Università degli Studi di Firenze. Scuola di Architettura. Analisi del Territorio e degli Insediamenti. Prof.ssa Elena Tarsi. Introduzione al GIS

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1 Università degli Studi di Firenze Scuola di Architettura Analisi del Territorio e degli Insediamenti Prof.ssa Elena Tarsi Introduzione al GIS Dott.ssa Anna Agostino A.a. 2016/2017

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3 Cos è il GIS? I GIS nascono negli anni 80 dall integrazione di due sis temi informatici: i sistemi di gestione delle banche dati alfanumeriche (DBMS: Database Management Systems) i sistemi di trattamento di informazioni grafiche (CAD: Computer Aided Design) Nel 1969 Ian McHarg sperimentò una metodologia di analisi spaziale basata sulla comparazione di dati tematici e sulla costruzione di cartografia di sintesi. McHarg utilizzò la sovrapposizione di dati geografici str utturati in livelli informativi distinti per ottenere ca rte di sintesi utili per la pianificazione delle risorse naturali e per la gestione dei processi decisionali

4 Cos è il GIS? GIS = Geographic Information System Sistema (insieme di parti che interagiscono tra loro): complesso di strumenti e risorse,non solo informatici ma anche umani. Informativo (produce informazioni, dati): a partire da dati grezzi, è in grado di fornire informazioni. Geografico (fa riferimento al territorio): relativo a fenomeni, entità, oggetti, localizzati sulla superficie terrestre.

5 Cos è il GIS? GIS vs SIT Le due definizioni non coincidono! SIT : Sistema Informativo Territoriale Insieme dei dati geografici organizzati per un relativo territorio GIS : Geographic Information System Mezzo in grado di accedere, visualizzare e modificare tali dati

6 Cos è il GIS? Tre caratteristiche fondamentali: Strumentale: è un sistema atto a catturare, archiviare, controllare, manipolare, analizzare e rappresentare dati che sono SPAZIALMENTE RIFERITI alla Terra. Archiviazione dati: supporta qualunque insieme di procedure, manuali o computerizzate, utilizzate per archiviare o manipolare dati riferiti geograficamente. Organizzativo: sistema complesso di componenti (hardware, software, umane)per acquisire, processare, analizzare, immagazzinare e restituire in forma grafica dati riferiti al territorio.

7 Cos è il GIS? Utilizzi del software GIS: Pianificazione Gestione Progettazione Geografia

8 Elementi che compongono il sistema : Cos è il GIS? Persone Attrezzature Software Dati gestione cartografia analisi ed elaborazione gestione dati comunicazione rilievo dei dati rilievo cartografico rilievo di oggetti gestione del sistema diffusione dei dati Procedure organizzazione dei flussi di lavoro organizzazione delle gerarchie ecc. Reti

9 A cosa serve il GIS? -Identificare la posizione di un oggetto nello spazio geografico -Reperire informazioni geometriche su ognuno degli oggetti -Acquisire informazioni topologiche -Rappresentare informazioni associate agli oggetti geografici l'80% dell'informazione contiene una componente spaziale

10 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio La cartografia digitale, così come la cartografia tradizionale, rappresenta la superficie della terra in uno spazio bidimensionale. Gli oggetti cartografati sono dunque rappresentabili in uno spazio a 2 dimensioni grazie a calcoli matematici;la loro rap presentazione dipende da molti fattori, fra cui il sistema di proiezione. Una proiezione cartografica è il risultato di trasformazioni geometriche, matematiche o empiriche di punti geografici espressi in coordinate geografiche in punti espressi in coordinate cartesiane. Le proiezioni vengono usate in cartografia per rappresentare su un piano (le carte geografiche) un fenomeno che nella realtà esiste sulla superficie della sfera.

11 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio SISTEMI DI PROIEZIONE

12 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio SISTEMI DI PROIEZIONE Le cartografie non si caratterizzano solo per sistema di proiezione, gli studi di geodesia si basano infatti su modelli matematici: ellissoidi e geoidi. Nelle misurazioni della superficie terrestre gli elementi che caratterizzano i modelli utilizzati vengono definiti dal datum

13 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio IL DATUM Il datum definisce la dimensione e la forma della terra, l'origine e l'orientamento del sistema di coordinate utilizzato nelle operazioni di realizzazione della cartografia Centinaia di differenti data sono stati utilizzati per descrivere la posizione degli oggetti a partire dalla prima stima della dimensione della terra operata da Aristotele. I data si sono evoluti da quelli che descrivevano la terra come una sfera,a modelli ellissoidali derivati dalle misurazioni da satellite. Datum è il riferimento da cui le misurazioni vengono effettuate In geodesia il datum è il punto sulla superficie terrestre alla base delle misurazioni; è anche il modello matematico della superficie terrestre a lui associato ed utilizzato per definire le posizioni.

14 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio IL DATUM In breve il datum è un dispositivo di trasformazione delle coordinate geodetiche definito da due parametri : - La scelta di un ellissoide di riferimento - la scelta del suo ORIENTAMENTO, ossia del punto in cui il geoide e l ellissoide sono fatti coincidere. (il punto di coincidenza è detto anche PUNTO DI EMANAZIONE) Non avendo consistenza fisica, le coordinate ellissoidiche di alcuni punti notevoli sono valutate e ufficializzate dalle istituzioni cartografiche nazionali (in Italia, l IGM)

15 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio IL DATUM Esistono due tipologie di datum: -I datum LOCALI, che si accostano alla superficie terrestre in un punto specifico - EUROPEAN DATUM 1950 (ED50) usa l ellissoide internazionale 1924 (Hayford). È orientato a Postdam (Germania) ed è stato creato per l uso in Europa; è il data utilizzato nella produzione cartografica IGM degli anni 80-90, ancora in uso nella cartografia catastale - ROMA 1940 (ROMA40) usa l ellissoide internazionale di Hayford ed è orientato a Monte Mario (Roma); è il data utilizzato nella produzione cartografica IGM fino alla fine degli anni 80. è ancora in uso nella Cartografia Tecnica Regionale. -I datum GLOBALI, che sono orientati al centro della Terra e sono utilizzati per funzionare globalmente - WORLD GEODETIC SYSTEM 1984(WGS84), usa un proprio ellissoide (WGS84) ed è usato dalla rete di rilevamento satellitare e da Google - EUROPEAN TERRESTRIAL REFERENCE SYSTEM 1989 (ETRS89) è sostanzialmente una variante al WGS84 solidale alla massa continentale europea; è utilizzato dall Agenzia Europea per l Ambiente (EEA).

16 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio IL DATUM Se manteniamo fisse le coordinate di un punto, ma modifichiamo il datum, vediamo che il punto si sposta sulla superficie terrestre

17 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio La proiezione di Gauss Boaga è una proiezi one cartografica ideata da Giovanni Boaga che la derivò dalla proiezione di Gauss. Si tratta pertanto di una rappresentazione conforme di Gauss. È caratterizzata dalle seguenti condizioni di base: il meridiano centrale della zona da cartografare e l'equatore si rappresentino in rette le distanze siano conservate lungo il meridiano centrale; la carta sia conforme. Equidistante conica

18 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio Equidistante cilindrica Equivalente cilindrica

19 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio Policonica Stereografica Polare Sud

20 A cosa serve il GIS? La posizione degli oggetti nello spazio L'uso di una corretta impostazione di sistema di proiezione e datum è particolarmente importante nell'utilizzo e nella costruzione di un sistema informativo territoriale Gauss Boaga Est Gauss Boaga Ovest L'elenco dei possibili data è molto lungo:

21 Gli oggetti in cartografia A cosa serve il GIS? Le informazioni relative ali oggetti spaziali possono essere re stituite grazie a due sistemi sostanzialmente diversi: - modelli VETTORIALI Le unità spaziali che posseggono le informazioni sono rappresentate da PUNTI, LINEE e POLIGONI. Ogni punto è individuato dalle proprie coordinate (3 numeri) Ogni vettore (linea) dalle coordinate dei vertici che lo compongono e dalla direzione Ogni area (poligono) dalle coordinate dei vertici che compongono il proprio perimetro. La terna di coordinate che identifica il primo e l ultimo vertice sono identiche.

22 Gli oggetti in cartografia A cosa serve il GIS? Le informazioni relative ali oggetti spaziali possono essere re stituite grazie a due sistemi sostanzialmente diversi: - modelli RASTER Sono griglie composte da celle (PIXEL) a cui viene associata l informazione. Nell esempio più diffuso l informazione è costituita da un codice numerico che corrisponde ad un colore

23 Gli oggetti in cartografia A cosa serve il GIS? DATI VETTORIALI DATI RASTER Uso del suolo Poligoni con dati relativi a utilizzazione del suolo, superficie, comune di riferimento DTM Griglia ortogonale con il dato relativo all altezza sul livello del mare

24 Gli oggetti in cartografia A cosa serve il GIS? DATI VETTORIALI VANTAGGI DATI RASTER Consentono di rappresentare con grande precisione oggetti isolati (edifici, strade, confini di proprietà) Consentono di ottenere una rappresentazione graficamente accurata, indipendentemente dalla scala di restituzione Sono perfettamente compatibili con le rilevazioni topografiche, fotogrammetriche e GPS Richiedono minore spazio di archiviazione su disco Semplificano la codifica di fenomeni variabili in modo continuo sulla superficie terrestre Sono perfettamente compatibili con alcune fonti di informazioni spaziali di remote sensing (telerilevamento) (immagini satellitari) La struttura dei dati è più semplice L analisi spaziale può essere implementata molto più semplicemente Semplificano la conservazione dell informazione topologica Sono più semplicemente possibili modifiche e aggiornamenti parziali

25 Gli oggetti in cartografia A cosa serve il GIS? DATI VETTORIALI SVANTAGGI DATI RASTER La struttura dei dati è più complessa L analisi spaziale è molto impegnativa per il calcolo e molto più difficile da implementare Non sono molto compatibili con le tecniche di remote sensing (telerilevamento) È generalmente richiesto uno spazio maggiore per l archiviazione dei dati È impossibile ottenere un informazione accurata di fenomeni discreti (indipendentemente dalla scala di restituzione e dalla risoluzione della griglia) Le trasformazioni di proiezione sono più difficili È più difficile conservare l informazione topologica

26 Formati ed estensioni I formati più utilizzati (compatibili con QGIS): DXF formato progettato da autodesk che permette la trasmissione dei dati disegnati con autocad, essendo formato aperto (Drawing Interchange Format o Drawing Exchange Format) CSV (comma-separated values) è un formato di file basato su file di testo utilizzato per l importazione ed esportazione (ad esempio da fogli elettronici o database) di una tabella di dati KML (Keyhole Markup Language) è praticamente un file XML (extensible Markup Language) ovvero un linguaggio marcatore GPX o GPS exchange Format è uno schema XML progettato per il trasferimento dei dati GPS tra applicazioni software

27 Gli SHAPE FILES Formati ed estensioni I dati sono organizzati in ALMENO tre files, con la stessa denominazione ma con estensioni diverse : DBF dati alfanumerici SHP la parte grafica, le geometrie SHX l indice delle geometrie Possono essere presenti altri tipi di file : SBN e SBX- indici spaziali PRJ conserva l informazione sul sistema di coordinate SHP.XML metadato dello shapefile PER TRAFERIRE UNO SHAPE FILE DA UNA CARTELLA ALL ALTRA BISOGNA TRASFERIRE TUTTO L INSIEME DI FILES CORRELATI!

28 Formati RASTER supportati da QGIS: Formati ed estensioni Sono tutti quelli supportati da GDAL (Geospatial Data Abstraction Library) : TIFF/geoTIFF GRASS raster ArcInfo ASCII o Binarygrid ERDAS Imagine ERMapper ECW USGS DEM (SDTS e ASCII) JPEG/Jpeg 2000

29 Formati on-line supportati da QGIS: Formati ed estensioni WMS (Web Map Service) le immagini sono generalmente prodotte come immagini (PNG, GIF, JPG) (Geoscopio Regione Toscana) WCS (Web Coverage Service) mappe in formato raster WFS (Web Features Service) mappe in formato vettoriale (spesso basato su xml)