ANALISI SPAZIALI PER LA COSTRUZIONE DEI QUADRI AMBIENTALI

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1 Programma Operativo Nazionale Governance e Azioni di sistema (PON GAS) ASSE E - Capacità istituzionale, Obiettivo specifico 5.5 Rafforzare ed integrare il sistema di governance ambientale Azione 7.B - Azioni di supporto ai processi di VAS e ai procedimenti di VIA ANALISI SPAZIALI PER LA COSTRUZIONE DEI QUADRI AMBIENTALI 27 settembre 2012 Bari Dott.ssa Tania Luti

2 Gestione, elaborazione e analisi dei dati

3 1. Sistema informativo territoriale 2. Cosa èun GIS 3. Possibili applicazioni di un GIS 4. Componenti di un GIS Hardware Software Procedure applicative Banca dati Componente umana 6. Funzionalità di un GIS Acquisizione dati Pre-elaborazione Gestione di banche dati Analisi spaziale Query Riclassificazioni ed aggregazioni Sovrapposizione (overlay) Aree di rispetto (buffer) Analisi su dati raster Interpolazioni Visualizzazione dei prodotti prodotti 7. Progettazione e casi studio 5. Modello dei dati Le strutture di dati geografici Dati vettoriali Dati raster Confronto vettoriali e dati raster Tipi di dati

4 Analisi spaziale Acquisizione di dati Pre - elaborazioni Gestione di banche dati Generazione di prodotti Attività che prevedono la raccolta, la predisposizione e l acquisizione di informazioni geografiche Attività che prepara il software GIS all elaborazione vera e propria e che consiste nella conversione dei formati, nella ricerca e correzione degli errori e nelle trasformazioni Attività che prevede il controllo di tutte le operazioni di ccesso, aggiornamento, estrazione e inserimento dei dati

5 Analisi spaziale Una analisi si dice spaziale se i suoi risultati dipendono dalla localizzazione geografica degli oggetti, ovvero se cambiano al variare di posizione, forma e dimensione dei suoi dati di input Le capacità di analisi sono l'aspetto più caratterizzante di un sistema GIS, ma anche il più complesso da utilizzare in modo corretto. Sono l'elemento che rende il GIS un vero strumento di supporto alle decisioni, in quanto tali funzioni consentono il confronto e la sintesi di grosse quantità dati, mentre le funzioni di simulazione consentono di effettuare stime su andamenti futuri di uno o più fenomeni complessi L'analisi spaziale fa emergere relazioni già presenti nella base dati cartografica in forma implicita, ma difficili da percepire compiutamente con la sola osservazione del dato

6 ACQUISIZIONE DEI DATI Ogni dato è caratterizzato da proprietà: Geografiche = localizzazione e forma Tematiche = descrizione di suoi attributi Temporale = momento di acquisizione dei dati Questi tre modi di rappresentare oggetti e fenomeni sono espressi dal modello dei dati che considera anche le fonti e le modalità di acquisizione Fonti e modalità definiscono intrinsecamente la qualità del dato Acquisizione dei dati Il dato può essere acquisito in svariati modi: 1. Acquisizione dati da basi informative già esistenti 2. Acquisizione di dati da cartografia 3. Rilievo di campagna (stazione totale o GPS) 4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento

7 ACQUISIZIONE DEI DATI 1. Acquisizione dati da basi informative già esistenti E opportuno considerare i seguenti punti a. Compatibilità con il sistema di coordinate di riferimento b. Formato dei dati c. Fonte di acquisizione (cartografia, rilievi, ecc.) d. Componenti di qualità e. Copertura geografica f. Modello fisico dei dati g. Prezzi e limitazioni d uso

8 ACQUISIZIONE DEI DATI 3. Rilievo di campagna Di solito viene utilizzato cioè per acquisire dati estremamente precisi in relazione a determinate aree di territorio, o per validare i dati di una carta e stimare l accuratezza della carta

9 ACQUISIZIONE DEI DATI 4. Acquisizione con tecniche di telerilevamento La fotogrammetria è la tecnica più usata per la produzione cartografica tradizionale ed è sempre più usata anche per la produzione cartografica numerica. Tecniche di telerilevamento da aereo o da satelliti ad alta definizione

10 Possibili applicazioni Pianificazione territoriale Gestione di reti tecnologiche Monitoraggio ambientale Salvaguardia dei beni culturali Simulazione del traffico Piani di disinquinamento Cartografie tematiche Cartografie geologiche Cartografie sismiche Cartografie di uso del suolo Piani regolatori urbanistici Gestione di pratiche catastali Studi di impatto ambientale Gestione del patrimonio edilizio Controllo della produzione agricola Marketing territoriale Analisi socio-economiche Analisi della domanda dei servizi Ottimizzazione trasporti Studio di percorsi turistici...

11 PRE - ELABORAZIONI DEI DATI Attività che prepara all analisi vera e propria e che consiste nella conversione dei formati, nella ricerca e correzione degli errori e nelle trasformazioni. Nella maggior parte dei casi, la forma digitale creata nella fase di input non è al 100% compatibile con il progetto GIS. Per esempio una strada o un indirizzo deve essere geocodificato e l immagine georeferenziata rispetto al sistema di coordinate (Gauss-Boaga, UTM, etc.) specifico del progetto. Il software GIS può aiutare ad effettuare tali trasformazioni relativamente ai propri dati e integrare le informazioni nel proprio sistema GIS.

12 La scala Il concetto di scala sembra superato in cartografia numerica perché è possibile visualizzare/stampare con qualunque ingrandimento, dato che le coordinate sono assolute. In realtà la scala dipende dalla precisione delle coordinate. Scala nominale: scala a cui la stampa della carta ha gli stessi requisiti metrici della carta tradizionale (precisione errore di graficismo 0.1 mm). Può essere definita come il rapporto tra una distanza lineare misurata sulla carta (in piano) e la corrispondente distanza reale sulla terra (superficie curva). Es: 1: cm (misurato sulla carta) = cm (nella realtà) 1 cm = 100 m Il passaggio da una scala maggiore ad una minore (carte derivate) non può essere semplicemente una operazione grafica. Entrano in gioco una serie di procedimenti complessi che intervengono su qualità e quantità delle informazioni trasmesse semplificazione generalizzazione sfollamento

13 1 cm 1: cm 2 sulla carta = 1 ha sul terreno

14 100 m 0.4 cm 1: cm 2 sulla carta = 6,25 ha sul terreno

15 ANALISI E PROCESSAMENTO La procedura di analisi prevede: un obiettivo da raggiungere e la chiarezza di quali strumenti debbano essere utilizzati per raggiungerlo. i dati grafici necessari ed un corredo di attributi ad essi Connessi. l applicazione dei calcoli e ricerche previste in fase di impostazione dell analisi. la valutazione e l interpretazione dei risultati.

16 ANALISI SPAZIALI MISURAZIONI calcolare lunghezze, perimetri, misurare un area sulla mappa, o misurare due aree sovrapposte su due o più mappe FUNZIONI DI RICERCA (QUERY): estrazione di un sottoinsieme di dati Query di soli attributi Query di dati spaziali combinati con attributi SOVRAPPOSIZIONE DI STRATI (OVERLAY): sovrapposizione di strati (layer) che esprimono caratteristiche geografiche diverse Confronto visivo Costruzione di un nuovo strato che contiene tutte le caratteristiche degli strati di partenza BUFFERING: Creazione grafica di una zona di interesse (buffer) attorno ad un determinato elemento CALCOLO: Espressione semplice (ad esempio nuovoatt = a1 * a3 + a5), classificazione, riclassificazione degli attributi degli elementi impiegata soprattutto in ambiente raster INTERPOLAZIONE SPAZIALE: Stima dei valori relativi ad elementi non censiti nell area di riferimento

17 Misurazioni Distanza Perimetri Aree

18 Interrogazioni (queryng) - Ricerca di dati che soddisfano determinati criteri - Può essere effettuata tanto su dati vettoriali quanto su dati raster - Può essere basata su proprietà geometriche o su attributi Le query possono essere classificate in tre categorie fondamentali: Query tematica (sugli attributi) Query spaziale: in una query spaziale si ha che le condizioni sono relative a proprietà e relazioni spaziali; Multiple

19 Query tematica Operazione di interrogazione sulla componente tematica del dato, ovvero gli attributi Elenco dei campi della tabella Valori ammissibili per un dato campo Operatori Espressione della query Record selezionati

20 Query spaziale La selezione può avvenire fondamentalmente secondo cinque criteri, che individuano altrettanti tipi di query spaziali 1.selezione attraverso puntatore 2.selezione sulla base della distanza 3.selezione sulla base di elementi che contengono 4.selezione sulla base di elementi contenuti 5.selezione sulla base di elementi che si intersecano Le query spaziali basate sui quattro criteri 2, 3, 4 e 5 vengono effettuate utilizzando particolari operatori, detti geo-relazionali, che sono contemplati nei geodbms

21 Query spaziale Un caso è quello dell intersezione (intersect). In questo modo si selezionano tutti quegli elementi lineari o areali che intersecano elementi lineari o areali di un layer di riferimento Dato un elemento areale, si vogliono selezionare gli elementi in esso contenuti. Partendo da un elemento dato (puntuale, lineare o areale), questa operazione consente di identificare l elemento areale che lo contiene.

22 Esempi di query spaziali 1.Quali e quanti edifici all'interno del Comune di Lastra a Signa intersecano zone a pericolosità per frana estremamente elevata; 2.Selezionare tutte le strade asfaltate che attraversano corsi d'acqua; 3.Nel contesto del monitoraggio del rischio idraulico, selezionare quali edifici si trovano entro 10 m da un corso d'acqua; 4.selezionare tutte quelle particelle che hanno al loro interno pozzi ad uso domestico; 5.Localizzare i pozzi, sia pubblici, sia privati, che si trovano in zone dove la vulnerabilità della falda è molto alta.

23 Overlay Dalla sovrapposizione di oggetti geografici si può generare una nuova carta che sintetizza elementi grafici e attributi ricavati dai dati di partenza. Le operazioni di overlay possono essere condotte sia su vector che su raster. Sovrapponendo due raster se ne genera uno nuovo i cui valori dei pixel sono ricavati dai valori dei corrispondenti pixel (di posizione omologa) dei raster di partenza. Si possono utilizzare anche tre o più raster. Il valore del pixel viene ricavato con operazioni di somma, differenza, ecc.

24 Overlay vettoriale Sovrapposizione di un layer poligonale con un secondo layer vettoriale Il layer di output contiene entità geografiche ottenute applicando operazioni insiemistiche sugli elementi dei due insiemi Intersezione Clip Unione Dissolve Il layer di output contiene in genere tutti gli attributi delle due entità geografiche che hanno generato l'entità geografica di risultato Nel caso di intersezione, si può decidere quali entità tenere nel risultato: Le sole entità contenute sia nel primo che nel secondo layer Le sole entità contenute nel layer tagliato (ovvero IN) anche se non sovrapposte Tutte le entità, anche le parti che non sono sovrapposte, di entrambe di layer

25 Overlay vettoriale

26 Overlay vettoriale Nel caso di geometrie non intersecate o di unione alcuni attributi del risultato saranno nulli

27 Buffering Un buffer è il luogo geometrico dei punti che stanno entro una certa distanza dalla geometria scelta Per poter analizzare il territorio intorno ad un determinato oggetto geografico si utilizzano le funzioni che generano aree di rispetto, dette buffer. Nella pratica cosa succede: Intorno ad un oggetto geografico (rappresentato tramite un punto, una linea o un poligono) la funzione genera sulla base di una distanza predefinita, un area poligonale La costruzione di un buffer produce un nuovo dataset poligonale in cui un nuovo perimetro è tracciato ad una distanza specifica intorno ad oggetti appartenti ad un layer

28 Buffering

29 Esempio di buffering Ad esempio l area intorno ad una discarica, per una distanza definita per legge, non può essere edificata. Ipotizzato un certo sito è possibile generare un area di buffer di distanza predefinita e verificare con una successiva operazione di overlay che all interno di essa non ricadano edifici o aree naturalistiche protette. Una volta creata la fascia di rispetto che sia intorno ad un punto, linea o poligono, il risultato è sempre un livello informativo di tipo poligonale, che può essere utilizzato per successive analisi

30 Calcolo Riclassificazioni ed aggregazioni La funzione di riclassificazione consiste nel generare un nuovo attributo descrittivo partendo da un attributo o da più attributi già esistenti La funzione di aggregazione consiste nell aggregare più dati attributo eliminando le linee di separazione e generando quindi un nuovo attributo

31 Calcolo su dato raster Operatore locale in cui il valore delle celle del raster risultato è espresso come una formula dei valori delle celle con la stessa posizione nei layer di ingresso: I layer di ingresso devono coprire la stessa area, avere la stessa risoluzione e la stessa origine -> le celle coinvolte nel calcolo devono essere sovrapposte perfettamente

32 DEM, DTM, Modello digitale del terreno DEM: superficie che rappresenta l elevazione del territorio e si ottiene attraverso interpolazione da un numero di punti di elevazione nota. nel DEM (Digital Elevation Model) ogni cella porta dentro di sé il valore numerico relativo alla quota media all interno dell area coperta dalla cella stessa la dimensione della cella è definita come risoluzione del DEM Si crea a partire da mappe esistenti da curve di livello da punti quotati con metodi manuali o automatici da foto aeree Attraverso stereo restituzione Risoluzione 1m Risoluzione 100m

33 Esempi di prodotti derivabili da un DTM Pendenza ed esposizione: sono operatori che calcolano la pendenza locale di ogni cella e l'esposizione, ovvero la direzione prevalente in cui la cella è orientata di norma fanno uso della cella soggetta a calcolo e delle celle circostanti calcoli di altezza calcoli di volumi rappresentazioni del territorio in 3D analisi di visibilità delimitazione di bacini Il modello digitale del terreno trova applicazione in numerosi casi: progettazione di strade, dighe, cave architettura del paesaggio, specialmente nell analisi di visibilità per determinare l impatto ambientale di certe opere.

34 Pendenza DEM Esposizione

35 Interpolazione Stima dei valori intermedi di una funzione a partire da valori noti, ad esempio stima dei valori di un campo a partire da un rilievo dello stesso su punti sparsi L'interpolazione è un procedimento sensato se i dati sono correlati, ovvero se vale la prima legge della geografia (Legge di Tobler): tutto è correlato, ma oggetti vicini sono più correlati di oggetti lontani.

36 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. Si tratta dei prodotti finali, i cosiddetti output che comprendono: Interfaccia utente Report Carte Grafici che potranno essere restituiti sia in formato cartaceo che in formato digitale

37 FUNZIONI DI VISUALIZZAZIONE E PRESENTAZIONE DEI DATI a) Rappresentazione grafico-numerica. E ovviamente l elemento centrale della carta, che sintetizza graficamente il contenuto informativo del sistema (elementi grafici ed attributi). b) 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. c) Cornice cartografica. Si tratta di elementi di inquadramento topo - cartografico e di riferimento spazio-dimensionale; fra questi occore ricordare in particolare la scala. d) 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.

38 PROGETTARE UNA ANALISI SPAZIALE 1) Stabilire gli obiettivi dell'analisi e i criteri 2) Preparare i dati per le operazioni di analisi spaziale (formati, generalizzazione, ecc.) 3) Eseguire le operazioni spaziali 4) Preparare i dati derivati per l'analisi tabellare 5) Eseguire l'analisi sui dati tabellari 6) Valutare e interpretare i risultati 7) Rifinire l'analisi se necessario 8) Produrre le mappe e le tabelle che rappresentano il risultato finale. Spesso questo ciclo viene seguito da almeno due persone, un esperto di dominio, e un esperto di tecnologia GIS e informatica. Le differenze culturali fra chi conosce il dominio e gli obiettivi e chi fa uso del GIS sono spesso tali da creare incomprensioni a livello di specifica requisiti (punto 1) e quindi aumentano il numero di cicli di feedback (e quindi tempi e costi).

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