Proiezioni e georeferenziazioni

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DELLA BASILICATA Sede di Matera Architettura/PAVU Proiezioni e georeferenziazioni Ing. Ph.D. Silvano F. Dal Sasso Dipartimento delle Culture Europee e del Mediterraneo: Architettura, Ambiente, Patrimoni Culturali (DiCEM) mail: silvano.dalsasso@gmail.com

2 Indice degli argomenti Introduzione ai GIS Cenni di cartografia Sistemi di riferimento Sistemi di coordinate Georeferenziazione

3 Gis funzionalità e obiettivi GIS, acronimo di Sistema Informativo Geografico (Geographical Information System), rappresenta un sistema informativo computerizzato che permette di visualizzare, interrogare, modificare carte, creare stampe ed effettuare analisi spaziali Punti di interesse rete stradale uso del suolo DTM mondo reale I GIS sono utili come supporto alla pianificazione, alla gestione del territorio con applicazioni in urbanistica, geologia, archeologia e ambiente.

4 Elementi del Gis Geographic Elementi (oggetti) per i quali è possibile stabilire una posizione sulla superficie terrestre Information È in grado di gestire dati contenuti all interno degli oggetti geografici e di produrne altri mediante operazioni spaziali System Integrazione di numerosi elementi: Dati Hw e Sw per l elaborazione dei dati Utenti

5 Un po di storia I primi tentativi di raccolta, gestione e manipolazione di dati geografici sono riconducibili ad esigenze di tipo esplorativo, economico, militare, catastale Negli anni 60 in Canada viene realizzato il primo Sistema Informativo finalizzato alla cartografazione e valutazione dell uso del suolo del Paese (1 GB). 3. Negli anni 80 e 90 il computer e internet favoriscono la diffusione dell informazione geografica Applicazioni GeoSpatial (Google, 10 PB) - Google Earth (2004) - Google Maps (2005) - Open Street Map (500 GB)

6 Sistemi di riferimento superficie di riferimento + sistema di coordinate = sistema di riferimento

7 Il Geoide ll geoide non è una superficie matematicamente trattabile ma possiede la caratteristica di essere fisicamente individuabile è pertanto è stato utilizzato in Topografia a Cartografia come superficie di riferimento per l altimetria (quota ortometrica o geodetica)

8 Ellissoide di rotazione

9 Ellissoide di rotazione

10 Altimetria e geoide

11 Sistemi di proiezione Bessel (1841): cartografia IGM Roma ante-1940 e catastale Hayford (1909): ellissoide internazionale, orientamento forte Monte Mario (cartografia ufficiale italiana) European Datum 1950: ellissoide internazionale, orientamento debole World Geodetic System 1984: ellissoide internazionale geocentrico.

12 Le trasformazioni di coordinate trasformate di Helmert

13 Le trasformazioni di coordinate PROJ.4 librerie dedicate per trasformazioni cartografiche su GIS Open Source

14 I sistemi di proiezione

15 I sistemi di proiezione

16 I sistemi di proiezione

17 I sistemi di proiezione

18 I sistemi di proiezione cilindriche

19 Il database EPSG L' EPSG è un set di parametri geodetici (database degli ellissoidi terrestri, datum geodetici, sistemi di coordinate geografiche e proiettate e unità di misura) compilati e distribuiti dall organizzazione scientifica European Petroleum Survey Group WGS84 per i dati GPS e Google Earth 3857 WGS84 pseudo Mercator (Google Maps)

20 Georeferenziazione Insieme di procedure che permettono di posizionare sia dati vettoriali che raster nella rispettiva zona del territorio reale secondo un sistema di riferimento. Per georiferire una mappa sono necessari i punti di controllo a terra (GCP) a coordinate note e coincidenti con una determinata locazione di cella (riga, colonna) e la successiva operazione di trasformazione A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

21 Georeferenziazione La georeferenziazione di una carta è un processo che si realizza mediante due passaggi fondamentali: 1) scelta dei Ground Control Point (GCP) e imputazione coordinate in modalità testuale o grafica. 2) trasformazione geometrica tra sistema immagine e sistema oggetto di riferimento 3) Ricampionamento per attribuzione valore radiometrico a singolo pixel 4) Verifica della qualità del risultato mediante strumenti statistici A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

22 Definizione dei GCP a coordinate note (misure GPS, cartografie topografiche, punti fiduciali..) punti rimasti invariati nel tempo, ancora esistenti e riconoscibili (strade, incroci, palazzi storici..) Il numero di GCP dipende dall ordine della trasformazione che si intende utilizzare e dal grado di precisione che si vuole ottenere. A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

23 Trasformazione geometrica Si tratta delle tradizionali trasformazioni piane che fanno corrispondere biunivocamente un insieme di punti ad un altro insieme di punti realizzando così il passaggio dal sistema (o, x, y) al sistema (O, X, Y). Trasformazione conforme: lineare (traslazione e scalatura) almeno 2 punti doppi Helmert (rototraslazione e scalatura). Trasformazione affine: Polinomiale (2 e 3 ordine) almeno 3 punti doppi Thin plate spline (TPS) utili in caso di cartografia con ampie deformazioni A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

24 Ricampionamento Riempimento di una matrice vuota di pixel disposta nel sistema OXY, assegnando un valore radiometrico ad ogni suo pixel, sulla base dell applicazione dei parametri della trasformazione calcolati e di algoritmi di interpolazione 1) Vicino al più prossimo (1 pixel) 3) Cubico (16 pixel) 2) Lineare (4 pixel) A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

25 Valutazione qualità di trasformazione I parametri statistici di valutazione della qualità di una trasformazione di norma consistono in: Calcolo residui sui GCP nelle due coordinate planimetriche; scarto quadratico medio; errore normalizzato. Individuazione di GCP di verifica (CP-Check Point), non inseriti nelle equazioni di trasformazione, da utilizzare il calcolo dei residui. A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

26 UNIVERSITA DEGLI STUDI DELLA BASILICATA Sede di Matera - Architettura Modelli di dati, open data e geoportali Prof. Salvatore Manfreda Ing. Ph.D. Silvano F. Dal Sasso

27 Indice degli argomenti Modelli di dati Diffusione informazione geografica (Direttiva INSPIRE) Internet e i GIS (network services) Open Data (geodati e geoportali) I software Open Source Il progetto QGIS A.A CORSO 2018/2019 DI IDRAULICA E PAESAGGIO/ECOIDROLOGIA Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

28 Modello vettoriale Tipologie di modello di dati Il modello di dati vettoriale è un astrazione del mondo reale nella quale gli elementi geografici sono rappresentati sotto forma di punti, linee e poligoni Modello raster L'oggetto file raster è composto di oggetti primitivi minori: i PIXEL, di forma quadrata, disposti su righe e fila regolari, il grigliato

29 Elementi del dato raster L'oggetto file raster è composto di oggetti primitivi minori: i PIXEL, di forma quadrata, disposti su righe e fila regolari, il grigliato Ogni pixel ha 1 attributo (numerico) DEM Corine Land Cover (2000) risoluzione spaziale: è data dal numero di pixel contenuti nell'unità di misura considerata (pollice); nel vettoriale è equiparabile alla distanza che intercorre tra due vertici di una spezzata

30 L'oggetto file vettoriale contiene 1 o più oggetti che sono sempre primitive geometriche semplici (punti, linee) e complesse (poligoni) attributo geometrico: -coordinate x, y, (z) del punto -coordinate x, y, (z) dei punti di inizio e fine di una linea aperta o chiusa attributo topologico regole per definire le relazioni tra gli elementi (direzione/verso, intersezione, adiacenza...) attributo grafico: colore, spessore... Elementi del dato vettoriale attributo alfanumerico: informazione descrittiva (area, perimetro..) Area Perimeter Coltivazione 18310, ,650 Seminativo 34386, ,437 Frutteto

31 Acquisizione dei dati Fonte delle informazioni cartografiche digitali: vettoriale: digitalizzazione da cartografia tradizionale, da rilievi di campo, dai CAD, dai GPS (Global Positioning System) raster: dati geografici direttamente acquisiti in formato digitale da aereo o satellite o generati da scanner database geografico (geodatabase) sistema di archiviazione evoluto che permette la gestione di grandi e complesse quantità di dati Copyright

32 Tipi e formati di dati (librerie GDAL/OGR) Vettoriale database shapefile ESRI MapInfo GML KML GPX... dbf mdb txt asc csv tripletta: raster.shp - conserva le geometrie.shx - conserva l'indice delle geometrie.dbf - il database degli attributi Arc/Info Binary Grid Arc/Info ASCII Grid GRASS Raster GeoTIFF JPEG ECW Spatial Data Transfer Standard Grids USGS ASCII DEM Erdas Imagine...

33 Spatial Database Proprietari: Oracle, MS SQL Server, IBM DB2, Informix, ArcSDE ed ESRI GeoDatabase Open source: PostGIS, MySQL e SpatiaLite Vantaggi sono molto efficienti e veloci sono robusti ed affidabili possono contenere centinaia di layers in un unico repository centralizzato capacità autonoma di supportare complesse elaborazioni spaziali mediante linguaggio SQL

34 Raster o vettoriale? In un moderno sistema GIS i dati vettoriali e i dati raster coesistono e si integrano a vicenda al fine di aumentare la capacità di analisi Vettoriale volume di dati relativamente basso visualizzazione più rapida memorizzazione degli attributi Raster occupazione di memoria visualizzazione più lenta non ha informazioni di attributo E possibile effettuare conversioni da formato vettoriale a quello raster e viceversa attraverso opportuni algoritmi

35 Operazioni di geoprocessing Le operazioni di editing che consentono di controllare, correggere, modificare ed aggiornare le informazioni geometriche e di attributo contenute nel GIS Le operazioni spaziali possono essere applicate su modelli di dati vettoriali/raster e consistono nella creazione di un nuovi strati informativi map overlay: sovrapposizione di diversi strati di informazioni per la costuzione di nuove tematiche o di analisi geografiche complesse map algebra: linguaggio computazionale ad alto livello progettato per l'analisi spaziale cartografica di dati raster

36 La rappresentazione grafica (layout) Il layout è il prodotto grafico finale di un progetto GIS e deve contenere le informazioni più importanti secondo una struttura comunicativa e gradevole alla vista Gli elementi ricorrenti sono: titolo, legenda, scala grafica, inserti, bordo...

37 GIS e Internet Le informazioni geografiche sono ormai in gran parte disponibili su Internet. Oggi è infatti possibile consultare e condividere in rete una grande quantità di informazioni L Open Geospatial Consortium è un consorzio internazionale composto da enti (aziende, agenzie governative, università,...) che collaborano ad un processo consensuale e volontario per sviluppare interfacce standard e fruibili per chiunque

38 Direttiva INSPIRE (2007/2/EC) La Direttiva europea INSPIRE (INfrastructure for SPatial Information in Europe) prevede che ogni Stato europeo metta a disposizione i suoi dati geografici attraverso una Infrastruttura di Dati Territoriali nazionali. Obiettivi: Armonizzare e condividere le informazioni territoriali dell Unione Europea, confrontare i dati spaziali di diversi Paesi, mescolarli ed analizzarli. Infrastruttura di Dati Territoriali nazionali: Insieme di relazioni istituzionali tra Enti che dialogano e si accordano per condividere le informazioni...

39 Attuazione Direttiva INSPIRE Fasi di attuazione: fase preparatoria ( ) fase di trasposizione ( ) fase di implementazione ( ) Recepimento in Italia: D.Lgs. 32/2010 Organismi di controllo e competenza: National Contact Point (NCP) Ministero dell Ambiente ISPRA

40 I dati geografici.. Elementi (oggetti) per i quali è possibile stabilire una posizione sulla superficie terrestre i metadati.. rappresentano l'insieme delle informazioni che descrivono il dato geografico, una sorta di carta di identità del dato (chi, quando, perché, informazioni descrittive..) Servono per valutare la qualità e l accuratezza del dato i servizi.. Applicazioni informatiche che servono per ricercare, consultare, scaricare, convertire e richiamare dati geografici disponibili ed altri servizi

41 Network Services Si basano su standard internazionali (OGC) che consentono di utilizzare dati geografici mediante connessione a internet su server pubblici Sevices obiettivi protocolli Discovery View Download Trasformation Invoke Permette di cercare dataset e servizi attraverso i metadati Permette di visualizzare e consultare mappe Permette di scaricare i dataset o parte di essi Permette di trasformare i dataset Permette di invocare altri servizi a cascata OGC-CSW OGC-WMS OGC-WFS OGC-WCS OGC-WPS

42 Geoportale Europeo Il Geoportale INSPIRE rappresenta il punto di accesso unico al patrimonio geoinformativo ambientale europeo messo a disposizione da tutti gli stati membri. l geoportale permetterà di cercare, visualizzare e scaricare (in determinati casi) dati geografici. l geoportale INSPIRE utilizza un architettura basata sui network services che consente la connessione alle infrastrutture nazionali ed è realizzato da Planetek Italia.

43 Geoportale Nazionale Il Geoportale Nazionale permette la visualizzazione e l utilizzo della cartografia di base nazionale, prodotta a seguito dell accordo integrativo tra Stato - Regioni del 12 ottobre 2000 sul Sistema Cartografico di Riferimento.

44 Sistemi Informativi Territoriali (SIT) Sistema GIS che riguarda il territorio inteso come concetto giuridico che identifica una porzione della superficie terrestre delimitata da precisi confini amministrativi

45 Open Data Geodati Ispra: Istat: DEM globale SRTM (100/30 m) Regione Basilicata Comune di Matera Geoportali Servizio Geologico d Italia Geoportale Regione Basilicata Autorità di Bacino

46 Il software Open Source La GNU General Public License è una licenza per software libero. È comunemente indicata con l'acronimo GNU GPL o semplicemente GPL. [ ] Contrapponendosi alle licenze per software proprietario, la GNU GPL assicura all'utente libertà di utilizzo, copia, modifica e ridistribuzione. Esempi software con licenza GPL: Linux, Mozilla Firefox, GIMP, LibreOffice, Pdf Creator... Principali vantaggi: codice aperto e modificabile a seconda delle esigenze possibilità di ridistribuire il proprio prodotto liberamente il codice sorgente è sottoposto ad una revisione da parte di moltissime persone, pertanto è più difficile che contenga errori ed è più sicuro decadimento dell hardware con gli aggiornamenti software proprietà intellettuale... A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

47 Alcuni software GIS Software in grado di gestire in maniere centralizzata una serie di informazioni di diversa provenienza GIS proprietari: GIS open source: ArcGIS MapINFO Field-Map Geomedia Fotorad GIS Manifold Maptitude SIT Gheo KARTO AutoCAD MAP Grass GIS QGIS udig gvsig Kosmo OpenJUMP Orfeo toolbox Mapguide A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

48 QGIS introduzione al software nasce nel febbraio 2002 come visualizzatore di dati GIS frutto del lavoro di oltre 40 sviluppatori volontari progetto ufficiale della Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) in continua evoluzione ed aggiornamento anche grazie all integrazione di altri software (GRASS, SAGA, R, ecc.) rilasciato sotto licenza GPL (GNU General Public License) attualmente utilizzabile nella versione 3.2 (2018) A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

49 QGIS principali funzionalità 1. Visualizzazione e sovrapposizione di dati vettoriali e raster in vari formati e proiezioni senza necessità di conversione ad un formato proprio 2. creazione di mappe ed esplorazione spaziale dei dati con un interfaccia grafica user friendly 3. creazione, modifica e esportazione di dati spaziali 4. analisi spaziali, sia raster che vettoriali 5. utilizzo diretto sul desktop di mappe online (Google Maps, OpenStreetMap...) 6. adattamento di QGIS alle proprie necessità grazie alla possibilità di aggiungere plugin personalizzati e tool esterni. A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

50 Requisiti di sistema e istallazione Il software con la relativa documentazione ed i codici sorgenti sono liberamente scaricabili dal sito: Scegliere qgis in base al proprio sistema operativo (Windows, MacOS X e Linux, Android) e scaricare i pacchetti standard A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015

51 Documentazione e partecipazione A.A 2018/2019 Modulo Idrologia A.A. 2014/2015