Alveo KML connector. Uno strumento per la pubblicazione di dati geografici in Google Earth.

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1 Alveo KML connector Uno strumento per la pubblicazione di dati geografici in Google Earth. Autori Francesco Marucci, Claudio Zoppellari Settore GIS Cooperativa Alveo, Territorio e geoinformatica via Guerrazzi, , Bologna francesco.marucci@alveo.coop claudio.zoppellari@alveo.coop Abstract L'Alveo KML connector è un software sviluppato in linguaggio PHP che permette di pubblicare in formato KML cartografia vettoriale contenuta in un database Postgis. L'Alveo KML connector legge dati geografici contenuti in un database PostgreSQL, supportato dall'estensione geografica Postgis ed espone i dati come servizio Web, accessibile secondo lo standard OGC-KML. L'Alveo KML connector viene distribuito gratuitamente con licenza CC GNU-GPL, secondo i principi dell'open Source. Questa presentazione si propone di mettere in evidenza il ruolo fondamentale del database geografico Postgis che è alla base dell'applicazione e di alcuni TAG del formato KML. Contesto La cooperativa Alveo è una piccola società di Bologna che da più di dieci anni lavora nel settore dei Sistemi Informativi Geografici (GIS), guadagnando molta esperienza nell'acquisizione (periodo ), nel trattamento (periodo ) e nella diffusione (periodo ) di dati con componente geografica. Questi ultimi anni di esperienza professionale sono stati dedicati principalmente alla distribuzione in rete dei dati e l 'Alveo KML connector è frutto di questa esperienza: è basato su un database geografico PostgreSQL, supportato dalla libreria di funzioni geografiche Postgis. L'Alveo KML connector crea il link tra una tabella geografica contenuta nel database e la sua pubblicazione in Google Earth.

2 Informazione geografica Con il termine informazione geografica si intende tutta la serie di dati che abbiano una componente geografica, ovvero un riferimento diretto ad elementi (reali o fittizi) del territorio. Questa componente rappresenta la posizione dell'elemento sul territorio, in un sistema di riferimento assoluto o semi-assoluto. La posizione geografica viene rappresentata da una coppia di coordinate nel caso in cui si tratti di un elemento del territorio che può essere considerato puntuale, da una serie di coppie di coordinate nel caso di rappresentazione di un elemento lineare e da una serie di coppie di coordinate dove la prima e l'ultima coincidono, nel caso della rappresentazione di un'area. Questa tipologia di dati geografici viene definita vettoriale, e i dati vengono immagazzinati in formato digitale come una serie di coppie di coordinate, strutturate in forma diversa in funzione della primitiva (punto, linea, poligono). Database geografico Esistono diversi modi per immagazzinare dati geografici. Storicamente, sono stati sviluppati diversi formati di file binari. Negli ultimi tempi ha preso piede l'utilizzo di sistemi di server database, anche per l'archiviazione di dati geografici. I vantaggi sono evidenti: centralizzazione delle informazioni, accessibilità multi-utente, ed utilizzo di SQL standard per l'inserimento, il trattamento e l'esposizione. PostgreSQL si propone come leader in questo senso, soprattutto nel campo dell'informazione geografica grazie all'estensione chiamata Postgis, che offre un sistema di immagazzinamento di dati geografici vettoriali, definendo un tipo di campo chiamato geometry. Inoltre Postgis contiene una serie di funzioni standard per l'inserimento, il trattamento e l'analisi dei dati, chiamate funzioni spaziali, che rendono il database PostgreSQL come base solida per la costruzione di un sistema GIS completo. Requisiti Il mondo dell'informazione geografica viene definito come un ambiente ibrido : già la definizione contiene due concetti, geografia ed informatica, due discipline che da sole possono essere considerate delle scienze. I campi di applicazione, poi, dei GIS sono talmente vari e diversificati, da rendere molto difficile la definizione di un profilo professionale unico. Gli operatori del settore, dunque, molto spesso provengono da formazioni accademiche e professionali piuttosto varie, nelle quali la componente informatica viene spesso lasciata all'autoapprendimento. Questo fenomeno si riscontra soprattutto nella pubblica amministrazione e ovviamente produce personale che dal punto di vista informatico non raggiunge livelli di ambiti puramente informatici. Per questi motivi, la cooperativa Alveo, dopo anni di esperienza in questo settore, ha sentito l'esigenza di sviluppare un software per la distribuzione via WEB di dati geografici che non fosse solamente Open Source, ma soprattutto fosse semplice da usare ma anche facilmente personalizzabile. Il linguaggio PHP, essendo un linguaggio di scripting, possiede le caratteristiche che l'alveo cercava: facilità e semplicità con cui si può scrivere il codice, con cui si può imparare e con cui

3 si può leggere e capire come funziona. Il linguaggio PHP non ha bisogno di essere compilato, e questo lo rende estremamente versatile e facile da usare. Secondo dati del 2005 (alcune ere informatiche fa), il 50% dei server sulla rete mondiale utilizza il PHP come linguaggio per la realizzazione di pagine WEB dinamiche. Il software Google Earth è in grado di visualizzare cartografia vettoriale mediante il formato KML (Keyhole Markup Language), uno specifico formato XML ottimizzato per lo scambio di dati geografici. L'Alveo KML connector permette di esporre una tabella geografica contenuta in un database PostgreSQL con l'estensione Postgis, per la pubblicazione in Google Earth via Internet, senza necessità di esportare i dati su file. Funzionamento Il cuore dell'applicazione è costituito da un file PHP e da un file XML di configurazione. Il file PHP deve essere installato su un server WEB abilitato al supporto di PHP. Il server WEB deve, inoltre, avere la visibilità verso un database PostgreSQL + Postgis. Il file di configurazione, debitamente compilato dall'amministratore del sistema, contiene le informazioni dei layer (tabelle geografiche) da pubblicare e le relative informazioni di vestizione della mappa. Per ridurre la quantità di informazioni trasferite attraverso la rete, l'alveo KML connector effettua una semplificazione orizzontale ed una verticale dei dati: la semplificazione orizzontale viene esplicitata mediante il sistema del tiling, mentre quella verticale generando solo su richiesta diversi livelli di generalizzazione delle coppie di coordinate per diverse scale o livelli di zoom. A tal fine l'alveo KML connector sfrutta diverse caratteristiche del formato KML ed alcune funzioni del Postgis. Il linguaggio KML contiene i tag LOD, Region e Networklink che permettono di definire delle aree (Region) che vengono visualizzate solo ad un certo livello di zoom (LOD, Level Of Detail) e che richiamano dei link. La struttura KML generata gestisce quindi la visualizzazione della cartografia in Google Earth richiamando solamente i tiles interamente contenuti nella finestra di visualizzazione ed il livello di maggior dettaglio solamente quando l'utente lo richieda (zoom in). Questo tipo di struttura genera una sorta di piramide che garantisce una richiesta di vertici il più' possibile costante per ogni livello di scala, rendendo la navigazione in Google Earth il più possibile fluida ed indipendente dalla velocità di connessione ad Internet. I vantaggi di questo tipo di approccio per la generazione di un KML sono principalmente due: totale assenza di pre-processing dei dai cartografici da pubblicare: vengono infatti esposti i dati originali direttamente dal database, senza la necessità di duplicare uno strato in un diverso sistema di riferimento, livello di dettaglio o formato; l'ottimizzazione delle performances della navigazione in Google Earth, anche per connessioni alla rete non velocissime.

4 L'Alveo KML connector utilizza le funzioni spaziali del Postgis per tagliare le entità poligonali in una serie di tiles in funzione del livello di scala. Le entità vengono poi semplificate con la funzione SnapToGrid ed eventualmente ri-proiettate nel caso in cui le primitive non siano state immagazzinate nel sistema di riferimento nativo di Google Earth (coordinate geografiche, WGS84). Il disegno seguente rappresenta tre livelli di Zoom di una navigazione effettuata da un client di GE. Nel primo, a scala minore, nella finestra della mappa (rettangolo verde) vengono visualizzata l'intera estensione delle entità geografiche (limiti in rosso). La griglia in grigio viene costruita dal KML connector ed utilizzata per tagliare le entità e generare le Regions. Le entità sono state semplificate con un fattore di generalizzazione elevato. Nel secondo livello l'utente ha effettuato un ingrandimento (operazione di Zoom In); l'estensione geografica rappresentata nella finestra della mappa (in verde) si è ridotta del quadrato, GE ha caricato un layer nuovo generato con un fattore di generalizzazione minore rispetto al Livello 1, e le celle della nova griglia caricate sono solamente quell in grigio scuro, mentre le entità relative alle celle in grigio chiaro non vengono richieste al server. Ricorsivamente questo sistema si ripete anche per il Livello 3, assicurando un incremento del dettaglio della mappa, mantenendo costante la quantità di dati (numero di coppie di coordinate) che vengono richiesti al server. Livello 1 Livello 2 Livello 3

5 Sviluppi futuri Aspetto importante di questo progetto è la caratteristica Open Source che si è voluta attribuire al codice. Ma il termine Open Source non è solo sinonimo di gratuito. Le potenzialità di un progetto Open Source vanno aldilà dell'utilizzo gratuito di un software. La diffusione gratuita fa si che uno strumento venga ampiamente utilizzato in molteplici ambiti e quindi testato a fondo e l'apertura del codice permette ad una comunità di sviluppatori di contribuire al suo miglioramento, ampliamento e documentazione. In questo caso l'alveo KML connector ha pochi giorni di vita ed ancora non si è creato una vera comunità di utenti e sviluppatori, ma la sua utilità e facilità di uso gli attribuisce una presunzione di diventare con il tempo un vero e proprio progetto Open Source, supportato da una comunità di utenti che oltre che da una cerchia di sviluppatori che apportino nuove idee e funzionalità. Esempi Nell'esempio seguente vengono rappresentati due livelli di scala (immagine 1 e immagine 3) nei quali è possibile percepire le differenze di semplificazione della cartografia (immagine 2). Immagine 1: a questo livello di zoom è possibile visualizzare la griglia utilizzata per tagliare le entità geografiche; GE carica le entità relative alle sole celle presenti nella finestra della mappa.

6 Immagine 2: l'utente ha effettuato un ingrandimento della mappa (Zoom In) e GE è in procinto di cambiare il livello di minor dettaglio con il livello di maggior dettaglio; nel caso specifico vengono visualizzati i due diversi layers generati con due diversi fattori di generalizzazione. Immagine 3: a questo livello di zoom i dati con maggior dettaglio hanno una estensione territoriale minore e viene caricato un numero minore di entità geografiche. Riferimenti Sito dell'applicazione: Wikipedia su GIS: Documentazione PostGIS: Documentazione KML: Sito PHP: