DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO

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1 Anno Accademico Prof. Giuseppe Bartolini Prof. Federico Salzotti DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA CORSO DI LAUREA IN CONSERVAZIONE, GESTIONE E COMUNICAZIONE DEI BENI ARCHEOLOGICI SEDE DI GROSSETO

2 INDICE 1. OPPORTUNITÀ, OBIETTIVI E PROBLEMATICHE NELLA GESTIONE DEI DATI ARCHEOLOGICI ATTRAVERSO LO STRUMENTO INFORMATICO 2. LO STRUMENTO GIS (GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM) IL GIS IN ARCHEOLOGIA PREROGATIVE E CARATTERISTICHE DEI GIS STRUTTURA DEI GIS PRINCIPALI APPLICAZIONI DEI GIS 1) Applicazioni per la redazione di cartografia numerica 2) Applicazioni per la monitorizzazione di valori o elementi 3) Applicazioni per la gestione degli spazi geografici, antropici, economici e produttivi e per la gestione dei dati rilevati sul territorio FUNZIONI OPERATIVE DELLO STRUMENTO GIS 1) Funzioni di acquisizione dei dati 2) Funzioni di correzione e trasformazione della geometria dei dati grafici 3) Funzioni di manipolazione ed analisi dei dati 4) Funzioni di visualizzazione e presentazione dei dati 3. LA CARTOGRAFIA NUMERICA LE TIPOLOGIE DEI DATI LE STRUTTURE DEI DATI La struttura raster La struttura vettoriale L ACQUISIZIONE DEI DATI E I PROCEDIMENTI DI GEOREFERENZIAZIONE DEI DATI ANALOGICI CONVERTITI IN DIGITALE Approfondimento 3.a: il DTM Approfondimento 3b: la cartografia tridimensionale: proprietà e limiti nella sua attuale fruizione 4. LE BASI CARTOGRAFICHE LA CARTOGRAFIA IGM LA CARTOGRAFIA TECNICA REGIONALE (CTR) LA CARTOGRAFIA CATASTALE LA CARTOGRAFIA ORTOFOTOGRAFICA LA CARTOGRAFIA TEMATICA 5. LA SCELTA DELLE SCALE DI RAPPRESENTAZIONE 6. METODI E STRUMENTI DI RILEVAMENTO PER LA REDAZIONE DI NUOVA CARTOGRAFIA A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 2

3 6A. IL RILEVAMENTO TOPOGRAFICO NUMERICO MEDIANTE STAZIONE TOTALE: LA CELERIMENSURA LA POLIGONAZIONE LA POTHENOT L APERTURA A TERRA L ORIENTAMENTO SU DUE PUNTI FISSI 6B. IL RILIEVO FOTOGRAMMETRICO LA FOTOGRAFIA: CONSIDERAZIONI GENERALI Gli obiettivi e le distorsioni Le tecniche di ripresa L inquadratura L esposizione La profondità di campo Archiviazione delle immagini Annotazione Catalogo Conservazione LA FOTOGRAFIA COME MEZZO AUSILIARIO ALLE OPERAZIONI DI RILEVAMENTO LA FOTOGRAFIA PER IL RILIEVO METRICO IL RILIEVO TRAMITE RADDRIZZAMENTO FOTOGRAFICO Ripresa fotografica Composizione di fotomosaici Le immagini dalla fotocamera al computer Il rilievo dei punti di attacco Trattamento dei dati del rilievo Sovrapposizione dei dati raster dei fotogrammi e dei dati numerico-vettoriali delle coordinate dei punti di attacco: il fotoraddrizzamento La ricomposizione del fotomosaico e alcune applicazioni possibili 6C. IL SISTEMA DI POSIZIONAMENTO GLOBALE SATELLITARE (GPS) 6D. LA FOTOINTERPRETAZIONE 6E. LE INNOVATIVE TECNICHE DI LASER SCANNING PER IL RILIEVO TRIDIMENSIONALE DI REPERTI, SCAVI, MONUMENTI ARCHITETTONICI E PER LA PRODUZIONE DI MODELLI DIGITALI DELLA SUPERFICIE 7. LA GEOREFERENZIAZIONE DEI DATI: TIPOLOGIA ED AFFIDABILITÀ DELLA RAPPRESENTAZIONE TIPOLOGIE GRAFICHE CRITERI DI GEOREFERENZIAZIONE GRADO DI AFFIDABILITÀ DELLE LOCALIZZAZIONI CARTOGRAFICHE DELLE EMERGENZE 8. LA PRODUZIONE DI NUOVA CARTOGRAFIA PER L ANALISI INTEGRATA DI UN COMPRENSORIO STORICO: IL CASO DI CHIUSDINO 9. BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE PER ARGOMENTI A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 3

4 1. OPPORTUNITÀ, OBIETTIVI E PROBLEMATICHE NELLA GESTIONE DEI DATI ARCHEOLOGICI ATTRAVERSO LO STRUMENTO INFORMATICO L affermazione dell informatica nei processi di gestione dei dati archeologici è stata piuttosto lenta e difficoltosa, soprattutto in ambito italiano. Fra i principali motivi del ritardo accumulato rispetto ad altre scuole (principalmente quelle statunitensi e britanniche ma, in parte anche quelle slovene e francesi) possiamo citare la prolungata ed ostinata diffidenza della comunità archeologica italiana nell adozione dello strumento informatico. Tale ritardo si è manifestato con particolare evidenza soprattutto nell approccio ai sistemi GIS, dei quali ancora oggi non tutti hanno percepito con chiarezza le potenzialità e le reali possibilità d applicazione. Un altro freno è costituito dalla mancanza, sul mercato, di softwares appositamente concepiti per l archeologia. E stata necessaria una lunga fase di sperimentazione e di verifica dei vari programmi, mirata alla scelta di quelli ritenuti più funzionali alle esigenze della ricerca. Alcuni gruppi di lavoro sono andati oltre la semplice adozione di un applicativo specifico, sforzandosi di progettare sistemi che integrassero più architetture software, mediante i quali controllare l intero processo di catastazione e gestione dell informazione. Si tratta della costruzione (attraverso programmazione) di sistemi GIS, basati principalmente sull integrazione fra programmi d archiviazione (alfanumerica e in alcuni casi multimediale) e piattaforme GIS. Il LIAAM (Laboratorio di Informatica Applicata all Archeologia Medievale), gruppo di lavoro sviluppatosi in seno all area di Archeologia Medievale (Prof. Riccardo Francovich e Prof. Marco Valenti) dell Università di Siena, ha adottato questa soluzione. Nello specifico, è stato concepito e costantemente sviluppato negli anni un sistema di gestione e di interrogazione dei dati denominato OpenArcheo. Quest ultimo può essere definito come il prototipo di un sistema integrato ed aperto per la gestione del dato archeologico che, tramite un interfaccia semplice, permette di collegare vari tipi di dati (cartografici, planimetrici, alfanumerici, grafici, multimediali, ecc.) in modo multidirezionale fra le diverse applicazioni usate 1. Come già accennato, la costruzione di simili soluzioni richiede avanzate competenze informatiche, in particolare conoscenza approfondita degli applicativi in questione e dei linguaggi di programmazione. E importante che siano gli stessi archeologi ad acquisire il know-how richiesto per la creazione di sistemi ad hoc; solo in questo modo, infatti, potranno sfruttare al meglio i programmi utilizzati, 1 FRANCOVICH-VALENTI 2001, p Per una esauriente descrizione del sistema OpenArcheo si rimanda a VALENTI 1998a, p. 312 e pp ; FRANCOVICH-VALENTI 2001, pp ; VALENTI-ISABELLA-SALZOTTI 2001, pp e VALENTI et alii E inoltre disponibile in rete una sezione dedicata, consultabile a partire dall indirizzo: A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 4

5 piegandoli alle proprie esigenze. Il ricorso a tecnici esterni, in grado di garantire un prodotto molto affidabile dal punto di vista tecnico-informatico, nasconde infatti almeno due grossi svantaggi. Non essendo progettate direttamente da un utenza archeologica, queste soluzioni difficilmente assicurano un uso mirato alle esigenze dell indagine storico-archeologica. Inoltre, si tratta di pacchetti preconfezionati sui quali l archeologo, rimanendo estraneo alle fasi di costruzione, non sarà in grado di apportare correttivi o aggiornare un sistema destinato a diventare obsoleto nel giro di pochi anni. In altri termini, la soluzione esterna non assicura quell autonomia che è invece fondamentale per un corretto ed appropriato uso dello strumento di gestione informatica. Nell ultimo decennio, il sempre più intensivo ricorso alle tecniche informatiche (almeno da parte di alcune realtà di ricerca) ha consentito un notevole miglioramento delle metodologie di gestione e documentazione dei progetti di cartografia archeologica. In particolare, si è registrato un salto di qualità nella fruizione delle basi topografiche di supporto e nel campo delle tecniche di registrazione, trattamento e restituzione delle evidenze archeologiche. Il lavoro a tavolino è stato quasi completamente sostituito dall impiego dei computers. Questo non significa una totale automazione delle procedure d indagine, ma sicuramente è garanzia di completezza e rigore nella compilazione delle informazioni acquisite. L utilizzo della macchina, quindi, non rappresenta solo un cambiamento di comodo, ma piuttosto un imprescindibile esigenza per garantire uno standard di documentazione avanzata. Nello specifico, l uso di piattaforme GIS, nelle quali il dato viene registrato senza conversione di scala, ha finalmente permesso di fornire una rappresentazione del dato molto precisa ed accurata, basata sulla restituzione planimetrica e georeferenziata delle evidenze. Inoltre, includendo la dimensione spaziale del dato, hanno finalmente facilitato ed implementato l applicazione di tecniche d analisi spaziale e statistica finalizzate alla comprensione dei fenomeni socio-economici e politico-insediativi nello spazio. Vale la pena di soffermarsi su tre proprietà basilari che non riguardano esclusivamente il trattamento dell informazione archeologica, ma più genericamente la gestione dei processi informatici: a) POLVERIZZAZIONE DEI TEMPI DI LAVORO. Con l adozione delle tecniche informatiche sono stati drasticamente ridotti i tempi della ricerca, in ciascuna delle sue fasi operative. Operazioni per la cui realizzazione erano richieste ore (se non giorni) se eseguite manualmente, vengono oggi effettuate dal calcolatore elettronico nell arco di pochi secondi 2. b) CAPACITÀ DI GESTIONE DI GROSSI QUANTITATIVI DI DATI. La ricerca archeologica si è spesso arenata sulle difficoltà legate all impossibilità (o incapacità) di gestire, in tempi accettabili, i grossi quantitativi di dati prodotti nel corso delle indagini. Questi problemi hanno spesso comportato la rinuncia alla pubblicazione dei risultati delle ricerche, venendo meno ai propositi di sviluppo e di allargamento del dibattito negli ambienti scientifico-accademici. L informatica, in questo 2 Da una sperimentazione effettuata nell ambito della Carta archeologica della Provincia di Siena, è emerso come una ricerca tematica, realizzabile nel giro di pochi minuti su piattaforma GIS, richieda oltre quaranta ore se eseguita manualmente. (FRANCOVICH 1999, p. 56) A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 5

6 senso, ha rappresentato una provvidenziale soluzione, facilitando la memorizzazione, e a seguire la consultazione e l analisi, di corpose banche dati grazie alle sue grandi capacità di memoria e di calcolo. L esponenziale aumento di disponibilità degli hard disk permette oggi di catastare la documentazione di interi progetti d archeologia, anche quelli svolti in anni passati (prima dell avvento dell informatizzazione). In questo modo, è possibile implementare lo stato della conoscenza archeologica collettiva e soprattutto dotare gli enti pubblici di materiale utile ad un efficace politica di tutela e valorizzazione. c) F ACILITÀ DI VEICOLAZIONE DELLE INFORMAZIONI. L affermazione dell informatica ha avuto ampie ripercussioni anche sui criteri e sugli strumenti della comunicazione. A tal proposito è sufficiente ricordare l importanza acquisita dallo sviluppo delle reti telematiche che consentono, tramite un qualsiasi terminale, la condivisione e la comunicazione delle informazioni su scala mondiale in tempo reale. L archeologia, così come qualsiasi altro ambito disciplinare, deve riuscire ad inserirsi all interno degli odierni sistemi di comunicazione, pena la sua esclusione dai principali circuiti di comunicazione. Pertanto è fondamentale, per gli archeologi, adeguarsi agli standard informatici e telematici, elaborando un linguaggio in grado di proporre i contenuti maturati ad un pubblico più vasto ed eterogeneo possibile (da un utenza scientifica agli enti pubblici o ancora al semplice appassionato). Gli strumenti informatici si sono rivelati perfetti allo scopo. Essi consentono la restituzione dell informazione ad una pluralità composita di soggetti e secondo tecniche di comunicazione differenziate per tipologia di linguaggio e per bacini d utenza. La crescita del movimento dovrà quindi passare dalla sua capacità di sfruttare gli attuali canali di comunicazione (internet su tutti) e, quindi, di far circolare rapidamente i propri dati condividendoli con il villaggio globale. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 6

7 2. LO STRUMENTO GIS (GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM) Dal punto di vista semantico, GIS è l acronimo dell inglese Geographical Information System, traducibile in italiano come Sistema Informativo Geografico (SIG) o Territoriale (SIT) 3. Un interpretazione ragionata dei significati dei singoli termini consente di capire che si tratta di un insieme di parti interagenti, atto a produrre informazione riferibile al territorio e quindi georeferenziata 4. Al di là di questa prima chiave di lettura non è semplice riuscire a fornire una definizione unica ed onnicomprensiva di GIS. Allo scopo è opportuno operare, preliminarmente, una differenziazione fra il software GIS, ossia lo strumento informatico, e la soluzione GIS, che presuppone l integrazione di diverse componenti, tecnologiche ed umane. Per quanto concerne la prima accezione, il GIS è un software in grado di presentare, analizzare e gestire elementi grafici ma soprattutto geografici, cioè una rappresentazione della realtà che permette l archiviazione di dati ed attributi legati agli elementi rappresentati. 5 La tecnologia GIS si fonda sull integrazione fra grafica e cartografia computerizzata da una parte, ossia applicativi CAD 6 (Computer Aided Design ) e CAM 7 (Computer Aided 3 Una questione mai risolta con chiarezza, in ambiente italiano, è la frequente confusione che viene operata fra le sigle GIS e SIT. In realtà, si tratta degli acronimi relativi alla stessa espressione, in lingua inglese ed italiana. Nonostante ciò, alcuni autori tendono ad operare una distinzione fra i due termini. C. Schenone, ad esempio, distingue tra Sistema Informativo Geografico (SIG, corrispondente all inglese GIS) e Sistema Informativo Territoriale (SIT). Con il primo intende indicare esclusivamente gli strumenti informatici (hardware e software), con il secondo il risultato dell integrazione del SIG (l apparato tecnologico) con dati e procedure applicative richieste per l elaborazione delle informazioni (SCHENONE 1997, p. 4; pp ). Si tratta, in pratica, di quella che definiremo soluzione GIS. Anche G. Azzena distingue fra SIT, dall inglese LIS (Land Information System), e SIG, dall inglese GIS. Egli individua l origine del SIT nell ambito amministrativo, mentre definisce il SIG (o GIS) come lo strumento che può utilmente supportare ogni tipo di analisi socio-politica ed economica su scala macrocomprensoriale che riguardi fenomeni per i quali è sì necessario disporre di contestualizzazione geografica, ma certamente non di lunghezza, larghezza e profondità. Nel primo caso, gli strumenti saranno funzionali alla gestione di grandi masse di dati con alta precisione cartografica e facilità di fruizione da parte dell utenza pubblica. Nel secondo caso, dovranno invece essere idonei all analisi statistica, all elaborazione numerica e alla visualizzazione selettiva di analisi territoriali su aspetti morfologici e soprattutto su fenomeni sociali, economici e politici (AZZENA 1997, pp ). 4 La georeferenziazione è il processo attraverso il quale un dato oggetto è posizionato su una carta secondo un sistema di coordinate. (FAVRETTO 2000, p. 165) 5 NARDINI 2001b, p La funzione primaria dei sistemi CAD è essenzialmente quella di mostrare ed elaborare le informazioni visuali e grafiche (FONDELLI 2000, p. 239). Il CAD offre la possibilità di realizzare cartografia vettoriale, potendone gestire, in qualsiasi momento, l aggiornamento, la riproduzione e l archiviazione. La A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 7

8 Mapping), e tecniche di gestione delle banche dati alfanumeriche dall altra, ossia la tecnologia Database Management. Alle origini del GIS sta l integrazione, oltre che delle citate tecnologie, anche di varie discipline quali la cartografia, la fotogrammetria 8, la geodesia 9 e il remote sensing 10, con i rispettivi campi correlati. I softwares GIS sono concepiti come pacchetti contenenti vari moduli operativi, autonomi ed interagenti, in grado di gestire tutte le fasi di un processo di lavoro su elementi spaziali, dall acquisizione del dato (funzioni di input) alla sua restituzione (funzioni di output), passando per le operazioni d archiviazione, trattamento ed elaborazione delle informazioni. Si tratta dunque di una tecnologia modulare, le cui varie parti sono utilizzate secondo le esigenze e le finalità dell utenza interessata. Relativamente alla soluzione GIS, la sua applicazione ad ambiti di ricerca, di pianificazione e di analisi differenti non permette di andare oltre ad una formula generalizzante, che esuli dalle specifiche forme di fruizione e dalle particolari esigenze di un utenza sempre più diversificata. In questa prospettiva, riteniamo che la definizione più appropriata sia quella fornita da N. Chrisman ed adottata da A. Favretto: un sistema di software, hardware, dati, persone, organizzazioni e accordi istituzionali per raccogliere, registrare, analizzare e distribuire informazioni sulle aree del pianeta terra. Altri autori hanno fornito definizioni più o meno differenti, spesso frutto di una concezione più settoriale di GIS. Su un aspetto concordano tutte le versioni: la necessità di coniugare la tecnologia informatica con le risorse umane (competenze tecniche, impostazione logica dei sistemi, gestione istituzionale e finanziaria), considerate a ragione l anima di qualsiasi sistema informativo. La capacità dell utenza di costruire, interrogare e sfruttare un GIS rappresenta, di fatto, l unico limite alla sua fruizione. mappa viene costruita su vari livelli (layers) di disegno elettronico, memorizzati mediante digitalizzazione delle coordinate delle primitive grafiche (linee e punti) cui sono associati gli elementi geometrici più complessi. 7 Sinonimo di cartografia assistita dall elaboratore, cioè di formazione di cartografia generale e tematica avvalendosi delle potenzialità offerte da un centro di calcolo (FONDELLI 2000, p. 239). Il CAM è quindi una tecnica che permette la produzione di mappe, con buona resa grafica, in velocità ed economia. Consente l archiviazione dei dati, il loro trattamento attraverso limitati metodi statistici e la restituzione grafica per mezzo di periferiche di stampa. Essendo le funzioni di analisi molto limitate, le finalità primarie rimangono quella di archiviazione e rappresentazione; rispetto al GIS, inoltre, non consente la creazione di nuove informazioni a partire dai dati già catastati al suo interno. (GAFFNEY- STANCIC 1996, pp ) 8 Si definisce fotogrammetria l insieme dei processi che utilizzano le prospettive fotografiche centrali per la formazione di cartografie topografiche e documentazioni di beni culturali (FONDELLI 2000, p. 263); la fotogrammetria digitale costituisce l evoluzione più recente della metodologia fotogrammetrica e prende in esame, al posto dei tradizionali fotogrammi, la loro conversione in forma numerica (FONDELLI 2000, p. 264). 9 La geodesia è la scienza che si occupa della determinazione della figura e del campo esterno della gravità della Terra, e di determinarne i relativi parametri ellissoidici dimensionali ; quando applicata alla topografia si occupa dei rilevamenti di interesse topografico, catastale, urbanistico e di ingegneria (FONDELLI 2000, p. 265). 10 Il termine Remote Sensing designa l insieme delle tecniche non distruttive applicate all indagine territoriale (trattamento di immagini satellitari e foto aeree, prospezioni geofisiche ed elettromagnetiche, ecc.). Per una visione generale delle tematiche e delle problematiche di ricerca del remote sensing si rinvia a FORTE-CAMPANA 2001a. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 8

9 IL GIS IN ARCHEOLOGIA Tre sono i principali ambiti d applicazione del GIS in archeologia: processamento e archiviazione delle informazioni; produzione di informazioni ed ipotesi di interpretazione dei dati; supporto per l analisi, la decisione o la programmazione di interventi. Secondo le esigenze e le finalità, è possibile scegliere su quale tipo d applicazione improntare la costruzione del sistema. I fruitori del sistema GIS, in archeologia, possono essere ricondotti a due categorie. La prima è costituita dai ricercatori, che, da questo strumento, possono ricavare informazioni utili per pianificare gli interventi archeologici. Ci riferiamo, in particolare, all individuazione delle aree campione in un progetto di ricognizione topografica, o all apertura di aree di scavo, in contesti di indagine stratigrafica. La seconda categoria va invece individuata negli organi di amministrazione e di tutela, al fine di favorire la gestione, la salvaguardia e la valorizzazione della risorsa archeologica. Considerate le potenzialità dello strumento, la comunità archeologica si è impegnata nella ridefinizione delle metodologie di ricerca, plasmandole sulla base delle possibilità e delle esigenze dei sistemi GIS. Gli sforzi principali, in tale direzione, si sono concentrati sulle fasi di catastazione e catalogazione dei dati all interno delle piattaforme. Queste rappresentano, di fatto, una cartina tornasole impietosa nell evidenziare le carenze di documentazione in quanto necessitano di una registrazione del dato precisa e completa, che ha richiesto un progresso anche nelle metodologie d indagine sul campo. In ambito italiano è maturata una grande attenzione poprio per gli aspetti della registrazione e della catastazione del dato, di primaria importanza per garantire la salvaguardia della risorsa archeologica e del suo bagaglio informativo. Sono state elaborate varie metodologie di acquisizione e restituzione del dato, sia cartografico sia informativo, mentre sono state gioco forza trascurate, fino a tempi recenti, le fasi di elaborazione dati e di interpretazione dei modelli. Tale tendenza risulta evidente passando in rassegna i principali progetti di cartografia archeologica gestiti mediante GIS. Il progetto Carta Archeologica d Italia Forma Italiae 11 e il progetto Mutina 12 risultano improntati alla fornitura di un apparato informativo e cartografico che, oltre ad 11 Il Sistema Informativo Territoriale della Carta Archeologica d Italia Forma Italiae è gestito, dagli anni Ottanta, da P. Sommella e G. Azzena, della cattedra di Topografia Antica dell Università di Roma. Il progetto ha contribuito in maniera decisiva all introduzione della tecnologia GIS in Italia, fornendo anche importanti contributi nel dibattito nazionale sulle tecniche e sulle metodologie di catastazione del dato e di rilievo topografico delle emergenze (tramite GPS e stazioni totali). In proposito si rimanda ad AZZENA 1989, SOMMELLA 1989, SOMMELLA-AZZENA-TASCIO 1990, AZZENA 1992, SOMMELLA 1992, AZZENA-TASCIO 1996, AZZENA Il progetto Mutina, coordinato da A. Cardarelli e M. Cattani, è nato dalla collaborazione fra Comune di Modena, Soprintendenza Archeologica e Museo Archeologico Etnologico di Modena, per la redazione di una carta archeologica comunale aggiornabile in tempo reale, con le informazioni provenienti da un attività di ricognizione costante e sistematica. Le informazioni acquisite ed introdotte all interno del sistema di gestione vengono contemporaneamente messe a disposizione del Settore Pianificazione Territoriale dell amministrazione comunale, allo scopo di favorire i processi di tutela e valorizzazione della risorsa archeologica all interno delle dinamiche di programmazione territoriale. Riferimenti bibliografici: CATTANI 1997, GUERMANDI 1997, pp , CARDARELLI-CATTANI et alii A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 9

10 adempiere alle esigenze della ricerca scientifica, funga prioritariamente da supporto per le operazioni di tutela e di pianificazione. Si è sviluppato così un lungo dibattito sulle modalità di registrazione delle informazioni, mentre si sono finora trascurate le fasi d elaborazione e di modellizzazione. PREROGATIVE E CARATTERISTICHE DEI GIS I GIS moderni possono essere classificati in tre tipi, secondo i formati numerici supportati ed utilizzati per l analisi: 1) VETTORIALI (MAP-BASED): impiegati nell analisi dei confini, delle relazioni fra oggetti e nelle rappresentazioni tematiche. Assolvono funzioni d archiviazione ed interrogazione degli attributi associabili agli oggetti grafici. Si rivelano preferibili qualora sia richiesta un alta qualità cartografica (precisione e definizione degli elementi) e per le analisi infrasito (quindi per ambiti d indagine circostanziati come i contesti di scavo archeologico); 2) RASTER (IMAGE-BASED): impiegati in particolar modo nei settori del Remote Sensing e dell image-analysis. Rappresentano una forma d archiviazione molto semplice, ma altrettanto dispendiosa in termini di memoria richiesta. Sono particolarmente indicati per le analisi a larga scala su superfici continue e per l individuazione delle interazioni fra dato archeologico e dato ambientale; 3) MISTI (RASTER VERSUS VECTOR): a questa tipologia appartengono la maggior parte dei software GIS attualmente in distribuzione. Lo sviluppo degli applicativi e delle esigenze dell utenza fanno sì che sia preferibile poter gestire, all interno della stessa piattaforma, tutti i tipi di dato, applicandone le varie metodologie di analisi e trattamento. All interno di un GIS le coordinate sono memorizzate senza conversione di scala. Questo significa poter visualizzare i dati a qualsiasi scala, combinando nello stesso spazio di visualizzazione informazioni ricavate anche da carte a differente scala d acquisizione. Quest ultima diventa semplicemente un parametro per stabilire il grado di dettaglio della rappresentazione. E inoltre possibile la conversione di proiezioni cartografiche e sistemi di riferimento dei dati, consentendo l utilizzo contemporaneo di cartografia redatta in paesi diversi o semplicemente con criteri fra loro differenti. Altra prerogativa é la capacità d aggiornamento dei dati, grafici e alfanumerici, che pone l utente nella possibilità di gestirli anche nella loro dimensione temporale. In qualsiasi momento è possibile procedere a correzioni o integrazioni della banca dati, mantenendola aggiornata e, al tempo stesso, conservando memoria dei cambiamenti dei sistemi territoriali indagati. Un ultima considerazione riguarda le funzionalità cartografiche dello strumento. La diffusione dei GIS ha consentito ad un eterogenea utenza di diventare produttrice di cartografia. Se fino a vent anni fa la produzione di supporti cartografici era prerogativa di cartografi professionisti, oggi qualsiasi ricercatore che abbia dimestichezza con lo strumento GIS è in grado di produrne autonomamente. Questa è una grande conquista soprattutto per ambienti, quale quello archeologico, che fanno del territorio il loro A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 10

11 oggetto di studio ed hanno quindi necessità di supportare le indagini con adeguate restituzioni cartografiche. STRUTTURA DEI GIS La progettazione di sistemi informativi richiede una struttura aperta e flessibile di tipo modulare, tramite la quale sia possibile modificare o implementare parti del sistema senza alterarne l assetto generale. Questo consente il dialogo con altri sistemi, anche diversi, e con applicativi esterni. Grazie a questa struttura, sono più semplici l adeguamento degli strumenti tecnologici, considerati i rapidi ritmi d evoluzione del mercato informatico, e l aggiornamento delle banche dati dei sistemi geografici trattati, soggetti ai continui cambiamenti delle strutture territoriali. Complessivamente, possiamo ricondurre la struttura di un GIS a quattro principali ambiti operativi: l acquisizione dei dati (cartografici ed informativi), la loro gestione, il trattamento (spaziale e statistico) e, infine, la restituzione. Le attuali tendenze di sviluppo dello strumento prevedono una consistente implementazione delle componenti di analisi spaziale, che hanno sancito il superamento della concezione di GIS come strumento per la sola produzione di cartografia, ridotto ad un semplice archivio di dati georeferenziati. Le funzioni cartografiche rimangono ovviamente di fondamentale importanza, ma non più fini a se stesse, bensì come momento di sintesi delle elaborazioni statistico-analitiche, più facilmente interpretabili nella loro forma grafica. PRINCIPALI APPLICAZIONI DEI GIS I sistemi informativi possono essere utilizzati per molteplici applicazioni, privilegiando, a seconda dei casi, l uso delle funzioni più idonee alla loro realizzazione. In campo archeologico, tali funzioni sono riassumibili in tre categorie: archiviazione e processamento delle informazioni, supporto per analizzare e prendere decisioni o programmare interventi, produzione di informazioni ed ipotesi di lettura dei dati. Più in generale, un sistema informativo comprende una vasta gamma di operazioni, finalizzate a favorire le capacità interpretative, gestionali, critiche e decisionali dell utenza. Fra le tante: 1) Applicazioni per la redazione di cartografia numerica. Nati proprio in seguito ad applicazioni nell ambito della cartografia numerica, i GIS continuano ancora oggi ad esserne strumenti fondamentali. L utenza, in questo campo, è costituita ovviamente dagli enti cartografici, fra i quali bisogna includere le amministrazioni pubbliche. Per le fasi di redazione è necessario prevedere anche altre applicazioni, quali il volo aereo, la ripresa aerofotogrammetrica, la stereorestituzione, il rilievo topografico sul terreno e la digitalizzazione di carte e dati già noti. 2) Applicazioni per la monitorizzazione di valori o elementi. Gli esempi più comuni sono legati al controllo degli agenti atmosferici (meteorologia) o dei tassi di inquinamento atmosferico, idrico, acustico, etc., Simili applicazioni, legate però ad elementi materiali, si possono avere anche per attività di controllo del patrimonio fisico-naturalistico, storico-architettonico ed archeologico. Si avvalgono di tali applicazioni i vari istituti per la tutela, intesa nella più larga accezione del termine. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 11

12 3) Applicazioni per la gestione degli spazi geografici, antropici, economici e produttivi e per la gestione dei dati rilevati sul territorio. In questi casi i principali fruitori sono le pubbliche amministrazioni (per la redazione di piani territoriali di coordinamento (PTC), di piani paesistici regionali e, più in generale, per la costruzione di quadri conoscitivi), le aziende (gestione dei servizi alla clientela) e qualsiasi ente o privato che intenda gestire informazioni distribuite nello spazio e nel tempo (in questo gruppo rientra l utente archeologo). FUNZIONI OPERATIVE DELLO STRUMENTO GIS Le funzioni operative di un GIS ne rispecchiano la struttura e prevedono una vasta tipologia di operazioni e comandi funzionali al genere di applicazione richiesta. Nell ambito della cartografia archeologica, oggetto del corso, vanno considerate essenzialmente le seguenti funzioni: 1) Funzioni di acquisizione dei dati a) CODIFICA E ACQUISIZIONE DEI DATI. Tale funzione viene adoperata nelle fasi di redazione della cartografia numerica, cioè di digitalizzazione grafica dei dati e d inserimento dei relativi attributi. Per la cartografia vettoriale, sono generati due file ASCII che contengono rispettivamente le coordinate di punti, linee o poligoni, e le stringhe degli attributi da associare a ciascun elemento grafico. Per la cartografia raster, il file di georeferenziazione, o direttamente il file immagine, sono compilati con valori che determinano la dimensione dei pixel, il numero di righe e colonne, le coordinate di uno dei quattro vertici dell immagine e l orientamento della griglia. Grazie alle operazioni di codifica e acquisizione sarà possibile, in seguito, non solo visualizzare i dati, ma altresì interrogarli, elaborarli e procedere alla creazione di tematismi. b) CONVERSIONE. Considerata l eterogeneità dei dati che confluiscono in un sistema informativo; è spesso opportuno procedere alla loro conversione. Il primo tipo di conversione è quello che permette di passare dal dato analogico a quello digitale, attraverso la digitalizzazione, per i supporti vettoriali, o la scannerizzazione, per i dati raster. Il secondo tipo consente l acquisizione di dati dal rilevamento topografico diretto sul terreno (GPS e stazioni totali), per mezzo di tecniche di coordinate geometry (COGO), cioè d input di coordinate. Infine, ci può essere conversione di dati digitali fra differenti strutture (tabulare, raster e vettoriale) o tipologie (puntuale, lineare, poligonale, areale). 2) Funzioni di correzione e trasformazione della geometria dei dati grafici. Acquisiti i dati, si può procedere, se necessario, alla correzione geometrica degli elementi grafici, che rappresenta un caso particolare di trasformazione di coordinate. Tale funzione è utilizzata per il posizionamento delle basi numeriche sul riferimento della proiezione cartografica piana. Per effettuare l operazione è fondamentale far corrispondere alle coordinate assolute della proiezione (ad esempio sistemi di riferimento Gauss-Boaga o UTM) altrettanti punti noti nelle loro coordinate strumentali (digitalizzazione CAD su piano A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 12

13 cartesiano con coordinate locali x, y). I recenti sviluppi dei software GIS hanno sveltito e facilitato tali mansioni. Quando sono particolarmente sviluppate le funzioni di CAD, è possibile esercitare queste operazioni anche con il semplice spostamento e la rotazione manuale degli elementi geometrici fino alla perfetta corrispondenza con la relativa griglia di punti per i quali si dispone delle coordinate assolute. In ambito archeologico, tali operazioni permettono la georeferenziazione dei rilievi topografici cartacei (ad esempio la documentazione grafica di scavo) facendo corrispondere la rete della picchettatura tracciata sul campo, digitalizzata in sistema locale, con la griglia degli stessi punti battuti a stazione totale e restituiti in coordinate chilometriche. 3) Funzioni di manipolazione ed analisi dei dati a) CONVERSIONE. Le funzioni di conversione sono state già trattate nel paragrafo relativo all acquisizione dei dati. Tuttavia, è opportuno considerare le funzioni di conversione pertinenti anche all ambito analitico, essendo strumento fondamentale per il trattamento di specifiche forme di dati. In particolare, sono utili le conversioni in formato raster-grid, idoneo al trattamento dei dati per applicazioni di analisi spaziali. b) MISURAZIONI DI DISTANZE, PROSSIMITÀ ED AREE. Tale funzione consente di calcolare lunghezze, perimetri ed aree pertinenti agli oggetti geometrici delle cartografie digitali. Per quanto concerne il concetto di distanza, esso può essere espresso, oltre che in base all accezione euclidea, anche in termini di tempo impiegato, di costi di percorrenza o di energia necessaria. Riuscire a calcolare tali valori significa poter tracciare percorsi minimi in termini di rapporto fra distanza, tempo e costo. c) MODULI DI ANALISI SPAZIALE. I vari GIS in commercio comprendono, all interno dei pacchetti di vendita, appositi moduli per il trattamento dei dati, al fine di elaborare analisi di tipo spaziale. Fra le applicazioni più comuni in ambito topografico si possono annoverare: - Operazioni di interpolazione. Si tratta di procedure adottate per la stima di valori relativi ad elementi non censiti in un area di riferimento, per la quale sono invece disponibili altri valori osservati 13. E bene sottolineare che, tramite queste procedure, e indipendentemente da quanto possano essere sofisticati gli algoritmi impiegati, vengono fornite delle stime e non dei valori reali. I principali tipi di interpolazione sono: IDW (Inverse Distance Weighting), Kriging, Nearest Neighbor (vicino prossimo), i poligoni di Thiessen, le medie mobili spaziali e le interpolazioni sui dati in elevato, che portano alla costruzione di DTM e TIN, ecc. - Operazioni sui dati di elevazione. Comprendono una gamma di operazioni relative principalmente agli aspetti altimetrici: slope (analisi dell acclività dei versanti), aspect (analisi dell esposizione dei versanti), hillshade (analisi dell illuminazione di una regione a seconda dei periodi dell anno e della giornata), viewshed (analisi di visibilità territoriale). 13 FAVRETTO 2000, p. 51. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 13

14 d) MODELLI DIGITALI DEL TERRENO. Una delle funzioni di maggior interesse dei GIS è il trattamento delle informazioni relative alle superfici del terreno. Per ciascun punto, oltre che le coordinate piane x, y, si può esprimere un valore d elevazione z, riferibile ad una serie di punti o di linee (isoipse). Da queste si può procedere all elaborazione di più sofisticati modelli digitali del terreno (DTM Digital Terrain Model o DEM Digital Elevation Model) strutturati in formato grid. L operazione prevede l assegnazione di un valore altimetrico per ciascun pixel a partire dai punti quotati, tramite interpolazione. In questo modo sono assegnati i valori più probabili, in base a quelli certi relativi ai punti prossimi rilevati. Oltre che in formato raster, i modelli digitali del terreno possono essere restituiti anche mediante strutture vettoriali. E il caso della copertura TIN (Triangulated Irregular Network), nella quale i punti quotati diventano i vertici di una rete poligonale costituita da triangoli di forma irregolare. A partire dai DTM saranno possibili una serie di operazioni, attuabili su piattaforma GIS, per l individuazione, oltre che dei valori di altitudine, anche di quelli di pendenza e di esposizione dei versanti. Si potranno inoltre generare classi di curve isovalore, ad intervalli stabiliti dall utente, e restituzioni raster di tipo impressionistico della morfologia, basate sulla distribuzione delle ombre sul terreno a seconda degli angoli di visuale e di trasmissione della luce (hillshade). e) PROCESSAMENTO DELLE IMMAGINI. Tale operazione viene esercitata su strutture di dati di tipo raster. Le immagini digitali oggetto di elaborazione (immagini satellitari, foto aeree, etc.) sono infatti il frutto di un processo di rasterizzazione e quindi restituite sotto forma di matrici di pixel, ciascuno dei quali contraddistinto da un numero intero. Il processamento ricorre a funzioni di analisi spaziale e soprattutto di analisi statistica, applicata ai valori numerici dei singoli pixel. Le sue finalità sono solitamente legate all acquisizione di informazioni relative a coperture tematiche terrestri. Le applicazioni più frequenti sono infatti relative allo studio di aspetti morfologici, alla misura di grandezze fisiche, all individuazione di tipologie vegetazionali o di forme di sfruttamento del suolo. Anche l archeologia beneficia di tali tecniche, con lo scopo di riuscire a leggere la presenza di strutture nel sottosuolo, mediante la ricerca di anomalie nella crescita della vegetazione. 4. Funzioni di visualizzazione e presentazione dei dati. Una delle principali finalità di un indagine territoriale svolta con lo strumento GIS è la presentazione dei risultati. Questa può avvenire per mezzo di grafici, tabulati, listati, report statistici e, ovviamente, carte tematiche. Queste ultime si compongono di una serie di elementi che contribuiscono a migliorare la rappresentazione grafica e a rendere comprensibili i suoi contenuti informativi. Nello specifico, sono stati suddivisi da G. Peverieri in: 1. RAPPRESENTAZIONE GRAFICO-NUMERICA. E ovviamente l elemento centrale della carta, che sintetizza graficamente il contenuto informativo del sistema (elementi grafici ed attributi). A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 14

15 2. LEGENDE E COMMENTI ALFANUMERICI. Rappresentano la chiave per una corretta lettura della rappresentazione cartografica, dei suoi simboli, dei suoi cromatismi e di qualsiasi altra informazione utile alla sua interpretazione o comprensione. Elementi testuali vengono utilizzati come titolo della rappresentazione o come semplice appendice, per la presentazione di informazioni supplementari pertinenti ai tematismi rappresentati (metadati) o alla descrizione della carta. 3. CORNICE CARTOGRAFICA. Si tratta di elementi di inquadramento topocartografico e di riferimento spazio-dimensionale; più precisamente una carta dovrebbe comprendere: - il riquadro che delimita la rappresentazione grafica; - meridiani e paralleli interni all area cartografata; - il grigliato chilometrico interno all area cartografata; - le coordinate dei quattro vertici dell area cartografata; - la scala di rappresentazione espressa in forma grafico-analogica o mediante rapporto numerico; - la proiezione cartografica adottata. 4. CARTIGLI. Contestualizzano la rappresentazione grafica centrale, fornendone un inquadramento cartografico a scala più bassa, che consenta di visualizzare il comprensorio d appartenenza. E una rappresentazione di dimensioni ridotte, posizionata marginalmente rispetto a quella principale, spesso in asse col riquadro contenente la legenda. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 15

16 3. LA CARTOGRAFIA NUMERICA Negli ultimi anni è stata denunciata, in più sedi, l inadeguatezza dei tradizionali strumenti cartografici per una precisa e funzionale rappresentazione delle emergenze archeologiche sul territorio. La restituzione dei siti tramite simbologia puntuale, su supporti cartacei solitamente a scala non superiore all 1:25.000, non poteva soddisfare le esigenze di tutela e censimento del patrimonio archeologico e certo non favoriva il concreto impiego dei dati nelle dinamiche di pianificazione e valorizzazione. La soluzione è arrivata con il superamento della cartografia tradizionale, sostituita (quasi completamente) da quella numerica. Lo sforzo operato in questa direzione dai vari distributori (l Istituto Geografico Militare, le Regioni per la Cartografia Tecnica Regionale, gli enti cartografici e le aziende impegnate nel settore) è stato accompagnato dalla realizzazione, all interno delle amministrazioni pubbliche, di Sistemi Informativi Territoriali. La cartografia numerica, di fatto, è una componente indispensabile di un sistema informativo. Essa non avrebbe ragione di esistere se non come base ed in funzione di un SIT, in cui i dati cartografici sono mantenuti fisicamente distinti e perciò elaborabili ed integrabili secondo le necessità per dar luogo, solo in fase di rappresentazione grafica finale, alla mappa tradizionale. 14 Nell ambito della rivoluzione digitale, i cambiamenti non hanno quindi interessato le basi cartografiche, che rimangono l IGM, la CTR, le mappe catastali e varia cartografia tematica, ma piuttosto le strutture dei dati (raster e vettoriali), gli strumenti (CAD e soprattutto GIS) e, conseguentemente, le modalità e le potenzialità della loro fruizione. In particolare, l utilizzo di piattaforme GIS ha consentito un approccio più complesso ai dati ed una gestione più elastica e funzionale delle informazioni. Possiamo definire la cartografia digitale come un insieme di dati topografici espressi in forma numerica, suscettibili di essere direttamente trasformati in rappresentazione grafica, ma anche di essere direttamente elaborati ed integrati per la messa a punto di un sistema informativo georeferenziato, nonché di essere utilizzati per lo sviluppo d analisi statistiche e ricerche operative di particolare interesse quantitativo e qualitativo. 15 E il risultato dell applicazione, alla cartografia tradizionale, di tecniche ed algoritmi che trasformano le rappresentazioni grafiche in archivi numerici, nei quali sono codificate le coordinate e gli elementi che caratterizzano le figure e la qualità della restituzione. Diversamente dai supporti cartacei, le coordinate sono memorizzate senza conversione di scala e pertanto i dati digitali sono stampabili e visualizzabili a qualsiasi rapporto di riduzione metrica. Ne consegue che il GIS permette di integrare nello stesso spazio di visualizzazione dati acquisiti a scale diverse. Queste, di fatto, diventano 14 SECONDINI 1988, p FONDELLI 2000, p A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 16

17 solamente un parametro per definire il grado di accuratezza e di risoluzione degli elementi grafici 16. Prerogativa della cartografia numerica all interno di un sistema informativo è la georeferenziazione, ossia il processo attraverso il quale un dato oggetto é posizionato su una carta secondo un sistema di coordinate 17 La georeferenziazione degli oggetti del mondo reale avviene quindi mediante loro associazione ad un entità geometrica (punto, linea o poligono), idonea alla sua rappresentazione e posizionata tramite assegnazione di coordinate. Ciascun oggetto viene inoltre classificato all interno di un livello (layer), corrispondente ad un tematismo, e descritto mediante attributi; la sua individuazione e classificazione è quindi possibile attraverso un opportuna operazione di codifica. In definitiva, le coordinate definiscono univocamente la posizione spaziale dei punti, mentre gli attributi ne stabiliscono la loro identità ed appartenenza ad una determinata entità. Altre rilevanti proprietà della cartografia numerica sono l aggiornabilità, la velocità d elaborazione e la capacità d implementazione o, viceversa, di riduzione (mediante operazioni d estrazione) dei dati. E inoltre possibile operare una riclassificazione per categorie di attributi o per caratteristiche grafico-dimensionali. La sovrapposizione di piani cartografici diversi per struttura di dati, scala d acquisizione ed oggetto, consente di derivare nuova cartografia tematica (funzioni di sovrapposizione e derivazione). Inoltre, è opportuno ricordare le potenzialità di conversione fra strutture di dati diverse (raster e vettoriale) e fra tipologie d entità grafiche differenti (punti, linee o superfici). Per quanto concerne, infine, la circolazione e la divulgazione dei dati cartografici, lo sviluppo delle reti informatiche (intranet ed internet), e la realizzazione di moduli GIS dedicati all uscita in rete, permettono oggi di consultare ed interrogare, attraverso browser, basi di lavoro e relative banche dati. LE TIPOLOGIE DEI DATI La maggior parte delle applicazioni GIS separano la gestione dei dati spaziali e dei relativi attributi in due differenti strutture dei dati, funzionanti autonomamente ed interagenti attraverso elementi di raccordo. I dati spaziali (o grafici) sono utilizzati per la rappresentazione di fenomeni georeferenziabili attraverso due classi di elementi grafici: 1) LE PRIMITIVE GEOMETRICHE: punto e linea (spezzata): a) IL PUNTO é determinato da una coppia di coordinate ed é un entità adimensionale; b) LA LINEA è determinata da coppie di coordinate adiacenti e continue ed è un entità unidimensionale. Può essere rappresentata da: - un segmento (retta collegante due punti); - una stringa (serie continua di segmenti); - un arco (serie di punti che definiscono una curva); 16 AZZARI 1996, p. IX. 17 FAVRETTO 2000, p A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 17

18 - una catena (sequenza diretta di segmenti o archi con un nodo all inizio ed uno alla fine). 2) LE PRIMITIVE COMPLESSE: poligoni e nodi: a) IL POLIGONO è una porzione del piano racchiusa da una linea di contorno; determina un area che è un oggetto continuo a due dimensioni; b) IL NODO è il punto nel quale confluiscono due o più estremi di linea. Oltre a quelli costituiti dalle primitive (punto, linea, poligono ed area), altri due elementi contribuiscono alla generazione di dati spaziali: a) IL PIXEL 18, unità minima per la composizione dei dati raster; b) IL SIMBOLO 19, unità di rappresentazione dei dati puntuali vettoriali. La componente spaziale contiene informazioni relative ai fenomeni georeferenziabili; in particolare: 1) LOCALIZZAZIONE: espressa con riferimento ad un sistema di coordinate; 2) FORMA: esprimibile attraverso punti, linee, aree e superfici: a) PUNTI: la rappresentazione puntuale può essere utilizzata per referenziare informazioni legate al valore di un fenomeno fisico (es: la temperatura, i punti quota, ecc.) o un fenomeno antropico (es: l inquinamento, l insediamento, ecc.). Dal punto di vista topografico, si ricorre alla rappresentazione puntiforme per la localizzazione di oggetti troppo piccoli rispetto alla scala di rappresentazione oppure per indicare il baricentro di un fenomeno più vasto (es: i centri urbani); b) LINEE: la rappresentazione lineare è legata alla definizione di confini fra valori diversi oppure per descrivere l andamento di un fenomeno naturale (es: l idrografia) o antropico (es: la viabilità); c) AREE: le aree sono definite da confini lineari e risultano soggette a variazioni graduali nel tempo e nello spazio (es: area di spargimento di manufatti all interno di un campo arato); d) SUPERFICI: sono impiegate per la descrizione della superficie terrestre la quale, per la sua morfologia non omogenea, si presenta differente nelle varie zone considerate (es: DTM e piani informativi da esso ricavabili quali l acclività o slope); Gli attributi caratterizzano gli elementi spaziali offrendo informazioni addizionali e fornendo il contenuto semantico del fenomeno rappresentato, tramite descrizione in forma alfanumerica, o la sua intensità, quantificata in una misurazione. Gli attributi possono essere: 1) METRICI: attributi riferibili alla geometria delle primitive; sono espressi mediante numeri e forniscono l ubicazione (mediante coppie di coordinate), la lunghezza di linee, il perimetro e la superficie dei poligoni; 18 Il pixel (abbreviazione di picture element) costituisce la più piccola parte, indivisibile, di un immagine; è rappresentato da tre valori caratteristici: le due coordinate x e y e il suo valore indice. Nelle metodologie di Remote Sensing, basate su dati raster, è la fondamentale unità di misura dei dati, indice della definizione di un immagine. 19 Il simbolo è un elemento grafico che rappresenta una determinata caratteristica relativa ad un punto sulla carta (FAVRETTO 2000, p. 32). A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 18

19 2) DESCRITTIVI: informazioni in forma alfanumerica (testo o valori numerici) associate alle primitive dall utente per la descrizione delle loro proprietà; 3) COMPLESSI: prodotti multimediali, immagini, filmati o suoni digitali pertinenti all elemento rappresentato; 4) GRAFICI: sono gli attributi riferibili alla rappresentazione grafica dell elemento (colore e dimensioni del simbolo; colore, spessore e tratto di rappresentazione delle linee; colore e campitura delle aree). LE STRUTTURE DEI DATI Nell ambito della cartografia numerica possiamo riconoscere due differenti strutture dei dati: quella raster e quella vettoriale. Si tratta di due formati con caratteristiche, potenzialità e fruibilità diverse e, sotto molti aspetti, complementari. Per questo motivo, nel corso di una ricerca, è possibile ricorrere all una o all altra struttura di dati, privilegiando ora le più immediate modalità di lettura, ora le più articolate funzioni di interrogazione o di analisi di attributi ed oggetti grafici. La struttura raster 20 impiega una griglia regolare, suddivisa in righe e colonne, le cui celle (pixel) sono di ampiezza uniforme determinabile dall utente e rappresentano elementi unitari ai quali è assegnato un valore che ne specifica le caratteristiche. L elemento chiave è quindi rappresentato dal pixel, avente contenuto omogeneo e non ulteriormente suddivisibile e la cui dimensione, corrispondente ad una precisa estensione spaziale sul terreno, esprime anche il grado di risoluzione della rappresentazione cartografica. All interno della tipologia raster si possono riconoscere due differenti formati: il rasterimage e il raster-grid. 1) IL RASTER-IMAGE rappresenta, di fatto, una mappa memorizzata esclusivamente come immagine, una fotocopia elettronica inadatta a successive elaborazioni ed utilizzabile solo per la visualizzazione, con alcune semplici funzioni di editing. Tale formato è usato per la riproduzione e la georeferenziazione di supporti cartacei, quali cartografia di base, cartografia storica, piante di scavo, foto aeree zenitali o anche oblique (raddrizzate attraverso appositi softwares) ed immagini satellitari. Cartografie e fotogrammi possono essere acquisiti direttamente in digitale o convertiti dal formato cartaceo, attraverso periferiche scanner. Partendo da tali supporti, è possibile, in un secondo tempo, procedere alla loro vettorializzazione mediante digitalizzazione. Diversamente rispetto al vettoriale, questo formato non è in grado di connettere singoli oggetti grafici (o pixel) e relativi dati informativi. L unica forma d informazione che consente è legata alla lettura diretta delle forme, dei colori, delle scritte o della simbologia riprodotta. Pertanto, la sua utilità è proporzionale al grado di leggibilità e di comprensione logica del supporto, nonché alla qualità ed alla definizione grafica dell immagine digitale. Attraverso particolari accorgimenti grafici (trasparenza) 20 Possiamo considerare raster qualsiasi immagine che può essere pensata come formata da un insieme di piccole aree uguali (pixel), ordinate secondo linee e colonne, tali da costituire una matrice. I valori associati ad ogni cella possono esprimere sia informazioni di tipo grafico (colore, tono di grigio, ecc), sia di tipo descrittivo (temperatura, pendenza, ecc). (GLOSSARIO MONDOGIS) A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 19

20 è possibile inoltre la sovrapposizione fra files differenti. Si possono così incrociare coperture ortofotografiche e carte topografiche, riuscendo ad ottenere visualizzazioni del territorio realistiche e codificate al tempo stesso, arricchendo la foto aerea di riferimenti toponomastici e simbologie che ne aumentano le potenzialità informative. 2) IL RASTER-GRID è ottenuto dalla suddivisione della superficie rappresentata in una matrice di pixel ai quali é assegnato un valore alfanumerico, atto a tradurre virtualmente un fenomeno od una proprietà dello spazio reale. Come già accennato, il grado di risoluzione di questo genere di dato varia con l assegnazione alla singola cella di una dimensione corrispondente ad una porzione di superficie terrestre. A ciascun pixel può essere assegnato un unico valore rappresentativo dell intera area coperta. La visualizzazione grafica di tali attributi avviene, all interno di un applicativo GIS, per mezzo di una scala di colori corrispondente ad un predefinito intervallo di valori. Tale formato può essere derivato anche dal passaggio da un informazione vettoriale, puntuale o lineare, ad una raster distribuita su un area. Questa conversione avviene per mezzo di interpolazioni, definite da determinati algoritmi, a partire da una maglia (regolare o irregolare) di punti distribuiti nello spazio. Attraverso i vari metodi di interpolazione conosciuti si riescono quindi a produrre delle superfici di tendenza, che rappresentano la distribuzione di un fenomeno umano, o di un aspetto geomorfologico, nello spazio. Un classico esempio di raster-grid è costituito dal DTM (Digital Terrain Model) che rappresenta il territorio in base ai suoi caratteri altimetrici e morfologici. Per la sua costruzione, gli algoritmi procedono scandendo, uno dopo l altro, i pixel della matrice e attribuendo a questi i valori più probabili in base ai valori di quota assunti da una rosa di punti prossimi. Il risultato finale è apprezzabile anche per le sue funzionalità di restituzione cromatica della terza dimensione su un piano (quello delle piattaforme GIS) bidimensionale. In questo caso il colore, opportunamente graduato, può quanto meno assicurare una resa impressionistica della morfologia e dell altimetria del paesaggio, contribuendo ad una migliore lettura del territorio. Altre valide applicazioni si possono avere, in fase di analisi, per la determinazione di tendenze geografico-ambientali, socio-economiche, politicoinsediative concernenti un determinato ambito territoriale. Si può facilmente intuire che la principale modalità d uso del formato è legata all ambito d applicazione dell analisi spaziale e del calcolo statistico sul territorio e quindi alle metodologie di studio e trattamento dei dati geografici. In archeologia, il ricorso alle strutture raster è più frequente nelle indagini a larga scala basate su un approccio determinista, che incentra principalmente l attenzione sui dati ambientali, spesso in assenza di dati storici o altre tipologie di fonti ricavabili dalle indagini preliminari. A.A DISEGNO E RILIEVO ARCHEOLOGICO MEDIANTE STRUMENTAZIONE INFORMATICA 20

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