Cartografia Numerica. Laboratorio di Geodesia, Geomatica e GIS DICCA
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- Fabiola Pellegrini
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1 Cartografia Numerica Laboratorio di Geodesia, Geomatica e GIS DICCA
2 RICORDO CHE: La cartografia risponde alla necessità di rappresentare la realtà territoriale su di un piano, sia esso cartaceo (cartografia al tratto) che informatico (cartografia numerica). La rappresentazione sul piano detto della carta, occorre sia tale da permettere misure (distanze, angoli, aree) rappresentative delle corrispondenti misure che si potrebbero effettuare sul terreno. Il passaggio da realtà e rappresentazione sul piano della carta viene effettuato attraverso i seguenti passaggi: - campagna di misure - inquadramento in un sistema di riferimento - ottenimento delle coordinate le quali saranno riferite per la planimetria all ellissoide del S.R. adottato altimetria al geoide Oss.: in aree limitate è possibile utilizzare un S.R. locale, per il quale la planimetria può essere riferita ad un piano tangente ad un qualche S.R. esterno (nazionale, globale, )
3 La cartografia è evoluta nella cartografia numerica integrata nei Sistemi Informativi Territoriali e Geografici (SIT o GIS). Permette archiviazione su di un supporto accessibile al calcolatore elettronico, di tutte quelle informazioni che tradizionalmente venivano riportate su supporto cartaceo. Fornisce le informazioni qualitative e metriche proprie della cartografia tradizionale sotto due aspetti: - in forma di dati numerici coordinate che descrivono la geometria e codifiche che ne indicano la tipologia - con visualizzazione video o su carta La "legenda" della cartografia tradizionale che definisce la simbologia, viene sostituita da attributi abbinati al punto oggetto e memorizzati su appositi files. Permette elaborazioni basate su logiche automatizzabili.
4 La cartografia numerica non è semplice scansione di una carta al tratto (ma da questa eventualmente può partire). La cartografia numerica è un immagine speculare della cartografia tradizionale: - l'elemento base della cartografia tradizionale è un disegno che contiene in forma implicita le coordinate dei punti - nella cartografia numerica l'elemento base è l'insieme delle coordinate che contiene in forma implicita la sua visualizzazione sotto forma di disegno Il contenuto informativo e le possibilità di utilizzo della cartografia numerica è maggiore della cartografia tradizionale (dalla prima si può ricavare la seconda).
5 Le informazioni metriche che descrivono il terreno fanno comunque parte di un sistema di informazioni più ampio ed articolato per cui il punto critico è la loro organizzazione e le informazioni ad esse associate. Si deve assicurare flessibilità ed espandibilità futura compatibilmente con le risorse disponibili. All'interno dei sistemi GIS le informazioni della cartografia numerica sono fondamentali grazie alla organizzazione e dislocazione spaziale. In un GIS tutti le entità sono riferite spazialmente la base è la cartografia numerica
6 La precisione delle carte - Le precisioni di una carta si differenziano in planimetriche ed altimetriche a causa delle diverse: problematiche (S.R. ellissoidico, S.R. geoidico) modalità di rilievo (strumentazione impiegata) modalità di segnalizzazione. - All'aumentare della scala aumenta la precisione delle informazioni in essa contenute. - Inoltre le precisioni dipenderanno anche dalla maggiore o minore identificabilità del punto considerato. - La produzione di una carta tipicamente avviene a partire da un rilievo fotogrammetrico, appoggiandosi a rilevamenti topografici di tipo tradizionale o GPS, effettuato per quella scala o superiore. Non è possibile effettuare ingrandimenti della carta se non che per valutazioni qualitative (e non quantitative)!
7 Scala nominale In cartografia numerica il concetto di scala sembra superato perchè è possibile visualizzare/stampare con qualunque ingrandimento, avendo memorizzato le coordinate assolute di tutte le entità. In realtà la scala dipende dalla precisione delle coordinate e perciò dipende dal rilevamento effettuato! Scala nominale = scala cui la stampa della carta ha gli stessi requisiti della carta tradizionale: - contenuti metrici quale precisione? - contenuti informativi (segni convenzionali)
8 Errore di graficismo La precisione del contenuto metrico non può essere superiore dell'errore di graficismo, ossia l'errore commesso nel disegnare punti e linee sulla carta con il più piccolo pennino, pari a 0.2mm 0.2 mm alla scala 1: m = 20 cm 0.2 mm alla scala 1: m 0.2 mm alla scala 1: m
9 Il contenuto delle carte Il contenuto delle carte varia al variare della scala di rappresentazione usualmente classificata in: 1:... 1: carte geografiche 1: : carte corografiche 1: :... carte topografiche Al diminuire della scala (es.: 1: : ) diminuisce la possibilità di rappresentazione in "vera grandezza" dei particolari (ridotta del fattore di scala), per i quali si farà uso di segni convenzionali Al diminuire della scala aumenterà la densità di particolari convenzionali es.: carregiata stradale in "vera grandezza" in scala 1:1 000 " " "convenzionale" in scala 1:
10 Contenuti principali: - reticolato idrografico e viario, reti elettriche principali, metanodotti ed oleodotti; funivie, teleferiche,... - abitazioni e costruzioni stabili,... - destinazioni di coltivazioni permanenti,... - sorgenti, miniere,... - confini comunali, provinciali, regionali, statali - vertici trigonometrici,... Le curve di livello hanno generalmente equidistanza (differenza di quota tra le isoipse) pari ad 1/1000 della scala (es.: 1: m)
11 COME SI POSSONO ACQUISIRE DATI PER CARTOGRAFIA DIGITALE? Rilievo tradizionale (Teodolite, livello) GPS (Global Positioning System) Rilievi fotogrammetrici Carte al tratto Ortofoto e Ortofotocarte DTM Dati geografici direttamente acquisiti in formato digitale (immagini digitali ottenute tramite telerilevamento) Dati digitalizzati da cartografia preesistente Dopo l'acquisizione i dati cartografici in formato digitale possono essere archiviati e gestiti attraverso una base di dati in un sistema informativo geografico
12 Strumenti e metodi per la digitalizzazione di carte esistenti: Digitalizzatori: permettono di tradurre in forma numerica le informazioni contenute in una carta tradizionale Digitalizzatori manuali: l'operatore "digitalizza" (segue con cursore) la linea oggetto la cui posizione viene registrata ad intervalli regolari di spazio e/o di tempo e/o a scelta dell'operatore memorizzazione vettoriale Digitalizzatori automatici a scansione: cursore munito di sensori allineati per colonna che esplora l'originale da digitalizzare per righe. Le dimensioni di righe e colonne forniscono la risoluzione espressa in "dpi" (digit per inch = punti per pollice ; 1 pollice=2.54 cm) che vanno dai 300 ai 9600 dpi e oltre. memorizzazione raster
13 La cartografia raster necessita di georeferenziazione, ossia di quelle informazioni atte alla localizzazione nello spazio oggetto dell' "immagine" utilizzata. Viene effettuata fornendo le coordinate nel sistema oggetto (ad esempio Gauss-Boaga o UTM) dei 4 spigoli dell'immagine (o informazioni equivalenti). Il produttore di cartografia numerica predispone tali informazioni in file allegato (Tif Tfw) che i programmi GIS leggono per georeferenziare in automatico.
14 Quali dati per l analisi del territorio? Descrizione del territorio attraverso: Carta Tecnica Regionale descrizione geometrica/tematica per la Regione Liguria raster vettoriale 1:5000 1:10000 scansione della cartografia al tratto curve di livello strade linee elettriche Digital Terrain Model descrizione geometrica Immagini aeree/satellitari alta risoluzione descrizione tematica Ortofotocarte descrizione planimetrica/tematica
15 Dati digitali I dati cartografici digitali che rappresentano informazioni spaziali possono essere organizzati secondo due diversi modelli di rappresentazione: RASTER e VETTORIALE Formato Vector Formato Raster digitalizzazione di cartografia telerilevamento o scansione di esistente cartografia esistente
16 Modelli di rappresentazione di dati raster dati memorizzati creando una griglia regolare in cui ad ogni cella (pixel) viene assegnato un valore alfanumerico attributo vettoriale dati geometrici memorizzati attraverso coordinate di punti significativi dell oggetto
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18 Vulcano El Misti, Perù meridionale Raster Vettoriale
19 Effetto di un ingrandimento: RASTER VETTORIALE
20 Memory consumption:
21 Vantaggi e svantaggi RASTER: - maggiore facilità e velocità di esecuzione di operazioni areali sui dati - non evidenzia le separazioni tra oggetti/temi -> perdita di precisione - elevata dimensione del file. VETTORIALE: - descrive il territorio come insieme di oggetti/temi ben distinti e definiti attraverso i loro contorni. - maggiore risoluzione a livello globale - costi di produzione notevolmente maggiori Interessante è la conoscenza del territorio attraverso informazioni diversificate per tipologia/tema ma pur sempre in formato raster (es. livello del territorio, separato dalla viabilità, separata dall idrografia e dall urbanizzato, )
22 Dati digitali I dati cartografici digitali che rappresentano informazioni spaziali possono essere descritti mediante due diversi modelli concettuali: campi ed entità Gli oggetti nella realtà possono essere descritti mediante: Dati DISCRETI: Dati CONTINUI: descritti mediante descritti mediante un campo uno o più coordinate (temperatura, elevazione, inquinamento) (punti, linee, poligoni) che può essere misurato in ogni punto
23 Modelli concettuali di dati: entità e campi CAMPI: oggetti definiti quasi ovunque nel dominio di interesse, molto spesso continui. (es: temperatura, pressione, quote.) ENTITA : oggetti discreti e discontinui, delimitati in modo preciso. es: edifici, aree amministrative, rete viaria. Sono rappresentati con modelli vettoriali, eventualmente topologici, e tabelle di attributi associate
24 Campo
25 Campo: raster
26 Campo: curve di livello
27 Entità
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29 Componenti dei dati nei GIS Dove sono gli oggetti Componente spaziale Qual'è la loro forma Quali interazioni sussistono fra di essi Componente semantica Attribuisce significato ai dati Componente statistica Quantifica il valore dei dati
30 Relazioni spaziali tra entità geografiche Relazioni di prossimità descrivono distanze in termini qualitativi o quantitativi Relazioni di direzione sono dipendenti dall'orientamento spaziale Relazioni topologiche sono indipendenti dall'orientamento spaziale
31 Esempi di relazioni spaziali tra entità TOPOLOGICHE b è interno a c a è connesso a c d è disgiunto da a f è sovrapposto a e VICINANZA a è vicino a b f è lontano da a DIREZIONALI g è a est di b d è a nord di g
32 Topologia E' la disciplina matematica che si occupa di connessione e adiacenza di punti e linee e che permette quindi di analizzare le relazioni spaziali fra dati geografici. Una struttura di dati topologica determina esattamente come e dove sono connessi punti e linee su di una carta numerica per mezzo di congiunzioni topologiche dette nodi. La teoria dei grafi è lo strumento utilizzabile per rendere consistente una carta numerica descritta per mezzo di primitive geometriche: qualsiasi aggiornamento della carta dovrà rispettare i vinvoli topologici imposti alle varie entità geografiche coinvolte. Un GIS si dice topologicamente strutturato se nel suo modello spaziale vengono esplicitamente registrate le relazioni topologiche fra gli oggetti descritti, e non solo la descrizione geometrica (coordinate) degli oggetti.
33 Primitive geometriche e topologiche Punti Nodi Linee, polilinee, boundary Archi (direzionali), circuiti chiusi di arco, bordi Aree Regione compresa tra uno o più cerchi, Volumi o da facce di un poliedro
34 Perché occorre la topologia Perché in molti casi la descrizione geometrica di un territorio non è sufficiente a garantire la consistenza dei dati, ossia che essi non siano in contraddizione tra di loro. Ad esempio se varia la scala nominale delle carte si possono venire a creare inconsistenze di questo tipo Nel processo di correzione della consistenza dei dati, detto editing, si verifica: - la chiusura dei perimetri dei poligoni; - che due linee non si intersechino se non in un nodo; - che due superfici non si sovrappongano; - che non ci siano linee doppie ; in quest'ultimo caso si creano poligoni sottili tra esse; - che non ci siano poligoni privi di codice a causa della mancata vettorializzazione del punto di identificazione del poligono, detto centroide, (senza il quale il poligono è solo il suo perimetro o boundary)
35 Componente semantica Attribuisce significato ai dati che rappresentano le entità geografiche Contiene descrizione ed interpretazione dei dati
36 Trasferimento dei dati GIS Quando si esegue un trasferimento di dati geografici, vanno rispettati due requisiti: Occorre formattare i dati in modo standardizzato e riconoscibile STANDARD DI TRASFERIMENTO DATI Occorre fornire informazioni sufficienti perché l utente possa giudicare se i dati gli sono davvero utili per i suoi scopi e hanno la qualità che li rende tali METADATI
37 Metadati I metadati sono un insieme strutturato di informazioni digitali relative a una determinata base di dati e preparato da chi ha creato la base stessa, allo scopo di: Consentire agli utilizzatori della base di dati di valutare l utilità dell informazione a disposizione per l applicazione di loro interesse; Fornire l opportuna documentazione nel caso di trasferimento di dati: in effetti, molti standard di trasferimento per dati spaziali richiedono elementi contenuti nei metadati; Servire come documentazione interna, eventualmente disponibile on-line, per registrare la provenienza e la catena di processamento dei dati.
38 Metadati
39 Interoperabilità Esistono diversi organismi internazionali preposti alla definizione di standard e specifiche per permettere la condivisione di dati e servizi: - Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) definisce gli standard a livello internazionale - Comitato Europeo (CEN) delibera come applicare gli standard ISO in ambito europeo. - Open Geospatial Consortium (OGC) sviluppa specifiche per l'interoperabilità dei sistemi geografici tramite i seguenti aspetti: i formati di dati e metadati e la standardizzazione del loro contenuto, l'ambiente di programmazione in cui viene sviluppato l'applicativo GIS, l'architettura per la fornitura di geoservizi. L'OGC adotta gli standard ISO ma al tempo stesso presenta all'iso nuove specifiche GIS al fine di farle diventare standard.
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41 Da maggio 2007 è in vigore INSPIRE (INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe) direttiva europea riguardante le infrastrutture di dati territoriali dei paesi europei, basata sui principi di interoperabilità transfrontaliera e condivisione dei dati geografici. In ambito italiano, è attivo il CISIS (Centro Interregionale per i Sistemi informatici, geografici e statistici) associazione tra le Regioni e le Province autonome costituita al fine di garantire un efficace coordinamento di strumenti informativi e geografici e di informazione statistica, nonché per assicurare il miglior raccordo tra le regioni, lo stato e gli enti locali.
42 Questa presentazione è 2015 Bianca Federici e Domenico Sguerso, disponibile come
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