFS, WPS) rendendo endo quindi stretto il rapporto tra l'uso del programma e quello di internet. 2.2 Interfaccia grafica (Workbench) Il termine Workbench si riferisce all'interfaccia del programma (Fig.2.1).. Essa contiene le sezioni (Editor e View) che permettono di gestire e manipolare le informazioni spaziali. Figura 2.1: Workbench 6

7 L'interfaccia può essere utilizzata in 2 prospettive diverse ognuna delle quali permette di focalizzare l'attenzione su una particolare attività: PROSPETTIVA DELLA MAPPA (MAP PERSPECTIVE): : è l'interfaccia di default ed è quella che permette di vedere e utilizzare tutti le funzionalità a disposizione e per questo è l'interfaccia più facilmente utilizzabile in quasi tutte le applicazioni (Fig 2.2). Figura 2.2: Map Perspective PROSPETTIVA DELLO STILE (STYLE PERSPECTIVE): questa interfaccia è consigliata per lavorare sugli stili dei layer perché permette di vedere solo la mappa e nasconde le View legate alla gestione (Fig.2.3). Figura 2.3:Style Perspective In aggiunta alle prospettive proposte è sempre possibile ampliare o ridurre ad icona le singole View oppure introdurne di nuove tra quelle facoltative, personalizzando così l'ambiente di lavoro rispetto ad attività specifiche. 7

8 2.3 Sezione Progetti (Project View) Questa View permette di visualizzare tutti i progetti attivi con le relative mappe (Fig 2.4). Figura 2.4: Project View 2.4 Sezione Mappe (Map Editor) Questa View permette di visualizzare le mappe, anche appartenenti a progetti diversi (Fig. 2.5). Su ogni mappa possono essere presenti infiniti livelli di informazioni (layer), ma risulteranno visibili solo quelli selezionati nella Sezione dei Livelli di Informazione (Layer View). Per una più chiara lettura delle dimensioni e della collocazione geografica è possibile aggiungere alcuni elementi grafici (Fig.2.5) quali: Grid : Legend : Scalebar : Graticule : inserisce una griglia semplice sulla mappa legenda dei layer attivi scala grafica griglie georeferenziate. Questa componente può essere utilizzata anche con CRS diversi con il vincolo che questi siano espressi in metri (Fig.2.6). North Arrow : il nord geografico 8

9 . Figura 2.5:Elementi grafici di riferimento Figura 3Figura 2.6:Graticule 2.5Sezione Catalogo (Catalog View) Questa View permette di avere a disposizione un catalogo completo di tutti i file georeferenziati che possono essere utilizzate all'interno delle mappe (Fig. 2.7). 9

10 Il catalogo si aggiorna automaticamente ogni qualvolta si inseriscono dei layer direttamente su una mappa con l'operazione di Drag and Drop, oppure attraverso l'operazione di Import che permette di caricare dati da cartella o da fonti note quali ad esempio WMS,WFS e WPS(Fig. 2.8). Figura 2.7:Catalog View Figura 2.8: Import nella Catalog View 10

11 2.6 Sezione dei livelli d'informazione (Layer View) Questa View permette di visualizzare e organizzare i layer presenti su una mappa (Fig.2.9). Ad ogni layer è collegato un elenco di azioni (context menu) che permette di svolgere alcune operazioni quali: zoommare, cancellare, rinominare, abilitare strumenti per la modifica e soprattutto cambiare lo stile. Figura 2.9: Layer View La gestione dello stile, in particolare, risulterà diversa per il formato raster e per quello vettoriale; nel primo caso si dovranno scegliere colore, riempimento e bordi (Fig. 2.10) mentre nel secondo la definizione dello stile si conclude nella scelta della scala cromatica a di rappresentazione (Fig. 2.11),. Figura 2.10:Style Editor per il formato vettoriale 11

12 Figura 2.11: Style Editor per il formato raster 2.7 Sezione Informazioni (Information View) Questa View permette di visualizzare le informazioni geometriche, e non, relative ad un elemento presente sulla mappa. Per un elemento vettoriale saranno forniti tutti i suoi attributi (Fig. 2.12), mentre per un elemento raster verranno definite le semplici coordinate geografiche (Fig.2.13). Figura 2.12: Information View per il formato vettoriale 12

13 Figura 2.13: Information View per il formato vettoriale 2.8 Sezione Tabelle (Table View) Questa View ha come scopo quello di fornire in un'unica finestra una visione completa di tutti gli attributi delle feature realizzate con lo stesso layer (Fig. 2.14). Figura 2.13:Information View per il formato raster Figura 2.14: Table View Tutti gli attributi possono essere cambiati direttamente dalla tabella e le modifiche vengono riportate in automatico sulla mappa. 2.9 Geometry Tools I Geometry Tools permettono di lavorare con la geometria delle feature create da layer vettoriali. STRUMENTI DI DISEGNO (CREATE): permettono di creare linee e poligoni manualmente. Gli strumenti abilitati per ogni layer dipendono dal tipo di geometria del layer stesso; se il layer è un 13

14 poligono (Polygon) permette la creazione solo di poligoni e allo stesso modo se il layer è una linea (Line) permette di creare solo linee. Se il tipo di geometria selezionata per il layer è geometria (Geometry), allora possono essere create sia poligoni che linee (Fig e 2.16). Figura 2.15:Create Tool per un oggetto Polygon Figura 2.16: Create Tool per un oggetto Line Sono utilizzabili anche forme predefinite quali archi, ellissi, rettangoli e cerchi (Fig 2.17). Figura 2.17: Arco disegnato con i Create Tools STRUMENTI DI MODIFICA (EDITING) : permettono di editare feature già presenti sulla mappa; in particolare è possibile tagliare una parte delle feature con geometria Line (Fig.2.18), creare degli 14

15 spazi vuoti all'interno delle feature con geometria Polygon (Fig. 2.19) e lavorare con i vertici rimuovendoli o spostandoli (Fig.2.20) Figura 2.18: Editing Tool per un oggetto Line Figura 2.19:Editing Tool per un oggetto Polygon Figura 2.20: vertici rimossi con gli Editing Tools STRUMENTI DI MODIFICA DEGLI OGGETTI (FEATURE EDITING): permettono di compiere operazioni complesse (Fig.2.21) sulle feature come l'unione di feature diverse in un elemento unico 15

16 (Merge) (Fig.2.22) oppure la separazione di una feature di partenza in due elementi indipendenti (Split) (Fig.2.23). Figura 2.21:Feature Editing Figura 2.22:Merge Tool 16

17 Figura 2.23: Split Tool 2.10 Sistema di riferimento Il Sistema di Riferimento è utilizzato per definire la collocazione dei dati spaziali sul pianeta. udig permette di scegliere un CRS unico per una mappa e i layer che su questa vengono importati con un Sistema di Riferimento diverso vengono automaticamente ricollocati sfruttando le relazioni che legano una rappresentazione geografica all'altra. Il CRS può essere scelto con due modalità: scegliendo di usare il CRS già definito per un layer in particolare, oppure scegliendo un CRS ex-novo dalla lista proposta dal programma (Fig 2.24). Figura 2.24:Lista dei CRS disponibili 17

18 Particolare attenzione deve essere riservata quando un file viene esportato in quanto l'esportazione avviene con il CRS originale e non con quello scelto per la mappa. Per ovviare a questa incongruenza durante la procedura di esportazione sarà necessario creare un nuovo file, a partire dall'originale, con il CRS scelto Georeferenziazione Questa funzionalità permette di collocare una normale immagine all' interno di una mappa sfruttando la collocazione di almeno 6 punti noti (marks) facilmente identificabili sia nell'immagine stessa che nella mappa georeferenziata (Fig. 2.25). Figura 2.25:Georeferenziazione 18

19 2.12 Estensioni udig nasce non solo come strumento di presentazione di dati georeferenziati, ma soprattutto come strumento di manipolazione di questi. In quest'ottica si inserisce la possibilità di integrazione del software di base con alcuni pacchetti dal forte connotato applicativo. STRUMENTI DI MODIFICA SPAZIALE (SPATIAL OPERATION TOOL)S: questa estensione è stata realizzata all'interno del progetto Spatial Operation And Editing Tools promosso dal the Diputación Foral de Gipuzkoa (Departamento de Movilidad y Ordenación del Territorio) e contiene delle operazioni spaziali per creare delle nuove feature a partire dalla modifica di quelle già esistenti. STRUMENTI DI ANALISI SPAZIALE (SPATIAL TOOLBOX): questa estensione permette di integrare all'interno di udig funzionalità caratteristiche di GRASS e JGrass nel campo dell'analisi geomorfologica e statistica di dati a partire dall'acquisizione di un modello DEM. Di particolare interesse risultano essere le HortonMachine che permettono un ampio approfondimento delle caratteristiche idrologiche di un bacino come per esempio la distribuzione dei versanti e della rete, le aree contribuenti e la funzione di ampiezza. 3-Bibliografia The HORTON machine: a system for DEM analysis The reference manual. R. Rigon, E. Ghesla, C. Tiso, A. Cozzini 4-Sitografia https://code.google.com/p/jgrass/ 19

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