Che cosa è la cartografia numerica?

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1 Che cosa è la cartografia numerica? La cartografia numerica consiste in un insieme di dati numerici e alfanumerici memorizzati, con un opportuna struttura, su supporti elaborabili dal calcolatore elettronico; su tali dati possono essere eseguiti elaborazioni mediante programmi di calcolo e da essi possono essere ottenute visualizzazioni su video grafici di computer o su supporti cartacei per tracciamento automatico mediante plotter.

2 realtà cartografia tradizionale cartografia numerica 3 4 Comune di... Cartografia alla scala 1:5.000 legenda N E CODICE, E1, N1, Q1,..., E6, N6, Q6

3 Cartografia numerica L aspetto esteriore ed il contenuto di una carta numerica corrispondono a quello di una carta tradizionale. La carta tradizionale è un disegno che contiene in forma implicita le coordinate di tutto quello che vi è rappresentato La carta numerica è costituita da un archivio di coordinate che contiene in forma implicita la rappresentazione sotto forma di disegno Il contenuto informativo e le possibilità di utilizzo della cartografia numerica è maggiore di quelli della cartografia tradizionale. La carta numerica è memorizzata in coordinate assolute; le carte numeriche sono in scala 1:1, il concetto di scala sembra quindi superato: è possibile visualizzare/stampare con qualunque ingrandimento. Si parla allora di scala nominale

4 Scala nominale Per scala nominale di una carta numerica si intende il rapporto di scala che avrebbe una carta tradizionale di corrispondente precisione metrica e contenuto qualitativo. Corrisponde al massimo rapporto di scala a cui si può disegnare automaticamente una carta numerica, in modo che abbia i requisiti qualitativi e metrici di una carta tradizionale avente la stessa scala.

5 Consideriamo la figura Sono rappresentati schematicamente particolari che fanno parte della rappresentazione del territorio Riconosciamo particolari naturali e strutturre artificiali Nella CN questi elementi devono essere tradotti in forma numerica per poter essere elaborabili mediante idonei SW

6 Come deve essere tradotto l elemento grafico? Con le coordinate dei vertici che descrivono l elemento Con un sistema di codifica, che consenta di ricavare, attraverso logiche programmate, le stesse informazioni che l utente, coadiuvato dalla legenda, ricava attraverso processi logici e deduttivi, dalla cartografia tradizionale

7 La casa dell esempio deve essere resa mediante le coordinate dei suoi vertici E 1,N 1 ;E 2,N 2 ;E 3,N 3 ;E 4,N 4 mediante un codice identificativo dell oggetto casa

8 2 Nella cartografia tradizionale il contenuto planimetrico e altimetrico sono dissociati Casa Strada Punto quotato Ricavo la planimetria sfruttando la parametratura e l altimetria per interpolazione

9 Nella cartografia numerica posso associare la quota anche a tutti i particolari cartografati Nella cartografia tradizionale non si potrebbe; la carta sarebbe illeggibile! Nella cartografia numerica è facilissimo casa; E 1, N 1, Q 1 ; E 2, N 2,Q 2 ; E 3, N 3, Q 3 ; E 4, N 4, Q 4 strada; E 1, N 1, Q 1 ; ; E N, N N, Q N p.q.; E 1, N 1, Q 1

10 Organizzazione dei dati Tutti i dati che definiscono una cartografia numerica (codici e coordinate) devono essere memorizzati in un file che, per sua natura, sarà costituito da una sequenza di record. Il modo più semplice di pensare all organizzazione di questi record è quello sequenziale cioè memorizzati uno dopo l altro, in sequenza. La lettura sequenziale del file è una operazione che penalizza i tempi di elaborazione.

11 CASA E 1 N 1 Q 1 E 2 N 2 Q 2 E 3 N 3 Q 4 E 4 N 4 Q 4 STRADA E 1 N 1 Q 1 E N N N Q N P.Q. E 1 N 1 Q 1 Questa è una struttura a record di lunghezza variabile È una struttura poco idonea; infatti per poter fare ricerche e selezioni ottimizzate sui dati occorre che la lettura del file sia ad accesso diretto e quindi che tutti i record siano di lunghezza costante (fissa) oppure articolare un complesso sistema di puntatori

12 Il vantaggio della rapidità di accesso al dato viene quindi pagato in termini di spreco di memoria perché tutti i record dovranno essere di pari lunghezza e quindi pari a quello più lungo Questa organizzazione prevede di separare le coordinate dei vertici dalle altre informazioni che descrivono gli oggetti (entità) della cartografia numerica. Il primo file sarà chiamato file di descrizione e il secondo file coordinate.

13 File di descrizione Ciascun oggetto viene descritto da un record in un file descrittivo che viene organizzato nei seguenti campi P 1 - numero sequenziale 2 codice oggetto 3 - numero di punti che descrivono l oggetto 4 codice colore o penna. - altri elementi P puntatore al file delle coordinate -

14 File coordinate A ciascun punto viene riservato un record in un file così organizzato in 4 campi 1 codice punto 2 E 3 N 4 - Q

15 In questo modo è possibile gestire con file a record fissi entità a dimensioni variabili

16 Cartografia numerica: le tipologie Cartografia numerica solo planimetrica: vengono usate solo le due coordinate (Est, Nord); Cartografia numerica planimetrica e altimetrica: vengono usate le 3 coordinate (Est, Nord e Quota); è analoga alla cartografia tradizionale: planimetria disgiunta dall altimetria; Cartografia numerica tridimensionale: ogni punto viene descritto dalle 3 coordinate (Est, Nord e Quota); tutti i punti che descrivono elementi artificiali devono avere associata la quota al livello del suolo (quota al piede). CONTENUTO QUALITATIVO Ricordiamo che il contenuto qualitativo di una carta dipende dalla scala di visualizzazione: a grande scala => disegno a piccola scala => simbolo

17 Contenuto planimetrico In una carta tradizionale è possibile riconoscere le strutture presenti sul territorio basandosi sui tratti grafici e sulla simbologia adottata. L osservatore può desumere altre informazioni da semplici aggregazioni logiche (ad esempio: un tronco stradale è uno spazio non occupato da edifici). In cartografia numerica non esiste il concetto di deduzione, tutti gli elementi devono essere tradotti in forma numerica e codificati. Esempio di memorizzazione di dati: casa E1N1, E2N2, E3N3, E4N4 curva di livello E1N1,. EnNn punto quotato E1N1

18 Discretizzazione di linee curve Nella CN è sempre necessario ricondurre gli elementi di descrizione del terreno ad un numero finito in quanto ogni particolare altimetrico e planimetrico del terreno deve essere rappresentato tramite le coordinate di un opportuno numero di punti ad esso appartenenti. Il numero di punti, cioè, deve essere il più piccolo possibile compatibilmente con il livello di dettaglio e il grado di precisione che la CN deve avere.

19 Il concetto di linea curva pertanto non esiste più e viene sostituito da quello di spezzata. Ciò implica che la spezzata che rappresenta una linea che nella realtà è curva, deve avere un sufficiente numero di vertici, opportunamente scelti in modo che se si riporta sul terreno il tracciato S della spezzata, la distanza tra un suo generico punto R e il corrispondente R della linea curva che essa rappresenta sulla cartografia sia sempre inferiore alla tolleranza planimetrica. l i s d = RR t p j R' R Discretizzazione di una curva di livello d

20 Contenuto altimetrico In una carta tradizionale l altimetria è sempre separata dalla planimetria. In generale, in una carta numerica ogni punto è descritto con le tre coordinate (E, N, Q) casa E1N1Q1, E2N2Q2, E3N3Q3, E4N4Q4 curva di livello E1N1Q1,. EnNnQn punto quotato E1N1Q1 Categorie elementi altimetrici: punti quotati curve di livello quota dei punti che descrivono la planimetria di un entità naturale o artificiale: la quota del punto deve essere quella del terreno.

21 Esempio di descrizione di quote D C A B 0

22 Sistema di codifica I lavori di realizzazione di cartografia tradizionale sono sempre stati realizzati sulla base di capitolati Tali capitolati facevano riferimento a quelli redatti dalla COMMISSIONE GEODETICA ITALIANA In tali capitolati erano normati: - contenuti qualitativi e metrici, - metodi di rappresentazione L esistenza di queste norme ha sempre garantito un elevato standard di contenuto e rappresentazione

23 COMMISSIONE GEODETICA ITALIANA La formazione di CARTOGRAFIE GENERALI a grande scala (1:2000,1:1000)

24 Nella cartografia numerica come avviene la definizione dei contenuti e delle regole di rappresentazione? Mediante il sistema di codifica La codifica consiste nell associare alle entità (oggetti cartografici) memorizzate codici numerici/alfanumerici per renderle riconoscibili nel contesto della cartografia numerica realizzata Solo l attribuzione di un codice ad un oggetto può consentire all utente la lettura della cartografia numerica

25 Come si costruisce il sistema di codifica? Grado di dettaglio Definizione dei contenuti Scelta del tipo di codice Grado di articolazione della codifica Codifiche per la produzione non per la gestione

26 Nella CN, come già visto, gli elementi naturali ed artificiali del terreno (oggetti) sono rappresentati dalle entità. Un entità è costituita da un codice e da una primitiva geometrica. La primitiva geometrica può essere un punto, una spezzata aperta (linea), una spezzata chiusa (area). Sarà univoca la corrispondenza tra: - un oggetto della realtà - l entità che lo rappresenta - e la primitiva geometrica che lo descrive I dati saranno strutturati in modo che ogni entità abbia una descrizione geometrica auto-consistente. Un entità può essere di tre tipi: puntuale, lineare, areale

27 Puntuale Rappresenta un oggetto che nella cartografia viene indicato come posizione, ma senza alcuna dimensione (albero isolato, pozzo, sorgente, ecc.); la primitiva geometrica che gli corrisponde è un punto. Lineare Rappresenta un oggetto che in cartografia viene rappresentato solo in una dimensione (binario, siepe, muro, ecc.); la primitiva che corrisponde all oggetto è una spezzata aperta o chiusa; i punti che descrivono la spezzata sono detti vertici Areale Se rappresenta un oggetto al quale è associabile il concetto di area (edificio, lago, piscina, ecc.) la primitiva che corrisponde all oggetto è sempre una spezzata chiusa. Le entità di tipo testo riguarderanno la toponomastica e alcune descrizioni associate alle entità che rappresentano l edificato per agevolarne la destinazione d uso.

28 I sistemi di codifica possono prevedere codici numerici o alfanumerici, di lunghezza fissa o variabile; il sistema più usato è a lunghezza fissa (8 cifre) ed è denominato: ARTICOLAZIONI ad ALBERO Questo principio di codifica permette di inserire eventuali ampliamenti senza stravolgere la struttura del sistema generale di codifica. Esempio Le prime due cifre del codice indicano l appartenenza dell oggetto ad una categoria. 01 FERROVIE 02 INFRASTRUTTURE VIARIE 03 EDIFICATO 04 IDROGRAFIA 05 VEGETAZIONE 06 LIMITI AMMINISTRATIVI 07 OROGRAFIA 08 PUNTI TOPOGRAFICI 09 ZONE OMOGENEE 10 TOPONOMASTICA

29 Le seconde due cifre del codice indicano la tipologia dell oggetto, mentre le cifre successive specificano la tipologia nell ambito di una certa classe

30 Esempio di codifica (articolazioni ad albero) codifica 03****** 0305**** ** definizione EDIFICI E COSTRUZIONI costruzioni speciali areoporti perimetro di areoporto edifici areoportuali piste di decollo assi delle piste di decollo rappresentazione grafica

31 Una codifica di questo tipo è ottimizzata per operazioni di selezione Se si considerano i primi due caratteri si seleziona per grandi categorie In funzione dei caratteri considerati si può variare il grado di dettaglio delle selezioni

32 STOP

33 Metodi per ottenere una carta numerica Metodo topografico (tecniche topografiche informatizzate) Metodo fotogrammetrico diretto (tecniche di restituzione analitiche) Digitalizzazione di una carta tradizionale (trasposizione di cartografia esistente) CTN CFN CND N.B. È ovvio che il sistema di codifica è lo stesso per tutti e tre i metodi

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35 Metodo fotogrammetrico diretto La realizzazione di CN con tale metodo differisce sostanzialmente dalla realizzazione mediante restituzione fotogrammetrica di cartografia tradizionale, in quanto i particolari naturali e artificiali, che vengono desunti dall osservazione stereoscopica del modello, vengono acquisiti direttamente in forma numerica (restituzione analitica). Per quanto riguarda quindi la fase di presa, di inquadramento e la determinazione dei punti di appoggio dei modelli, non vi è differenza fra realizzazione di cartografia numerica o cartografia tradizionale. La differenza subentra nel momento in cui si attua la fase di restituzione.

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37 Per quanto attiene al dato che viene acquisito in restituzione, questo può essere: - la traduzione numerica del dato di tipo tradizionale (cartografia solo planimetrica, oppure planimetrica con altimetria disgiunta come avviene per la cartografia tradizionale); -il dato cartografico tridimensionale, quando si richiede che per ogni punto cartografato siano memorizzate, oltre che le coordinate planimetriche, anche la quota. Nel primo caso avremo l'acquisizione degli elementi della planimetria mediante le sole coordinate E,N e degli elementi plano-altimetrici (punti quotati e curve di livello) mediante coordinate E,N a cui viene associato il valore Q della quota. Nel secondo caso invece, in cui si richiede che la cartografia numerica sia di tipo tridimensionale, la coordinata Q, dovrà essere acquisita per tutti i punti che concorrono alla determinazione di tutti i particolari planimetrici.

38 Come già detto, in entrambi i casi il restitutista che realizza cartografia numerica deve attribuire un codice ai vari oggetti cartografici (entità) che via via osserva stereoscopicamente e memorizza. Questa operazione di attribuzione di codifica, che è peculiare della cartografia numerica, può essere realizzata, all'atto della restituzione già in maniera definitiva (on line), oppure può essere parziale: in tal caso verrà definitivamente completata durante la fase di editing (off line)

39 Il restitutista deve tenere presente che la CN realizzata è costituita da archivi di dati che hanno una loro strutturazione. Per acquisire le entità (oggetti cartografici), eseguirà la fase di restituzione applicando dei criteri logici che, in generale, nella produzione di cartografia tradizionale fotogrammetrica non sono necessari. Infatti, mentre nella cartografia tradizionale la restituzione può avvenire passando continuamente da un tipo di particolare a un altro senza porre attenzione a ricostruire oggetti cartografici completi, nella CN si cercherà sempre di ricostruire nella loro interezza questi oggetti cartografici, in modo da ridurre al minimo le operazioni di editing necessarie al perfezionamento di questo tipo di strutturazione dei dati. Il prodotto della restituzione numerica diretta è un file dati organizzato come già visto.

40 Dopo aver eseguito la fase di restituzione si dovrà procedere alla fase di ricognizione che viene svolta secondo i criteri tradizionali. Successivamente si procederà alla correzione della CN per tener conto dei risultati della ricognizione. Tale procedura viene eseguita di solito contestualmente alla fase di editing, nella quale oltre all'inserimento delle integrazioni della ricognizione, vengono anche eseguite, come si vedrà, le operazioni di correzione delle congruenze geometriche, di inserimento della toponomastica e di completamento del sistema di codifica. I dati della ricognizione potranno essere inseriti direttamente grazie a opportuni software che gestiscono il sistema grafico, oppure potranno essere riportati in maniera tradizionale sulla minuta di restituzione e rinumerizzati mediante procedimento di digitalizzazione (tavoletta grafica digimetro)

41 La CN che si costruisce ex novo viene prodotta: però con metodo topografico con metodo fotogrammetrico diretto quando si dispone già di una cartografia classica valida e aggiornata quando vi e necessità di trasporre tale cartografia in forma numerica perché si sta realizzando un GIS quando devono essere trasposti in forma numerica piani urbanistici, carte dei vincoli, ecc., esistenti su supporto cartaceo quando nel GIS deve essere inserita la cartografia catastale E OPPORTUNO PROCEDERE ALLA DIGITALIZZAZIONE

42 Corso di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio a.a Digitalizzazione di cartografia esistente Trasposizione di cartografia esistente: - in forma vettoriale (mediante cioè le primitive geometriche costituite da punto, linea ed area); formati più diffusi: DWG (SW AutoCAD) DXF (formato di scambio ASCII), NTF (Catasto); - in forma raster (mediante la primitiva pixel - Picture Element, avente un contenuto omogeneo e non ulteriormente suddivisibile); formati più diffusi: TIFF e BMP (non compressi), GIF, JPG (compressi).

43 La prima tipologia di digitalizzazione si realizza mediante: un digimetro un software opportuno Il digimetro è un tavolo elettronico misuratore di coordinate gestito da un da un PC; è costituito da: un tavolo elettronico su cui si dispone la carta; un dispositivo di collimazione, cursore (tastiera+reticolo), da cui si rilevano: - le coordinate - il codice del tasto premuto una linea di trasmissione per mandare al calcolatore le coordinate del cursore e l indicazione del tasto.

44 Tavolo elettronico Tastiera + reticolo di collimazione Come avviene digitalizzazione?

45 Corso di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio a.a L operatore posiziona il foglio sul digimetro e da avvio al programma di digitalizzazione 2- Orientamento della carta y y 0 N x x P(E P,N P ) E P(x P,y P ) x x 1 x 2 x 3 x 4 y y 1 y 2 y 3 y 4 E E 1 E 2 E 3 E 4 N N 1 N 2 N 3 N 4

46 I parametri dell orientamento sono quelli della rototraslazione tra i sistemi (x,y) e (N,E) y P O y E O N P N O N E P x P α P x E P = E O + (x P cosα + y P senα) λ N P = N O - (x P cosα + y P senα) λ E

47 I parametri dell orientamento si calcolano tramite la conoscenza di 4 punti doppi Sistema di 8 equazioni nelle incognite E O, N O, a, λ x x 1 x 2 x 3 x 4 y y 1 y 2 y 3 y 4 E E 1 E 2 E 3 E 4 N N 1 N 2 N 3 N 4 E 1 = E O + (x 1 cosα + y 1 senα) λ N 1 = N O - (x 1 cosα + y 1 senα) λ E 2 = E O + (x 2 cosα + y 2 senα) λ N 2 = N O - (x 2 cosα + y 2 senα) λ E 3 = E O + (x 3 cosα + y 3 senα) λ N 3 = N O - (x 3 cosα + y 3 senα) λ E 4 = E O + (x 4 cosα + y 4 senα) λ N 4 = N O - (x 4 cosα + y 4 senα) λ

48 DOPO AVER CALCOLATO I PARAMETRI DI ORIENTAMENTO AVVIENE LA DIGITALIZZAZIONE VERA E PROPRIA L operatore è guidato dal software a: impostare la codifica (menu, tastiere) collimare i punti da memorizzare. Quando l operatore preme il tasto di trasmissione arrivano al calcolatore le coordinate x,y del punto collimato il software le trasforma in E,N E,N vengono memorizzate.

49 La seconda tipologia di digitalizzazione si realizza mediante strumenti automatici detti scanner. La loro funzione è quella di convertire i dati analogici (disegno della carta) in una matrice numerica (raster) dove i valori rappresentano l'informazione radiometrica relativa al supporto cartaceo acquisito.

50 La cartografia in formato raster fornisce solo una visualizzazione mentre quella vettoriale è interattiva È necessario allora procedere alla sua trasposizione in forma vettoriale direttamente al video grafico

51 1:2000 vettoriale 1:2000 raster

52 Scanner Convertono i dati analogici (disegno della carta) in una matrice numerica (raster) dove i valori rappresentano l'informazione radiometrica relativa al supporto cartaceo acquisito. Il principio di funzionamento è basato sul fatto che un'immagine è la rappresentazione ottica di un oggetto illuminato da una sorgente di energia. La luce riflessa dalla carta, illuminata da una fonte di energia, viene trasformata in un segnale elettrico (continuo) che viene poi digitalizzato dando luogo all immagine digitale.

53 Gli scanner a livello di grigio e il relativo SW variano in funzione della quantità di informazioni memorizzate per ciascun pixel. Se si utilizzano 8 bit per pixel, si avrà un'immagine digitale con 256 toni di grigio (con 0 = nero e 255 = bianco); questa definizione di livelli di grigio supera ampiamente la possibilità di discriminazione dell occhio umano. Utilizzando 24 bit (3 byte) si possono memorizzare i tre colori fondamentali RGB (rosso, verde e blu) su tre piani distinti e l'immagine si chiama "true color"; si possono definire in questo modo oltre 16 milioni di colori. Maggiore è l'informazione radiometrica e maggiore sarà la quantità di dati da memorizzare; un immagine di dimensione 21 cm x 29.7 cm (formato A4) occuperà le seguenti porzioni di memoria:

54 Tipologia degli scanner Gli scanner DTP (molto diffusi) sono stati sviluppati per applicazioni totalmente differenti da quelle cartografiche. Sono usualmente piani, di formato A4 o A3 e dotati di una fila di sensori fotosensibili CCD (Charge Coupled Device ). La loro risoluzione geometrica migliora costantemente ed esistono oggi degli scanner capaci di acquisire ad una risoluzione ottica di 2400 d.p.i. con risoluzione radiometrica di 1 o 3 byte. Lo svantaggio maggiore degli scanner DTP è rappresentato dall'insufficiente risoluzione geometrica, causata principalmente da errori e instabilità del posizionamento meccanico, la distorsione del sistema di lenti e la carenza dei software che gestiscono la calibrazione geometrica dello strumento.

55 Gli scanner cartografici sono generalmente a tamburo rotante e proprio a causa della rotazione e del meccanismo di trascinamento del supporto durante l'acquisizione, presentano un'accuratezza geometrica peggiore degli scanner piani. La dimensione dei documenti da scandire variano dal formato A0 al formato A1. La generazione di un file di tipo raster è di solito compiuta in modo del tutto automatico dallo scanner; l'unica cura dell'operatore è quella di specificare la risoluzione di scansione e il tipo di informazione che si vuole ottenere (B/N, livelli di grigio o colore). La maggior parte dei SW di elaborazione di immagini offrono all'operatore strumenti di tale potenza da sollevarlo dalla conoscenza diretta e intima del formato del file su cui lavora. Questi scanner possono avere elevate risoluzioni radiometriche.

56 Gli scanner fotogrammetrici sono prodotti da aziende già operanti nel settore fotogrammetrico. Hanno generalmente un'altissima risoluzione geometrica e un'elevata accuratezza (2 5 µm); talvolta sono dotati di un software per l'orientamento interno che consente l'acquisizione direttamente in "coordinate lastra". Il formato di acquisizione varia da circa 24 cm x 24 cm al formato A4, con risoluzione radiometrica variabile da 1 a 3 byte (da 8 a 24 bit). I tempi di acquisizione sono generalmente abbastanza lunghi (variano tra i 15 e i 45 minuti per una risoluzione geometrica di 15 µm); tali prestazioni possono essere notevolmente migliorate con l'utilizzazione di schede real-time in grado di lavorare con file compressi (per es. con formati di compressionejpeg). I sensori CCD possono essere a elemento singolo, a linea, a matrice quadrata. Gli svantaggi sono relativi all'elevato costo e alle modalità di utilizzazione e di impiego del software di gestione, che non risultano sempre semplici.

57 Nell'operazione di numerizzazione si ha un degrado della precisione rispetto al documento cartaceo originale e quindi in definitiva rispetto alla "verità terreno". Le principali fonti di errore sono le seguenti: - errori del documento cartaceo quali l'errore di graficismo (pari a 0,2 mm), dovuto allo spessore e alla disomogeneità del tratto, la deformazione del supporto e l'errore di riporto della parametratura. La deformazione del supporto può anche essere molto grande (fino all' 1-2 per mille ovvero 1-2 mm per ogni metro di carta) e cosa più grave, può essere anisotropa, cioè diversa per i due assi e variare sensibilmente da zona a zona del foglio di carta. - errori legati alla strumentazione utilizzata quali: la precisione intrinseca del digimetro, errore di collimazione del punto dovuto allo spessore e alla forma dell'organo di puntamento. Le prove effettuate su strumenti di classe elevata, danno un valore complessivo dell'errore di collimazione mai superiore a 0,1 mm.

58 N.B. La cartografia numerica generata con tale procedura è essenzialmente planimetrica, anche se è possibile integrare questi dati con quelli relativi alle curve di livello e ai punti quotati. Una carta tradizionale obsoleta non merita lo sforzo della sua digitalizzazione perché il prodotto ottenuto avrà un grado di aggiornamento insufficiente.

59 Precisione nella cartografia numerica vettoriale Metodo topografico Il dato è di prima generazione le misure vengono cioè effettuate sui particolari del terreno Metodo fotogrammetrico Il dato è di seconda generazione le misure vengono effettuate su un modello realizzato a partire da una rappresentazione analogica del terreno Digitalizzazione Il dato è di terza generazione le misure vengono effettuate sulla carta < modello < terreno (inferiore a ±0.1 mm)

60 STOP

61 Struttura dei dati Le due tipologie di strutturazione dei dati sono quella topologica e quella geometrica. In realtà la qualifica di geometrica non è altrettanto semanticamente corretta quanto quella topologica e sarebbe più corretta sostituirla con quella di non topologica. E con questo significato che verrà usata in seguito. La struttura non topologica ha le seguenti caratteristiche: - ogni oggetto è rappresentato da una sola entità - ogni entità è descritta, in genere, da un solo elemento geometrico - gli elementi geometrici non sono condivisi con nessuna altra entità (nei casi di adiacenza sono duplicati).

62 Nella figura si nota come la descrizione geometrica dell oggetto tratteggiato si traduce in due entità, una che corrisponde alla casa A e una che corrisponde alla casa B; le due entità saranno definite da due elementi geometrici costituiti da due spezzate chiuse. La descrizione è quindi auto-consistente. 2 oggetti (casa A e casa B) 2 entità

63 Corso di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio a.a Struttura geometrica (non topologica) A B 3 2 File descrizione 1 casa casa E 1,N 1,Q 1 E 5,N 5,Q 5 E 1,N 1,Q 1 E 5,N 5,Q 5 File coordinate 1-11 E N 1 1 Q E 2 N 2 Q E 3 N 3 Q E 4 N 4 Q E 5 N 5 Q E N 1 1 Q E N 2 2 Q E N 3 3 Q E N 4 4 Q E N 5 5 Q 5

64 La restituzione generalmente viene eseguita per oggetti Quando si restituiscono oggetti vicini si generano discrepanze dovute alla precisione del metodo Occorre quindi ripristinare le congruenze geometriche

65 Congruenze geometriche planimetriche B Q R primo punto ultimo punto L angolo deve essere retto

66 I punti A, B e C devono appartenere alla stessa retta B A C A B A C B C

67 X 5,Y 5 = X 1,Y 1 X 6,Y 6 = X 2,Y 2 Le coordinate di 3 devono soddisfare l equazione della retta passante per 1 e 2

68 1 2 Le coordinate di vertici fisicamente allineati su una retta devono soddisfare l equazione della retta 3 4

69 NO Non devono esistere 3 o più vertici consecutivi allineati SI 5 4 3

70 SI NO NO Né compenetrazioni, né distacchi

71 Corso di laurea in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio a.a Congruenze geometriche altimetriche B P A A, P, B piede edificio A P B

72 Il punto di quota è correttamente inserito fra le due curve di livello

73 I tratti delle curve di livello che interessano la sede stradale vanno eliminati

74 Il conseguimento delle congruenze geometriche avviene utilizzando software ad hoc che operano su stazioni grafiche interattive Una struttura alternativa che elimina ridondanze di dati e incongruenze è la struttura topologica

75 Gli elementi di descrizione numerica degli oggetti sono suddivisi in archi elementari A B Nella struttura geometrica una spezzata descrive compiutamente un oggetto Con la struttura topologica per descrivere un oggetto occorrono più spezzate La struttura topologica è più articolata e consente una gestione più efficiente L 1 L 2 L 3

76 La struttura topologica ha le seguenti caratteristiche: - non esistono elementi geometrici dello stesso tipo, parzialmente o totalmente sovrapposti - ogni entità può essere descritta da più elementi geometrici - gli elementi geometrici possono essere condivisi da più entità 2 oggetti (casa A e casa B) 3 entità Non ci sono elementi geometrici totalmente o parzialmente sovrapposti La descrizione topologica dell esempio prevede la costruzione di tre elementi geometrici corrispondenti ai tre tratti di perimetro in cui è scomponibile l insieme dei due edifici (A e B). La geometria della spezzata 2 è condivisa dalle due entità. Per realizzare una struttura topologica bisogna suddividere le entità in archi elementari. Ogni entità può essere descritta da più elementi geometrici.

77 1 L 3 L L Struttura topologica A 2 1 B Oggetti: A e B Archi: L 1,L 2 e L 3 Nodi: 1 e 2 Punti: 1,2,3,, n

78 Operazioni di editing Con il termine di editing si intende quella fase del lavoro di realizzazione della cartografia numerica che consiste in un intervento sui dati numerici provenienti dalla restituzione fotogrammetrica per integrarli con i dati provenienti dalla ricognizione, per controllare e completarne la codifica, per verificare e realizzare le congruenze geometriche, per realizzare quegli elementi della vestizione che possono essere eseguiti principalmente agendo interattivamente sugli archivi numerici per mezzo di sistemi grafici computerizzati, per introdurre la toponomastica o altri tipi di scritte (ad esempio i numeri civici). - Controllare la codifica significa controllare che non esistano entità con codici non previsti nel repertorio, o entità con codice non appropriato (ad esempio, se la codifica prevede di distinguere tra edifici residenziali e edifici industriali bisogna verificare che tale distinzione sia stata fatta per tutte le occorrenze di tali entità).

79 - Verificare e realizzare le congruenze geometriche significa, ad esempio, controllare che tutte le spezzate che descrivono il perimetro di un edificio siano spezzate chiuse; nel caso infatti che l ultimo vertice della spezzata che descrive il perimetro di un edificio non abbia coordinate esattamente uguali a quelle del primo vertice, non sarebbe possibile calcolare l area della superficie dell edificio. Le operazioni di editing per la realizzazione delle congruenze geometriche potranno portare a cambiamenti delle coordinate dei vertici che ne faranno variare la posizione planimetrica o altimetrica, o entrambe. Ciò sarà consentito nel rispetto della seguente condizione: qualsiasi sia l'algoritmo utilizzato per effettuare le operazioni di editing, le nuove coordinate assunte dai vertici in seguito a tali operazioni, dovranno differire da quelle corrispondenti alla posizione originaria di quantità inferiori alle tolleranze della cartografia.

80 - Realizzare gli elementi di vestizione significa invece, ad esempio, riempire con un tratteggio inclinato (campitura) le spezzate che delimitano gli edifici, in modo da distinguere i vuoti dai pieni, nel contesto generale della cartografia. Oppure far sì che, nelle visualizzazioni a video grafico o a plotter, certe linee vengano rappresentate non come semplici linee continue, ma con linee a tratti o con trattini intercalati a simboli. La fase di editing è una fase molto delicata e onerosa; per la cartografia a grande scala essa può essere paragonata, come costo, a quella della restituzione stessa.

81 Operazioni di editing - Esempio Minuta di restituzione Congruenze geometriche Integrazione e vestizione

82 Le funzioni precedenti sono generalmente eseguite fuori linea mediante una strumentazione indipendente dal restitutore fotogrammetrico chiamata stazione grafica, di costo decisamente inferiore al restitutore stesso. Dal punto di vista dell'hw, una stazione grafica interattiva atta a realizzare i diversi tipi di interventi necessari per dell'editing cartografico, deve essere almeno costituita da: un calcolatore; una unità hard disk; un video grafico di alta risoluzione, a colori, per facilitare l'individuazione di entità con codici diversi; una tavoletta grafica; un digimetro per l'acquisizione dei dati di aggiornamento; un plotter; una stampante.

83 Il software di gestione deve essere particolarmente dedicato a problemi di tipo cartografico, data la loro estrema specificità. Il software di tipo propriamente interattivo dovrà riportare sullo schermo grafico la rappresentazione della cartografia memorizzata e guidare l'operatore nella ricerca e nella correzione delle incongruenze geometriche e degli errori visualizzati.

84 Aggiornamento della cartografia numerica L'aggiornamento della CN non differisce in linea di principio da quello di una cartografia di tipo tradizionale; infatti le operazioni di aggiornamento devono, in entrambi i casi, ricondurre la situazione quale appare su una cartografia a quella attuale. Generalmente, l'operatore osserva al restitutore la situazione quale appare sui fotogrammi e la confronta con quella che appare dall'elaborato grafico che rappresenta la cartografia da aggiornare. Questa operazione richiede molto tempo in quanto obbliga l'operatore ad un continuo confronto (e quindi una continua alternanza) fra l'atto di osservare l'immagine stereoscopica nel restitutore e l'osservare il prodotto cartaceo sul tavolo di restituzione. Durante l'esecuzione di questa operazione è inevitabile che si possa incorrere in omissioni, perché non si ha mai la possibilità di vedere sovrapposta l'immagine stereoscopica, quale appare sulle fotografie aeree, con l'immagine cartografica.

85 Per l aggiornamento della CN invece si utilizzano i dispositivi di superimposizione che facilitano enormemente l'operazione di aggiornamento, rendendola nel contempo più attendibile e sicura. I metodi di superimposizione attualmente disponibili sul mercato sono basati su due principi differenti; accenniamo solo al più diffuso. Tale principio prevede che venga rasterizzato uno dei fotogrammi che concorrono a formare il modello stereoscopico, che questa immagine rasterizzata venga presentata sul video grafico (collegato allo strumento restitutore) e che sullo stesso video grafico venga riprodotta l'immagine vettorializzata della cartografia numerica esistente. L'operatore così può direttamente confrontare la situazione cartografica sovrapposta alla nuova situazione del territorio quale appare dall'immagine fotografica. L'operazione di aggiornamento risulta così molto veloce e affidabile perché questa coesistenza di sovrapposizione diretta tra la cartografia esistente e l'immagine elimina quasi completamente il rischio di errori di omissione.

86 Dispositivo di superimposizione In questo caso l operatore vede sovrapposta nel campo di osservazione oltre all'immagine fotografica stereoscopica del terreno anche la cartografia già restituita e quindi, per differenza, quello che deve ancora essere acquisito.

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88 Cartografia numerica: i vantaggi Informazione metrica tridimensionale Possibilità di eseguire elaborazioni sui dati Possibilità di collegare dati cartografici ad altri archivi e di produrre carte tematiche in modo automatico Possibilità di correzione automatica di incongruenze geometriche (editing) Possibilità di integrare i dati in maniera semplice e veloce Facilità di gestione e di aggiornamento dei dati attraverso un elaboratore Univocità del contenuto metrico ed eliminazione dei problemi dovuti a deformazione e deterioramento dei supporti cartacei Univocità del contenuto qualitativo, in quanto l interpretazione del disegno viene sostituita dalla lettura di una codifica.

89 Formato di trasferimento della cartografia numerica L aumento della produzione della CN e la sua utilizzazione sempre più diffusa per la conoscenza del territorio, hanno evidenziato il problema della definizione e della progettazione di standard per il contenuto informativo e per le modalità di trasferimento di dati cartografici.

90 La struttura dei dati cartografici si presenta oggi, in Italia, molto diversificata. Vi sono cartografie numeriche che vengono prodotte e consegnate alla Committenza strutturate in forma topografica; tali cartografie contengono i dati qualitativi e metrici che erano caratteristici della cartografia disegnata tradizionale. In altri casi la cartografia numerica viene prodotta e strutturata secondo i criteri topologici che sono richiesti in generale dai software più diffusi per la gestione dei sistemi informativi territoriali In Italia non sono stati prodotti sistemi di trasferimento codificati, universalmente accettati o comunque certificati a livello nazionale.

91 L'IGM ha adottato come proprio sistema di trasferimento il DIGEST che è stato elaborato a livello europeo dal DGIWG (Digital Geographic Information Working Group). E' questo un sistema che nasce in ambiente militare ed ha per scopo lo scambio di informazioni geografiche, raster e vettoriali, provenienti sia dalla grande che dalla media scala. La Direzione Generale del Catasto e alcune Regioni hanno adottato quale proprio sistema standard di trasferimento il sistema britannico NTF (National Transfer Format). La scelta attuata dalla Direzione Generale del Catasto e il fatto che una gran mole di dati del Catasto numerico sia già disponibile in tale formato, rende di fatto l'ntf il sistema di trasferimento attualmente più diffuso in Italia.

92 CN e Sistemi Informativi Territoriali (SIT) Un Sistema Informativo può essere inteso come una struttura la cui funzione è quella di governare, attraverso tecniche informatiche, un processo produttivo avente lo scopo di acquisire, aggiornare ed elaborare dati per trasformarli in informazioni finalizzate ad essere di supporto a decisioni che devono essere prese nell'ambito di un'attività di programmazione, di progettazione e di gestione. I dati, che devono essere memorizzati e organizzati su supporti elaborabili da calcolatore elettronico (Banche di Dati), hanno la caratteristica di presentarsi, già alla fonte, in forma numerica o alfanumerica; ugualmente le informazioni vengono prodotte in forma numerica (tabelle, ecc.) o, talvolta, con l ausilio do diagrammi.

93 La caratteristica di un Sistema Informativo Territoriale (SIT) è invece quella di gestire dati che si presentano in forma cartografica e di produrre informazioni che acquistano pienezza di significato quando associano il loro contenuto qualitativo alla corrispondente collocazione spaziale. Un SIT è un sistema informativo progettato per essere il supporto di problemi di tipo geografico-ambientale. Più in generale, viene individuato come SIT un insieme organizzato di apparecchiature hardware, di programmi software, di dati geografici, progettato per acquisire, memorizzare, aggiornare, trattare, analizzare e visualizzare in maniera efficiente dati georeferenziati.

94 Sistema Informativo Territoriale, cioè: Sistema: insieme di risorse (umane, infrastrutturali, dati) e di procedure (acquisizione, archiviazione, elaborazione, presentazione e trasmissione dei dati). Informativo: si basa su sistemi informatici (hardware e software); il dimensionamento del sistema dipende dallo scopo del SIT. Territoriale: tutte le informazioni sono riferite spazialmente. La base di un SIT è la cartografia numerica

95 In un SIT la rappresentazione della realtà é realizzata con un insieme di strati (layer) di carte e con le relazioni tra di essi.

96 Tipologia dei SIT I SIT possono essere suddivisi, dal punto di vista della finalità a cui sono diretti, in due categorie: quelli a carattere prevalentemente descrittivo e quelli a carattere prevalentemente gestionale. I primi sono propri degli enti che svolgono attività di programmazione o di pianificazione del territorio ed il loro obbiettivo principale è quello di fornire informazioni utili ad orientare le decisioni che devono venir prese per attuare una politica di governo (sistemi a supporto delle decisioni). I dati trattati in questo tipo di SIT provengono in generale dall'esterno dell'ente cui il SIT appartiene, e l'attività svolta ad acquisirli e ad organizzarli può, in certi casi, essere prevalente rispetto a quella di effettuarne l'elaborazione finalizzata allo studio delle interazioni e delle correlazioni dei fenomeni che coesistono sul territorio. Rientrano in questa categoria, ad esempio, i SIT regionali.

97 I SIT di tipo gestionale sono propri di quegli enti che svolgono un servizio, e la loro funzione principale è quella di organizzare e gestire dati che in buona parte sono interni all'ente cui il SIT appartiene e per la parte restante danno una conoscenza del territorio in uno spettro molto ristretto delle sue componenti, il quale risulta facilmente definito dal compito istituzionale dell'ente. Tipici SIT di questa categoria sono quelli delle Aziende municipalizzate che gestiscono reti di distribuzione (acqua, gas, ecc.) e per le quali l'informazione è intesa generalmente non come supporto a decisioni che riguardano scelte strategiche di sviluppo, bensì allo svolgimento dei compiti della gestione ordinaria.

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